機(jī)房空調(diào)制冷劑的種類和性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟(jì)性、安全性及運(yùn)行管理，因而對(duì)制冷劑種類和性質(zhì)要求的了解是十分必要的。
一、制冷劑的發(fā)展歷史
制冷的歷史可以追溯到古代，當(dāng)時(shí)用以儲(chǔ)冰和其一些蒸發(fā)進(jìn)程。乙醚是最早使用的制冷劑。1866年，威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷劑。1870年，卡爾林德(Cart Linde)用NH3作制冷劑。1874年，拉烏爾皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷劑。
從歷史上看，制冷劑的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：
第一階段，從1830年至1930年，主要采用NH3、HC、SO2、CO2、空氣等作為制冷劑，有的有毒，有的可燃，有的效率很低，主要出安全代表性的考慮。盡管使用了百年之久，當(dāng)出現(xiàn)了CFC和HCFC制冷劑后，還是當(dāng)機(jī)立斷，實(shí)現(xiàn)了重大的第一次轉(zhuǎn)軌。
第二階段，從1930年到1990年，主要用CFC和HCFC制冷劑。使用了60年后，人們認(rèn)識(shí)到這些制冷劑對(duì)環(huán)境有害，并且出于環(huán)保的需要開始尋找代替品。
第三階段，從1990年至今，進(jìn)入以HFC制冷劑為主的時(shí)期。我國(guó)已于2010年1月1日起全面禁用氟利昂類物質(zhì)。
二、制冷劑的種類及符號(hào)
機(jī)房空調(diào)中使用的制冷劑又稱制冷工質(zhì)，俗稱雪種。它是在制冷系統(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)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)(水
或空氣等)的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的種類和性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟(jì)性、安全性及運(yùn)行管理，因而對(duì)制冷劑種類
和性質(zhì)要求的了解是不容忽視的。
制冷劑的種類具體命名與分類如下：
(1)無(wú)機(jī)化合物
命名方法：R7**(**為無(wú)機(jī)物的分子量)
例：氨NH3——R717，水H2O——R718，二氧化碳CO2——R744
(2)鹵代烴(氟利昂)
分子式：CmHnFxClyBrz(滿足2m+2=n+x+y+z)
①命名法一：R(m-1)(n+1)(x)B(z)
例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl------R22
一溴三氟甲烷分子CF3Br--------R13B1
四氟乙烷分子C2H2F4------------R134a
②命名法2：區(qū)分氟利昂對(duì)大氣臭氧層的破壞程度。
CFC——氯氟化碳，不含氫，公害物，嚴(yán)重破壞臭氧層(禁用)。如CF2Cl2——R12———CFC12，CFCl3——R11———CFC11。
HCFC——氫氯氟化碳，含氫，低公害物質(zhì)(屬于過渡性物質(zhì))。如CHF2Cl——R22———HCFC22，C2H2F4——R134a——HFC134a。
HFC——氫氟化碳，不含氯，無(wú)公害(可作為替代物，待研究開發(fā))
(3)烴類(碳?xì)浠衔?
烷烴類：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8;
烯烴類：乙烯C2H4，丙稀C3H6。
①烷烴類命名方法:
與氟利昂相同(丁烷例外，為R600)，如CH4——R50，C2H6——R170，C3H8——R290。
②烯烴類命名方法：
R后先寫上“1”，再按氟利昂方法命名，如C2H4——R1150，C3H6——R1270。
(4)混合溶液(混合制冷劑)
混合溶液是由兩種(或以上)制冷劑按一定比例相互溶解而成的混合物。
類型：
①共沸溶液：定壓下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，相變溫度固定不變，氣液相組分相同。
命名：R5**(**為發(fā)現(xiàn)的順序：R500、R501、R502……R507)
②非共沸溶液：定壓下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，相變溫度改變，造成氣液相組分不同。
命名：R4**(**為發(fā)現(xiàn)的順序：R400、R401、R402、…R411)
三.常用制冷劑的特性
目前使用的制冷劑已多達(dá)近百種，并正在不斷發(fā)展增多。但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的僅十多種。其中被廣泛采用的只有以下幾種：
(1)NH3(代號(hào)：R717)
氨是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7℃，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當(dāng)夏季冷卻水溫高達(dá)30℃時(shí)也不超過1.5MPa。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為520kcal/m3。
氨有很好的吸水性，即使在低溫下水也不會(huì)從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對(duì)鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。
氨作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)是：易于獲得、價(jià)格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動(dòng)阻力小，泄漏時(shí)易發(fā)現(xiàn)。
