随着人们环保意识的增强，冷媒泄漏对地球环境造成的破坏成为专家学者越来越关注的话题。冷媒一般可分为两类，一类是人工工质，如氟利昂；一类是自然工质，如丙烷、CO2等。普遍来说，人工工质都是安全的，但对大气环境有破坏作用；自然工质对大气环境友好，但又存在这易燃易爆的隐患。于是，寻找一种可持续使用、环保高效的终极冷媒成为制冷企业和专家学者们孜孜追求的目标。

　　冰箱冷媒的替代之路

　　空调和冰箱是目前我国保有量最大、使用制冷剂最多的家用电器产品。相对于空调，冰箱行业在我国起步较早，冷媒的替代之路也先于空调开始。这种在早期大多用做医疗设备的电器产品在上世纪八十年代开始进入寻常百姓家庭。传统冰箱制冷剂和发泡剂使用的R12，也就是人们熟知的氟利昂。R12是一种氯氟烃（CFC）类物质，诞生之初被认为是非常完美的制冷剂，压力相对较低、制冷功效高、无毒不可燃，最关键的是制造成本低，因为被大规模应用在制冷剂、发泡剂和清洗剂当中。

　　但随后人们发现，氟利昂对地球保护伞——臭氧层有巨大的破坏作用。臭氧层是存在于地球上空非常薄（平均约3厘米厚）的一层气体物质，就是这样薄的一层物质却可以保护人类免受太阳紫外线直接照射。雷电往往也会产生臭氧，这就是为什么人们觉得雨后神清气爽，愿意置身于山林、田野、川河之间去呼吸新鲜的空气，这都是臭氧的功效。假如没有臭氧层挡住紫外辐射，地球陆地上将荒芜一片，现在任何形式的生命在陆地上断难存在，这或许是生命诞生于原始海洋中的原因之一。

　　1974年，美国加州大学尔湾分校弗兰克·罗兰和马里奥·莫利纳在《自然》杂志发表论文，指出氟利昂这类物质会对臭氧层造成破坏。1985年，日本南极观测队发现南极上空臭氧层明显变薄，形成了“南极臭氧洞”。而人们日常生活中使用的冰箱、空调等制冷设备仍然在无时无刻不再释放着大量的氟利昂。

　　臭氧层耗竭，会使太阳光中的紫外线大量辐射到地面。紫外线辐射增强，对人类及其生存的环境会造成极为不利的后果。有人估计，如果臭氧层中臭氧含量减少10%，地面不同地区的紫外线辐射将增加19%~22%，由此皮肤癌发病率将增加15%~25%。另据美国环境局估计，大气层中臭氧含量每减少1%，皮肤癌患者就会增加10万人，患白内障和呼吸道疾病的人也将增多。臭氧洞的扩大还会造成海洋生态系统破坏、农作物减产、加强温室效应。

　　于是联合国环境规划署自1976年起陆续召开了各种国际会议，通过了一系列保护臭氧层的决议。

　　第一个重要决议是1987年9月16日在加拿大的蒙特利尔会议上通过的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，于1989年1月1日起生效。“蒙特利尔议定书”冻结了五种氟利昂的生产和消耗，并冻结并减少3种替代物的生产和消耗。

　　由于大多数发展中国家仍没有参与进来，“蒙特利尔议定书”规定的控制氟利昂生产和消耗的进程并不理想。于是在1990年6月20-29日，联合国环境规则署在伦敦召开了关于控制消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书缔约国第二次会议。这次会议共有53个缔约国和40个非缔约国参加，修正和扩大了对有害臭氧层物质的控制范围，受控物质由原来的2类8种扩大到7类上百种。规定缔约国在2000年或更早的时间里淘汰氟利昂和哈龙。到1995年，四氯化碳将减少85%；到2000年将全部淘汰。到2000年，三氯乙烷将减少70%；2005年以前全部淘汰。

　　我国从1989年加入《维也纳公约》。1991年，中国再次宣布加入《蒙特利尔议定书》伦敦修正案，并成立中国国家保护臭氧层领导小组。1992年8月10日，该修正案在中国正式生效。1993年，国务院批准《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》。经过修订后，最终确定中国的淘汰时间表。按照这个时间表，截至2010年1月1日，中国将完全停止消耗臭氧层潜能值(ODP值)最高、对臭氧层破坏能力最大的氯氟烃和哈龙的生产和消费。

