【正文】 蒸發(fā)溫度 冷凝溫度 吸入溫度 環(huán)境溫度 高溫高冷凝壓力 35 高溫低冷凝壓力 35 中溫 35 低溫 35 計(jì)算時(shí)的工況采用新標(biāo)準(zhǔn) GB10079－ 2021 中所規(guī)定的有機(jī)制冷劑壓縮機(jī)名義工況，如表 24 所示，新標(biāo)準(zhǔn)在給定名義工況時(shí)，并沒有限定某一具體物質(zhì)，而是把全部制冷劑分成有機(jī)制冷劑和無機(jī)制冷劑。 （ 3） 根據(jù)實(shí)際情況壓縮機(jī)系數(shù)選一定值。 計(jì)算模型簡(jiǎn)化 制冷理論循環(huán)如圖 22 所示，現(xiàn)對(duì)理論循環(huán)的計(jì)算做如下假設(shè)： （ 1） 忽略冷凝器和蒸發(fā)器中微小的壓力變化，即認(rèn)為壓縮機(jī)的出口壓力為冷凝壓力，壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力為蒸發(fā)壓力。 非共沸混合工質(zhì)的相變過程存在溫度滑移現(xiàn)象 [12]，因此混合工質(zhì)的循環(huán)分析不同于純工質(zhì)的循環(huán)分析。盡管理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際循環(huán)性能有所差別，但優(yōu)良的熱力學(xué)性能是制冷劑替代的必需條件，因此以熱力學(xué)性能分析作為替代制冷劑的初選具有實(shí)際意義。 表 23 混合工質(zhì)初選 混合物編號(hào) 組元一 組元二 組元 三 RX01 R290 R227ea —— RX02 R1270 R227ea —— RX03 R290 R134a R227ea 2 新型制冷劑的選擇方案 11 制冷循環(huán)理論計(jì)算模型 首先要對(duì)循環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)化，才能進(jìn)行理論循環(huán)分析計(jì)算。因?yàn)閮烧叨际强扇嘉镔|(zhì)，因此引入另一種阻燃劑作為第二或第三組元。總體當(dāng)量溫室效應(yīng) TEWI 表示溫室氣體的全球變暖總效應(yīng)，它表示了直接與間接溫室效應(yīng)的總和。直接溫室效應(yīng)用溫室效應(yīng)潛能值（ GWP）表示， GWP 表示 1Kg 溫室氣體進(jìn)入大氣所造成的溫室效應(yīng)，并以 1Kg 的 CO2的 GWP 為基準(zhǔn)值。新開發(fā)4 0 2 0 0 20 40 601 0 0 05 0 00500100015002021250030003500400045005000Ps/kPaT / ℃ R 2 9 0 R 1 2 7 0 R 6 0 0 a R 1 5 2 a R 3 2 R 1 3 4 a R 1 2 3 R 1 2 5 R 2 2 7 e a D M E R 1 2 10 的制冷劑一般要求 ODP值為零， GWP值盡量的低。 圖 21 飽和蒸氣壓曲線圖 （ 3）環(huán)境性能 自從臭氧層變薄被發(fā)現(xiàn)，并證實(shí)氯氟烴類物質(zhì)是破壞臭氧層的主要物質(zhì)以來，制冷劑越來越注重其環(huán)境性能，新制冷劑的環(huán)保性能已經(jīng)被作為篩選制冷劑的首要標(biāo)準(zhǔn)。 從飽和蒸氣壓曲線可以看出， R152a、 DME 的飽和蒸氣壓曲線與 R12 的最接近， R134a 飽和蒸氣壓曲線比 R12 的飽和蒸氣壓曲線高，與制冷劑 R134a 一樣具有阻燃性質(zhì)的 R227ea 飽和蒸氣壓曲線比 R12 的略低，天然制冷劑 R1270、R290 的飽和蒸氣壓較 R12 的飽和蒸氣壓曲線高，而 R600a 的飽和蒸氣壓曲線卻低于 R12 的飽和蒸氣壓曲線， R12 R3 R123 的飽和蒸氣壓與 R22 相差較大。因此，混合制冷劑應(yīng)有較好的性質(zhì)，并改善單質(zhì)工質(zhì)的缺陷。 表 21 R12和部分制冷工質(zhì)基本物理性質(zhì) 參數(shù) R12 R134a R227ea R1270 R290 DME 相對(duì)分子質(zhì)量 102 170 時(shí) 的 沸 點(diǎn)（ ℃ ） 臨界溫度（ ℃ ） 112 臨界壓力（ MPa） 臨界密度（ kg/m3） 與礦物油相溶性 相溶 不相溶 相溶 相溶 相溶 從表 21 可以看出， R134a 與 R12 的基礎(chǔ)熱物理性質(zhì)最為相似，然而 R134a與礦物油不相溶。 