03第2章制冷剂-1

第二章 制冷剂与载冷剂

第二章 制冷剂与载冷剂

第一节 制冷剂

制冷剂是制冷装置中进行循环制冷的工作物质，又称为“工质”。

一、对制冷剂的基本要求

（一）热力学性质

5000 R32 R410A 单位容积制冷能力（kJ/m3） 4000 蒸发温度：0℃ 冷凝温度：50℃ 再冷度：0℃ 过热度：0℃ R717 R407C R143a 3000 R22 R404A R502 R125 R290 2000 R12 R134a 1000 R11 R123 0 -60 -40 -20 0 沸点（℃） 20 40 图2-1 制冷剂的单位容积制冷能力与沸点的关系 （二）物理化学性质 （三）环境友好性能

反映一种制冷剂环境友好性能的参数有消耗臭氧层潜值（Ozone Depletion Potential, ODP）、全球变暖潜值（Global Warming Potential, GWP）、大气寿命（排放到大气层的制冷剂被分解一半时所需要的时间，Atmospheric Life）等。

变暖影响总当量TEWI（Total Equivalent Warming Impact）综合考虑了制冷剂对全球变暖的直接效应DE和制冷机消耗能源而排放的CO2对全球变暖的间接效应IE[3]。

TEWI?DE?IE （2-1） 其中，DE?GWP?(L?N?M??)

IE?N?E?b

综合考虑制冷剂的ODP、GWP和大气寿命，当其排放到大气层后对环境的影响符合国际认可条件时，则认为是环境友好制冷剂。评价制冷机使用制冷剂的环境友好性能时，国际认可的条件如下[8][9]：

[3] 日本冷凍空調学会 編. 上級標準テキスト·冷凍空調技術（冷凍編）[M]，社団法人日本冷凍空調学会，2000年7月. [8] GB/T 7778-2008, 制冷剂编号方法和安全性分类[S].

[9] LEED. LEED for New Construction Version 2.2, EA Credit 4: Enhanced Refrigerant Management [M]. October, 2005.（美国绿色建筑协会. LEED-NC标准2.2版，第四评分项《加强制冷剂管理》，2005年10月）

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第二章 制冷剂与载冷剂

LCGWP+LCODP×105≤100

其中，LCGWP=[GWPr·(Lr×N +α) ·Rc]/ N

LCODP=[ODPr·(Lr×N +α) ·Rc]/ N

（2-2）

（四）其它

制冷剂应无毒，不燃烧，不爆炸，而且，易购价廉。

二、安全标准与分类命名

（一）安全性分类

制冷剂的安全分类 表2-1

A B C 毒性

可燃性 低毒性 中毒性 高毒性

3 A3 B3 C3 有爆炸性

2 A2 B2 C2 有燃烧性

1 A1 B1 C1 不可燃

毒性按急性和慢性允许暴露量将制冷剂的毒性危害分为A、B、C三类，参见表2-2。

制冷剂的毒性危害程度分类 表2-2 分类 LC50(4-hr) A类 B类 C类 ≥0.1%（V/V） ≥0.1%（V/V） < 0.1%（V/V） 分类方法 TLV-TWA ≥0.04%（V/V） < 0.04%（V/V） < 0.04%（V/V） LC50(4-hr)：表示物质在空气中的体积浓度，在此浓度的环境下持续暴露4h可导致实验动物50%死亡； TLV-TWA：以正常8h工作日和40h工作周的时间加权平均最高允许浓度，在此条件下，几乎所有工作人员可以反复地每日暴露其中而无有损健康的影响。 备 注

可燃性则按燃烧最小浓度值（Lower Flammability Limit，LEL）和燃烧时产生的热量大小分为1、2、3三类，其分类原则如表2-3所示。 制冷剂的燃烧性危害程度分类 表2-3 分类 1类 2类 分类方法 在101kPa和18℃的大气中实验时，无火焰蔓延的制冷剂，即不可燃 在101kPa、21℃和相对湿度为50%条件下，制冷剂LFL>0.1 kg/m3，且燃烧产生热量小于19000kJ/kg者，即有燃烧性 3类 在101kPa、21℃和相对湿度为50%条件下，制冷剂LFL≤0.1 kg/m3，且燃烧产生热量大于等于19000kJ/kg者为有很高的燃烧性，即有爆炸性