　　基于此，中国和世界开始寻找新的冷媒替代品，R134a和R600a成为绝大多数国家和地区的首选。

　　R152a／R22共沸制冷剂作为一种冰箱冷媒的替代工质优点在于与R12性能接近，不用对系统进行重大改造即可直接进行充灌。缺点是ODP和GWP值不为零，几年前已被淘汰。

　　R134a无毒、无味、无色、不可燃、不爆炸，ODP值为零，GWP值为0.27。这意味着R134a安全系数高，对臭氧层没有破坏作用，但是有一定的温室效应，是北美地区主要使用的R12替代工质。

　　R600a也是R12的主要替代工质，欧洲地区使用较多，北美禁止使用。R600a具有极好的环境特性，对大气完全没何污染，但是安全系数较低，可燃易爆，对冰箱系统改造要求较高。但R600a成本较低，充灌量少，采用这种冷媒的冰箱能效更容易提高，因此我国的冰箱产品也大多采用R600a作为R12的主要替代工质之一。

　　R600a和R134a虽然已经可以满足冰箱制冷的需求，但毕竟还有这样那样的不足。冰箱冷媒的替代之路还没有走完，需要寻找性能更优于R600a的制冷剂。下一代冷媒目前还仅限于HC混合工质的研究，如R600、R600a的混合工质。像有专家实验得出R290/R600的性能较佳，很适宜在冰箱中使用，但在实际应用中非常罕见。

　　空调冷媒替代之路

　　空调往往被业内人士俗称为“两器一机”，“两器”指的是蒸发器和冷凝器，“一机”指的是就是压缩机。如果把空调比作人体，压缩机就相当于心脏，“两器”就相当于双肺。空调就依靠着压缩机的搏动和蒸发器、冷凝器的一吸一呼从而调节室内空气的温湿度。气态制冷剂被压缩机压缩成高温高压气体，经过冷凝器冷凝形成液体，再经过蒸发器。液态制冷剂在蒸发过程吸收热量，并不断汽化，重新形成低温低压的气态制冷剂，最后返回压缩机开始新一轮的循环——由此观之，制冷剂可被称作是空调的“血液”。

　　早期空调使用同属于氯氟烃类物质的R22作为制冷剂，已被大多数国家和地区禁止使用。此后人们开始寻找氟利昂的替代物。

　　作为已经成熟的制冷剂产品，在冰箱业内使用已久的R600a并不适用于空调产品。原因在于冰箱的冷媒充灌量小，每台冰箱根据容积不同使用的冷媒在50g~150g之间。而一台空调往往需要1kg左右的制冷剂。同时由于空调分为室外机和室内机，可燃易爆的制冷剂在室外机运转时极易发生爆炸。再考虑到系统改造的成本，因此要求人们寻找到一种安全无毒、高效环保、成本低廉的空调冷媒。

　　最先寻找到的是含氢氯氟烃。经过一段时间的研究和生产，中国在90年代中期就已经具备了氯氟烃替代技术，1997年含氢氯氟烃的年产能已经达到5.5万吨。但随后人们发现，含氢氯氟烃只能作为应急的临时替代物，对于保护地球环境来说也不是长久之计。含氢氯氟烃的ODP值低，意味着对臭氧层破坏作用小，但这只是相对于氟利昂来说。实际上，含氢氯氟烃不仅对臭氧层有破坏作用，还会造成强烈的温室效，其全球变暖潜能值(GWP值)是氯氟烃的两至三倍。

　　于是在1992年11月，《蒙特利尔议定书》第4次缔约方会议在丹麦哥本哈根举行，含氢氯氟烃被列入管制名单。1997年，淘汰方案修改为：发达国家全面禁用含氢氯氟烃的时间从2030年提前至2020年，发展中国家则需要在2040年之前全面禁用。中国也于2000年修订了相关条款，限制臭氧层消耗物质的生产和消耗。

