【導(dǎo)讀】本課程為“空氣調(diào)節(jié)”用制冷技術(shù)，即是此制冷技術(shù)是為“空調(diào)”服務(wù)的。熱源、熱網(wǎng)和熱用戶組成，熱源是為熱用戶服務(wù)的。力、潔凈度等參數(shù)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的技術(shù)稱為空氣調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)稱為空調(diào)。對(duì)于某一空間，在夏季。負(fù)荷從室內(nèi)轉(zhuǎn)移出去。方法是利用溫度較低的介質(zhì)來(lái)吸取這些熱量。使其達(dá)到比環(huán)境更低的溫度，并使之維持這個(gè)溫度的過(guò)程。天然冷源是自然界存在的冷源，例如冰、雪、地下水等，可用作食品的冷藏和防暑降溫。天然冷源具有價(jià)廉、貯量大等優(yōu)點(diǎn)，但是天然冷源受時(shí)間、地區(qū)及運(yùn)輸條件的限制，一般不能得到0℃以下的溫度，而。所以天然冷源只用在防暑降溫和少量食品的短期貯藏方面?？茖W(xué)試驗(yàn)等對(duì)低溫的要求，大都是通過(guò)人工冷源來(lái)實(shí)現(xiàn)。的局限性，特別是可以根據(jù)不同的要求獲得不同的低溫。低于環(huán)境溫度直到接近于絕對(duì)零度。明顯的珀?duì)柼?yīng)且冷熱端無(wú)相互干擾。為“普冷”、低于－120℃的稱為“深冷”。工業(yè)生產(chǎn)和生活服務(wù)設(shè)施中都廣泛地應(yīng)用空氣調(diào)節(jié)。

　　

【正文】 0℃制冷，通常用于制?。?70～－ 110℃的低溫復(fù)疊式制冷機(jī)中的低溫部分的工質(zhì)。 ● R11 (CFCl3)： ★ t0＝ ℃，凝固溫度 111℃。 ★ 作為制冷劑時(shí)，蒸發(fā)壓力小于大氣壓力。為避免在蒸發(fā)器等設(shè)備中形成過(guò)大的真空度，R11 多用于制冷溫度較高的制冷裝置或熱泵裝置中。 ★ 分子量大， qv 小，用于離心式制冷。 ★ 毒性比 R12 大，溶油性與溶水性與 R12 接近。 ★ 對(duì)大氣臭氧層的破壞與 R12 相同，屬于禁用的制冷劑之一。 ● R114 (C2F4Cl2)： ★ 沸點(diǎn)為 ℃，冷凝 壓力比較低。當(dāng)冷凝溫度高達(dá) 60℃時(shí)，冷凝壓力僅有 bar，即冷凝溫度很高，但壓力不高，適用于熱泵裝置和高溫環(huán)境下空調(diào)，如高溫環(huán)境（鋼廠）吊車、駕駛室等。 ★ 對(duì)大氣臭氧層破壞嚴(yán)重。 ● R142 (C2H3F2Cl)： ★ 沸點(diǎn)為－ ℃，當(dāng)冷凝溫度高達(dá) 80℃時(shí)，其冷凝壓力僅為 Mpa，因此與 R114一樣，也適用于在環(huán)境溫度較高的場(chǎng)所工作的空調(diào)或熱泵裝置。 ★ 毒性與 R12 相近，具有可燃性，與空氣混合容積濃度達(dá) ％～ ％時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。 ★ 是低公害物質(zhì)，對(duì)臭氧層的破壞比 R22 還小。 20 ● R134a (C2H2F4)： ★ 是一種新型制冷劑，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為－ ℃，凝固溫度為－ ℃。 ★ 主要熱力性質(zhì)與 R12 非常接近，毒性也與 R12 相同。 ★ 化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)金屬的腐蝕程度比 R12 小。 ★ 對(duì)大氣臭氧層沒(méi)有破壞作用，安全無(wú)害。 以 R12 為制冷劑的制冷機(jī)改用 R134a 后，基本上不需要更換什么部件，制冷量和能效比都不會(huì)降低因此它一開(kāi)始就被作為 R12 的重要替代物進(jìn)行研究。但 R12 制冷機(jī)改用 R134a 后，原來(lái)的烷烴類潤(rùn)滑油已不適用，實(shí)驗(yàn)證明酯類潤(rùn)滑油比較適用于 R134a。 （三）共沸溶液（混合工質(zhì)） 共沸 溶液是制冷劑的發(fā)展方向，對(duì)它的應(yīng)用也將促進(jìn)制冷技術(shù)的發(fā)展。 ● R500 ★ 由質(zhì)量百分比為 ％的 R12 和 ％的 R152 組成的共沸溶液，可以替代 R12 用于活塞式制冷壓縮機(jī)中。當(dāng)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸不變時(shí)，制冷量比 R12 的約大 18％。 ● R502 ★ 由質(zhì)量百分比為 ％的 R22 和 ％的 R115 組成的共沸溶液。沸點(diǎn)為－ ℃，可替代 R22 用于獲得較低的溫度。與 R22 相比，在較低的溫度下，制冷量增加約 13％，當(dāng)冷凝溫度及蒸發(fā)溫度相同時(shí)，壓縮比小，壓縮后的撩撥溫度較低。在單級(jí)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中，R502 的 蒸發(fā)溫度可低達(dá)－ 55℃左右。 四、關(guān)于 CFCS 的替代 1. CFCS的限制和禁止使用 氟里昂制冷劑的使用推動(dòng)了制冷技術(shù)的迅速發(fā)展。氟里昂具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以它發(fā)展很快。 氟里昂是 F、 Cl、 Br 等部分或全部取代飽和碳?xì)浠衔镏械臍涠尚禄衔锏目偡Q。其中不含氫的氟里昂稱作氯氟化碳，寫成 CFC，是公害物質(zhì)，屬于限制和禁止使用的；含氫的氟里昂稱作氫氯氟化碳，寫成 HCFC，是低公害物質(zhì)，屬于過(guò)渡性物質(zhì)；而不含氯的氟里昂稱作氫氟化碳，寫成 HFC，是無(wú)公害物質(zhì)，正是人們要研究和開(kāi)發(fā)的替代物。 CFC 類物質(zhì)（稱為 CFCs）對(duì)大氣中的臭氧以及地球高空的臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用。現(xiàn)以 CFC12（ R12）為例說(shuō)明當(dāng) CFCs 受強(qiáng)烈紫外線照射后破壞臭氧層的反應(yīng)過(guò)程： CF2Cl2— → CF2Cl+Cl Cl+O3— → ClO+O2 ClO+O— → Cl+O2 循環(huán)反應(yīng)生成的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個(gè)氯原子可以破壞成千上萬(wàn)個(gè)臭氧分子。而 CFCs 在大氣中具有幾十年至上百年的生存壽命，因此它對(duì)大氣臭氧層的破壞作用就更具有累積性和持續(xù)性。 臭氧層的破壞，增加了太陽(yáng)對(duì)地球表面的紫外線輻射的強(qiáng)度。彌散在大氣中的 CFCs 不僅破壞臭氧層 ，而且它能穩(wěn)定地吸收太陽(yáng)熱，導(dǎo)致大氣溫度上升，加劇溫室效應(yīng)。根據(jù)測(cè)算，臭氧減少 1％，紫外線輻射量將增加 2％。