（二）分类命名

制冷剂采用技术性前缀符号和非技术性前缀符号（也即成分标识前缀符号）两种方式进

行命名。技术性前缀符号为“R”（制冷剂英文单词refrigeration的字头），主要应用于技术出版物、设备铭牌、样本以及使用维护说明书中；非技术性前缀符号是体现制冷剂化学成分

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第二章 制冷剂与载冷剂

的符号，如含有碳、氟、氯、氢，则分别用C、F、Cl、H表示，如R22用HCFC-22表示，主要应用在有关臭氧层保护与制冷剂替代的非技术性、科普读物以及有关宣传类出版物中。

对于甲烷、乙烷等饱和碳氢化合物及其卤族衍生物（即氟里昂），其原子数之间有下列关系

2m?2?n?x?y?z

该类制冷剂编号为“R×××B×”。第一位数字为m-1，此值为0时则省略不写；第二位数字为n＋1；第三为数字为x；第四位数字为z，如为零，则与字母“B”一同省略。

三、制冷剂的基本热力特性

制冷剂在标准大气压（即101.32 kPa压力）下的饱和温度，通常称为沸点。根据沸点的高低，可将制冷剂分为高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂；沸点大于0℃为高温制冷剂，低于-60℃为低温制冷剂。空气调节用制冷机中采用中温、高温制冷剂。

A B

p＝常数

过热蒸气区

2 TA 干饱和气线 3\ 3' 3

1 湿蒸气区

TB 液相区 饱和液线

0 ξ' ξ ξ\ 1

ξ

图 2-2 二元混合溶液的温度－浓度图

在给定压力下，蒸发过程或冷凝过程的蒸发温度或冷凝温度并非定值，如图中1、2两点，其中1点为某组分比情况下开始蒸发的温度，称为泡点；2点为该组分比情况下开始冷凝的温度，称为露点；露点和泡点之差，称为温度滑移（temperature glide）。

m?m??m?? （2-3）

m??m????m?????

T (℃) （2-4）

当非共沸混合溶液的饱和液线与干饱和蒸气线非常接近时，其定压相变时的温度滑移很小（通常认为泡、露点温度差小于1℃[11]），可视为近似等温过程，故将这类混合溶液叫做近共沸混合制冷剂（Near Zeotropic Mixture Refrigerant）。

在某段浓度范围溶液的蒸发温度低于或高于两个纯组分的蒸发温度，具有最低沸点或最高沸点的浓度时，在给定压力下其蒸发温度或冷凝温度为定值，故称为共沸混合溶液，可以像纯组分一样使用。

[11] 曹德胜，史琳 编著. 制冷剂使用手册[M]. 北京：冶金工业出版社，2003.

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第二章 制冷剂与载冷剂

A B p＝常数 过热蒸气区

TB 湿蒸气区

干饱和气线 T A 饱和液线 Tmin 共沸点

液相区

ξB 1 0 ξ 图 2-3 具有最低沸点的共沸溶液

A p＝常数 过热蒸气区 Tmax 干饱和气线 共沸点 B T (℃) T (℃) TB 湿蒸气区 TA 饱和液线 0 液相区 ξB 1 ξ 图 2-4 具有最高沸点的共沸溶液 第二节 润滑油

矿物油的应用范围 表2-6 国标品种 L-DRA/A L-DRA/B L L-DRB ISO品种 L-DRA 主要组成 深度精制矿物油（环烷基、石蜡基或白油） 合成烃油 深度精制矿物油 合成烃油 合成烃油 工作温度 制冷剂 高于 氨－40℃ 氨 氨、CFCS、HCFCS及其为主混合物 低于 －40℃ CFCS、HCFCS 及其为主混合物 典型应用 开启式。 普通冷冻机 半封闭。 普通冷冻机；冷冻、冷藏设备；空调设备 全封闭。 冷冻、冷藏设备；电冰箱 L-DRB/A L-DRB/B

