制冷剂知识手册

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1、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 （AG 31-007） ，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 目目 录录 1. 介绍.4 2. 什么是制冷剂.4 2.1. 制冷剂发展历史4 3. 常用制冷剂.5 3.1. 水, R-7185 3.1.1. 氨, R-7175 3.1.2. 二氧化碳, R-7445 3.1.3. 烃类物质5 3.1.4. 氯氟碳族 (CFC族)6 3.1.5. 氢氯氟碳族 (HCFC族).6 3.1.6. 氢氟碳族(HFC族)6 4.

2、 何谓好制冷剂？.7 4.1. 概述7 4.2. 蒸气压缩制冷循环7 4.3. 制冷剂性质9 4.3.1. 毒性9 4.3.2. 可燃性11 4.3.3. 效率11 4.3.4. 换热性质12 4.3.5. 臭氧消耗潜值(ODP) .12 4.3.6. 全球变暖潜值(GWP) 13 4.3.7. 材料相容性13 4.3.8. 冷冻油14 4.3.9. 临界点14 4.3.10. 温度滑差15 4.3.11. 音速17 4.3.12. 物理性质17 5. 制冷剂化学性质.17 5.1. 概述17 5.2. 无机化合物18 5.3. 氟碳族18 5.4. 混合物18 5.5. 共沸制冷剂18 5.

3、6. 非共沸制冷剂18 5.7. 烃类物质19 5.8. 元素的不同化学性质19 6. 制冷剂和制冷系统.19 6.1. 压缩机19 6.2. 换热器20 6.3. 管路和压力损失21 7. 同温层臭氧消耗.21 7.1. 臭氧消耗的化学过程21 7.2. 为何是在南极出现空洞?22 第 2 页 共 2 页 制冷剂知识手册 7.3. 臭氧消耗展望22 8. 蒙特利尔议定书.23 8.1. 背景23 8.2. 淘汰时限23 8.3. 美国对CFC族的淘汰方案 23 8.4. 蒙特利尔议定书对HCFC族的淘汰要求23 8.5. 美国的HCFC族淘汰方案24 8.5.1. 如果达到限量美国要作什么？

4、25 8.5.2. 美国规定的HCFC族配给体制25 8.6. 加拿大的CFC淘汰方案 27 8.7. 加拿大的 HCFC族淘汰方案28 8.8. 欧洲的淘汰方案29 8.9. 中国的淘汰方案30 8.10. 蒙特利尔议定书和美国对HFC族的态度 30 9. 制冷剂对气候改变的影响.30 9.1. 二氧化碳等温室气体31 9.1.1. 二氧化碳水平的变化31 9.2. 制冷剂的直接与非直接影响32 9.3. TEWI32 9.3.1. 制冷剂排放32 9.3.2. 能量消耗33 10. 京都议定书.33 10.1. 背景33 10.2. 京都议定书要求33 10.3. 目标气体34 10.4.

5、 二氧化碳接收器34 10.5. 二氧化碳排放贸易34 10.6. 清洁发展机制34 10.7. 发展中国家34 10.8. 蒙特利尔议定书和京都议定书的关系35 11. 制冷剂展望.35 11.1. 水 (R-718).35 11.2. 氨(R-717).35 11.3. 二氧化碳(R-744).35 11.4. 丙烷 (R-290) 和异丁烷 (R-600a).36 11.5. R-134a36 11.6. R-22 的替代.36 11.7. R-407C.37 11.8. R-410A.37 11.9. R-123 的替代.37 12. 结论.38 13. 专题文章.39 第 3 页 共

6、 3 页 制冷剂知识手册 1. 介绍 1. 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

7、，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

8、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（Jacob Perkins）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

9、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（Thomas Midgely）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（Willis Carrier）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。

10、 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

11、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。 第 4 页 共 4 页 制冷剂知识手册 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

12、技术 数据. 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

13、哪种制冷机实际上取决于电能是如何产 生的。 3.1.1. 氨, R-717 3.1.1. 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. 二氧化碳, R-744 3.1.2. 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

14、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. 烃类物质 3.1.3. 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。 第 5 页 共 5 页 制冷剂知识手册 3.1.4. 氯氟碳族 (CFC 族) 3.1

15、.4. 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. 氢氯氟碳族 (HCFC 族) 3.1.5. 氢氯氟碳族 (HCFC 族) 氢氯氟碳族(HCFC 族)几乎和 CFC 族同时出现

16、。 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. 氢氟碳族(HFC 族) 3.1.6. 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 族制冷剂 能效高被分类成 A1 (低毒不燃).但对全球变暖有影响。 表 1 制冷剂性质 常用性质 制冷 剂 化学名称 化学式 分子量 安 全 分组 大气寿 命(年) ODP GWP 11 三