油空气调节用制冷技术5

1、主讲人：张姝建筑环境与设备工程教研室 第一节第一节 制冷剂制冷剂只有在工作温度范围内能够气化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。只有在工作温度范围内能够气化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。 l18341834年年 波尔金斯（波尔金斯（Jacob PerkinsJacob Perkins）采用乙醚制造出蒸气压缩式制冷系统。）采用乙醚制造出蒸气压缩式制冷系统。 l18661866年年 威德豪森威德豪森(Windhausen)(Windhausen)提出使用提出使用COCO2 2作制冷剂。作制冷剂。 l18701870年年 卡尔卡尔林德林德(Cart Linde)(Cart Linde)用用NH

2、NH3 3作制冷剂。作制冷剂。 l18741874年年 拉乌尔拉乌尔皮克特皮克特(Raul Pictel)(Raul Pictel)采用采用SOSO2 2作制冷剂。作制冷剂。 （SOSO2 2和和COCO2 2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。）在历史上曾经是比较重要的制冷剂。） l19281928年年 MidleyMidley和和HenneHenne制出氟利昂制出氟利昂1212，步入合成制冷剂时代。，步入合成制冷剂时代。l2020世纪世纪5050年代出现了共沸混合工质，如年代出现了共沸混合工质，如R502R502等等l2020世纪世纪7070年代发现含氯或溴的合成制冷剂对大气臭氧层有破坏作用，

3、而且年代发现含氯或溴的合成制冷剂对大气臭氧层有破坏作用，而且造成非常严重的温室效应。造成非常严重的温室效应。 一、制冷剂的发展一、制冷剂的发展1、热力学性质、热力学性质n制冷效率高：制冷效率高：提高制冷的经济性提高制冷的经济性n压力适中压力适中 蒸发压力接近大气压或大于大气压，空气不易渗入系统。空气不易渗入系统。 冷凝压力不应过高，最好不超过2MPa，减少设备压力，减少制冷剂渗漏。减少设备压力，减少制冷剂渗漏。n单位容积制冷能力大：单位容积制冷能力大：体积流量减小，减少压缩机尺寸。体积流量减小，减少压缩机尺寸。 一般而言，标准大气压力下，沸点越低，单位容积制冷能力越大。一般而言，标准大气压力下

4、，沸点越低，单位容积制冷能力越大。n临界温度高：临界温度高：便于采用一般冷却水或空气带走冷凝热，并且制冷系数较高。便于采用一般冷却水或空气带走冷凝热，并且制冷系数较高。二、对制冷剂的基本要求二、对制冷剂的基本要求第一节第一节 制冷剂制冷剂2、物理化学性质、物理化学性质n与润滑油的互溶性与润滑油的互溶性有限溶于润滑油的制冷剂：有限溶于润滑油的制冷剂：其在润滑油中的溶解度一般不超过百分之一，如NH3。影响换热设备传热。分层现象。无限溶于润滑油的制冷剂：无限溶于润滑油的制冷剂：处于再冷状态时，处于再冷状态时，可与任何比例的润滑油组成溶液。在饱和状态下，在饱和状态下，溶液的浓度则与压力、温度有关。有可

5、能转化为有限溶于润滑油的制冷剂。n导热系数、放热系数高：导热系数、放热系数高：可以减少换热设备的传热面积，缩小设备尺寸。可以减少换热设备的传热面积，缩小设备尺寸。n密度、黏度小：密度、黏度小：可以减小制冷剂管道口径和流动阻力。可以减小制冷剂管道口径和流动阻力。n相容性好：相容性好：制冷剂对金属和其他材料应无腐蚀与侵蚀作用制冷剂对金属和其他材料应无腐蚀与侵蚀作用。第一节第一节 制冷剂制冷剂二、对制冷剂的基本要求二、对制冷剂的基本要求3、环境友好性能、环境友好性能制冷剂环境友好性能参数有：制冷剂环境友好性能参数有：（1）消耗臭氧层潜能值（）消耗臭氧层潜能值（ODP)（2）全球变暖潜能值）全球变暖潜

