油空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)5

主講人：張姝建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室第二章制冷劑與載冷劑

第一節(jié)制冷劑只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠氣化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。

1834年波爾金斯（JacobPerkins）采用乙醚制造出蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)。1866年威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷劑。1870年卡爾·林德(CartLinde)用NH3作制冷劑。1874年拉烏爾·皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷劑。（SO2和CO2在歷史上曾經(jīng)是比較重要的制冷劑。）1928年Midley和Henne制出氟利昂12，步入合成制冷劑時(shí)代。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了共沸混合工質(zhì)，如R502等20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)含氯或溴的合成制冷劑對(duì)大氣臭氧層有破壞作用，而且造成非常嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。一、制冷劑的發(fā)展1、熱力學(xué)性質(zhì)制冷效率高：提高制冷的經(jīng)濟(jì)性壓力適中

蒸發(fā)壓力接近大氣壓或大于大氣壓，空氣不易滲入系統(tǒng)。

冷凝壓力不應(yīng)過(guò)高，最好不超過(guò)2MPa，減少設(shè)備壓力，減少制冷劑滲漏。單位容積制冷能力大：體積流量減小，減少壓縮機(jī)尺寸。

一般而言，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，沸點(diǎn)越低，單位容積制冷能力越大。臨界溫度高：便于采用一般冷卻水或空氣帶走冷凝熱，并且制冷系數(shù)較高。二、對(duì)制冷劑的基本要求第一節(jié)制冷劑2、物理化學(xué)性質(zhì)與潤(rùn)滑油的互溶性有限溶于潤(rùn)滑油的制冷劑：其在潤(rùn)滑油中的溶解度一般不超過(guò)百分之一，如NH3。影響換熱設(shè)備傳熱。分層現(xiàn)象。無(wú)限溶于潤(rùn)滑油的制冷劑：處于再冷狀態(tài)時(shí)，可與任何比例的潤(rùn)滑油組成溶液。在飽和狀態(tài)下，溶液的濃度則與壓力、溫度有關(guān)。有可能轉(zhuǎn)化為有限溶于潤(rùn)滑油的制冷劑。導(dǎo)熱系數(shù)、放熱系數(shù)高：可以減少換熱設(shè)備的傳熱面積，縮小設(shè)備尺寸。密度、黏度?。嚎梢詼p小制冷劑管道口徑和流動(dòng)阻力。相容性好：制冷劑對(duì)金屬和其他材料應(yīng)無(wú)腐蝕與侵蝕作用。第一節(jié)制冷劑二、對(duì)制冷劑的基本要求3、環(huán)境友好性能制冷劑環(huán)境友好性能參數(shù)有：（1）消耗臭氧層潛能值（ODP)（2）全球變暖潛能值(GWP)（3）大氣壽命(AL)（4）變暖影響總當(dāng)量(TEWI):綜合考慮了制冷劑的直接效應(yīng)DE和消耗能源而排放的CO2的間接效應(yīng)IE。二、對(duì)制冷劑的基本要求3、環(huán)境友好性能制冷機(jī)使用制冷機(jī)的環(huán)境友好性能，國(guó)際認(rèn)可條件如下：二、對(duì)制冷劑的基本要求4、其他無(wú)毒、不燃燒、不爆炸、易購(gòu)價(jià)廉。第一節(jié)制冷劑二、對(duì)制冷劑的基本要求三、安全標(biāo)準(zhǔn)與分類(lèi)命名1.安全分類(lèi)（單組分制冷劑）三、安全標(biāo)準(zhǔn)與分類(lèi)命名1.安全分類(lèi)（單組分制冷劑）三、安全標(biāo)準(zhǔn)與分類(lèi)命名1.安全分類(lèi)（混合物制冷劑）濃度滑移：制冷劑混合物中較易會(huì)發(fā)組分先揮發(fā)，不易揮發(fā)組分先冷凝二產(chǎn)生的混合物氣液相組分濃度變化，稱(chēng)為濃度滑移。此時(shí)，混合制冷劑的燃燒性和毒性也可能發(fā)生變化。安全性表示方法：第一個(gè)類(lèi)型/第二個(gè)類(lèi)型。第一個(gè)類(lèi)型是混合物在規(guī)定組分濃度下進(jìn)行分類(lèi)；第二個(gè)類(lèi)型是混合物在最大濃度滑移的組分濃度下進(jìn)行分類(lèi)。目前使用的制冷劑有很多種，歸納起來(lái)可分四類(lèi)，即無(wú)機(jī)化合物、碳?xì)浠衔?、氟利昂以及混合溶液。無(wú)機(jī)化合物

