课件：第三章 暖通空调工程伦理—臭氧层保护.ppt

第三章 制冷与臭氧层损耗,1,2,臭氧层及作用 臭氧层破坏机理 臭氧层破坏的后果 臭氧层保护国际公约 臭氧层与制冷剂,一、 臭氧层及其作用,4,O3,每升高100m，气温降低0.65,紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解,高度（km),臭氧层在大气中的分布,北京时间14日晚上11点半左右，奥地利著名极限运动员费利克斯鲍姆加特纳在美国新墨西哥州上空，从距地面高度约3.9万米的氦气球携带的太空舱上跳下并成功着陆，成为首位超音速自由落体的跳伞运动员，速度最高达到每小时1342公里。,平流层中最重要的化学组分就是臭氧。在平流层集中了大气中90%的臭氧。 臭氧的生成和消耗机制: 生成 O2 + h( 240nm) O + O O2 + O O3 消耗 2 O3 + h 3O2 Y+O3 YO + O2 YO + O Y + O2 O3 + O 2O2,6,臭氧的生成和消耗机制,7,太阳光中的紫外线可划分为： UV-A（315400nm） UV-B（280315nm） UV-C（280nm以下） 三个波段中UV-B辐射对生物有较大的 伤害。而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。,太阳光组成：红外光50%；可见光40%；紫外光10%；其余部分1%；,二、 臭氧层破坏,英国住南极考察站的科学家法曼（Farman）等人报道了该考察站自1975年起每年早春（10月份）的臭氧观测结果，该地区的总臭氧在这一时期会减弱30%。 80年代，距地10-55km的南极出现臭氧洞，1987年，北极也出现。,8,近几年臭氧洞的深度和面积仍在继续扩展，1998年臭氧洞的持续时间超过了100天，是南极臭氧洞发现以来的最长记录，而且臭氧洞的面积也在扩大，相当于3个澳大利亚。 2000.9.3南极上空2830万km2（中国面积2倍多、美国3倍），今后20年，臭氧层处于最脆弱状态。 我国青藏高原上空也存在一个相对周围地区浓度较低的区域。,9,2006年10月20日，一幅由美国宇航局提供的卫星图片显示，代表臭氧空洞的蓝色区域正日益扩大，目前已达创纪录的2745万平方公里。,10,美国宇航局日前宣布， 2007年南极上空的臭氧层空洞面积为2512万平方公里，比北美洲面积略大。 2008年9月曾达到2720万平方公里，为有记录以来面积第五大的臭氧层空洞。 2009年9月底，南极臭氧空洞面积达到该年最大值。根据美国海洋和大气管理局（ NOAA）的卫星数据观测资料，南极臭氧空洞面积约2392万平方公里），只比北美洲面积略小。这也是自1979年以来有卫星观测以来臭氧空洞面积第10大。,11,南极臭氧洞的形成的机制,大部分人认同的理论： 人为活动的影响如氯化物的排放进入大气平流层层。,12,臭氧层被破坏的原因,臭氧层4亿年前形成，之后基本未遭破坏，直至上世纪。 含“氯”和含“溴”的人工化学品的排放 消耗臭氧层物质（ODS）共6类96种，中国有6类16种，包括： 全氯氟烃 (CFCs)，哈龙，四氯化碳，甲基氯仿，甲基溴，含氢氯氟烃(HCFCs),13,用途：制冷剂、发泡剂、清洗剂、灭火剂、 气雾剂、烟丝膨胀剂、化工助剂、杀虫剂,臭氧破坏机理示意图,14,南极臭氧空洞形成机理,为了查实和弄清臭氧层耗减及臭氧空洞形成的原因 ，美国宇航局(NASA)牵头组织了数十个科学家于1986年和1987年的911月，两次赴南极进行臭氧探险活动，寻求揭示臭氧空洞形成的机理。在第二次探险中获得了有效的探测结果， 由此推理出臭氧空洞形成的机理。,15,1995年诺贝尔化学奖人类活动影响平流层臭氧研究,16,左：Paul Crutzen（荷兰） 中：Mario Molina（墨西哥） 右：F.SheRwood Rowland（美国）,1995年诺贝尔化学奖人类活动影响平流层臭氧研究,20多年前， Paul Crutzen“第一次把臭氧问题摆在人们的面前”，他指出人类活动释放的少量物质能够损害全球范围的臭氧，把平流层的研究引导上正确的道路。 