紫外線輻射量的增加，將使人的免疫系統(tǒng)受到破壞，人體的抵抗力大為降低，皮膚癌等病患增多；加劇溫室效應(yīng)，使地球平均大氣溫度上升，海平面增高，沙漠化加速；危害地球上的許多生物，破壞生態(tài)平衡。有人提出，臭氧層減少到原來(lái)的 1/5，將是地球存亡的臨界點(diǎn)。因此減少和禁止 CFCs 的使用和生產(chǎn)，已成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)共同保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境所面臨的緊迫任務(wù)，研究 CFCs 的替代物，也成為急需解決的問(wèn)題。 21 一般用 ODP（ Ozone Depression Potential）和 GWP（ Greenhouse Warming Potential）分別表示消耗臭氧潛能值及溫室效應(yīng)潛能值。下表列出了幾種制冷劑的 ODP 和 GWP 值： 制冷劑 ODP GWP 制冷劑 ODP GWP R11 R124 ~ ~ R12 ~ ~ R125 0 ~ R13 — R134a 0 ~ R113 ~ ~ R141b ~ ~ R114 ~ ~ R142b ~ ~ R115 ~ ~ R143a 0 ~ R22 ~ ~ R152a 0 ~ R123 ~ ~ ODP 和 GWP 值越小，則制冷劑的環(huán)境特性越好。根據(jù)目前的技術(shù)水平，認(rèn)為 ODP 值小于或等于 和 GWP 值小于或等于 的制冷劑 是可以接受的。應(yīng)該指出，目前所廣泛使用的一些制冷劑的 ODP 與 GWP 值大大超過(guò)認(rèn)為可以接受的值。 2. CFCs 替代物研究 為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，世界各國(guó)達(dá)成的共識(shí)是：限制并進(jìn)而禁止使用 CFCs 和 HCFC 類物質(zhì)。 80 年代以來(lái)世界各國(guó)，特別是美國(guó)、日本和西歐各國(guó)都投入了大量的人力和財(cái)力，對(duì)CFCs 的替代物進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究。關(guān)于 CFCs 的替代和減少 CFCs 對(duì)大氣臭氧層破壞的問(wèn)題，目前主要有短期的、中期的和長(zhǎng)期的三種解決辦法。 短期的解決辦法是采取措施，減少 CFCs 向大氣中的排放量。比如盡量減少制冷系統(tǒng) CFCs的充灌量， 強(qiáng)化密封措施，研制 CFCs 的回收裝置，逐年減少 CFCs 的生產(chǎn)和使用。 中期的解決辦法是采用對(duì)大氣臭氧層破壞能力小（低公害）的 HCFC 純制冷劑或者由其組成的非共沸混合制冷劑，替代破壞能力大的 CFCs 制冷劑。 長(zhǎng)期的解決辦法是采用 HFC（氫氟化碳）類物質(zhì)作為制冷劑。 HFC 類物質(zhì)不包含氯元素，所以對(duì)大氣臭氧層無(wú)破壞作用，溫室效應(yīng)也較小。在這方面研究較多的替代物是HFC134a(R134a) 和 HFC152a(R152a)。在國(guó)外已經(jīng)有以 HFC134a為制冷劑的制冷機(jī)投入市場(chǎng)。此外，許多國(guó)家也在進(jìn)行 HFC 混合制冷劑 的研究，以尋求比較理想的和可以長(zhǎng)久使用的制冷劑。 1989 年，蒙特利爾協(xié)定書將氟里昂的使用限約在 . 發(fā)展中國(guó)家可推遲到 2020 年。中國(guó) 700 多萬(wàn)臺(tái)，每年消耗氟里昂 9719 t。 