NH3、CO2、H2O。命名：R7****為分子量例：NH3——R717CO2——R744H2O——R718

三、安全標(biāo)準(zhǔn)與分類(lèi)命名2、分類(lèi)命名2、分類(lèi)命名（1）飽和碳?xì)浠衔锛捌潲u族衍生物分子式：CmHnFxClyBrz

（滿(mǎn)足2m+2=n+x+y+z）1）命名法：RXXXBXRm-1(為0時(shí)略)n+1xBz（z為0時(shí)與B一起略）例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl——R22

一溴三氟甲烷分子CF3Br——R13B1

二氯三氟乙烷分子CHCL2CF3——R123

三氟三氯乙烷分子C2F3Cl3——R113

八氟環(huán)丁烷C4F8——R318甲烷CH4——R50，乙烷C2H6——R170，丙烷C3H8——R290；第一節(jié)制冷劑特例：丁烷C4H4——R6002、分類(lèi)命名2）命名法2-鹵代烴（氟利昂）：表示含氯原子的氟利昂對(duì)大氣臭氧層的破壞作用CFCs——氯氟化碳（全鹵化氯氟烴），不含氫，公害物，嚴(yán)重破壞臭氧層，禁用；例：CF2Cl2——R12——CFC12CFCl3——R11——CFC11HCFCs——?dú)渎确?不完全鹵化氯氟烴），含氫，低公害物質(zhì)，屬于過(guò)渡性物質(zhì)；例：CHF2Cl——R22——HCFC22HFCs——?dú)浞迹ú煌耆u化氟烴化合物），不含氯，無(wú)公害，可作為替代物，待研究開(kāi)發(fā)。例：C2H2F4——R134a——HFC134a第一節(jié)制冷劑2、分類(lèi)命名

（2）非飽和碳?xì)浠衔颮XXXX

第一位為非飽和碳鍵個(gè)數(shù)，二位碳原子個(gè)數(shù)減1，三位氫原子個(gè)數(shù)加1，四位氟原子個(gè)數(shù)。

鏈烯烴類(lèi)：乙烯C2H4，丙稀C3H6；烷烴類(lèi)命名方法與氟利昂相同：（丁烷例外，為R600）

CH4——R50，C2H6——R170，C3H8——R290；烯烴類(lèi)命名方法：R后先寫(xiě)上“1”，再按氟利昂方法：乙烯C2H4——R1150，氟乙烯C2H3F——R1141，丙烯C3H6——R1270，第一節(jié)制冷劑2、分類(lèi)命名(3)混合溶液

由兩種(或以上)制冷劑按一定比例相互溶解而成的混合物。

A共沸溶液：固定p下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，t0、tk不變，氣、液相組分相同。命名：R5**：R500、R501、R502、R507…….R509等。

B非共沸溶液：固定p下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，t0、tk變，氣、液相組分不同。

命名：R4**：R400、R401、R402、….R407c等。

第一節(jié)制冷劑

沸點(diǎn)-33.3℃，凝固點(diǎn)-77.9℃

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝蝗莘e制冷量大，蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中,制冷效率高，破壞臭氧層潛能值ODP和溫室效應(yīng)潛能值GWP均為0。粘性小，傳熱性好，流動(dòng)阻力小缺點(diǎn)：毒性較大，有一定的可燃性，安全分類(lèi)為B2氨蒸氣無(wú)色，具有強(qiáng)烈的刺激性臭味,氨液飛濺到皮膚上會(huì)引起腫脹甚至凍傷。其他特點(diǎn)：氨對(duì)黑色金屬物無(wú)腐蝕，但含水時(shí)腐蝕銅和銅合金，在氨制冷機(jī)中不用銅和銅合金材料(磷青銅除外)。吸水性極強(qiáng)，以任意比與水互溶，但在礦物潤(rùn)滑油中的溶解度很小。氨液比重比礦物潤(rùn)滑油小，油沉積下部需定期放出。

1、無(wú)機(jī)物氨四、常用的制冷劑1）臭氧衰減指數(shù)ODP：以R11為1

表示物質(zhì)對(duì)大氣臭氧層的破壞程度。應(yīng)越小越好，ODP=0則對(duì)大氣臭氧層無(wú)害。2）溫室效應(yīng)指數(shù)GWP：以R744為1

表示物質(zhì)造成溫室效應(yīng)的影響程度。應(yīng)越小越好，GWP=0則不會(huì)造成大氣變暖。第一節(jié)制冷劑

沸點(diǎn)—78.4℃，臨界溫度31.1℃

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)污染、不燃、不爆、無(wú)腐蝕。ODP=0，GWP=1,是地球生物圈的組成物質(zhì)。