Mario Molina和 Rowland作了卓越的预测少量的氯氟烃类能够在平流层以催化的方式耗损大量的臭氧。 经过20多年科学界不断深入的研究，越来越多的事实证实了他们的理论。 1995年，他们共同分享了诺贝尔化学奖。这是有史以来诺贝尔化学奖第一次进入环境化学领域。,17,氟氯烃破坏臭氧的化学反应历程,18,CFC Cl Cl+O3 ClO+O2 O2 2O O+ClO Cl+O2,光分解,光分解,CFCs简介,CFCs简介,化学名称氯氟烃，商业名称氟利昂，根据氯氟烃的英文名称Chloro-fluoron-carbon，取其字头组成缩写CFC， 用CFC代码作为氯氟烃的统称。在CFC后标以化合物代码，可以代表不同的氯氟烃，如 CFC-11CCI3F 三氯一氟甲烷 CFC-12CCI2F2二氯二氟甲烷 CFC-113C2CI3F3 氟利昂以前大量用于冰箱空调制冷剂、有机溶剂、气雾剂等。,19,杜邦公司 氟里昂 臭氧空洞,20,杜邦公司在美国特拉华州的 总部大楼,历史上的氟利昂,臭氧层空洞问题的争论,21,氟里昂在工业上、生活中被广泛使用,臭氧层空洞问题的争论,正像20世纪80年代南极臭氧洞扩大现象匆匆而来，21世纪初南极臭氧洞扩大现象为何又匆匆而去？ 氟利昂破坏臭氧的理论面临新的考验？,22,臭氧空洞近年的观测结果,23,1. 1978-2000年快速扩大； 22002-2004年快速缩小； 3. 2006年2745万平方公里，有史以来较大的臭氧层空洞； 4. 2007年2512万平方公里，面积和深度上都相对较小。 5. 2008年9月达到2720万平方公里。 6. 2009年9月底约2392万平方公里。,臭氧层空洞问题的争论,臭氧层空洞问题的争论,人类已经把 1500 万吨以上的氯氟烃排放到大气中。 事实与氟里昂理论的预测完全相反： 从2000年南极臭氧洞的最大面积2830万平方公里，到2004年南极臭氧洞最小面积1200万平方公里，只用了四年的时间。,24,臭氧层空洞问题的争论,南极臭氧洞成因有多种假设，其中主要有： a、与太阳活动周期有关的自然现象 b、火山活动的影响 c、当地天气动力学过程的影响 d、人为活动的影响如氯化物的排放进入大气平流层,25,臭氧层空洞问题的争论,26,南极臭氧洞与拉马德雷现象的关系 太平洋十年涛动亦称“拉马德雷”现象,是美国海洋学家斯蒂文黑尔于1996年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（PDO） “拉马德雷”和“厄尔尼诺”、“拉尼娜”现象有着极其密切的关系，被喻为“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲” 。,“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。,27,臭氧层空洞问题的争论,如果 “暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈； 在1978-2000年南极臭氧洞快速增大时期，正处于拉马德雷现象的暖位相； 在1957-1976年和2002-2004年南极臭氧洞快速收缩时期，正处于拉马德雷现象的冷位相。,28,相关链接,1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共21次。 1889-1924年 “冷位相”发生6次， 1925-1945年“暖位相”发生1次， 1946-1977年“冷位相”发生11次， 1978-2003年“暖位相”发生0次， 2004-2008年“冷位相”已发生3次。 规律表明，拉马德雷冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期，2000-2035年可能是全球强震爆发时期。,29,臭氧层空洞问题的争论,2006年以来南极臭氧空洞创纪录的原因浅析,30,美国宇航局观测到，从2006年7月到10月，南极上空的臭氧总量急剧下降了69%；在9月21日至30日之间，南极臭氧空洞的范围达到创纪录的2745万平方公里。,31,澳大利亚气象学家E.