6、能值(GWP)（3）大气寿命）大气寿命(AL)（4）变暖影响总当量）变暖影响总当量(TEWI):综合考虑了制冷剂的直接效应综合考虑了制冷剂的直接效应DE和消耗能源而排放的和消耗能源而排放的CO2的间接效应的间接效应IE。二、对制冷剂的基本要求二、对制冷剂的基本要求3、环境友好性能、环境友好性能制冷机使用制冷机的环境友好性能，国际认可条件如下：制冷机使用制冷机的环境友好性能，国际认可条件如下：二、对制冷剂的基本要求二、对制冷剂的基本要求4、其他、其他无毒、不燃烧、不爆炸、易购价廉。第一节第一节 制冷剂制冷剂二、对制冷剂的基本要求二、对制冷剂的基本要求三、安全标准与分类命名三、安全标准与分类命名1

7、.安全分类（单组分制冷剂）安全分类（单组分制冷剂）三、安全标准与分类命名三、安全标准与分类命名1.安全分类（单组分制冷剂）安全分类（单组分制冷剂）三、安全标准与分类命名三、安全标准与分类命名1.安全分类（混合物制冷剂）安全分类（混合物制冷剂）浓度滑移：浓度滑移：制冷剂混合物中较易会发组分先挥发，不易挥发组制冷剂混合物中较易会发组分先挥发，不易挥发组分分 先冷凝二产生的混合物气液相组分浓度变化，称为浓度滑先冷凝二产生的混合物气液相组分浓度变化，称为浓度滑移。此时，混合制冷剂的燃烧性和毒性也可能发生变化。移。此时，混合制冷剂的燃烧性和毒性也可能发生变化。安全性表示方法：安全性表示方法：第一个类型第

8、一个类型/第二个类型。第二个类型。第一个类型是混合物在规定组分浓度下进行分类；第一个类型是混合物在规定组分浓度下进行分类；第二个类型是混合物在最大浓度滑移的组分浓度下进行分类。第二个类型是混合物在最大浓度滑移的组分浓度下进行分类。目前使用的制冷剂有很多种，归纳起来可分四类， 即无机化合物、碳氢化合物、氟利昂以及混合溶液。n无机化合物无机化合物 NH3、CO2、H2O。命名：R7* *为分子量例： NH3R717 CO2R744 H2OR718 三、安全标准与分类命名三、安全标准与分类命名2、分类命名、分类命名2、分类命名、分类命名（1）饱和碳氢化合物及其卤族衍生物）饱和碳氢化合物及其卤族衍生物

9、分子式：CmHnFxClyBrz （满足2m+2=n+x+y+z）1）命名法）命名法：RXXXBX R m-1 (为0时略) n+1 x B z（z为0时与B一起略）例：一氯二氟甲烷分子CHF2ClR22 一溴三氟甲烷分子CF3BrR13B1 二氯三氟乙烷分子CHCL2CF3R123 三氟三氯乙烷分子C2F3Cl3R113 八氟环丁烷C4F8R318 甲烷CH4R50，乙烷C2H6R170，丙烷C3H8R290；第一节第一节 制冷剂制冷剂特例：丁烷特例：丁烷C4H4R6002、分类命名、分类命名2）命名法）命名法2-卤代烃（氟利昂）卤代烃（氟利昂） ：表示含氯原子的氟利昂对大气臭氧层的破坏作用

10、CFCs氯氟化碳（全卤化氯氟烃），不含氢，公害物，严重破坏臭氧层，禁用；例：CF2Cl2R12 CFC12 CFCl3R11CFC11HCFCs氢氯氟化碳(不完全卤化氯氟烃），含氢，低公害物质，属于过渡性物质；例：CHF2ClR22HCFC22HFCs氢氟化碳（不完全卤化氟烃化合物），不含氯，无公害，可作为替代物， 待研究开发。例：C2H2F4R134aHFC134a第一节第一节 制冷剂制冷剂2、分类命名、分类命名 （2）非饱和碳氢化合物）非饱和碳氢化合物RXXXX 第一位为非饱和碳键个数，二位碳原子个数减1，三位氢原子个数加1，四位氟原子个数。 链烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6；u烷烃类

11、命名方法与氟利昂相同：（丁烷例外，为R600） CH4R50，C2H6R170，C3H8R290；u烯烃类命名方法：R后先写上“1”，再按氟利昂方法： 乙烯C2H4R1150，氟乙烯C2H3FR1141，丙烯C3H6R1270，第一节第一节 制冷剂制冷剂2、分类命名、分类命名(3)(3)混合溶液混合溶液 由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 A共沸溶液共沸溶液：固定p下蒸发或冷凝时，t0、tk不变，气、液相组分相同。命名：R5* ：R500、R501、R502 、R507 . R509等。 B非共沸溶液非共沸溶液：固定p下蒸发或冷凝时，t0、tk变，气、液相组分不同。 命名：

