03第2章制冷剂-1

第二章 制冷剂与载冷剂
第一节 制冷剂
制冷剂是制冷装置中进行循环制冷的工作物质，又称为“工质”。

一、对制冷剂的基本要求
（一）热力学性质
（二）物理化学性质 （三）环境友好性能
反映一种制冷剂环境友好性能的参数有消耗臭氧层潜值（Ozone Depletion Potential, ODP ）、全球变暖潜值（Global Warming Potential, GWP ）、大气寿命（排放到大气层的制冷剂被分解一半时所需要的时间，Atmospheric Life ）等。

变暖影响总当量TEWI （Total Equivalent Warming Impact ）综合考虑了制冷剂对全球变暖的直接效应DE 和制冷机消耗能源而排放的CO 2对全球变暖的间接效应IE [3]。

IE DE TEWI +=
（2-1） 其中，)(α⋅+⋅⋅=M N L GWP DE
b E N IE ⋅⋅=
综合考虑制冷剂的ODP 、GWP 和大气寿命，当其排放到大气层后对环境的影响符合国际认可条件时，则认为是环境友好制冷剂。

评价制冷机使用制冷剂的环境友好性能时，国际认可的条件如下[8][9]：
[3] 日本冷凍空調学会 編. 上級標準テキスト·冷凍空調技術（冷凍編）[M]，社団法人日本冷凍空調学会，2000年7月. [8] GB/T 7778-2008, 制冷剂编号方法和安全性分类[S].
[9] LEED. LEED for New Construction Version 2.2, EA Credit 4: Enhanced Refrigerant Management [M]. October, 2005.（美国绿色建筑协会. LEED-NC 标准2.2版，第四评分项《加强制冷剂管理》，2005年10月）
沸点（℃）
单位容积制冷能力（k J /m 3）
图2-1 制冷剂的单位容积制冷能力与沸点的关系
LCGWP+LCODP×105≤100 （2-2）
其中，LCGWP=[GWP r·(L r×N +α) ·R c]/ N
LCODP=[ODP r·(L r×N +α) ·R c]/ N
（四）其它
制冷剂应无毒，不燃烧，不爆炸，而且，易购价廉。

二、安全标准与分类命名
（一）安全性分类
毒性按急性和慢性允许暴露量将制冷剂的毒性危害分为A、B、C三类，参见表2-2。

制冷剂的毒性危害程度分类表2-2
可燃性则按燃烧最小浓度值（Lower Flammability Limit，LEL）和燃烧时产生的热量大小分为1、2、3三类，其分类原则如表2-3所示。

制冷剂的燃烧性危害程度分类表2-3
（二）分类命名
制冷剂采用技术性前缀符号和非技术性前缀符号（也即成分标识前缀符号）两种方式进行命名。

技术性前缀符号为“R”（制冷剂英文单词refrigeration的字头），主要应用于技术出版物、设备铭牌、样本以及使用维护说明书中；非技术性前缀符号是体现制冷剂化学成分
的符号，如含有碳、氟、氯、氢，则分别用C 、F 、Cl 、H 表示，如R22用HCFC-22表示，主要应用在有关臭氧层保护与制冷剂替代的非技术性、科普读物以及有关宣传类出版物中。

对于甲烷、乙烷等饱和碳氢化合物及其卤族衍生物（即氟里昂），其原子数之间有下列关系
z y x n m +++=+22
该类制冷剂编号为“R ×××B ×”。

第一位数字为m-1，此值为0时则省略不写；第二位数字为n ＋1；第三为数字为x ；第四位数字为z ，如为零，则与字母“B ”一同省略。

三、制冷剂的基本热力特性
制冷剂在标准大气压（即101.32 kPa 压力）下的饱和温度，通常称为沸点。

根据沸点的高低，可将制冷剂分为高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂；沸点大于0℃为高温制冷剂，低于-60℃为低温制冷剂。

