点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:春暖人间,你可能需要它冰爽一下!
首页> 光明科普云> 图文 > 正文

春暖人间,你可能需要它冰爽一下!

来源:蝌蚪五线谱2023-03-21 19:40

  春分时节,阳光明媚,天气回暖。

  本周,北京最高气温达到20℃,雪糕、冰淇淋等冷饮,冰箱、空调等制冷设备逐渐进入日常生活,而这些都离不开背后默默无闻工作的制冷剂。

  你知道世界上最早的冰箱吗?战国青铜冰鉴(图1),现藏于中国国家博物馆。《周礼·凌人》记载:“春始治鉴,凡外内饔之膳羞鉴焉,凡酒浆之酒醴亦如之,祭祀共冰鉴。”古人在尊击内装酒,鉴、岳壁之间的空间放置冰块,在春夏之季就可以喝到冰爽的酒。

  图1 世界上最早的冰箱——战国青铜冰鉴[3]

  制冷剂是什么?有什么作用?

  制冷剂(又称冷媒)是一种在制冷循环系统中用来吸收热量并转移热量的物质。

  在典型的蒸汽压缩式制冷循环系统中(图2),制冷剂先在蒸发器(低温区)吸收热量,后在冷凝器(高温区)释放热量,同时制冷剂从蒸发器转移到冷凝器,并将热量从低温区转移到高温区,实现低温区降温。

  日常生活中,冰箱(空调)对应的高温区和低温区分别冷冻室/冷藏室(房间)和屋内环境(屋外环境)。

  图2 蒸汽压缩式制冷循环系统示意图[1,2]

  制冷剂有哪些种类?

  ASHRAE(美国暖通空调工程师协会)标准34给出了100多种制冷剂,可按照化学组成、物理性质、应用领域、环境友好性等不同的方法进行分类,详见表1。

  表1 制冷剂的分类方法

  常见的分类方法是根据化学成分将制冷剂分为无机化合物、氯氟化碳(CFCs)氢氯氟化碳(HCFCs)、氢氟化碳(HFCs)和碳氢化合物(HCs),其中氯氟化碳(CFCs)、氢氯氟化碳(HCFCs)和氢氟化碳(HFCs)就是大家常说的氟利昂(图3)。

  氢氯氟化碳(HCFCs)制冷剂R22

  氢氟化碳(HFCs)制冷剂R32

  图3 氟利昂制冷剂产品[4]

  我们为什么需要制冷剂?

  制冷剂在现代社会扮演着不可或缺的角色(图4),通过以空调、冰箱、冷机等为代表的制冷设备吸收和释放热量实现温度控制。

  日常生活中,家用空调和冰箱的普及改善了人们的生活品质和生产效率;食品存储和运输行业,冷藏和冷冻技术可以保持食品的新鲜度,延长货物的保质期;医疗保健和生化领域,制冷剂常用于确保药品、器械和试剂等保存和使用的温度适宜[5];冰雪运动场地,制冰存冰过程更是离不开制冷剂。

  图4 制冷剂的广泛应用

  制冷剂对于人体和环境有没有破坏?

  部分早期使用的氟利昂制冷剂会对环境造成破坏,导致臭氧层漏洞和全球气候变暖(图5)。

  因此,联合国制定了《蒙特利尔议定书》,包括我国在内的多数国家已于1987年8月签署该议定书,逐步淘汰和禁止使用氟利昂制冷剂。具体来说:

  氯氟化碳(CFCs)破坏臭氧层导致紫外线辐射增加,也会影响生态系统和全球气候。《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质,2010年全球范围内已淘汰并禁产。

  氢氯氟化碳(HCFCs)对臭氧层的破坏比氯氟化碳(CFCs)小许多,目前是后者的最重要过渡性替代物质,《蒙特利尔议定书》中部分被限定2020年或2030年淘汰。

  氢氟化碳(HFCs)不破坏臭氧层,但导致气候变暖的潜能很大,《蒙特利尔议定书》没有规定使用期限,《联合国气候变化框架公约》京都协议书中定性为温室气体。

  此外,氯氟化碳(CFCs)和氢氯氟化碳(HCFCs)因其毒性而可能引起皮肤、呼吸系统等症状

  然而,随着新技术和环保意识的不断提高,这些破坏性的制冷剂已经逐渐被二氧化碳、碳氢化合物(HCs)等 环保、安全和健康的新型绿色制冷剂所替代。

  北京大学张信荣教授采用二氧化碳跨临界制冷系统研制出冬奥史上最环保的冰面雪道[10],应用到国家速滑馆“冰丝带”(图4d)。

  图5 臭氧层漏洞和全球气候变暖

  制冷剂回收的必要性体现在哪?