華意（江西）從美引進(jìn)無(wú)氟制冷技術(shù)（杜邦公司） 92 年建成； 萬(wàn)寶集團(tuán)、海爾集團(tuán)采用碳?xì)浠衔餆o(wú)氟冰箱； 科龍公司（容聲）采用天然碳?xì)浠衔铩? 1997 年，聯(lián)合國(guó)綠色和平組織為表彰科龍集團(tuán)對(duì)促進(jìn)環(huán)保方面的貢獻(xiàn)，將科龍公司的R600a 環(huán)保冰箱永久陳列聯(lián)合國(guó)。 面臨的困難：從 80 年代花了數(shù)十億美元引進(jìn)的冰箱生產(chǎn)線 全為有氟。改造需 億美元（聯(lián)合國(guó)提供 1310 萬(wàn)美元過(guò)渡基金） 制冷劑的存儲(chǔ)：一般裝在專用的鋼瓶中，鋼瓶要定期進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。裝存不同制冷劑的鋼瓶不能互相調(diào)換使用，也切勿將存有制冷劑的鋼瓶置于陽(yáng)光下曝曬和靠近高溫處，以免引起爆炸。一般氨瓶漆成黃色，氟里昂瓶漆成銀灰色，并在瓶表面標(biāo)有裝存制冷劑的名稱。 R11和 R113 不用瓶裝，而用鐵桶貯存。 22 載冷劑 前面說(shuō)過(guò)，蒸發(fā)器一般置于被冷卻房間，通過(guò)制冷劑蒸發(fā)直接制冷。 當(dāng)在下述情況下： ★ 制冷機(jī)房與被冷卻地點(diǎn)較遠(yuǎn)，制冷劑遠(yuǎn)距離輸送會(huì)增加制冷劑漏損的可能性 ； ★ 工作需要制冷劑不能進(jìn)入被冷卻房間。 此時(shí)要進(jìn)行間接制冷，就需要一種中間物質(zhì)，在蒸發(fā)器內(nèi)被冷卻降溫，再用它冷卻被冷卻物，此中間物質(zhì)稱載冷劑。 載冷劑是將制冷裝置的制冷量傳遞給被冷卻介質(zhì)的媒介物質(zhì)，所以也稱冷媒。 大容量集中制冷的制冷裝置都采用載冷劑。 一、對(duì)載冷劑要求 （一）在使用溫度范圍內(nèi)不凝固，呈液態(tài)，不汽化； （二）無(wú)毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，在大氣條件下不分解、氧化，不改變物理性質(zhì)，不腐蝕金屬； （三）比熱大，當(dāng)Φ 0一定時(shí)所需流量?。? （四）密度小、粘度小，以減小流動(dòng)阻力； （五）導(dǎo)熱系數(shù)λ大，以減小傳熱 面積； （六）來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。 二、常用載冷劑的性質(zhì) 常用的有： 水 、 鹽水溶液 （ NaCl、 CaCl2）和 有機(jī)化合物的水溶液 （乙、丙二醇）。 1. 水 水是空調(diào)系統(tǒng)常用的載冷劑，制冷裝置將水冷卻到一定溫度后，被送入空調(diào)器中，與通過(guò)空調(diào)器的空氣進(jìn)行熱、濕交換，將空氣冷卻到一定的溫、濕度要求后送入房間。由于水的冰點(diǎn)為 0℃，若要求載冷劑的溫度低于 0℃時(shí)，則應(yīng)采用其它冰點(diǎn)較低的載冷劑，如鹽水溶液等。 2. 鹽水溶液 常用的鹽水溶液有 NaCl、 CaCl MgCl2與水組成的溶液。鹽水溶液可獲得的最低載冷溫度與鹽水溶 液的濃度有關(guān)。 上圖分別示出 NaCl 和 CaCl2鹽水溶液的濃度與凝固溫度的關(guān)系。圖中的曲線為不同鹽水溶液的凝固溫度線。該曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為 冰鹽合晶點(diǎn) 。 從圖中可以看出，在冰鹽合晶點(diǎn)的左側(cè)，隨鹽溶液濃度的增加，凝固溫度降低；在合晶 23 點(diǎn)的右側(cè)，情況正好相反。