制冷技术与制冷剂替代.ppt.ppt

1、制冷技术与冷媒替代,主要内容,一、制冷技术专题 1. 制冷原理 2. 蒸汽压缩式制冷技术及应用 3. 其它制冷技术 二、制冷剂替代专题 1. 制冷剂的发展历史和技术选择 2. 中国房间空调行业的制冷剂替代路线,P1,食品行业,医疗行业,制冷技术 应用领域,农业,机械和电子工业,石化行业,建筑行业,国防工业,现代科学,一、制冷技术专题,高温热源T1,低温热源T2,热量 总是从高温 传向低温的,热力发动机 (卡诺循环) 热能驱动机械做功,制冷机 (逆卡诺循环) 高品位能源反向工作,制冷原理,火用,Q,W,W,Q,W,制冷原理,制冷机,热泵,制冷技术分类,蒸汽压缩式制冷循环,焓,液体相变制冷,吸收式

2、制冷,其它制冷技术,其它制冷技术,（半导体）热电制冷,气体涡流制冷,其它 热声制冷、气体膨胀制冷、蒸汽喷射制冷、磁制冷 ,制冷机的分类,对应温度 适用范围,制冷机的分类,主要技术问题或课题,输入功率 1 = - x 制冷量 COP,焓,能效比(COP)=,制冷量,输入功率,减少制冷需求,避免过量提供,系统匹配优化,提高各部件的性能,主要技术问题或课题,空调实际循环与理论循环的差异,理论COP: 37.5,R22理论COP: 34,27,35,38,主要技术问题或课题,空调实际循环与理论循环的差异,理论COP: 37.5,R22理论COP: 34,27,35,38,主要技术问题或课题,空调实际循

3、环与理论循环的差异,压缩过程损失,理论COP: 37.5,R22理论COP: 34,27,35,38,主要技术问题或课题,空调实际循环与理论循环的差异,压缩过程损失,不可逆节流损失,理论COP: 37.5,R22理论COP: 34,27,35,38,主要技术问题或课题,提高空调器效率的主要途径,34,15,传热温差,6,3.9,压缩机效率,0.65,3左右,其它损失,27/35,理论COP:,提高换热器效率 1. 管径优化； 2. 结构优化； ,提高压缩机效率 1. 泵体优化； 2. 电机优化； 3. 控制油循环率； ,优化其它部件 1. 节流机构； 2. 换热器风扇； ,COP 82,37.

4、5,R22 理 论COP,COP 35,COP 23,COP 9,传热过程的不可逆温差 弱化管内制冷剂与换热管内壁的换热热阻,主要技术问题或课题,主要技术问题或课题,不同空调工况对应的COP差异,主要技术问题或课题,二、制冷剂替代专题,卤代烃,无机化合物,混合工质,碳氢化合物,无机化合物 NH3（R717） 、CO2、H2O （R718）等。 烃类（ HC）碳氢化合物，是饱和烃类，如：丙烷R290（C3H8）异丁烷R600a（C4H10） 等。 卤代烃 是饱和烃类（饱和碳氢化合物）的卤族衍生物的总称， 主要包括三大类：氯氟烃类（CFCs）、氢氯氟烃（HCFCs）、氢氟烃类（HFCs）。 混合工

5、质 分为共沸工质（固定压力下相变后气液相的组分比例相同)和非共沸工质。,制冷剂分类,制冷剂也称为制冷工质，是制冷机或热泵中的工作介质。制冷工质在制冷机或热泵中循环流动，通过其热力状态的变化与外界发生能量交换，从而实现制冷或制热的目的。,常用制冷剂,制冷剂的发展历史和技术选择,第一代制冷剂： 1830-1930年 能用即可 乙醚、SO2、NH3、 CO2、 H2O,第二代制冷剂： 1931-1990年 安全与耐久性 CFCs、HCFCs、 NH3、H2O,第三代制冷剂： 1990-2010年 臭氧层保护 HCFCs、HFCs、 NH3、H2O、HC、 CO2,第四代制冷剂： 今后 全球变暖效应

6、零/低ODP、 低GWP、高效,第一、二代制冷剂,19世纪中叶出现了机械制冷。 雅各布.帕金斯在1834年建造了首台实用机器 （乙醚作制冷剂的蒸气压缩系统）。 二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。 1902年，Willis Carrier博士发明了世界上第一台商用离心式制冷机， 开创了制冷和空调的纪元。 20世纪初，制冷系统开始作为大型建筑的空气调节手段，位于德克萨斯 圣安东尼奥的梅兰大厦是第一个全空调高层办公楼。 1926年, GE公司托马斯.米奇尼（Thomas Midgely）发明了CFC12，并于 1931年开始商业生产并很快进入家用。 20

7、世纪30年代，一系列卤代烃制冷剂相继出现，杜邦公司将其命名为 氟利昂（Freon）。 20世纪50年代，开始使用共沸制冷剂。60年代开始使用非共沸制冷剂。 到1963年,这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的98% 1987年蒙特利尔议定书的通过，议定书要求淘汰CFC和HCFC族。,蒙特利尔议定书的签订 （ODP）,臭氧层破坏原理,臭氧耗减潜能值(Ozone depletion potential），表示消耗臭氧层物质破坏臭氧的能力。以CFC-11为基准作为比较物，设定其ODP值为1。,主要技术问题或课题,臭氧层破坏 蒙特利尔议定书,其他国家2013年开始限制，至2040年全部禁止,蒙特利尔议定书

