制冷剂应用知识手册中文版.pdf

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制冷剂应用知识手册制冷剂应用知识手册编译者注：

本手册的主要资料来源摘译自美佳（MCQUAY）空调公司的制冷剂应用手册（AG31-007），参考了部分教科书籍和相关报纸的报道，并摘编了中国CFC制冷剂淘汰纲要内容。

制冷剂知识手册第2页共41页目目录录1.介绍.42.什么是制冷剂.42.1.制冷剂发展历史.43.常用制冷剂.53.1.水,R-718.53.1.1.氨,R-717.53.1.2.二氧化碳,R-744.53.1.3.烃类物质.53.1.4.氯氟碳族（CFC族）.63.1.5.氢氯氟碳族（HCFC族）.63.1.6.氢氟碳族（HFC族）.64.何谓好制冷剂？

.74.1.概述.74.2.蒸气压缩制冷循环.74.3.制冷剂性质.94.3.1.毒性.94.3.2.可燃性.114.3.3.效率.114.3.4.换热性质.124.3.5.臭氧消耗潜值（ODP）.124.3.6.全球变暖潜值（GWP）.134.3.7.材料相容性.134.3.8.冷冻油.144.3.9.临界点.144.3.10.温度滑差.154.3.11.音速.174.3.12.物理性质.175.制冷剂化学性质.175.1.概述.175.2.无机化合物.185.3.氟碳族.185.4.混合物.185.5.共沸制冷剂.185.6.非共沸制冷剂.185.7.烃类物质.195.8.元素的不同化学性质.196.制冷剂和制冷系统.196.1.压缩机.196.2.换热器.206.3.管路和压力损失.217.同温层臭氧消耗.217.1.臭氧消耗的化学过程.217.2.为何是在南极出现空洞?

.22制冷剂知识手册第3页共41页7.3.臭氧消耗展望.228.蒙特利尔议定书.238.1.背景.238.2.淘汰时限.238.3.美国对CFC族的淘汰方案.238.4.蒙特利尔议定书对HCFC族的淘汰要求.238.5.美国的HCFC族淘汰方案.248.5.1.如果达到限量美国要作什么？

.258.5.2.美国规定的HCFC族配给体制.258.6.加拿大的CFC淘汰方案.278.7.加拿大的HCFC族淘汰方案.288.8.欧洲的淘汰方案.298.9.中国的淘汰方案.308.10.蒙特利尔议定书和美国对HFC族的态度.309.制冷剂对气候改变的影响.309.1.二氧化碳等温室气体.319.1.1.二氧化碳水平的变化.319.2.制冷剂的直接与非直接影响.329.3.TEWI.329.3.1.制冷剂排放.329.3.2.能量消耗.3310.京都议定书.3310.1.背景.3310.2.京都议定书要求.3310.3.目标气体.3410.4.二氧化碳接收器.3410.5.二氧化碳排放贸易.3410.6.清洁发展机制.3410.7.发展中国家.3410.8.蒙特利尔议定书和京都议定书的关系.3511.制冷剂展望.3511.1.水（R-718）.3511.2.氨（R-717）.3511.3.二氧化碳（R-744）.3511.4.丙烷（R-290）和异丁烷（R-600a）.3611.5.R-134a.3611.6.R-22的替代.3611.7.R-407C.3711.8.R-410A.3711.9.R-123的替代.3712.结论.3813.专题文章.39制冷剂知识手册第4页共41页1.1.介绍介绍CFC制冷剂曾经被认为对人类和这个行星是安全的，但在1980年代中期人们发现，正在严重地破坏地球的生态。