合適配比的非共沸混合工質(zhì)的蒸汽壓可由下式得出： ijp pz?? （ 21） 式中 : p —— 被替代工質(zhì)冷凝或蒸發(fā)壓力； pi —— 表示組元蒸發(fā)或冷凝壓力； zj —— 表示組元摩爾分?jǐn)?shù)； R12 及其替代 制冷劑的性質(zhì) （ 1）基本物理性質(zhì) R12是一種無色無毒的氣體，而按照優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原則，必須要了解各個(gè)純質(zhì)的性質(zhì)，才能進(jìn)行合適的組元配對(duì)、優(yōu)化，從而得出 R12的替代工質(zhì)。 8 （ 3） 組元選擇和配比確定原則 從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)疊加的角度分析，要使得混合工質(zhì)的蒸汽壓要盡量與原工質(zhì)蒸汽壓接近，則組元的蒸汽壓曲線應(yīng)位于被替代工質(zhì)蒸汽壓曲線兩側(cè)。非共沸工質(zhì)在與純質(zhì)工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)比較時(shí)，蒸發(fā)器，冷凝器的平均傳熱溫差分別相等時(shí)才合理。同時(shí)又根據(jù)直接沖灌的要求，對(duì)于混合物替代制冷劑工質(zhì)，特別是非共沸混合工質(zhì)， 可得出如下篩選原則： （ 1）混合工質(zhì)的平均蒸汽壓曲線 一般混合物工質(zhì)都是非共沸的，這種混合物在定壓相變過程中，伴隨有一 定的溫度變化，也就是說其相變?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)發(fā)生的。 （ 7） 其他要求，如制造成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、便于管理等。 （ 5） 系統(tǒng)的耐久性，即熱力學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定，與材料、潤滑油的相溶性。 （ 3） 熱工參數(shù)相近，如蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、排氣溫度等。在替代制冷劑發(fā)展的過程中，已經(jīng)形成了大家都能接受的選擇共識(shí)，如下所列： （ 1） 環(huán)保性能，制冷劑的臭氧破壞潛能（ ODP）應(yīng)該等于零或接近于零、全球變暖潛值（ GWP）應(yīng)盡可能降低，同時(shí)制冷劑應(yīng)據(jù)有合適的大氣壽命（較短，但不易過短）。 6 2 新型制冷劑的選擇方案 7 2 新型制冷劑的選擇方案 制冷劑替代候選組元的選擇 制冷劑 替代選擇的一般原則 制冷劑是制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)，其性能好壞直接影響制冷系統(tǒng)的使用性能。 第三章主要討論 混合制冷劑在合理配比范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)化選取的過程，并在標(biāo)況下對(duì) 三 組混合制冷劑 進(jìn)行理論循環(huán)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在特別考慮環(huán)保前提下，最終得出 三 種最優(yōu)化配比的混合制冷劑。 第二章主要根據(jù)制冷劑替代的一般性原則和所選混合制冷劑組分的飽和蒸汽壓曲線在原制冷劑飽和蒸汽壓曲線兩側(cè)的原則，通過對(duì)市面上制 冷劑進(jìn)行基本物性、環(huán)保性能、熱力學(xué)性能以及可行性分析，篩選出 三組 比較有前景的混合制冷劑。 工作內(nèi)容 本論文的主要工作是在環(huán)保的前提下，根據(jù)替代制冷劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)原則以及替代制冷劑熱力學(xué)原則，提出新型制冷劑作為冰箱制冷劑的方案。 說明工質(zhì)的評(píng)價(jià)不僅僅是應(yīng)用前的工作，全面有效的評(píng)價(jià) 需要對(duì)制冷工質(zhì)的使用進(jìn)行長(zhǎng)期的觀察， 因此替代工作不能把希望全部放在某一種上，而應(yīng)允許多種待選工質(zhì)并存。然而根據(jù)《蒙特利爾議定書》及相關(guān)修正案的規(guī)定， Rl2 已經(jīng)被禁用。因此，在尋找優(yōu)秀制冷劑的道路上，我們?nèi)匀沃氐肋h(yuǎn)。尚有微弱的可燃性 , 但研究表明 , 與目前歐洲使用的異丁烷 ( R600a) 相比 , 其可燃性很微弱 , 不會(huì)在家用電器使用過程中發(fā)生安全問題 , 但需對(duì)生產(chǎn)車間的通風(fēng)、防火等方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?。 