布赖恩特等指出，形成南极“臭氧洞”的理论看似完美无缺，其实也存在不确定性，火山喷发等也会造成臭氧层破坏。,32,原因1：火山喷发,臭氧层空洞问题的争论,33,2006年10月7日，巴布亚新几内亚的新不列颠岛上的塔弗尔火山喷出大量火山灰。,几次大的火山喷发,坦博拉火山和喀拉喀托火山分别在1815年和1883年喷发，向大气释放了2.11104t和3.6106t氯。 1982年墨西哥厄尔冲火山的喷发使臭氧的总量减少了2%。 1991年6月发生的皮纳图博火山大喷发在3-6个月就使臭氧减少了20%。,34,原因2：溴的增加,英国剑桥大学Dr. Xin YANG 博士提出了溴的增加是导致对流层臭氧丢失的主要原因之一。,35,臭氧层空洞问题的争论,Dr. Xin YANG 博士的研究,1）用建立的溴化学模式，第一次给出了全球对流层无机溴浓度大约为4-8ppt； 2）对流层大气臭氧（ O3 ）的影响进行了定量估算，其结果：在北半球，溴可引起O3减少4-8% ；在南半球溴可引起O3减少30%左右。 3）提出了溴的突然爆发主要在春季，发生在南北极和海岸带。主要与海面上的冰花、海盐气溶胶大量释放溴有关。此外风速的增加也加速了溴的释放，从而造成O3的减少。,36,原因3：太阳风,长春科技大学教授杨学祥最近撰文指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为的氟利昂。,37,臭氧层空洞问题的争论,2010年2月12日，美国宇航局日地关系天文台拍摄到太阳风暴 的形成画面。图片显示，太阳表面有两处活跃区域正在酝酿 太阳风暴。,太阳风,太阳风是从恒星上层大气射出的超声速等离子体（带电粒子）流。在不是太阳的情况下，这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。,38,太阳风对人类的影响：,1.当太阳风掠过地球时，会使电磁场发生变化，引起地磁暴、电离层暴，并影响通讯。 2.对地面大型结构发送强大原电荷，影响输电、输油、输气管线系统的安全。 3.对运行的卫星也会产生影响。 4. 发送X射线辐射。引起人体免疫力的下降，引起病变，情绪易波动，甚至车祸增多。 5.会使气温增高。 6.在南北极形成极光。,39,杨学祥认为，有三个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞： 1）太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄，是地球臭氧空洞的“元凶”； 2）处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层； 3）太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。,40,臭氧层空洞为什么只出现在南极？,南极冬天的极夜会有极地涡旋，阻止臭氧补充到南极上空 。 在冬天，零下80度的低温使水汽形成冰晶云。冰晶不断吸收氯氟烃气体，在其表面聚集。 春季（9月）来临，阳光照射下冰晶云升温，氯氟烃气体迅速释放。而氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子氯原子大量损耗臭氧而出现臭氧洞。 春天，太阳出来了，冰晶云化了， “非均向化学反应” 交界面消失了，反应也就停止了。臭氧空洞逐渐弥合。,41,三、臭氧层破坏的后果,对人体健康的影响 对陆生植物的影响 对水生生态系统的影响 对生物化学循环的影响 对材料的影响 对对流层大气组成及空气质量的影响,42,臭氧层破坏的后果,对人类健康的影响 DNA改变，免疫机制减退 麻疹、水痘、疱疹、细菌感染、真菌感染等 皮肤癌 基底细胞癌、 鳞状皮肤癌 恶性黑色素瘤 白内障 1%臭氧层的减少，将增加11.5万白内障,43,对陆生植物的影响 减少产量-如豆类、瓜类、卷心菜类 改变遗传基因和再生能力 降低品质 对水生物的影响 减少浮游生物 影响海洋食物链 危害鱼、虾等动物的早期发育 对城市环境和建筑材料的影响 光学化学烟雾污染 聚合物材料老化,44,俄专家研究称恐龙灭绝与臭氧层空洞有关,45,四、臭氧层保护国际公约,主要是控制CFCS的使用。 