單位容積制冷能力大：相當(dāng)于R22的5倍

流體粘度低：低流速下易于成成湍流，傳熱性能好

壓縮比低：可以提高絕熱效率。

來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，與常用材料相容性好。缺點(diǎn)：臨界溫度較低，臨界壓力高，一般采用跨臨界循環(huán)。系統(tǒng)工作壓力非常高，

因此對(duì)設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度有較高要求。

1、無(wú)機(jī)物CO2四、常用的制冷劑第一節(jié)制冷劑四、常用的制冷劑2、氟利昂（冰塞，鍍銅）

氟利昂是飽和碳?xì)浠衔稃u族衍生物的總稱(chēng)，大多數(shù)氟利昂本身無(wú)毒、無(wú)臭、不燃、與空氣混合遇火不爆炸，適用于公共建筑或?qū)嶒?yàn)室的空調(diào)制冷裝置。氟利昂不含水分時(shí)，對(duì)金屬無(wú)腐蝕作用。

但氟利昂放熱系數(shù)低，價(jià)格較高，極易滲漏又不易被發(fā)現(xiàn)，吸水性較差，容易出現(xiàn)“冰塞”現(xiàn)象，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)干燥器。氟利昂中含有水分時(shí)，能分解生成氯化氫、氟化氫，不但腐蝕金屬，在鐵質(zhì)表面上還可能產(chǎn)生“鍍銅”現(xiàn)象。鹵化物暴露在熱銅表面，會(huì)產(chǎn)生很亮的綠色，因此，可以用鹵素噴燈檢漏。

氟利昂放熱系數(shù)低，價(jià)格較高，極易滲漏又不易被發(fā)現(xiàn)。第一節(jié)制冷劑四、常用的制冷劑2、氟利昂（冰塞，鍍銅）第一節(jié)制冷劑(1)R22（二氟一氯甲烷CHF2Cl）沸點(diǎn)-40.8℃，凝固點(diǎn)-160℃。ODP=0.034,WGP=1900無(wú)毒，無(wú)色無(wú)味，不燃不爆，安全。屬于HCFC類(lèi)制冷劑，以前廣泛應(yīng)用于空調(diào)用制冷裝置，特別是房間空調(diào)器和單元式空調(diào)器幾乎均采用此種制冷劑，目前已逐步被限制和禁止使用。易于溶解天然橡膠和樹(shù)脂材料。對(duì)有機(jī)物膨潤(rùn)作用較強(qiáng)。采用氯丁橡膠、尼龍和氟塑料。部分與礦物潤(rùn)滑油互溶。較易溶于環(huán)烴族潤(rùn)滑油，溶解度還與溫度，含油量有關(guān)。溶水性差，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)裝設(shè)干燥器。四、常用的制冷劑2、氟利昂（冰塞，鍍銅）第一節(jié)制冷劑(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。ODP=0,WGP=1300與礦物潤(rùn)滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯類(lèi)合成油。在家用空調(diào)中，可采用聚酯合成潤(rùn)滑油（POE油）或烷基苯潤(rùn)滑油（AB油）化學(xué)穩(wěn)定性很好，吸水性比R12強(qiáng)得多，對(duì)系統(tǒng)干燥和清潔性要求更高。R134a的熱工性能接近R12，現(xiàn)被用于冰箱、冰柜和汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，以替代R12R134a的傳熱性能比R12好，因此制冷劑的用量可大大減少。

四、常用的制冷劑2、氟利昂（冰塞，鍍銅）第一節(jié)制冷劑(3)R123（CHCl2CF3）HCFC123沸點(diǎn)為27.87℃，有毒性B1，不可燃。ODP=0.02,WGP=93是一種替代R11的制冷劑，已成功地應(yīng)用與離心式制冷機(jī)。但屬于HCFCS類(lèi)制冷劑，目前已被限制生產(chǎn)及使用，逐步將被其他制冷劑所替代。

第一節(jié)制冷劑4、混合制冷劑(1)共沸制冷劑共沸制冷劑特點(diǎn)：一定蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)時(shí)具有幾乎不變的蒸發(fā)溫度，而且蒸發(fā)溫度一般比組成它的單組分的蒸發(fā)溫度低。

一定蒸發(fā)溫度下，共沸制冷劑單位容積制冷量比組成它的單一制冷劑的容積制冷量要大。

共沸制冷劑化學(xué)穩(wěn)定性較組成它的單一制冷劑好。

在全封閉和半封閉壓縮機(jī)中，采用共沸制冷劑可使電機(jī)得到更好的冷卻，電機(jī)繞組溫升減小。

表1幾種共沸制冷劑的組成和沸點(diǎn)