AB POE PVE 几类主要制冷润滑油的适用性 表2-7 项目 适用压缩机 使用制冷剂 典型应用例 家用空调、电冰箱、汽车空调、家用空冷冻冷藏设备、中央空调冷水机组、汽车空调 调、电冰箱 空调设备、冷冻冷藏设备 冷冻冷藏设备、空调器 汽车空调、家用空调、中央空调冷水机组 MO 往复式、旋转式、涡旋式、螺杆式、离心式 PAG 往复式、斜盘式、往复式、旋转式 涡旋式、螺杆式、离心式 往复式、旋转式、往复式、旋转涡旋式、螺杆式、式、涡旋式、螺离心式 HCFCs及其混合物 杆式、离心式 HCFCs及其混合物 CFCs、HCFCs、氨、HFC-134a、HCs、CFCs、HCFCs、HCs 氨 氨、HFC-407C

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第二章 制冷剂与载冷剂

A 10 0 B\ B' B -10 R22 -20 -30 R114

R12 -40 C C' C\-50 -60 -70 0 10 20 30 40 50 60 70 含油量(%)

图2-5 氟利昂-润滑油临界曲线 3.5 3.0 100℃ 110℃ 90℃ 80℃ 120℃ 70℃ 60℃ 50℃ 40℃ 30℃ 20℃ t=10℃ 压力（MPa） 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 10 温度(℃) 20 30 40 50 60 70 含油质量百分数 (%) 80 90 100 图2-6 R22和润滑油饱和溶液的压力－浓度图 第三节 载冷剂

空调工程、工业生产和科学试验中，常常采用制冷装置间接冷却被冷却物，或者将制冷装置产生的冷量远距离输送，这时，均需要一种中间物质，在蒸发器内被冷却降温，然后再用它冷却被冷却物，这种中间物质称为载冷剂。

0 0

-10 溶液区 溶液区

-10 析析-20 冰盐析析线线冰-30 盐 线线-20 -40

固态区 合晶点 -50

合晶点 固态区 0 10 20 30 0 10 20 30 40 浓度(%) 浓度(%)

图2-7 氯化钠盐水溶液 图2-8 氯化钙盐水溶液

温度(℃) 温度(℃) 思考题

1. 什么是制冷剂？对制冷剂有什么要求？选择制冷剂时应考虑哪些因素？ 2. 制冷剂的安全性是如何规定的？

3. “环保制冷剂就是无氟制冷剂”的说法正确吗？请简述其原因；如何评价制冷剂的环境友好性能？

4. 请说明各类制冷剂的命名方法。 5. 何谓高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂？请对本章的表2-4(b)中所示制冷剂进行分类。

6. 为何空气源热泵的压缩机需要设置油加热器？并分析提出油加热器的控制策略。 7. 什么是载冷剂？对载冷剂有何要求？选择载冷剂时应考虑哪些因素和注意事项？

练习题

1. 将R22和R134a制冷剂分别放置在两个完全相同的钢瓶中，如何利用最简单的方法

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第二章 制冷剂与载冷剂

进行识别？

2. 高温、中温与低温制冷剂与高压、中压、低压制冷剂的关系是什么？目前常用的高温、中温与低温制冷剂有哪些？各适用于哪些系统？

3. 试分析冷冻油对制冷系统性能有何影响？如果制冷系统的蒸发器内含有浓度较高的冷冻油，对系统的制冷量有何影响，为什么？

4. 在单级蒸气压缩式制冷循环中，当冷凝温度为40℃、蒸发温度为0℃时，请问在R717、 R22、R134a、R123、R410A中，哪些制冷剂适宜采用回热循环？

5. 已知内融冰冰盘管蓄冷空调系统制冷机的蒸发温度为－12℃，如果分别采用乙烯乙二醇、NaCl、CaCl2水溶液作为载冷剂，请问各载冷剂的质量浓度至少为多少？

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第二章 制冷剂与载冷剂

进行识别？

2. 高温、中温与低温制冷剂与高压、中压、低压制冷剂的关系是什么？目前常用的高温、中温与低温制冷剂有哪些？各适用于哪些系统？

3. 试分析冷冻油对制冷系统性能有何影响？如果制冷系统的蒸发器内含有浓度较高的冷冻油，对系统的制冷量有何影响，为什么？

4. 在单级蒸气压缩式制冷循环中，当冷凝温度为40℃、蒸发温度为0℃时，请问在R717、 R22、R134a、R123、R410A中，哪些制冷剂适宜采用回热循环？

5. 已知内融冰冰盘管蓄冷空调系统制冷机的蒸发温度为－12℃，如果分别采用乙烯乙二醇、NaCl、CaCl2水溶液作为载冷剂，请问各载冷剂的质量浓度至少为多少？

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