制冷循環(huán)性能優(yōu)異 , 是過渡性替代方案中較理想的一種 [ 8] 。 另一種是采用西安交通大學(xué)提出 HFC152a/ HCFC22 混合工質(zhì)制冷劑替代 CFC12. 其他的替代制冷劑還有美國杜邦的 MP39( 即 R401A) 、清華大學(xué)的 THR01 等 . 上述3 種主要方案各有優(yōu)缺點(diǎn) . HC600a 為烴類天然工質(zhì) , 環(huán)境優(yōu)勢(shì)比較明顯 . 盡管 HC600a 具有較高的比體積 , 但其臨界溫度 ( 135 e ) 也較高 , 可以在較高的冷凝溫度下運(yùn)行而沒有嚴(yán)重的效率損失 , 這使得其所需的冷凝器尺寸可以在家用限制以內(nèi) , 故被家用冰箱廣泛采用 . 另外 , HC600a 的價(jià)格比較便宜 , 具有較 高的制冷效率、與水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、與銅質(zhì)管材和礦物潤滑油完全兼容等優(yōu)點(diǎn) . 然而 , 采用 HC600a 替代方案的缺點(diǎn)也很明顯 , 由于其容積制冷量小 , 冰箱系統(tǒng)及主要配件需要重新設(shè)計(jì) , 生產(chǎn)線需要改造 , 并且由于其具有可燃性 , 可能產(chǎn)生易燃、易爆等安全問題 , 故生產(chǎn)及維修需要高標(biāo)準(zhǔn)的防火要求等 . 目前 , 采用 HC600a 為制冷劑的家用產(chǎn)品的安全運(yùn)行記錄是非常好的 [ 2] , 在我國《臭氧耗損物質(zhì)國家替代方案》和《中國制冷工業(yè) CFCs 替代逐步淘汰戰(zhàn)略研究》中也都把 HC600a 作為 CFC12 的主要替代品之一 . 美國等國家由于其政策法規(guī)的特點(diǎn) , 導(dǎo)致各大廠商非常注重安全問題 , 故仍然堅(jiān)持使用性能不是特別好但卻更加安全可靠的 HFC134a 作為替代制冷劑 . HFC134a 的 ODP 值為 0, 其蒸氣壓曲線和 CFC 12 的比較接近 , 而且 HFC134a 的換熱性能比 CFC12 的好 . 然而 , HFC134a 在物性方面卻有許多弱點(diǎn) , 如潛熱小、不溶于礦物油以及分子體積小等 ,這使得替代過程復(fù)雜 , 而且耗資巨大 , 需開發(fā)專用壓縮機(jī)、冷凍油、換熱器等 , 還要相應(yīng)調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)和改造生產(chǎn)線 . 另外 , 盡管 HFC134a 具有 與 CFC12 相似的熱力學(xué)性質(zhì) , 但是實(shí)際的運(yùn)行效果卻并不十分令人滿意 , 尤其是應(yīng)用在較低溫度時(shí)的制冷能力較低 . 此外 , HFC134a 的GWP 值相對(duì)過高以及比 CFC12 更耗能 , 使其應(yīng)用前景受到影響 , 已被列入《京都議定書》溫室氣體清單 . 國際社會(huì)已公認(rèn) ,HFC134a 也只是一種過渡性替代制冷劑 . 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 混合工質(zhì) HFC152a/ HCFC22 的綜合性能比較令人滿意 , 它具有如下特點(diǎn) : 相對(duì)于 CFC12, 其環(huán)保性能優(yōu)越 , 對(duì)臭氧層的破壞和溫室效應(yīng)均很小 。 1 緒 論 3 研究現(xiàn)狀 自《蒙特利爾議定書》實(shí)施以后 , 世界各國都加快了 CFCs 制冷劑的替代研究 , 而且已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展和大量的成果 [ 7] . 發(fā)達(dá)國家在 1996 年就停止了CFCs 制冷劑的生產(chǎn) , 我國也簽署了在 2021 年以后所生產(chǎn)的電冰箱中停止使用CFC12 的有關(guān)條約 . 目前 , 在電冰箱、冷柜行業(yè)中 , CFCs 物質(zhì)已基本停止使用 , HCFCs 物質(zhì)、 HFCs 物質(zhì)和天然工質(zhì)已經(jīng)被作為替代工質(zhì)在實(shí)際中廣泛應(yīng)用 . 目前 , 國際上對(duì)于冰箱制冷劑 CFC12 的替代主要采用 3 種技術(shù)方案 : 一種是以美國、日本為代表的 , 采用美國杜邦公司提出的 HFC134a 替代 CFC12。