1、1.1 制冷与空调热工知识1.1.1 温度 温度在宏观上是描述物体冷热程度的物理量；温度在微观上标志物质内部大量分子热运动的激烈程度。1. 温度计 测量温度的仪器叫温度计。当温度计与物体之间不再有热量传递，或者说达到热平衡时，温度计的指示值不再变化，此时温度计的指示值就是被测物体的温度。 温度计的种类很多，常见的有液体温度计（如水银温度计、酒精温度计等）、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、比色高温度计。2. 温标 测量温度的标尺称为温标，工程上常用的温标又可以分为3种：热力学温标、摄氏温标和华氏温标。 （1）热力学温标。又称开尔文温标或绝对温标，符号为T，单位为K；热力学温标是在一个标准
2、大气压下定义纯水的冰点温度为273.16K，沸点温度为373.16K，其间分为100等份，每等份称为绝对温度1度（1K）。 （2）摄氏温标。又叫国际温标，符号为t，单位为C；在一个标准大气压下，把纯水的冰点温度定为0C，沸点温度定为100C，其间分成100等份，每一等份就叫1C。若温度低于0C时，应在温度数字前面加“(”号。 （3）华氏温标。其符号本书用表示，单位为F。华氏温标是在一个标准大气压下把纯水的冰点温度定为32F，沸点温度定为212F，其间分成180等份，每一等份就叫1F。 （4）3种温标之间的关系如图1.1所示。3种温标的换算关系：t = T(273.16 T ( 273（C） =
3、 9/5t +32（F）T = t +273.16 t + 273（K）图1.1 3种温标的关系 1.1.2 压力 工程上常把单位面积上受到的垂直作用力叫做压力，压力的法定单位是Pa（帕）。大气压力是指地球表面的空气对地面的压力；在工程上为使用方便和计算方便，把一个大气压按0.98105Pa来计算，称为一个工程大气压，即1个工程大气压为0.98105Pa。除了法定单位外，还有几种常见的非法定单位，此处不加阐述。 压力有绝对压力、表压力和真空度之分。绝对压力是指被测流体的实际压力，用P绝表示；当绝对压力高于大气压力（用B表示）时，压力计的示数叫做表压力，用P表表示；而系统抽真空时压力计的示数叫做
4、真空度，用P真表示，它们之间的关系是：P绝= P表+ B， P真= B -P绝1.1.3 湿度和露点 空气是由干空气和水蒸气两部分组成的。在一定温度下，空气中所含水蒸气的量达到最大值，这种空气就叫做饱和空气。当空气未达到饱和时，空气中所含水蒸气的多少用湿度来表示，湿度常用绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点来表示。1. 绝对湿度与相对湿度 单位体积空气中所含水蒸气的质量，叫做空气的绝对湿度，单位为kg/m3。而相对湿度是指在某一温度时，空气中所含的水蒸气质量与同一温度下空气中的饱和水蒸气质量之百分比。在实际中直接测空气所含水分质量较困难，由于空气中水分产生的压力在100以下时与空气中含水量成正比，
5、从而可用空气中水蒸气产生的压力表示空气中的绝对湿度。饱和空气的绝对湿度与温度有关，温度高（低），饱和空气的绝对湿度大（小），因此，在空气中水蒸气含量不变的情况下，可降低温度以提高空气的相对湿度。空气中的绝对湿度与相对湿度的关系是：%100)(饱和水蒸气压力以水蒸气分压表示绝对湿度相对湿度 相对湿度可用由两支完全相同的温度计组成干、湿球温度计来测量。其中一支温度计叫干球温度计，用来测量空气温度；另一支叫湿球温度计，其下端包着棉纱且浸在水中。由于水分的蒸发，湿球温度总是低于干球温度。如图1.2所示。 空气相对湿度越小，水越容易蒸发，干、湿球温差越大；反之，空气相对湿度越大，干、湿球温差就越小。不同
6、温度下的饱和水蒸气压力如表1.1所示。图1.2 湿球温度测试 表1.1 不同温度下的饱和水蒸气压力t/P/Pat/P/Pat/P/Pat/P/Pa06047100118206440737516578107320233950123322705911482226446019918375910122824298470311574813121403253168804734358721415993042421001013256935161817355624 2. 含湿量与露点 在实际应用中，一般不使用绝对湿度，而使用“含湿量”这一概念。1kg干空气所含水蒸气的质量，叫做空气的含湿量，其单位是g/kg。在