12、R4* ：R400、R401、R402、. R407c等。 第一节第一节 制冷剂制冷剂 沸点-33.3，凝固点-77.9 优点：单位容积制冷量大单位容积制冷量大，蒸发压力和冷凝压力适中压力适中,制冷效率高制冷效率高，破坏臭氧层 潜能值ODPODP和温室效应潜能值GWPGWP均为均为0 0。粘性小粘性小，传热性好传热性好，流动阻力小流动阻力小 缺点：毒性较大毒性较大，有一定的可燃性可燃性，安全分类为B2 氨蒸气无色，具有强烈的刺 激性臭味,氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤。 其他特点：氨对黑色金属物无腐蚀，但含水时腐蚀铜和铜合金铜和铜合金，在氨制冷机中 不用铜和铜合金材料(磷青铜除外)。吸水性

13、极强，以任意比与水互溶以任意比与水互溶， 但在矿物润滑油中的溶解度很小润滑油中的溶解度很小。氨液比重比矿物润滑油小，油沉积 下部需定期放出。 1 1、无机物、无机物氨氨四、常用的制冷剂四、常用的制冷剂1）臭氧衰减指数臭氧衰减指数ODP：以：以R11为为1 表示物质对大气臭氧层的破坏程度。表示物质对大气臭氧层的破坏程度。 应越小越好，应越小越好，ODP=0则对大气臭氧层无害。则对大气臭氧层无害。2）温室效应指数温室效应指数GWP：以：以R744为为1 表示物质造成温室效应的影响程度。表示物质造成温室效应的影响程度。 应越小越好，应越小越好，GWP=0则不会造成大气变暖。则不会造成大气变暖。第一节

14、第一节 制冷剂制冷剂 沸点78.4，临界温度31.1 优点：无毒、无臭、无污染、不燃、不爆、无腐蚀。 ODP=0，GWP=1,是地球生物圈的组成物质。 单位容积制冷能力大：相当于R22的5倍 流体粘度低：低流速下易于成成湍流，传热性能好 压缩比低：可以提高绝热效率。 来源广泛，价格低廉，与常用材料相容性好。 缺点：临界温度较低，临界压力高，一般采用跨临界循环。系统工作压力非常高， 因此对设备机械强度有较高要求。 1 1、无机物、无机物COCO2 2四、常用的制冷剂四、常用的制冷剂第一节第一节 制冷剂制冷剂四、常用的制冷剂四、常用的制冷剂2 2、氟利昂（冰塞，镀铜）、氟利昂（冰塞，镀铜） 氟利昂

15、是饱和碳氢化合物卤族衍生物的总称，大多数氟利昂本身无毒、无毒、无臭、不燃、与空气混合遇火不爆炸无臭、不燃、与空气混合遇火不爆炸，适用于公共建筑或实验室的空调制冷装置。氟利昂不含水分时，对金属无腐蚀作用不含水分时，对金属无腐蚀作用。 但氟利昂放热系数低，价格较高，极易渗漏又不易被发现，吸水性较放热系数低，价格较高，极易渗漏又不易被发现，吸水性较差差，容易出现“冰塞冰塞”现象，系统中应设干燥器干燥器。氟利昂中含有水分时，能分解生成氯化氢、氟化氢，不但腐蚀金属，在铁质表面上还可能产生“镀铜镀铜”现象。卤化物暴露在热铜表面，会产生很亮的绿色，因此，可以用卤素喷灯检漏。 氟利昂放热系数低，价格较高，极易

16、渗漏又不易被发现。第一节第一节 制冷剂制冷剂四、常用的制冷剂四、常用的制冷剂2 2、氟利昂（冰塞，镀铜）、氟利昂（冰塞，镀铜）第一节第一节 制冷剂制冷剂(1) R22(1) R22（二氟一氯甲烷（二氟一氯甲烷 CHFCHF2 2ClCl）l沸点沸点-40.8-40.8，凝固点，凝固点-160-160。 ODP=0.034, WGP=1900ODP=0.034, WGP=1900l无毒，无色无味，不燃不爆，安全。无毒，无色无味，不燃不爆，安全。l属于属于HCFC类制冷剂，类制冷剂，以前广泛应用于空调用制冷装置，特别是房间空调器和单元以前广泛应用于空调用制冷装置，特别是房间空调器和单元式空调器几乎