代號(hào)組分質(zhì)量成分分子量沸點(diǎn)(℃)各組分的沸點(diǎn)(℃)R500R12/152a73.8/26.299.3-33.5-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-40.8/-29.8R502R22/11548.8/51.2111.6-45.4-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.0-82.2/-81.5R504R32/11548.2/51.879.2-59.2-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30-29.8/-9.8R506R31/11455.1/44.993.7-12.5-9.8/3.5R507R125/143a50.0/50.098.9-46.7-48.8/-47.7第一節(jié)制冷劑(2)非共沸制冷劑

一定壓力下溶液加熱時(shí)，首先到達(dá)飽和液體點(diǎn)A(泡點(diǎn))，再加熱到達(dá)點(diǎn)B，即進(jìn)入兩相區(qū)，繼續(xù)加熱到點(diǎn)C(露點(diǎn))時(shí)全部蒸發(fā)完成為飽和蒸氣。泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度的溫差稱(chēng)之為溫度滑移。

圖1–19非共沸制冷劑的T-ξ圖

第一節(jié)制冷劑

兩種或兩種以上的制冷劑，按一定組分互相溶解生成的混合制冷劑，在恒定壓力下，該制冷劑的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度不能保持恒定，而且氣相和液相具有不同的組分。(3)常用混合制冷劑的特性沸點(diǎn)-33.5℃，ODP值較高。1)共沸制冷劑R500

可代替R12用于活塞式制冷機(jī)沸點(diǎn)-45.4℃，ODP值較高。溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上有較好的溶油性。沸點(diǎn)-88℃，不燃燒，無(wú)毒無(wú)腐蝕性，ODP值較高。適用于復(fù)疊式制冷機(jī)的低溫級(jí)。沸點(diǎn)-46.7℃，ODP值為零。不溶于礦物油，但溶于聚酯類(lèi)潤(rùn)滑油。2)共沸制冷劑R502

可代替R22用于獲得低溫3)共沸制冷劑R503

可代替R13使用4)共沸制冷劑R507用R502的場(chǎng)合都可用R507替代

第一節(jié)制冷劑5)非共沸制冷劑R401A和R401B可作為過(guò)度性替代物

泡露點(diǎn)溫差大，使用時(shí)最好將熱交換器作成逆流形式不能與礦物潤(rùn)滑油互溶，但能溶于聚酯類(lèi)合成潤(rùn)滑油與R22相比，蒸發(fā)溫度約高10%，制冷量略有下降，且傳熱性能稍差，制冷效率約下降5%目前，R407C被認(rèn)為是R22較好的替代制冷劑，用于房間空調(diào)器、單元式空調(diào)器以及小型冷水機(jī)組。6)非共沸制冷劑R407C三元非共沸混合制冷劑

替代R22第一節(jié)制冷劑(3)常用混合制冷劑的特性性能與R12較接近。

能溶于聚醇類(lèi)和聚酯類(lèi)潤(rùn)滑油。7)非共沸制冷劑R410A兩元混合制冷劑

第一節(jié)制冷劑(3)常用混合制冷劑的特性R410A與R22相比，系統(tǒng)壓力為其1.5~1.6倍，制冷量大

40%~50%。不能直接用來(lái)替換R22的制冷系統(tǒng)。R410A具有良好的傳熱特性和流動(dòng)特性，制冷效率較高，被認(rèn)為是小型空調(diào)領(lǐng)域最有前景的替代制冷劑泡露點(diǎn)溫差僅0.1℃，可稱(chēng)之為近共沸混合制冷劑，具有與共沸混合制冷劑類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)。不能與礦物潤(rùn)滑油互溶，但能溶于聚酯類(lèi)合成潤(rùn)滑油。

第二節(jié)載冷劑將制冷裝置的制冷量傳遞給被冷卻介質(zhì)的媒介物質(zhì)。一、載冷劑的選擇要求1.

工作溫度范圍內(nèi)始終呈液態(tài)，不凝固、不氣化；2.

無(wú)毒、無(wú)刺激性，環(huán)保、安全，腐蝕性?。?.

比熱大，同樣質(zhì)量則載冷量大；4.

流動(dòng)性好，密度小，粘度小，流動(dòng)阻力??；導(dǎo)熱系數(shù)大，可減少換熱設(shè)備的傳熱面積；來(lái)源廣泛，價(jià)低易得。

1.水：空調(diào)系統(tǒng)中常用，但只能做0℃以上的載冷劑。2.鹽水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2

3.有機(jī)物及其水溶液甲醇、乙二醇、丙三醇。二、載冷劑的類(lèi)型

第二節(jié)載冷劑2.鹽水溶液：NaCl、C