空气调节用制冷机中采用中温、高温制冷剂。

在给定压力下，蒸发过程或冷凝过程的蒸发温度或冷凝温度并非定值，如图中1、2两点，其中1点为某组分比情况下开始蒸发的温度，称为泡点；2点为该组分比情况下开始冷凝的温度，称为露点；露点和泡点之差，称为温度滑移（temperature glide ）。

m m m ''+'= （2-3） ξξξ''''+''=m m m
（2-4）
当非共沸混合溶液的饱和液线与干饱和蒸气线非常接近时，其定压相变时的温度滑移很小（通常认为泡、露点温度差小于1℃[11]），可视为近似等温过程，故将这类混合溶液叫做近共沸混合制冷剂（Near Zeotropic Mixture Refrigerant ）。

在某段浓度范围溶液的蒸发温度低于或高于两个纯组分的蒸发温度，具有最低沸点或最高沸点的浓度时，在给定压力下其蒸发温度或冷凝温度为定值，故称为共沸混合溶液，可以像纯组分一样使用。

[11] 曹德胜，史琳 编著. 制冷剂使用手册[M]. 北京：冶金工业出版社，2003.
T (℃)
0 ξ 图 2-2 二元混合溶液的温度－浓度图 T A T B
第二节 润滑油
矿物油的应用范围
几类主要制冷润滑油的适用性 表2-7
T (℃)
ξ
图 2-3 具有最低沸点的共沸溶液 T T B B
T (℃)
ξ
图 2-4 具有最高沸点的共沸溶液
T T B B
第三节 载冷剂
空调工程、工业生产和科学试验中，常常采用制冷装置间接冷却被冷却物，或者将制冷装置产生的冷量远距离输送，这时，均需要一种中间物质，在蒸发器内被冷却降温，然后再用它冷却被冷却物，这种中间物质称为载冷剂。

思考题
1. 什么是制冷剂？对制冷剂有什么要求？选择制冷剂时应考虑哪些因素？
2. 制冷剂的安全性是如何规定的？
3. “环保制冷剂就是无氟制冷剂”的说法正确吗？请简述其原因；如何评价制冷剂的环境友好性能？
4. 请说明各类制冷剂的命名方法。

5. 何谓高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂？请对本章的表2-4(b)中所示制冷剂进行分类。

6. 为何空气源热泵的压缩机需要设置油加热器？并分析提出油加热器的控制策略。

7. 什么是载冷剂？对载冷剂有何要求？选择载冷剂时应考虑哪些因素和注意事项？
练习题
1. 将R22和R134a 制冷剂分别放置在两个完全相同的钢瓶中，如何利用最简单的方法
0 含油量(%)
温度(℃)
C"
图2-5 氟利昂-润滑油临界曲线
含油质量百分数 (%)
压力（M P a ）
图2-6 R22和润滑油饱和溶液的压力－浓度图
温度(℃)
浓度(%) 30 20 10 0 -20 -10 0 溶液区
析冰线
析盐线
固态区 合晶点 图2-7 氯化钠盐水溶液 温度(℃)
浓度(%) 30 20 10 0 -40 -10 0 溶液区 析
冰线
析盐线
固态区
合晶点 图2-8 氯化钙盐水溶液 40 -20
-30
-50
进行识别？
2. 高温、中温与低温制冷剂与高压、中压、低压制冷剂的关系是什么？目前常用的高温、中温与低温制冷剂有哪些？各适用于哪些系统？
3. 试分析冷冻油对制冷系统性能有何影响？如果制冷系统的蒸发器内含有浓度较高的冷冻油，对系统的制冷量有何影响，为什么？
4. 在单级蒸气压缩式制冷循环中，当冷凝温度为40℃、蒸发温度为0℃时，请问在R717、R22、R134a、R123、R410A中，哪些制冷剂适宜采用回热循环？
5. 已知内融冰冰盘管蓄冷空调系统制冷机的蒸发温度为－12℃，如果分别采用乙烯乙二醇、NaCl、CaCl2水溶液作为载冷剂，请问各载冷剂的质量浓度至少为多少？。