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1、工质的定义

在热力工程中,实现热能与机械能的转换,或热能的转移,都要借助于一种携带热能的工作物质,简称工质。它是制冷系统中完成制冷循环的工作介质。制冷剂在蒸发器内气化吸收被冷却物的热量而制冷,又在冷凝器内把热量放给周围介质,重新成为液态制冷剂,不断进行制冷循环。蒸气压缩式制冷装置是利用制冷剂的状态变化来达到制冷的目的,因此,制冷剂的性能直接影响制冷循环的技术经济指标。

2、工质的分类及编号

制冷剂的种类有几十种 , 但工业上常用的不过 10 余种。

(1)  无机化合物:氨、水、CO2SO2等。

无机化合物用序号700表示,化合物的相对分子量(取整数部分)加上700就得出其制冷剂的编号。

例如:氨的相对分子量为17,其编号为R717,二氧化碳和水的编号分别为R744R718 

(2)  卤代烃:卤代烃是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴的衍生物的总称。目前用

作制冷剂的主要是甲烷、乙烷、丙烷和环丁烷系的衍生物。

卤代烃的分子通式为 CmHnFxClyBrz,其代号编写规则可表示为:Rm1(n1)xB(z),如z=0,则B(z)项就可省略不写。同素异构物在最后加上字母ab

例如: CF2Cl2 的代号为R12      CHF2Cl 的代号为R22

   C2F4Br2 的代号为R114B2      CH3CHF2 的代号为R152 a

(3)  碳氢化合物:主要有饱和碳氢化合物和非饱和碳氢化合物。

  饱和碳氢化合物编号方法同卤代烃。

例如:CH4的代号为R50           C3H8的代号为R290

非饱和碳氢化合物编号规则中,字母R后面的第一位数字定为1,接着的数字编制与卤代烃相同。非饱和卤代碳氢化合物的编号方法与此相同。

例如:C2H4 的代号为R1150        C3H6的代号为R1270

(4)  混合制冷剂:这类制冷剂包括共沸制冷剂和非共沸制冷剂。

已经商品化的共沸制冷剂,依应用先后在R500序号中顺次地规定其编号。

已经商品化的非共沸制冷剂,依应用先后在R400序号中顺次地规定其编号。混合制冷剂的组分相同,比例不同,编号数字后接大写ABC等字母加以区别。例如:R500——R12/R152a73.8/26.2   R502——R22/R11548.8/51.2R407A——R32/125/134 a20/40/40  R407C——R32/125/134 a23/25/52

5)其它各种有机化合物    规定按600序号编号,其编号是任选的。

3对热泵工质的要求

1)优良的热力学特性

临界温度要较高,在常温或普通低温下能够发生相变;

适宜的饱和蒸气压力。蒸发压力最好不要低于大气压力,以免空气漏入制冷系统;冷凝压力也不能过高,以免制冷机和设备过分增大。

比热容小可减少节流损失;

较大的单位容积制热量可使机器的尺寸紧凑(离心式机组除外)。

2)优良的热物理性能 

在传热学方面,工质应有较高的导热系数以及当相变(蒸发或凝结)时具有良好的传热性能,以降低热交换器中的损失;较低的粘度及较小的密度,以降低工质在管路系统中的流动阻力。

3)良好的化学稳定性

 高温下不发生分解,与相接触的金属和非金属不发生化学作用。

4)与润滑油有良好的兼容性 

热泵工质与润滑油的相互作用与压缩机的工作可靠性及功耗直接有关。两者互溶性好时,能充分润滑摩擦面,保证系统回油以免润滑油沉积在换热面而影响传热性能。

5)安全性   无毒、无刺激性,无燃烧及爆炸性。

6)良好的电气绝缘性   对电气元件等不腐蚀和破坏。

7)经济性   工质价廉,易于获得。

8)环保性   不破坏大气臭氧层及引起全球气候变暖。

4CFC的限用与替代物:

(1)   卤代烃代号的新表示法

自从CFC问题提出以来,人们发现破坏大气臭氧层的主要是卤代烃分子中的氯原子,但如果卤代烃分子中同时存在氢和氯原子,则氢原子的存在能减弱氯原子对臭氧层的破坏作用。因此,为了能从代号上直接反映出该种卤代烃对臭氧层的破坏程度,可将卤代烃分成氯氟烃CFC、氢氯氟烃HCFC、氢氟烃HFC、碳氢HC及氟烃FC等五类。这些符号分别表示其分子中含有氯、氟、氢、碳原子。氯与碳均用C表示,但写在最后一位的C表示碳,写在前面的第一或第二位的C表示氯。显然CFC对臭氧层破坏最大,HCFC则有少量的破坏作用,其余则无破坏性。按这种代号表示,R12改写为CFC12R22改写成HCFC22R134a改写成HFC134a

2)环境性能及指标

臭氧消耗潜能值ODPOzone Depletion Potential),是一个规范化的标志选用CFC11的值作为基准值1.0表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜能的程度。

全球变暖潜能值GWPGlobal Warming Potential),是衡量制冷剂对气候变暖影响的指标值。当选用CFC11的值作为基准值1.0时,称为HGWP,近年来人们将作用100年的CO2作为基准,并将CO2的温室效应潜能值定为1. 0,称为GWPGWP100