目前各国都在加紧替代物品的开发，从长远看，采用生物圈中固有的、对环境不起任何破坏作用的物质是制冷剂发展的方向。,46,臭氧层的保护,国际公约(补天行动)： 1985年保护臭氧层维也纳公约 1987年关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 1990年伦敦修正案 1992年哥本哈根修正案 1999年北京修正案（北京宣言）,47,北京修正案,1999年11月29日至12月3日关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书缔约方大会第十一次会议在京举行，发表了北京宣言。 发展中国家将进入实质性履约阶段, 根据议定书的规定，1999年发展中国家将进入实质性履约阶段，即从1999年7月1日起，将其生产和消费的氟里昂冻结在1995年1997年三年平均水平上。,48,49,臭氧层保护的有关协议,欧盟及一些经济转轨国家： 环境管制（禁用、限制、配额和技术标准等） 美国等： 经济手段（征税、交易许可证），美国、欧洲国家2000年停产氟里昂 我国: 2006年，2010年分别停产halon-1211和halon- 1301,50,关于蒙特利尔议定书,形成背景 南极臭氧洞，科学研究 1985年签署维也纳公约 1987年达成蒙特利尔议定书 发展 四个修正案，6次调整， 1990年，伦敦修正案，成立多边基金 原则：“共同但有区别的责任原则”“污染者付费”,51,国际法蒙特利尔议定书,规定了受控物质种类： CFC,哈龙,四氯化碳,甲基氯仿,甲基溴，HCFC 规定了受控物质生产和消费的基准数量 规定了受控物质的淘汰时间表 对贸易进行控制，要求建立进出口许可证系统 要求各缔约方报告年度生产、使用和进出口的数据 建立了公约运行机制，建立了资金支持机制,52,多边基金,基本原则 ：“共同但有区别的责任”、“污染者付费” 执行方式：单个项目、行业计划、国家方式 资助范围：工业转换、技术援助、培训以及能力建设等 实施机构：联合国环境规划署（UNEP）、联合国开发计划署（UNDP）、世界银行（WB）和联合国工业发展组织（UNIDO） 主要成效：22亿美元，覆盖139个国家、5000个项目,53,蒙特利尔议定书主要成就,全球参与：在2009年，蒙特利尔议定书成为联合国历史上第一个被所有主权国家批准生效的条约， 展示了世界保护臭氧层的决心，或者更广义的说，对全球环境的保护的决心。20年后，已淘汰95%的ODS。 臭氧层有恢复的迹象：臭氧层应该在本世纪中叶恢复到1980年以前的水平。 支持发展中国家：在“执行蒙特利尔议定书多边基金”的支持下，发展中国家在2010年年中已永久性地淘汰了27万吨过去被用来生产各种产品的臭氧消耗物质，并已几乎完全消除氟氯碳化合物和哈龙的生产。,54,蒙特利尔议定书主要成就,高履约率：达到98以上的遵约率。许多发达国家和发展中国家都已提前达到其淘汰目标。 对健康的益处：使全球避免了上百万皮肤癌和白内障。美国：2065年，避免630万皮肤癌死亡，节约4.2万亿美元健康支出。 对气候变化的益处：产生巨大的气候效益。1990-2000年期间已经减少了250亿吨二氧化碳当量。 2010年淘汰工作里程碑：所有缔约方已于2010年1月1日完全淘汰了对氟氯碳化合物、哈龙、四氯化碳和其他充分氢化的臭氧消耗物质的消费和生产。 被联合国前秘书长科菲安南誉为“迄今为止最成功的国际公约”,55,我国履行议定书的情况,中国1991年加入蒙特利尔议定书伦敦修正案，2003年加入哥本哈根修正案。 中国消耗臭氧层物质生产和消费量约占发展中国家的50%。 国务院1991年批准中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案，1999年批准更新的国家方案。,56,我国是目前全球最大的含氢氯氟烃生产和使用国，含氢氯氟烃产量占到全球的65%； 使用量占到全球的40%。