  制冷剂的使用需综合考虑能效、环保、安全、成本等诸多因素。

  在我国,制冷剂是除甲烷和氧化亚氮外,第三大非二氧化碳温室气体排放源(图6),估算年排放量超过5亿吨二氧化碳当量,其中在设备使用、维修和拆除过程的排放总和占到全生命期排放总量的90%以上。

  制冷剂回收可以减少大气环境的污染,降低温室效应,节省成本和资源,促进可持续发展。

  然而目前,我国制冷剂年回收量不足年使用量的3%,与发达国家的差距明显。

  造成这一问题主要原因有回收成本高、缺乏制冷剂生命期管理制度设计、用户及从业者环保意识淡薄等[13]。

  图6 2014年我国非二氧化碳温室气体排放占比[14]

  国内制冷剂发展情况如何?

  过去几十年,我国的制冷剂行业发展迅速,一直处于快速增长的阶段,近年来制冷剂的供需关系逐渐进入平衡。

  我国已成为主要的制冷剂生产国(图7)和消费国,同时也出台了一系列涉及制冷剂的环保政策和法规(表2),以促进可持续发展。

  例如,2010年颁布《消耗臭氧层物质管理条例》,限制使用和生产CFC和其他臭氧层空气污染物。

  目前,国内制冷剂正逐步向更加环保、节能、智能化和可持续的方向发展。

  图7 2016-2020年我国R22和R32制冷剂产量[15]

  表2 制冷剂有关政策和法规

  国际上制冷剂发展得怎么样?

  国际上制冷剂朝着绿色环保、高效节能、与时俱进等趋势发展,主要表现在以下几个方面:

  绿色环保型制冷剂的使用增加:早期的氯氟化碳(CFCs)制冷剂已被淘汰或禁用,越来越多的国家和地区正在使用绿色环保制冷剂,以满足环保要求并降低温室气体排放。

  制冷系统的节能优化:提高制冷系统的能效和减少能源消耗能够满足日益严苛的节能减排要求。

  多功能制冷剂的应用扩展:除了传统的空调、冰箱等领域,制冷剂被越来越广泛地应用于医疗保健、生命科学、工业制造等多个领域。

  制冷剂回收和再生技术的发展:制冷剂回收和再生技术得到了更多的关注[16],日本等国家和地区甚至制定了强制性的法规和政策。

  图8 日本2003-2018年各领域制冷剂回收情况[16]

  参考文献:

  [1] 王如竹, 丁国良, 吴静怡, 等. 制冷原理与技术[M]. 北京: 科学出版社, 2003.

  [2] 石文星, 王宝龙, 邵双全. 小型空调热泵装置设计[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

  [3] 青铜冰鉴[EB/OL]. 中国国家博物馆, [2023-03-14] .https://www.chnmuseum.cn/zp/zpml/kgdjp/202008/t20200824_247219.shtml.

  [4] 制冷剂[EB/OL]. 山东华安新材料有限公司, [2023-03-15] .http://www.sdhazl.com/cn/cold.html.

  [5] 刘静. 低温生物医学工程学原理[M]. 北京: 科学出版社, 2007.

  [6] 美的冰箱[EB/OL]. [2023-03-14] .https://www.midea.cn/1/1000000000400692349799.html.

  [7] 助力出口大闸蟹空降新加坡,让“中国生鲜”走出国门[EB/OL]. [2023-03-15] .https://intl-img.sf-express.com/zh/xwgg/20171103/838.html.

  [8] Cryopreservation: Applications and Advances[EB/OL]. Cell Science from Technology Networks, [2023-03-15] .http://www.technologynetworks.com/cell-science/articles/cryopreservation-applications-and-advances-349021.