其缺點(diǎn)是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對(duì)銅及銅合金有腐蝕作用。
(2)CF2Cl2(代號(hào)：R12)
R12為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷。它是我國(guó)中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為288kcal/m3。
R12是一種無(wú)色、透明、沒有氣味，幾乎無(wú)毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過80%時(shí)才會(huì)使人窒息。但與明火接觸或溫度達(dá)400℃以上時(shí)，則分解出對(duì)人體有害的氣體。
(3)CHClF2(代號(hào)：R22)
R22也是烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟一氯甲烷，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度約為-41℃，凝固溫度約為-160℃，冷凝壓力同氨相似，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為454kcal/m3。
R22的許多性質(zhì)與R12相似，但化學(xué)穩(wěn)定性不如R12，毒性也比R12稍強(qiáng)。但是，R22的單位容積制冷量卻比R12大的多，接近于氨。當(dāng)要求-40～-70℃的低溫時(shí)，利用R22比R12適宜，故目前R22被廣泛應(yīng)用于-40～-60℃的雙級(jí)壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中。
(4)CH2FCF3(代號(hào)：R134a)
R134a學(xué)名四氟乙烷，R134a作為R12的替代制冷劑，它的許多特性與R12很相像。
R134a的毒性非常低，在空氣中不可燃，安全類別為A1，是很安全的制冷劑。
R134a的化學(xué)穩(wěn)定性很好，然而由于它的溶水性比R22高，所以對(duì)制冷系統(tǒng)不利，即使有少量水分存在，在潤(rùn)滑油等的作用下，將會(huì)產(chǎn)生酸、二氧化碳或一氧化碳，將對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用，或產(chǎn)生“鍍銅”作用，所以R134a對(duì)系統(tǒng)的干燥和清潔要求更高。R134a對(duì)鋼、鐵、銅、鋁等金屬未發(fā)現(xiàn)有相互化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，僅對(duì)鋅有輕微的作用。
R134a是目前國(guó)際公認(rèn)的替代CFC-12的主要制冷工質(zhì)之一，也可以用來(lái)配置其他混合制冷劑，如R404a和R407c等。
(5)R404A制冷劑
R404A是一種不含氯的非共沸混合制冷劑，常溫常壓下為無(wú)色氣體，貯存在鋼瓶?jī)?nèi)是被壓縮的液化氣體。其ODP為0，因此R404A是不破壞大氣臭氧層的環(huán)保制冷劑。主要用途：R404A主要用于替代R22和R502，具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好等特點(diǎn)，大量用于中低溫冷凍系統(tǒng)。
(6)R-410A制冷劑
R410A在常溫常壓下是一種不含氯的氟代烷非共沸混合制冷劑，貯存在鋼瓶?jī)?nèi)是被壓縮的液化氣體。其ODP為0，因此R410A是不破壞大氣臭氧層的環(huán)保制冷劑。
主要用途：R410A主要用于替代R22和R502，具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好等特點(diǎn)，大量用于家用空調(diào)、小型商用空調(diào)、戶式中央空調(diào)等。
四、制冷劑的替換
目前，我國(guó)的制冷行業(yè)的CFC與HCFC替代工作，是大勢(shì)所趨，時(shí)間緊迫。從我國(guó)情況看，當(dāng)前應(yīng)首先抓好CFC-12、CFC-11、R502等含CFC物質(zhì)的轉(zhuǎn)軌工作，而HCFC類物質(zhì)替代物是近來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究開發(fā)重點(diǎn)，發(fā)展迅速。
人們要正確認(rèn)識(shí)混合制冷劑的作用，并給予足夠重視。事實(shí)上，不但R22和R502的替代物主要都是混合物，即使CFC-12的替代物中，混合物也占了相當(dāng)份額。究其原因，混合物可以充分發(fā)揮"優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，取長(zhǎng)補(bǔ)短"的作用，例如在發(fā)揮環(huán)保性能、熱工性能和使用性能好的易燃工質(zhì)(包括HC、HFC-32和HFC-152a)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，采用可抑制其易燃性的其他工質(zhì)構(gòu)成混合物，特別是有些混合物，具有低GWP、高效、安全、直接充灌、降低轉(zhuǎn)軌成本等優(yōu)點(diǎn)。
五、制冷劑的發(fā)展與趨勢(shì)
為發(fā)展制冷工業(yè)，人類發(fā)明了各種各樣的制冷劑。但是，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些制冷劑潛藏著對(duì)環(huán)境的危害作用。空調(diào)制冷劑的類別與環(huán)保特性如圖2所示。
空調(diào)制冷劑的分類與環(huán)保特性
從空調(diào)制冷行業(yè)來(lái)看，要求盡快實(shí)現(xiàn)HCFC-22的替代，因此，制冷劑替代物將會(huì)進(jìn)一步地得到研發(fā)和應(yīng)用。而第一代制冷劑中的“天然制冷劑”重新燃起了人們的希望。在不同的目標(biāo)下，采用有優(yōu)良性能的“天然制冷劑”則是大勢(shì)所趨。
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