,2013 年含氢氯氟烃生产和使用分别冻结在2009 和 2010 年两年平均水平 2015 年在这一冻结水平上削减10% 2020 年削减35% 2025 年削减 67.5% 2030 年前完成所有消耗臭氧层物质的淘汰任务。,我国淘汰氢氯氟烃时间表,1999年，蒙特利尔议定书第十一次缔约方大会在北京召开，国家主席江泽民出席大会。,58,我国履行议定书的情况,中国ODS淘汰涉及的行业 生产行业（主要为五类11种物质） CFCs、哈龙、四氯化碳（CTC)、甲基氯仿(TCA)、甲基溴(Methyl Bromide) 消费行业（10个消费行业） 泡沫、家用制冷、工商制冷、汽车空调、清洗、消防、烟草、气雾剂、助剂、甲基溴消费（农业、粮储、烟草）,59,我国履行议定书的情况,我国共获得多边基金批准单个项目400多个，实施行业计划16个，赠款8亿多美元。 已成功削减公约规定的五大类12种ODS物质的生产和消费量的85%（相对于基线水平）。 迄今为止，作为发展中国家中消耗臭氧层物质最大的生产和消费国，我国没有出现任何不履约的情形。 通过实施多边基金项目,推动我国相关产业的发展。,60,2007年7月1日，全面淘汰CFCs和哈龙，提前两年半完成第一阶段履约目标,61,1、成功削减85%的ODS，获得国际社会高度评价,2007年，国家环境保护总局获联合国“优秀实施奖”，图为张力军副部长代表中国政府领奖,62,成立了国家保护臭氧层领导小组- 18个部委 成立了ODS履约办公室 -由污控司、国际司、外经办构成，法规司、环监局等发挥重要作用 国家ODS进出口管理办公室 -环保部、商务部、海关总署,63,2、建立完善管理机制,3、政策法规建设取得显著进展,-法律：大气污染防治法 -法规：正在制定消耗臭氧层物质管理条例 -国家产业政策：产业结构调整指导目录（2005年版） -生产管理制度：禁止新改扩建、生产配额许可证制度 -进出口管理制度：进出口配额许可证 -消费管理制度：配额许可证、行业禁令,64,3、政策法规建设取得显著进展,65,4、政府、企业、公众意识有了显著提高,开展了大量的宣传培训活动 “9.16国际臭氧日”庆祝活动 地方政府培训战略 地方环保局，各级海关，质检总局 中国保护臭氧层期刊（142期） 中国保护臭氧层网站 臭氧友好的奥运会,66,5、实现“环境保护”和“经济发展”的双赢,通过引进发达国家先进技术提高了企业技术水平 通过实现ODS改造打破了贸易壁垒，促进了产品出口 带动了替代品产业的发展,67,法律法规不健全，惩罚力度弱 监管工作任务重（非法生产、非法使用、非法贸易） 地方履约能力建设薄弱 HCFCs淘汰的挑战 替代品和替代技术的开发、建设和推广,68,当前履约工作面临的困难和挑战,69,五、臭氧层保护与制冷工质替代,氟利昂制冷剂是CH4、C2H6中的H原子分别为CI和F所取代的衍生物 1、全氯氟烃CFCS CFC-11，CCI3F，R11 CFC-12，CCI2F，R12 CFC-113，C2CI3F3 2、氢氯氟烃 HCFC HCFC-22，CHCIF2 3、氢氟烃HFC CFC-134a, C2H2F4, R-134a 氟利昂制冷剂字20世纪30年代问世以来，被人们视为完美的制冷剂，在人类浑然不觉中对生态环境构成了严重破坏。,70,制冷剂行业保护臭氧层的措施 1、现有制冷剂的替代 禁用CFC，严格控制HCFC，HFC的使用也受到温室气体减排的限制 工质的替代，需考虑环境、安全和经济 2、开发应用新的制冷工质 （1)、混合工质 由于适合CFC替代物的纯工质有限，混合工质可能是解决这一问题的有效途径 R500: CCI2F2(48.8%)+C2H4F2(52.2%) R502：CHCIF2(73.8%)+C2CIF5(26.2%) (2)、自然工质: 碳氢化合物、氨、二氧化碳、水、空气等,碳氢化合物制冷剂,碳氢制冷剂隶属于烷烃类，是只有碳碳单键和碳氢键的链烃，是最简单的一类有机化合物。碳氢制冷剂的臭氧层破坏系数为零，在形成全球气候变暖的温室效应系数上，碳氢化合物明显低于氢氟烃类产品。用于制冷系统，在节能和环保方面具有较大优势，是CFC、HCFC、HFC类制冷剂的最有发展前途的替代品，其主要缺点是可燃问题。碳氢制冷剂已被广泛应用在冰箱、家用空调等领域。,内部过热度对COP和最优压力