  [9] 国家速滑馆“冰丝带”首次制冰取得成功[EB/OL]. 新华网, [2023-03-15] .http://www.xinhuanet.com/politics/2021-01/22/c_1127015176.htm.

  [10] 冬奥对话 | 专访北大工学院张信荣:研制出冬奥史上最环保的冰面雪道[EB/OL]. 北京大学, [2023-03-15] .https://www.coe.pku.edu.cn/newsfocus/topic/11285.html.

  [11] GRAY E. NASA Reports Arctic Ozone Hit Record Low in March[EB/OL]. NASA, 2020-04-15.(2020-04-15)[2023-03-15] .http://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-reports-arctic-stratospheric-ozone-depletion-hit-record-low-in-march.

  [12] Past eight years confirmed to be the eight warmest on record[EB/OL]. World Meteorological Organization, 2023-01-11.(2023-01-11)[2023-03-15] .https://public.wmo.int/en/media/press-release/past-eight-years-confirmed-be-eight-warmest-record.

  [13] 全国政协委员唐俊杰:加强制冷剂回收[EB/OL]. 2023年全国两会, [2023-03-07] .https://www.spb.gov.cn/gjyzj/2022lhjytap/202303/320e80e1a6db4c62ba9de23762c7d39c.shtml.

  [14] 清华大学气候变化与可持续发展研究院项目综合报告编写组. 《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》综合报告[J]. 中国人口·资源与环境, 2020, 30(11): 1–25.

  [15] 高恩元, 韩美顺. 2020年度中国制冷剂产品市场分析[J]. 制冷技术, 2021, 41(S1): 51–59.

  [16] 高欢, 顾昕, 丁国良. 制冷剂回收与再生现状分析[J]. 制冷学报, 2021, 42(5): 17–26.

  供稿单位:北京制冷学会

  作者:张旋 北京理工大学机械与车辆学院副教授,入选北京市科协2023-2025年度青年人才托举工程项目

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 电影《731》拍摄历程特展在哈尔滨举行

  • 安徽歙县:土楼晒秋

独家策划

推荐阅读
中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、研究员曹湖军、副研究员张炜进团队在氢负离子导体开发及应用方面取得重要进展。
2025-09-18 09:52
工业遗址与科幻主题联动,带来现实与想象交错的奇妙感受;科技手段还原知名IP场景,让游客沉浸到小说里的名场面;利用独特地质地貌,打造“地球上最像火星的地方”……来一场新鲜、有趣的科幻游,成为不少人出游的选择之一。如何做好科幻与文旅深度融合,丰富旅游供给?各地因地制宜进行了探索。
2025-09-18 09:50
记者17日从中国石化新闻办获悉,部署在四川省资阳页岩气田的2口评价井测试产量均超百万立方米,其中资页2-501HF井试获日产气140.7万立方米,刷新我国页岩气测试产量最高纪录。
2025-09-18 09:44
当今中国,科学教育受到前所未有的重视—作为人才培养的根基与路径,科学教育的潜力将变成参与国际竞争、争取国际话语权的实力。
2025-09-18 09:43
日前,由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。
2025-09-18 09:40
“科创游”是一种将科技与旅游相结合的新型旅游形式,不仅展示科技企业的生产过程和产品,还注重科技教育的普及和科技创新的体验
2025-09-17 10:23
此次大会将讨论通过“人与生物圈计划”及其世界生物圈保护区网络杭州战略行动计划,明确未来十年的发展方向、目标和行动方案
2025-09-17 10:21
人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器要“上天”进入预定轨道,运载火箭少不了。在“火箭家族”展台,长征一号至五号运载火箭模型笔直而立。
2025-09-17 10:20
在化学生物学研究中,有一种强大的“分子地图绘制技术”——邻近标记技术。在癌症免疫治疗中,免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击,但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏。
2025-09-17 10:18
当前,秋粮陆续进入成熟期。各地抓住最后的窗口期,落实落细各项增产措施,全力以赴抓好秋粮生产,确保秋粮丰产丰收。
2025-09-17 09:32
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
加载更多