17、均采用此种制冷剂，式空调器几乎均采用此种制冷剂，目前已逐步被限制和禁止使用。目前已逐步被限制和禁止使用。l易于溶解天然橡胶和树脂材料。对有机物膨润作用较强。采用氯丁橡胶、尼龙和氟塑料。易于溶解天然橡胶和树脂材料。对有机物膨润作用较强。采用氯丁橡胶、尼龙和氟塑料。l部分与矿物润滑油互溶。较易溶于环烃族润滑油，溶解度还与温度，含油量有关。部分与矿物润滑油互溶。较易溶于环烃族润滑油，溶解度还与温度，含油量有关。l溶水性差，系统内应装设干燥器。溶水性差，系统内应装设干燥器。 四、常用的制冷剂四、常用的制冷剂2 2、氟利昂（冰塞，镀铜）、氟利昂（冰塞，镀铜）第一节第一节 制冷剂制冷剂(2) R134a(

18、2) R134a（四氟乙烷（四氟乙烷 CHCH2 2FCFFCF3 3）l毒性非常低，不可燃，安全。毒性非常低，不可燃，安全。 ODP=0, WGP=1300l与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类合成油。与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类合成油。在家用空调中，可采用聚酯合成润滑油（在家用空调中，可采用聚酯合成润滑油（POEPOE油）或烷基苯润滑油（油）或烷基苯润滑油（ABAB油）油）l化学稳定性很好，吸水性比化学稳定性很好，吸水性比R12强得多，对系统干燥和清洁性要求更高。强得多，对系统干燥和清洁性要求更高。lR134a的热工性能接近的热工性能接近R12，现被用于冰箱、冰柜和

19、汽车空调系统，以替代，现被用于冰箱、冰柜和汽车空调系统，以替代R12lR134a 的传热性能比的传热性能比 R12 好，因此制冷剂的用量可大大减少。好，因此制冷剂的用量可大大减少。四、常用的制冷剂四、常用的制冷剂2 2、氟利昂（冰塞，镀铜）、氟利昂（冰塞，镀铜）第一节第一节 制冷剂制冷剂(3) R123(3) R123（CHClCHCl2 2CFCF3 3）HCFC123HCFC123l沸点为沸点为27.8727.87，有，有毒性毒性B1B1，不可燃。，不可燃。 ODP=0.02, WGP=93l是一种替代是一种替代R11R11的制冷剂，已成功地应用与离心式制冷机。的制冷剂，已成功地应用与离心

20、式制冷机。l但属于但属于HCFCSHCFCS类制冷剂，目前已被限制生产及使用，逐步将被其他制冷剂所替代。类制冷剂，目前已被限制生产及使用，逐步将被其他制冷剂所替代。 第一节第一节 制冷剂制冷剂4、混合制冷剂、混合制冷剂(1) (1) 共沸制冷剂共沸制冷剂共沸制冷剂特点：共沸制冷剂特点：一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度一般比一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。组成它的单组分的蒸发温度低。 一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的容积制冷

21、量要大。容积制冷量要大。 共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。 在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷却，在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。电机绕组温升减小。 表表1 1 几种共沸制冷剂的组成和沸点几种共沸制冷剂的组成和沸点 代号代号组分组分质量成分质量成分分子量分子量沸点沸点()各组分的沸点各组分的沸点()R500R12/152a73.8/26.299.3-33.5-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5 -40.8/-29.8R502R

22、22/11548.8/51.2111.6-45.4-40.8/-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第一节第一节 制冷剂制冷剂(2) (2) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂l 一定压力下溶液加热时，首先一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点到达饱