鹽水溶液的凝固溫度線將圖分為四個(gè)區(qū)域：曲線的上部為溶液區(qū)，當(dāng)鹽水溶液的濃度與溫度都處于該區(qū)時(shí)，溶液中既無(wú)鹽析出也無(wú)冰析出；曲線的左半?yún)^(qū)域（虛線以上）為冰 — 鹽水溶液區(qū)，即當(dāng)鹽水溶液的濃度低于合晶點(diǎn)的濃度，而溫度低于該濃度下的凝固溫度而高于合晶溫度時(shí)， 有冰析出，故合晶點(diǎn)左側(cè)的曲線也稱為析冰線；曲線的右半?yún)^(qū)域（虛線以上）為鹽 — 鹽水溶液區(qū)，當(dāng)鹽水溶液的濃度與溫度都處于這個(gè)區(qū)域時(shí)，有鹽析出，故右側(cè)曲線也稱為析鹽線；合晶點(diǎn)以下的區(qū)域（虛線以下）為固態(tài)區(qū)。合晶點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度或凝固溫度分別稱為合晶濃度或合晶溫度。 NaCl 鹽水溶液的合晶濃度為 ％，合晶溫度為 ℃。 CaCl2鹽水溶液的合晶濃度為％，合晶溫度為 55℃。 為防止鹽水溶液有鹽或冰析出，在要求的鹽水溫度（鹽水的工作溫度）下，其濃度的選取應(yīng)使鹽水處于溶液區(qū)，并考慮到鹽水溶液的濃度越大時(shí)密 度越大，流動(dòng)阻力也增加，而且濃度↗，比熱↘，輸送相同的制冷量時(shí)所需的鹽水溶液的流量要增加。所以，在滿足鹽水溶液不凍結(jié)的情況下，濃度盡量取小。 通常鹽水溶液濃度所對(duì)應(yīng)的凝固溫度，比制冷劑的蒸發(fā)溫度低 5℃（ 6～ 8）左右，且濃度不能大于合晶濃度。 合晶點(diǎn)作用：不同鹽水溶液的合晶溫度，給出了該溶液可獲得的最低載冷溫度。 NaCl 合晶溫度為 ℃，因而只有當(dāng)制冷劑的蒸發(fā)溫度高于 16℃時(shí)，才能用它作為載冷劑。 當(dāng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，鹽水溶液會(huì)不斷吸收空氣中的水分而濃度降低，凝固溫度升高。為防止鹽水溶液凍結(jié)，應(yīng)定期向鹽 水溶液中加鹽，以保持要求的濃度。 鹽水溶液對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用。含氧量越大，對(duì)金屬腐蝕性越強(qiáng)。因此應(yīng)采取必要的防腐蝕措施。①采取閉式系統(tǒng)；②加緩蝕劑，如 NaOH 和重鉻酸鈉（ Na2Cr2O7）。 P24 3. 有機(jī)化合物 由于鹽水溶液對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，或者在某些情況下 NaCl 或 CaCl2 鹽水溶液均不能滿足工藝上低溫的要求時(shí)，可以用有機(jī)化合物或其水溶液作為載冷劑。 例如丙三醇是極其穩(wěn)定的化合物，其水溶液無(wú)腐蝕性、無(wú)毒，可以與食品直接接觸，是一種良好的載冷劑；乙二醇水溶液的特性與丙三醇相似，雖略有毒性，但無(wú) 危害。它的粘度和價(jià) 格都低于丙三醇。 此外，有機(jī)化合物二氯甲烷（ CH2Cl2， R30）、三氯乙烯（ C2HCl3， R120）、一氟三氯甲烷（ CCl3F， R11）等，都可以作為載冷劑。這些有機(jī)化合物的凝固溫度比較低，適用于低溫制冷裝置中。對(duì)于沸點(diǎn)比較低的有機(jī)化合物，應(yīng)用于封閉式載冷劑循環(huán)系統(tǒng)。三氯乙烯的沸點(diǎn)較高（ ℃），它可以用于敞開(kāi)式的載冷劑循環(huán)系統(tǒng)。 下表列出幾種常用載冷劑的熱物