環(huán)保制冷劑是指那些 ODP 為零（或者很低），溫室效應(yīng)潛能值（ GWP）極低，有高的機(jī)組運(yùn)行效率（ COP）和較短的大氣壽命的制冷劑 [7]。所以，如果制冷系統(tǒng)的能耗越低，那么間接溫室效應(yīng)的影響便越小，這一假設(shè)反映在制冷劑上便是對(duì)性能的要求。 1997 年 12 月在 日本京都 由聯(lián)合國氣候變化框架公約參加國三次會(huì)議制定的 《京都議定書》已將 CFCs 類物質(zhì)和 HCFCs 類物質(zhì)，以及前兩者的替代物 HFCs 類物質(zhì)列入溫室氣體清單中，并且要求發(fā)達(dá)國家控制排放。 1992 年通過了哥本哈根修正案，其中受控物質(zhì)的種類再次擴(kuò)充。要求到 2021 年全球的氟利昂消減一半，并制定了針對(duì)氟利昂類物質(zhì)生產(chǎn)、消耗、進(jìn)口及出口等的 控制 措施。在該議定書 中對(duì) CFC1 CFC1 CFC11 CFC11 CFC115 等五項(xiàng)氟氯碳化物及三項(xiàng)哈龍的生產(chǎn)做出了嚴(yán)格的管制規(guī)定。當(dāng)科學(xué)家研究令人信服地揭示出制冷技術(shù)中廣泛引用的氟里昂已經(jīng)造成臭氧層嚴(yán)重?fù)p耗的時(shí)候， ―補(bǔ)天 ‖行動(dòng)非常迅速。 但是，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)氟利昂制冷劑對(duì)地球環(huán)境尤其是對(duì)臭氧層有巨大的破壞作用，造成臭氧層 空洞和溫室效應(yīng)等等 各種對(duì)地球環(huán)境和人類發(fā)展有極大危害的時(shí)候，制冷劑的替代和選擇就 成 為了一件迫在眉睫的重大事項(xiàng)，尤其是氟利昂制冷劑的選擇和替代方案，已經(jīng)成為了人類面臨的又一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。 隨著制冷技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種不同制 冷工質(zhì)的不斷問世，使得制冷技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出了一派多元化的熱鬧 的景象。這就是科學(xué)技術(shù)滲入人類生活的體現(xiàn)。技術(shù)進(jìn)步給人類的生產(chǎn)和生活提供了極大的便利，深刻地改變著人類的面貌和人們的生活方式。技術(shù)是構(gòu)成社會(huì)生產(chǎn)力的重要部分，技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)了人類的發(fā)展，進(jìn)入工業(yè)時(shí)代以來，科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造了高度發(fā)達(dá)的物質(zhì)文明。理論上技術(shù)屬于社會(huì)物質(zhì)財(cái)富和創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富的實(shí)踐領(lǐng)域，是勞動(dòng)技能，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)知識(shí)的物化形態(tài)?？梢哉f，現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步是伴隨著制冷技術(shù)發(fā)展起來的。在現(xiàn)代社會(huì)，制冷技術(shù)已經(jīng)幾乎滲透到各個(gè)生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)研究領(lǐng)域，并在改善人類的生活質(zhì)量方面發(fā)揮巨大作用。世界上主要的國家都投入了大量的人力、 物力 和財(cái)力 ，用以推動(dòng)制冷技術(shù)朝著節(jié)能環(huán)保 的 方向發(fā)展。 關(guān) 鍵 詞 ： 混 合 替 代 制 冷 劑 ， R01(R290/R227ea) ， R02(R1270/R227ea) ，R03(R290/R134a/R227ea)， 變工況分析 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II ABSTRACT III ABSTRACT For the traditional refrigerants (CFCs, HCFCs) have been or will be phased out be