23、和液体点A A( (泡点泡点) )，再加热到，再加热到达点达点B B，即进入两相区，继续加热到，即进入两相区，继续加热到点点C C( (露点露点) )时全部蒸发完成为饱和蒸时全部蒸发完成为饱和蒸气。气。泡点温度和露点温度的温差称之为泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移。温度滑移。 图图1 119 19 非共沸制冷剂的非共沸制冷剂的T-T-图图 第一节第一节 制冷剂制冷剂l 两种或两种以上的制冷剂，按一两种或两种以上的制冷剂，按一定组分互相溶解生成的混合制冷剂，定组分互相溶解生成的混合制冷剂，在恒定压力下，该制冷剂的在恒定压力下，该制冷剂的蒸发温度蒸发温度和冷凝温度不能保持恒定和冷凝温度不能保

24、持恒定，而且气相，而且气相和液相具有和液相具有不同的组分不同的组分。(3) (3) 常用混合制冷剂的特性常用混合制冷剂的特性沸点沸点-33.5-33.5，ODPODP值较高。值较高。 1) 1) 共沸制冷剂共沸制冷剂R500R500 可代替可代替R12R12用于活塞式制冷机用于活塞式制冷机 沸点沸点-45.4-45.4，ODPODP值较高。值较高。 溶水性比溶水性比R12R12大大1.51.5倍，在倍，在8282以上有较好的溶油性。以上有较好的溶油性。 沸点沸点-88-88，不燃烧，无毒无腐蚀性，不燃烧，无毒无腐蚀性，ODPODP值较高。值较高。 适用于复叠式制冷机的低温级。适用于复叠式制冷机

25、的低温级。沸点沸点-46.7-46.7，ODPODP值为零。值为零。 不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。 2) 2) 共沸制冷剂共沸制冷剂R502R502 可代替可代替R22R22用于获得低温用于获得低温 3) 3) 共沸制冷剂共沸制冷剂R503R503 可代替可代替R13R13使用使用4) 4) 共沸制冷剂共沸制冷剂R507 R507 用用R502R502的场合都可用的场合都可用R507R507替代替代 第一节第一节 制冷剂制冷剂5) 5) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂R401AR401A和和R401BR401Bl可作为过度性替代物可作为过度性替代物 l泡露点温

26、差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式 l不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油 l与与R22R22相比，蒸发温度约高相比，蒸发温度约高10%10%，制冷量略有下降，且传热性能稍，制冷量略有下降，且传热性能稍差，制冷效率约下降差，制冷效率约下降5% 5% l目前，目前，R407CR407C被认为是被认为是R22R22较好的替代制冷剂，用于房间空调器、较好的替代制冷剂，用于房间空调器、单元式空调器以及小型冷水机组。单元式空调器以及小型冷水机组。6) 6) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂R407CR407

27、C三元非共沸混合制冷剂三元非共沸混合制冷剂 替代替代R22R22第一节第一节 制冷剂制冷剂(3) (3) 常用混合制冷剂的特性常用混合制冷剂的特性性能与性能与R12较接近。较接近。 l能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。7) 7) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂R410AR410A两元混合制冷剂两元混合制冷剂 第一节第一节 制冷剂制冷剂(3) (3) 常用混合制冷剂的特性常用混合制冷剂的特性lR410A与与R22相比，系统压力为其相比，系统压力为其1.51.6倍，制冷量大倍，制冷量大 40%50%。不能直接用来替换。不能直接用来替换R22的制冷系统。的制冷系统。 lR410A具有

28、良好的传热特性和流动特性，制冷效率较高，具有良好的传热特性和流动特性，制冷效率较高，被认为是小型空调领域最有前景的替代制冷剂被认为是小型空调领域最有前景的替代制冷剂l泡露点温差仅泡露点温差仅0.1，可称之为近共沸混合制冷剂，具有与，可称之为近共沸混合制冷剂，具有与共沸混合制冷剂类似的优点。共沸混合制冷剂类似的优点。l不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。 第二节第二节 载冷剂载冷剂将制冷装置的制冷量传递给被冷却介质的媒介物质将制冷装置的制冷量传递给被冷却介质的媒介物质。一、载冷剂的选择要求一、载冷剂的选择要求1. 工作温度范围内始终呈液态，不凝固、不气化；2. 无毒、无刺激性，环保、安全，腐蚀性小；3. 比热大，同样质量则载冷量大；4. 流动性好，密度小，粘度小，流动阻力小；导热系数大，可减少换热设备的传热面积；来源广泛，价低易得。 n1. 水：空调系统中常用，但只能做0以上的载冷剂。n2. 盐水溶液：NaCl、