制冷剂

第14章制冷剂与制冷剂的选择

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Thomas T.S. Wan

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Sept. 3, 2009

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用于工业制冷的制冷剂(Refrigerant)

什么样的介质才是理想(Idea)的制冷剂？制冷剂应具备以下特点：

----无腐蚀

----可接受的气体压力特性

----良好的流动性（Lbs/Min和CFM）

----良好的制冷效果

----无毒

----不易燃

----传热性能良好

----热稳定性能良好

----可自由排放并且符合EPA(环境保护部)规定

----无ODP（臭氧破坏指数）问题

----无GWP（全球温升指数）问题

----成本低&相对于设备成本低

ASHRAE-34中列有115种制冷剂，没有哪种制冷剂符合所有条件。因此，制冷剂的选择就是平衡应用于特定装置中的优点和缺点。

ASHRAE-34也定义了制冷剂的安全分类：

表14.1 制冷剂安全分类

制冷剂安全分类

Group A 低毒性

毒性

Group B 高毒性

Class 1 无火焰传播

Class 2 低可燃性

可燃性

Class 3 高可燃性

如果制冷剂分类为A1 (Group A, Calss 1)，就意味着这制冷剂是低毒并且无火焰传播。

R-718（水）是一种接近理想的制冷剂，但是不幸的是它不能用于低温，它主要用于吸收式冷却系统。此外，在相同温度工况下，与应用其他制冷剂的旋转式系统相比，吸收式系统成本较高。。水作为制冷剂弊大于利，因此R-718（水）不算是理想的制冷剂。

R-11，R-12和R-13的安全分类为A1，但是由于ODP（臭氧破坏）和GWP（全球温升）问题将逐步被淘汰。

R-123本以为可作为R11的替代品，不幸的是其安全分类为B1，毒性偏大。容许照射限制（AEL）和容许最高浓度为10PPM。由于R-123的体积流量较大所以主要用于离心式系统，并且主要用于冷却水。

现在，用于工业制冷的常见制冷剂如下所示：

表14.2常用制冷剂

制冷剂沸点@标准大气压制冷系统安全分类

R134a，CH2FCF3-15.0℉高压级或双级A1

R717（氨），NH3-28.0℉高压级或双级B2

R22，CHClF2-41.4℉高压级或双级A1

R290（丙烷），C3H8-43.7℉高压级或双级A3

-53.9℉高压级或双级A3

R1270（丙烯），

C3H6

R170（乙烷），C2H6-127.9℉复叠低压级A3

R23，CHF3-115.7℉复叠低压级A1

-154.7℉复叠低压级A3

R1150（乙烯），

C2H4

R50（甲烷），CH4-258.7℉复叠低压级A3

R134a是R12的替代品，因为R134a的沸点、工作压力和流量CFM与R12都非常相似。

R134a和R12的安全分类都为A1，R22的GWP为0.35而R134a的GWP为0.26。如果R134a替代R22用于空冷的话GWP会更低，然而，相同工况下用R134a时压缩机的制冷量要比使用R22时压缩机的制冷量小30％到40％。

R717（氨）是应用非常广泛的制冷剂，因为除了具有毒性和可燃性它符合所有理想制冷剂的条件，氨的安全分类为B2。氨的爆炸范围为以16％到25％的比例与空气混合。点燃源温度为1203℉或更高。氨的可燃性分类为“2”，

R717作制冷剂的电气设备的设计和制造应该符合危险区域应用的相关标准。尽管如此，许多食品工业用户放弃坚持此要求，因为氨与空气混合的爆炸范围很小并且燃点很高。

R290(丙烷)和R1270(丙烯)都是制冷系统中应用非常广泛的制冷剂，尤其是在石油、石化、烃加工和化学工业，因为应用于这些行业的电气设备不管使用哪种制冷剂都要求符合危险区域标准。

R290和R1270都没有EPA、ODP和GWP问题，而且，成本低并且在这些行业这种制冷剂处理起来比较方便。R290和R1270的特性比较与R134a和R22之间的比较非常类似；在相同工况下同一压缩机使用R290的制冷量要小于使用R1270的制冷量。

以上的制冷量比较是在螺杆压缩机基础上的。离心压缩机是高体积流量的机器；因此，当使用离心压缩机时选R134a比选R22更合适，选R290比选R1270更合适。尽管如此，离心压缩机使用R717是不可行的，除非制冷量非常大。

R1270、R290和R717是所有已用过的常用制冷剂中最便宜的。

R170（乙烷）、R23、R1150（乙烯）和R50（甲烷）是广泛应用于复叠制冷系统中的低温侧的制冷剂。R23的安全分类为A1，用于安全安装。R50（甲烷）、R170（乙烷）和R1150（乙烯）的安全分类为A3；因此，制冷系统中所有电气元件包括电机的设计和制造要符合NEC危险区域应用标准。

R22和氨（R717）的双制冷剂系统

R22和R717的比较被概括为以下几点：

1.0、R717的传热性能和热力性能比R22要好，R717系统的管路和阀门尺寸比R22系统要小。

2.0、R717的安全分类为B2，R22的安全分类为A1，如果用户要求R717危险区域标准，那使用

R717的电气设备要比使用R22的要贵。

3.0、在同一尺寸的螺杆压缩机和相同工况下，R22的制冷能力要比R717大。

4.0、当为螺杆压缩机时，R717在低压比的情况下COP比R22稍有优势，而在高压比的情况下

R22的COP优于R717。

5.0、R22对环境的影响：

大气中的存活寿命：18年

臭氧破坏潜力指数（ODP）：5％

全球温升潜力指数（GWP）：40％

R22未来的可用性：受限制

6.0、另一方面，R717对环境的影响非常小：

大气中的存活寿命：＜2星期

臭氧破坏潜力指数（ODP）：0％