3.1.2 制冷系统对制冷剂的要求在线视频

下面我们来探讨 制冷系统对制冷剂的主要要求

制冷剂 是制冷系统的血液

故 直接关系到环境保护

制冷系统的性能和可靠性

我们非常关注 它的热力学性质

物理化学性质 与材料和环境的兼容性

以及经济性

第一 热力学性质要求

其中 第一个要求 要求制冷效率 即热力完善度（ηR）要高

热力完善度是实际制冷系数

与逆卡诺制冷系数之比

它的大小 标志着制冷剂的节流损失

和过热损失的大小

由于实际制冷系统的蒸发器和冷凝器中的

制冷剂与环境存在着传热温差

所以 希望制冷效率越大越好

第二个问题 单位容积制冷量要适宜

需具体问题具体分析

选取适宜的单位容积制冷量的制冷剂

对于大 中型制冷设备

我们要求 制冷剂的单位容积制冷量应该大

可以减小压缩机的尺寸

而对于小型设备和高速运转的离心机而言

则希望单位容积制冷量应该小

这样 才可以适宜增大

小型设备的压缩机的结构尺寸

便于降低加工难度

可以降低高速运转的离心机的结构尺寸

以减少压缩机的材料消耗

从这幅图中 我们可以看出

单位容积制冷量小的制冷剂 往往是高温制冷剂

如 R11 R123

而随着标准蒸发温度的降低

其单位容积制冷量 逐渐增大

第三个要求 工作压力要适中

为了保证制冷设备的安全可靠 节能运行

我们需要提出如下要求

第一个要求 制冷剂的标准蒸发温度要低

就是说1个大气压下的饱和温度要低

希望制冷系统 在实际蒸发温度下的蒸发压力

在1个大气压以上

以防止出现负压时空气渗入制冷系统中

影响制冷系统的性能

这就是防泄漏的要求

第二 是强度要求

我们希望制冷剂 在常温下的冷凝压力不宜过高

以满足系统的承压要求

过高的冷凝压力

需要增加设备和管道的强度

从而增加设备成本

这是我们不希望看到的

第三 是节能要求

制冷设备中主要的能耗 是压缩机的能耗

压缩比越大 能耗越高

因此

我们希望 选择良好的制冷剂

使其压缩比比较小

压缩比一般在4～7之间比较适宜

第四 绝热指数要小

在这里

我们给出了 气态制冷剂等熵压缩的

排气温度和耗功率的计算公式

从这两个公式 可以看出

压缩机的排气温度和压缩功

均与压缩比呈正相关的关系

当压缩比一定的时候

绝热指数小的制冷剂

其压缩机的排气温度就低

单位压缩功就小

这样有利于提高制冷机的能效

同时

防止润滑油碳化 有利于压缩机电机的冷却

提高系统的可靠性

第五

我们还希望制冷剂的凝固温度低 临界温度高

凝固温度低 是我们很容易理解的

为了获取某一低温蒸发温度

就必须选择 其凝固温度低于所获取的低温

否则 就不能实现气液相变制冷的目的

制冷剂的临界温度要高

便于用一般的冷却水 或自然界的空气进行

冷却 冷凝

此外

制冷循环的工作区 远离临界点

制冷循环 一般越容易接近逆卡诺循环

节流损失小

制冷系数高

当然

在一些特殊场合

我们还要 利用临界温度较低的这个特点

来制造满足特殊要求的产品

例如 采用跨临界制冷循环的CO2热泵热水器

就是利用压缩机排出的高温制冷剂

与冷水进行逆流换热

制取高温热水

我们对制冷剂 还有优良的物理化学性质要求

例如

与冷冻油的相容性好 且高温下不分解

这个特性 会影响到制冷循环形式的选择

不腐蚀金属和橡胶

它影响到制冷系统的材料的选用

导热系数和对流换热系数要高

它直接影响到换热器的设计问题

还有就是密度和粘度要小

它影响到制冷循环的压力损失和运行能耗

同时

我们要求制冷剂易于获得

价格便宜

具有优良的技术经济性能

最后

还有一个重要的要求

那就是 制冷剂的安全性和环境相容性

这个要求直接决定了制冷剂是否可用

以及影响制冷剂的技术发展方向

这是目前世界范围内的大事

决定着行业的发展方向

首先是

毒性（包括：慢性毒性）和可燃性

我们要求 毒性和可燃性要小

应选择A1 A2L类制冷剂

以提高制冷剂的安全性

第二 是环保特性

要求制冷剂对环境无害

这里 介绍两个表征环保特性的重要指标

第一是

臭氧消耗潜值ODP（Ozone Depletion Potential）

ODP 是以R11的臭氧消耗潜值

作为1为基准 而定义的

要求今后的制冷剂的ODP=0

不能破坏大气臭氧层

第二是

全球变暖潜值GWP（Global Warming Potential）

GWP 是以二氧化碳 即R744的

GWP=1为基准 确定的数值

我们要求 今后制冷剂的GWP都要尽可能的低

例如

欧洲就要求 GWP<150的制冷剂才能使用

第三个指标是

变暖影响总当量TEWI（Total Equivalent Warming Impact）

这是一个 综合考虑制冷剂排放到大气以后

对全球变暖的直接效应（DE）

和制冷机运行时所消耗能源而排放的CO2

对全球变暖的间接效应（IE）

两个方面

因此

TEWI=DE+IE

相关文献中 有DE和IE的计算方法

前者 与制冷剂的GWP密切相关

后者 与采用该制冷剂的制冷设备的能效比 COP

以及 CO2的GWP有关

因此

我们希望

制冷剂的GWP要小

同时 也希望

采用该制冷剂的制冷系统的能效比要高

看似简单 用量也不多的制冷剂

同时满足 上述这些热力学性质要求

物理化学性质要求

技术经济性要求和

安全性 环保性要求的制冷剂 几乎是没有的

因此

我们在制冷剂的研发过程中

需合理地取舍

站在保护环境 确保安全 创造未来的角度

探索相应的技术措施

去应对和解决制冷剂的发展问题

这就是 国际社会赋予给我们的责任

我们有义务 去为之奋斗

去创造我们的美好生活

对于氟利昂制冷剂而言

其化学组成 决定了它的主要的物性特征

以甲烷氟利昂族为例

含H原子多的

其燃烧性强

含Cl原子多的

毒性大 ODP大

含F原子多的制冷剂

在大气中存在的寿命也就很长

故 GWP就大

我们再看一下 我们非常关心的标准蒸发温度

即沸点的变化情况

我们看 金字塔的左半边

左边HCC

从甲烷开始

随着Cl原子数的增加

其沸点逐渐上升

而底边CFC

从四氯化碳开始

随着F原子的增加

沸点逐渐下降

从金字塔的右边HFC来看

从甲烷衍生到四氟化碳

各种物质的沸点 没有一致性的规律