在设计建筑物时，制冷剂从曾经很少被讨论，突然变成了设计师的主要考虑事项。

当HVAC设备制造商以制冷剂作为重要的市场卖点时，多是公说公有理婆说婆有理。

这使得设备采购决策者经常无所适从。

虽然CFC问题已经非常清楚了，但还有许多问题需要说明。

本手册希望能提供详尽的制冷剂相关知识，以对制冷剂如何影响我们的产品及个人的生活加强理解。

2.2.什么是制冷剂什么是制冷剂在上个千年结束的时候，曾排出了名目繁多的十大排行榜，包括一个二十世纪最伟大发明的排行榜。

与太空飞行和计算机的发明并列，制冷也进入了这个十大排行榜，因为如果没有制冷，食物保存将不可能。

另外，也不可能有高层建筑或现代保健设施。

韦氏词典把制冷剂定义成“在制冷循环中使用的或像冰用于直接冷却的一种物质”。

HVAC工业的业外人士可能会把制冷剂描述成空调器中使用的某种流体。

HVAC工业的许多业内人士将马上想到CFC族物质（氯氟碳）。

以上这些定义都是对的，但制冷剂比那些物质更广泛。

水是制冷剂，在吸收式制冷机中使用。

二氧化碳（CO2）和氨（NH3）作为“天然”制冷剂而为人所知。

易燃物质如丙烷和异丁烷也被作为制冷剂使用。

对于卤代烃物质如CFC,HCFC和HFC族物质，更是受到广泛欢迎的制冷剂。

ASHRAE标准34制冷剂命名和安全分类列出了100多种制冷剂，尽管其中许多并不在常规商业HVAC中使用。

制冷剂是化学物质。

一些物质，被认为是制冷剂（如R-141b），实际上却广泛应用于诸如发泡剂场合，其实很少用于冷却场合。

2.1.制冷剂发展历史制冷剂发展历史十九世纪中叶出现了机械制冷。

雅各布.帕金斯（JacobPerkins）在1834年建造了首台实用机器。

它用乙醚作制冷剂，是一种蒸气压缩系统。

二氧化碳（CO2）和氨（NH3）分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。

其他化学制品包括化学氰（石油醚和石脑油）、二氧化硫（R-764）和甲醚，曾被作为蒸气压缩用制冷剂。

其应用限于工业过程。

多数食物仍用冬天收集或工业制备的冰块来保存。

二十世纪初，制冷系统开始作为大型建筑的空气调节手段。

位于德克萨斯圣安东尼奥的梅兰大厦是第一个全空调高层办公楼.1926年,托马斯.米奇尼（ThomasMidgely）开发了首台CFC（氯氟碳）机器，使用R-12.CFC族（氯氟碳）不可燃、无毒（和二氧化硫相比时）并且能效高。

该机器于1931年开始商业生产并很快进入家用。

威利斯.开利（WillisCarrier）开发了第一台商用离心式制冷机，开创了制冷和空调的纪元。

20世纪30年代，一系列卤代烃制冷剂相继出现，杜邦公司将其命名为氟利昂（Freon）。

这些物质性能优良、无毒、不燃，能适应不同的温度区域，显著地改善了制冷机的性能。

几种制冷剂在空调中变得很普遍，包括CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114和HCFC-22.20世纪50年代，开始使用共沸制冷剂。

