油空气调节用制冷技术5

主讲人：张姝建筑环境与设备工程教研室第二章制冷剂与载冷剂

第一节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。

1834年波尔金斯（JacobPerkins）采用乙醚制造出蒸气压缩式制冷系统。1866年威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷剂。1870年卡尔·林德(CartLinde)用NH3作制冷剂。1874年拉乌尔·皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷剂。（SO2和CO2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。）1928年Midley和Henne制出氟利昂12，步入合成制冷剂时代。20世纪50年代出现了共沸混合工质，如R502等20世纪70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。一、制冷剂的发展1、热力学性质制冷效率高：提高制冷的经济性压力适中

蒸发压力接近大气压或大于大气压，空气不易渗入系统。

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。单位容积制冷能力大：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。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。二、对制冷剂的基本要求第一节制冷剂2、物理化学性质与润滑油的互溶性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：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，溶液的浓度则与压力、温度有关。有可能转化为有限溶于润滑油的制冷剂。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。密度、黏度小：可以减小制冷剂管道口径和流动阻力。相容性好：制冷剂对金属和其他材料应无腐蚀与侵蚀作用。第一节制冷剂二、对制冷剂的基本要求3、环境友好性能制冷剂环境友好性能参数有：（1）消耗臭氧层潜能值（ODP)（2）全球变暖潜能值(GWP)（3）大气寿命(AL)（4）变暖影响总当量(TEWI):综合考虑了制冷剂的直接效应DE和消耗能源而排放的CO2的间接效应IE。二、对制冷剂的基本要求3、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：二、对制冷剂的基本要求4、其他无毒、不燃烧、不爆炸、易购价廉。第一节制冷剂二、对制冷剂的基本要求三、安全标准与分类命名1.安全分类（单组分制冷剂）三、安全标准与分类命名1.安全分类（单组分制冷剂）三、安全标准与分类命名1.安全分类（混合物制冷剂）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：第一个类型/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。无机化合物

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

三、安全标准与分类命名2、分类命名2、分类命名（1）饱和碳氢化合物及其卤族衍生物分子式：CmHnFxClyBrz

（满足2m+2=n+x+y+z）1）命名法：RXXXBXRm-1(为0时略)n+1xBz（z为0时与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

八氟环丁烷C4F8——R318甲烷CH4——R50，乙烷C2H6——R170，丙烷C3H8——R290；第一节制冷剂特例：丁烷C4H4——R6002、分类命名2）命名法2-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：CF2Cl2——R12——CFC12CFCl3——R11——CFC11HCFCs——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：CHF2Cl——R22——HCFC22HFCs——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：C2H2F4——R134a——HFC134a第一节制冷剂2、分类命名

（2）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；烷烃类命名方法与氟利昂相同：（丁烷例外，为R600）

CH4——R50，C2H6——R170，C3H8——R290；烯烃类命名方法：R后先写上“1”，再按氟利昂方法：乙烯C2H4——R1150，氟乙烯C2H3F——R1141，丙烯C3H6——R1270，第一节制冷剂2、分类命名(3)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：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：固定p下蒸发或冷凝时，t0、tk变，气、液相组分不同。

命名：R4**：R400、R401、R402、….R407c等。

第一节制冷剂

沸点-33.3℃，凝固点-77.9℃

优点：单位容积制冷量大，蒸发压力和冷凝压力适中,制冷效率高，破坏臭氧层潜能值ODP和温室效应潜能值GWP均为0。粘性小，传热性好，流动阻力小缺点：毒性较大，有一定的可燃性，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，在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外)。吸水性极强，以任意比与水互溶，但在矿物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、无机物氨四、常用的制冷剂1）臭氧衰减指数ODP：以R11为1

表示物质对大气臭氧层的破坏程度。应越小越好，ODP=0则对大气臭氧层无害。2）温室效应指数GWP：以R744为1

表示物质造成温室效应的影响程度。应越小越好，GWP=0则不会造成大气变暖。第一节制冷剂

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、无机物CO2四、常用的制冷剂第一节制冷剂四、常用的制冷剂2、氟利昂（冰塞，镀铜）

氟利昂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。

但氟利昂放热系数低，价格较高，极易渗漏又不易被发现，吸水性较差，容易出现“冰塞”现象，系统中应设干燥器。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”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，极易渗漏又不易被发现。第一节制冷剂四、常用的制冷剂2、氟利昂（冰塞，镀铜）第一节制冷剂(1)R22（二氟一氯甲烷CHF2Cl）沸点-40.8℃，凝固点-160℃。ODP=0.034,WGP=1900无毒，无色无味，不燃不爆，安全。属于HCFC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。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。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。溶水性差，系统内应装设干燥器。四、常用的制冷剂2、氟利昂（冰塞，镀铜）第一节制冷剂(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。ODP=0,WGP=1300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（POE油）或烷基苯润滑油（AB油）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。R134a的热工性能接近R12，现被用于冰箱、冰柜和汽车空调系统，以替代R12R134a的传热性能比R12好，因此制冷剂的用量可大大减少。

四、常用的制冷剂2、氟利昂（冰塞，镀铜）第一节制冷剂(3)R123（CHCl2CF3）HCFC123沸点为27.87℃，有毒性B1，不可燃。ODP=0.02,WGP=93是一种替代R11的制冷剂，已成功地应用与离心式制冷机。但属于HCFCS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。

第一节制冷剂4、混合制冷剂(1)共沸制冷剂共沸制冷剂特点：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。

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。

表1几种共沸制冷剂的组成和沸点

代号组分质量成分分子量沸点(℃)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/-29.8R502R22/11548.8/51.2111.6-45.4-40.8/-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第一节制冷剂(2)非共沸制冷剂

一定压力下溶液加热时，首先到达饱和液体点A(泡点)，再加热到达点B，即进入两相区，继续加热到点C(露点)时全部蒸发完成为饱和蒸气。泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移。

图1–19非共沸制冷剂的T-ξ图

第一节制冷剂

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，在恒定压力下，该制冷剂的蒸发温度和冷凝温度不能保持恒定，而且气相和液相具有不同的组分。(3)常用混合制冷剂的特性沸点-33.5℃，ODP值较高。1)共沸制冷剂R500

可代替R12用于活塞式制冷机沸点-45.4℃，ODP值较高。溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上有较好的溶油性。沸点-88℃，不燃烧，无毒无腐蚀性，ODP值较高。适用于复叠式制冷机的低温级。沸点-46.7℃，ODP值为零。不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。2)共沸制冷剂R502

可代替R22用于获得低温3)共沸制冷剂R503

可代替R13使用4)共沸制冷剂R507用R502的场合都可用R507替代

第一节制冷剂5)非共沸制冷剂R401A和R401B可作为过度性替代物

泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油与R22相比，蒸发温度约高10%，制冷量略有下降，且传热性能稍差，制冷效率约下降5%目前，R407C被认为是R22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。6)非共沸制冷剂R407C三元非共沸混合制冷剂

替代R22第一节制冷剂(3)常用混合制冷剂的特性性能与R12较接近。

能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。7)非共沸制冷剂R410A两元混合制冷剂

第一节制冷剂(3)常用混合制冷剂的特性R410A与R22相比，系统压力为其1.5~1.6倍，制冷量大

40%~50%。不能直接用来替换R22的制冷系统。R410A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泡露点温差仅0.1℃，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。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。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。

1.水：空调系统中常用，但只能做0℃以上的载冷剂。2.盐水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2

3.有机物及其水溶液甲醇、乙二醇、丙三醇。二、载冷剂的类型

第二节载冷剂2.盐水溶液：NaCl、C