总体温室效应值TEWI(Total Equivalent Warming Impact),是综合反映一台机器对全球变暖所造成的影响的指标值。它由两项构成:直接使用制冷剂产生的温室效应和制冷机使用期内电厂发电产生的间接温室效应。前者指计算年限内泄漏的制冷剂相当于多少公斤CO2 的积聚效果,后者体现产生1KW·h电,由燃料燃烧所释放的CO2量。

比较值

工质

R11

R12

R22

R134a

R407c

L300a

ODP

1.0

1.0

0.055

0

0

0.03

GWP

4600

10600

1900

1608

1980

1546

大气寿命(年)

45

100

11.8

13.6

3CFC对臭氧层的破坏

一般认为,地球表面的大气在高度约25km处存在一层臭氧层,大气中的臭氧(O3)形成了一道天然屏障,能有效的阻止来自太阳的紫外线对地球表面的辐射危害。由于有的氟利昂(CFC)化学性质稳定,可以在大气中存在几十年甚至上百年,当这类氟利昂(CFC)扩散到大气中时,在紫外线照射下可分解出氯离子,氯离子又可分解O3,据测算一个CFC分子分解生成的氯离子可以破坏近10万个臭氧分子。已被证实,臭氧层的耗减甚至出现空洞将会引起人类皮肤癌、白内障等病患多;会减退人类免疫功能;将使全世界农作物、鱼类水产减产;导致森林或树木坏死等。反应公式如下:

ClO3ClOO2     ClOO ClO2

同时,CFC的排放也会加剧地球的温室效应,CFC是产生温室效应的气体,会像CO2一样,稳定吸收太阳热,使地球平均气温上升,海平面上升,土地沙漠化加速,破坏生态平衡。在目前估计的气温变暖的因素中,20%-25%CFC类物质作用的结果。

4)蒙特利尔协议和国家方案

蒙特利尔协议规定在发展中国家2010年停止CFCS的生产和消费,2040年终止新的HCFCS消费,但仍允许使用HCFCS的制冷与空调设备,我国在1991年加入《蒙特利尔议定书》伦敦修正案。

我国在《国家方案》中对于工商制冷行业采取以HCFCS替代CFCS的技术路线。按照这条路线,我国在2015年之前可以发展以R22R123为代表的制冷空调产品与制冷剂的生产,以加快CFCS制冷空调产品与制冷剂的淘汰,同时可以大量生产采用HCFCS为制冷剂的制冷空调产品,以满足日益增长的社会需要,2016HCFCS2015年水平的基础上逐年予以消减。

从制冷剂的发展历史看,要想寻找一种在热力学特性、安全性及环境性能上十全十美的理想制冷剂是十分困难的,今天认为满意的制冷剂,随着科学的发展与认识的提高,明天也许又会暴露出有害的一面。

实际上,我们在使用任何制冷剂过程中,或者说在任何一套制冷空调设备与系统的使用寿命期间,如果我们能将任何制冷剂的泄漏,释放与排空到接近于零,就意味着我们已将这种制冷剂所有有害的、不利的外在影响,包括安全与环境影响到可忽略不计的程度。为此,国际空调制冷行业为克服由于制冷剂泄漏直接给全球环境所带来的负面影响,已提出了“零泄漏”的奋斗目标。

制冷空调行业还提出了制冷剂的3R管理,即回收(Recover)、循环再处理(Recycle)、再生(Reclaim),旨在控制空调制冷设备与系统在其使用寿命期间内,由于维修、修理、报废所造成的制冷剂释放与排放,体现了制冷空调行业在发展自身行业的同时对全球环境高度负责的精神,也是在本行业中执行可持续发展路线的一种具体表现。

5、富尔达机组选用的制冷剂

(1)富尔达地温中央空调中的普通机组采用的是R22制冷剂,属于HCFCS,在我国可以使用到2040年。高温机组采用的是R134a制冷剂,属于HCFS,是绿色环保工质,其传热系数比R22高,机组出水温度最高可达65

(2)R22R134a的比较

性能

工质

R22

R134a

单位容积制热量(KJ/m3

tE=2     tc=40

3555.6

2232.66

  

无味、无毒

无味、无毒

ODP

0055

0

HGWP

036

025

GWP

1900

1608

限制期限

2016年冻结产量2040年停用

无限期使用

润滑油的兼容性

用矿物油即可

须用醇酯油,不能用矿物油,价格昂贵,很难买到

与材料的兼容性

对材料有良好的兼容性(除镁及其合金)

易吸收水份和潮气,呈酸性,对机器有损坏

清洁度要求

达一般要求即可

对杂质要求严格,否则会出现镀铜现象

  

卤素灯

专用电子灯

  

价格便宜宜得

价格较贵

  

商用空调

汽车空调、家用空调

R22是目前应用最为广泛的一种工质, 有它独特的优秀综合性能,在热泵型空调机组中几乎是独一无二的工质。在CFC问题出现后,因它有较好的环

可接受性,是用来取代R11(离心机组中)、R12R502的最方便而有效一种

过渡性替代代孕工质。

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