　　经过多年的研究试验，目前在国际上R22的主要替代品可分为三类。一类是R134a、R407C、R410A、R417A、R422D、DYR-3、DYR-5、R425A、RS-44为代表的人工工质，这些冷媒无毒不燃但具有较高的GWP值，温室效应较强；一类是R290、R161为代表的自然工质，虽然对环境友好，但是安全性较差，可燃易爆，需要对系统进行重大改造，企业推广起来成本压力较高；还有一类是以CO2为代表的天然工质，对环境友好，安全系数也高，但是使用困难且能效水并不理想。

　　空调冷媒的替代需要考虑许多因素。首先是制冷剂本身的物理和化学特性。制冷剂一般要求具备优良的热力学特性、热物理性能和良好的化学稳定性，保证循环运转是的高效率和稳定性；同时要求安全性高、电气绝缘性高、环保性能好、与润滑油互溶性好，此外还要求成本低廉，易于获得。

　　其次还要考虑空调系统改造的问题。如R32可近似应用与R410A的系统，DYR-5可直接充灌于R22热泵系统。但R410A却不能直接应用于R22系统。所以企业在考虑下一代冷媒时首先要考虑系统改造的成本。对于可燃易爆的冷媒，还要考虑到空调的密闭性能，空调内部电路焊点的处理等等。此外制冷剂与润滑油的可溶性也很重要。

　　近几年随着节能减排目标的确立，人们对于空调产品的节能效果越来越重视，环保意识逐步增强。R410A由于其无色无味无毒，能效较高，系统改造成本较低，率先进入空调企业的视野。海尔、美的、海信、格兰仕等主流品牌都开始使用R410A作为空调冷媒的替代工质。

　　但在“2010国际制冷技术交流会”上多位与会专家学者表示，R410A只不过一种过渡产品，仍将面临二次淘汰，因为R410A具有非常高的温室效应。据苏州三星电子有限公司研究开发中心相关人士介绍，R410A的GWP数值（约为2612）比R22（约为1662）高出许多。

　　R290也就是丙烷是业内主要的替代方向之一。格力就致力于丙烷空调的研究与开发，并且已经克服了丙烷易燃易爆的技术难题，开始向产品规模化生产方向发展。

　　虽然业内不少人都对丙烷作为制冷剂持怀疑态度，但也有学者是力挺R290作为下一代制冷剂的替代产品，中国制冷学会理事、华中科技大学何国庚博士就在此列。

　　何国庚认为，R290优缺点都很明显。R290易于获取，可以直接从天然气中获得，制造成本低廉；压缩比高，同样一台空调，使用R290仅需要充灌相当于43%的R22；对臭氧层完全没有破坏作用，GWP也仅有20，对环境友好。但R290可燃易爆，燃烧极限是2.2%-9.5%。

　　丙烷空调要求空调系统密闭性高，对焊点进行处理才是应用丙烷的基础。所以何国庚认为不能因为可燃就否决掉R290，除了企业对产品本身的改造外，家庭对于火源和电源的控制也很重要。

　　相对于R290，支持R32的人更多。主要原因在于R32属于微燃，燃烧极限是13.6%-32.2%，安全性能比R290提高不少，但GWP值为580，温室效应较高，但又比R410A低很多，因此也被业内视为R410A的替代产品。

　　天津大学热能研究所所长马一太教授认为使用纯天然工质是“无悔的方向”。如NH3、CO2、H2O等。NH3是传统制冷剂，被广泛使用多年，但属于刺激性气体，有毒可燃。CO2具备良好的环保性质成为主要选择之一。

　　CO2安全无毒不可燃，ODP值为0，GWP值为1，热力性质较佳，化学稳定性好。不足之处在于制冷效率不高，临界点温度较低临界压力太高。

　　马一太表示，自然工质CO2在日本的热泵热水器方面取得成功，汽车空调也已经完成实验，家用空调和超市制冷系统中也试验成功，是今后的希望所在。

　　同时他也认为，CO2压缩机、膨胀机和压缩膨胀机的设计和生产，CO2换热器的开发，可以带动我国的现代制造产业，振兴中国的空调制冷行业。