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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 A G 3 1 0 0 7 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 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 718 5 3 1 1 氨 R 717 5 3 1 2 二氧化碳 R 744 5 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
2、 6 4 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 6 非
3、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 制冷剂知识手册 第 3 页 共 41 页 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 25
4、 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 TEWI 32 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 134a 36 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 1 2 结论 38 1 3 专题文章 39 制冷剂知识手册 第 4 页 共 41 页 1
6、1 介绍 介绍 C F C 制冷剂曾经被认为对人类和这个行星是安全的 但在 1 9 8 0 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 H V A C 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 C F C 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
7、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 H V A C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 H V A C 工业的许多业内人士将马上想到 C F C 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 C O2 和氨 N H3 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 C F C H C F
8、C 和 H F C 族物质 更是受到广泛欢迎的制冷剂 A S H R A E 标准 3 4 制冷剂命名和安全分类 列出了 1 0 0 多种制冷剂 尽管其中许多并不在常规商业 H V A C 中使用 制冷剂是化学物质 一些物质 被认为是制冷剂 如 R 1 4 1 b 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 J a c o b P e r k i n s 在 1 8 3 4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 C O2 和氨 N H3 分别在 1 8 6 6 年和
9、1 8 7 3 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 7 6 4 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 1 9 2 6 年 托马斯 米奇尼 T h o m a s M i d g e l y 开发了首台 C F C 氯氟碳 机器 使用 R 1 2 C F C 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 1 9 3 1年开始商业生产并 很快进入家用 威利斯 开利 W
10、i l l i s C a r r i e r 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 2 0 世纪 3 0 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 F r e o n 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 C F C 1 1 C F C 1 2 C F C 1 1 3 C F C 1 1 4 和 H C F C 2 2 2 0 世纪 5 0 年代 开始 使用共沸制冷剂 6 0 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 1 9
11、6 3 年 这些制冷 剂占到整个有机氟工业产量的 9 8 到 1 9 7 0 年代中期 对臭氧层变薄的关注浮出水面 C F C 族物质可能要承担部分责任 这导致了 1 9 8 7 年蒙特利尔议定书的通过 议定书要求淘汰 C F C 和 H C F C 族 新的解决方案是开发 H F C 族 来 担当制冷剂的主要角色 H C F C 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 1 9 9 0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
12、列入了讨论范围 虽然 A S H R A E 标准 3 4 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 C O P 性能系数 只比 1 稍大 离心式制冷机的 C O P 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
13、 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 C O P 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 7 1 7 氨 R 7 1 7 氨 N H3 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 A S H R A E 标准 3 4 将其 分类为 B 2 制冷剂 毒性高低可燃 A S H R A E 标准 1 5 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
14、 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 7 4 4 二氧化碳 R 7 4 4 二氧化碳 C O2 是一种天然制 冷剂 它在 1 9 世纪末 2 0 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 3 2 时 C O2的冷凝压力 超过 6 M P A 这是一个挑战 而且 C O2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 C O2将是 有用的 3 1 3 3 1 3 烃类物质 烃类物质 丙烷 R 2 9 0 和异丁烷 R 6 0 0 a 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
15、大 约有 3 5 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 C F C 族 氯氟碳族 C F C 族 氯氟碳族 C F C 族 有许多物质 但在空调中最常用的是 R 1 1 R 1 2 R 1 1 3 和 R 1 1 4 C F C 族到 2 0 世纪中叶时已经普遍使用 发达国家在 1 9 9 5 应蒙特利尔议定书的要求停止了 C F C 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
16、 缩机中 常用 C F C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 H C F C 族 氢氯氟碳族 H C F C 族 氢氯氟碳族 H C F C 族 几乎和 C F C 族同时出现 H C F C 2 2是世界上使用最广泛的制冷剂 H C F C 1 2 3 是 C F C 1 1 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 H C F C 2 2 能效高 被分 类成 A 1 低毒不燃 H C F C 1 2 3能效高 被分类成 B 1 高毒不燃 和 C F C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 H F C 族 氢氟碳族 H F C 族 氢氟碳族 H F C 族 是相对较新的制冷剂 因 C F C 族的淘汰 将日益受到关注 H F C 族制冷剂无臭氧消耗潜值 O D P 0 H F C 1 3 4 a 是 C F C 1 2 和 R 5 0 0 的替代制冷