60年代开始使用非共沸制冷剂。

空调工业从幼小成长为几十亿美元的产业，使用的都是以上几种制冷剂。

到1963年,这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的98%。

到1970年代中期,对臭氧层变薄的关注浮出水面，CFC族物质可能要承担部分责任。

这导致了1987年蒙特利尔议定书的通过，议定书要求淘汰CFC和HCFC族。

新的解决方案是开发HFC族，来担当制冷剂的主要角色。

HCFC族作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰。

制冷剂知识手册第5页共41页在1990年代，全球变暖对地球生命构成了新的威胁。

虽然全球变暖的因素很多，但因为空调和制冷耗能巨大（美国建筑物耗能约占总能耗的1/3），且许多制冷剂本身就是温室气体，制冷剂又被列入了讨论范围。

虽然ASHRAE标准34把许多物质分类为制冷剂，但只有少部分用于商业空调。

下面是现在仍在使用或过去曾用过的常用制冷剂的一个快速浏览。

表1提供了常用制冷剂的技术数据.3.3.常用制冷剂常用制冷剂3.1.水水,R-718多数制冷过程是吸收循环或蒸气压缩循环。

商业吸收循环一般用水作为制冷剂，溴化锂为吸收剂.水无毒、不可燃、来源丰富。

是一种天然制冷剂.吸收式制冷机即使是双效制冷机，其挑战是COP（性能系数）只比1稍大（离心式制冷机的COP大于5）。

从寿命周期的观点来看，吸收式制冷机需要一个彻底的调查，以确定其解决方案在经济上是否可行。

从环保观点来看，用水作为制冷剂是好的。

吸收式制冷机的低COP值可能表明比离心制冷机需要消耗更多的化石燃料。

但是不一定，因吸收式制冷机直接使用化石燃料，而电制冷机使用电能。

选择用哪种制冷机实际上取决于电能是如何产生的。

3.1.1.3.1.1.氨,R-717氨,R-717氨（NH3）被认为是一种效率最高的天然制冷剂。

它是一种今天仍在使用的“原始”制冷剂。

多用于正位移压缩机的蒸气压缩过程。

ASHRAE标准34将其分类为B2制冷剂（毒性高低可燃）.ASHRAE标准15要求对氨制冷站有特殊的安全考虑。

尽管在商业空调也使用很多，但氨在工业制冷上的应用更广泛些。

3.1.2.3.1.2.二氧化碳,R-744二氧化碳,R-744二氧化碳（CO2）是一种天然制冷剂.它在19世纪末20世纪初停止使用，现在正在研究重新对它的使用。

用于蒸气压缩循环正位移压缩机。

在32时CO2的冷凝压力超过6MPA，这是一个挑战。

而且，CO2的临界点很低，能效差。

尽管如此，仍可能有一些应用，如复叠制冷，CO2将是有用的。

3.1.3.3.1.3.烃类物质烃类物质丙烷（R-290）和异丁烷（R-600a）,以及其他氢碳物质,能够在蒸气压缩过程中作为制冷剂使用。

在北欧，大约有35%的制冷机使用氢碳物质。

它们毒性低且能效高，但容易燃烧。

后者严重限制了它们在北美的使用，因受现今安全规范的制约。

制冷剂知识手册第6页共41页3.1.4.3.1.4.氯氟碳族（CFC族）氯氟碳族（CFC族）氯氟碳族（CFC族）有许多物质，但在空调中最常用的是R-11、R12、R-113和R-114.CFC族到20世纪中叶时已经普遍使用。

发达国家在1995应蒙特利尔议定书的要求停止了CFC族的生产。

在发展中国家它们仍被生产和使用（按时间表将很快淘汰）。

它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。

常用CFC族物质都稳定、安全（从制冷剂标准的角度看）、不可燃且能效高。

不幸的是，它们破坏臭氧层。

3.1.5.3.1.5.氢氯氟碳族（HCFC族）氢氯氟碳族（HCFC族）氢氯氟碳族（HCFC族）几乎和CFC族同时出现。

HCFC-22是世界上使用最广泛的制冷剂。

HCFC-123是CFC-11的过渡替代制冷剂。

它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。

HCFC-22能效高，被分类成A1（低毒不燃）.HCFC123能效高，被分类成B1（高毒不燃）.和CFC族一样,这些制冷剂按蒙特利尔议定书的要求将逐步淘汰。

在发达国家已被限量生产且很快将减产。

发展中国家也有一个淘汰时间表，但淘汰时限延长。

3.1.6.3.1.6.氢氟碳族（HFC族）氢氟碳族（HFC族）氢氟碳族（HFC族）是相对较新的制冷剂，因CFC族的淘汰将日益受到关注。

HFC族制冷剂无臭氧消耗潜值（ODP=0）.HFC-134a是CFC-12和R-500的替代制冷剂.它们用于蒸气压缩过程的所有型式的压缩机中。

常用HFC