8、签署,缔约国限制日程，至2020年全部禁止,2007年9月蒙特利尔议定书第19次缔约方会议要求，对发展中国家、发达国家加速淘汰HCFC替代,温 室 效 应,京都协议书的签订 （GWP）,温室效应的危害 1、全球气候变暖； 2、冰川熔化，海平面上升使部分陆地淹没； 3、土地沙漠化； 4、厄尔尼诺现象等,地球表面的温室气体主要有： 水蒸汽(H2O)，臭氧(O3)，二氧化碳(CO2)， 甲烷(CH4)，氧化二氮(N2O)和氟利昂(CFC-x)。,温室效应原理,温室气体 大气层中的某些气体能够捕捉能量并阻止其逃脱，这使得地球的名义温度升高。这类能捕捉能量的气体的统称。,全球变暖潜能值，是一种物质产生温

9、室效应的一个指数 。定义为单位质量某种气体排放在给定时期内，对全球变暖的影响与CO2的相对比值 ，定义二氧化碳的GWP值为1,蒙特利尔议定书 明令臭氧层消耗物质诸如CFC族和HCFC族的淘汰。 京都议定书 控制清单中所列气体的减排 (包括 HFC族)。 尽管CFC族和HCFC族是温室气体，但未包含进去(已被蒙特利尔议定书禁用)。,京都议定书,全球温室气体排放总量 （蓝色为美国，金黄色为中国）,京都议定书涉及6种温室气体：二氧化碳、甲烷 (CH4)、一氧化二氮 (N2O)、HFC族、全氟碳 (PFC)和六氟化硫 (SF6) (GWP为23,900)。,温室效应,IPCC 报告,全球平均温度、海平

10、面高度和 北半球白雪覆盖面积的变化 （从1961年1990年的差别）,全球和各大洲温度变化情况,观测到的气候变化及其影响,哥本哈根协议,2009年12月7日-19日，联合国气候变化框架公约缔约方第15次会议(COP15)在丹麦首都哥本哈根召开。商讨京都议定书一期承诺到期后的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。 会议签署的哥本哈根协议草案由美国等发达国家和中国、印度、巴西、南非等新兴经济体共同提案，主要内容包括把全球升温幅度控制在2摄氏度内，设立发达国家强制减排指标，发展中国家展开自主减缓行动。 中国政府明确提出：到2020年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40

11、%至45%。,何为好的制冷剂？,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,制冷剂的安全类别,高可燃性 低可燃性 不燃,A3 丙烷 丁烷,B3,A2 R-142b, 152a,B2 氨,A1 R-11, 12, 22, 114, 500, 134a,B1 R-123, SO2,低毒性,高毒性,毒性降低,ASHRAE 34-92定义,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,制冷剂中氟、氯和氢元素含量的变化 而导致化学性质变化的趋势,氯或溴元素增多（向三角形左下角移动）会增加制冷剂的ODP，氯元素增 多也会使沸点升高。氟元素增多（向三角形右下角移动）会增加制冷剂的 温室效应，氟元素增多也会导致毒性下降。氢元素

12、增多（向三角形顶角移 动）会增加制冷剂的可燃性，也会缩短在大气中的寿命，对减少温室效应 也有好处。,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,HCFC,CFC,CO2冷媒热泵热水器系统,CO2冷媒汽车空调系统,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,Prof. Gustav Lorentzen:,目前的合成工质都将会是过渡性替代方案，自然工质将会是长期的替代方案。,目前的R22替代选择：,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,优势： R290的基本热力学性质R22接近； R290的单位容积制冷量约为R22的87%，但COP为R22的1.017倍；排气温度低于R22；压缩机整体性能、效率有提高； R290汽

13、化潜热值是R22的1.84倍，热导率是R22的1.75倍，系统整体性能会提高； R290环境友好； R290价格便宜。,关键技术问题点： R290为A3物质（可燃），安全性问题； 减少冷媒充注量探讨； 冷冻油开发探讨,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,关键问题可燃性 其爆炸体积极限浓度为2.2%-9.5%，各个国家及地区对其使用均加以一定限制。,美国及法国的安全规范(ASHRAE 15及NF E35-400)明文规定安全级别为A3类高燃烧性冷媒不得使用在工业应用领域。 欧洲标准EN378及许多欧洲国家的标准则要求在增添安全防护措施的前提下，允许A3类高燃烧性冷媒可使用在较宽的应用场合。 我国的国家标准GB 9237 2001明确规定不允许家用空调采用可燃性制冷剂。,中国房间空调行业的 制冷剂替代路线,欧洲现行的安全标准EN 378:2008(E)中对可燃性制冷剂最大充注量与需求空间的关系作出了新的规定限制： 如果可燃性制冷剂充注量大于4m3*LFL（R290:4*LFL=152g），房间允许的最大充注量由下式决定： 其中：mmax为房间允许的最大充注量； A为房间面积(m2)； LFL为燃烧低限(kg/m3)； h0为室内机的安装高度；,减小冷媒充注量是R290压缩机及