7、含湿量不变的条件下，空气中水蒸气刚好达到饱和时的温度或湿空气开始结露时的温度叫露点。在空调技术中，常利用冷却方式使空气温度降到露点温度以下，以便水蒸气从空气中析出凝结成水，从而达到干燥空气的目的。空气的含湿量大，它的露点温度就高，物体表面也就容易结露。1.1.4 饱和温度与饱和压力 液体沸腾时维持不变的温度称为沸点或称为在某一压力下的饱和温度；而与饱和温度相对应的某一压力称为该温度下的饱和压力。饱和温度和饱和压力都是随着相应的压力和温度的增大而升高，一定的饱和温度对应着一定的饱和压力。如在一个大气压（约0.1MPa）下水的饱和温度为100；水在100时的饱和压力为一个大气压，而在0.048MP
8、a的绝对压力下，水的饱和温度为80，即80时水的饱和压力为0.048MPa。饱和温度和饱和压力对制冷系统有重要的意义。在蒸发器中，制冷剂液体在（与蒸发器内压力相对应的）饱和温度下进行吸热、沸腾；而在冷凝器中，制冷剂蒸气的冷凝温度即是所处压力下的饱和温度。在整个凝结过程中，尽管蒸气还是不断受到冷却，但饱和温度始终维持不变（因冷凝器内压力不变）。1.1.5 临界压力与临界温度当饱和气体的温度不变，压力升高，比容值减小，随着压力的不断升高，气态的比容值逐渐接近液态的比容；当压力增加到一定值时，气态和液态之间就没有明显的区别了，这种状态叫做临界状态。此时所对应的压力和温度分别叫做临界压力、临界温度。在
9、临界温度以上的气态，无论加多大的压力都不能使它液化。因此，对于制冷剂来说，为了使制冷剂在常温下能够液化，其临界温度应较高一些。1.1.6 物态变化1. 物质的状态 在自然中，物质的状态通常是固态、液态和气态。在一定的条件下，这3种物态之间可以相互转化，此转化过程叫做相变。物态变化与热量转移如图1.3所示。物质从固态变成液态叫融解（熔解），融解过程要吸收热量；而物质从液态变成固态叫凝固，凝固过程会放出热量。物质从固态变成气态叫升华，升华过程要吸收热量；而从气态变成固态叫凝华，凝华过程会放出热量。物质从液态变成气态叫汽化，汽化过程要吸收热量；而物质从气态变成液态叫液化，液化过程会放出热量。图1.3
10、 物态变化与热量转移 2. 汽化 汽化有蒸发和沸腾两种形式。蒸发是只在液体表面进行的汽化现象，它可以在任何温度和压强下进行。沸腾是在液体表面和内部同时进行的强烈汽化，沸腾时的温度叫沸点。在一定的压强下，某种液体只有一个与压强相对应的确定沸点，压强增大沸点升高，压强减小沸点降低。因此，在制冷设备中常用调节制冷剂的沸腾压强来控制制冷温度。在相同的压强下，不同的物质具有不同的沸点。如在标准大气压下，水的沸点是100C；氟里昂12（R12）的沸点是-29.8C，在制冷行业中，习惯上把沸腾称为蒸发，同时把沸腾器、沸腾温度和沸腾压强分别叫做蒸发器、蒸发温度和蒸发压力。3. 液化 气体液化的方法是将气体的温
11、度降到临界温度以下，并且增大压力。每种物质都有自己特定的临界温度和临界压力。如果某种气态物质的温度超过它的临界温度，无论怎样增大压力，都不能使它液化。 如果蒸气跟产生这种蒸气的液体处于平衡状态，这种蒸气叫做饱和蒸气。饱和蒸气的温度、压力分别叫饱和温度、饱和压力。一定的液体在一定温度下的饱和气压是一定的。但随着温度的升高（或降低），饱和气压及饱和蒸气的密度一般会随着增大（或降低）。而在空气含湿量不变的情况下，将空气的温度降到露点，未饱和蒸气也就变成饱和蒸气。因此，在制冷装置中常利用制冷剂的饱和温度与饱和压力一一对应的特性，通过调节压力来调节温度。1.1.7 过热度与过冷度 在压力不变的前提下，如
12、果对饱和蒸气进行加热，当温度超过饱和温度时，蒸气的比容将会增大，这种情况叫做过热，超过的温度叫过热度。同样地，在压力不变的情况下，对饱和液体进行进一步的冷却，饱和液体的温度将会低于饱和温度，这种情况叫做过冷，温度差值即叫做过冷度。过热度与过冷度都是与同压力下的饱和温度相比较而得来的。 电冰箱中为了限制节流气化，从冷凝器出来的液态制冷剂应进一步降温，使其过冷；而为了防止液击，气态制冷剂进入压缩机前，应吸热升温，使其成为过热蒸气。因此常常将毛细管和压缩机低压回气管套在一起，使低压回气管中的低温低压干饱和蒸气状态的制冷剂与毛细管中的高压常温饱和状态的制冷剂进行热交换，一方面降低了节流前制冷剂的温度，
13、使之变成比饱和温度低的过冷液，另一方面又让蒸发器流出来的低温低压干饱和蒸气吸收热量，变成为低温低压的过热蒸气，这样就大大提高了制冷系统的制冷量。1.1.8 热量热量是能量变化的一种量度，表示物体在吸热或放热过程中所转移的热能。热量有显热和潜热两种形式。1. 显热 显热是指物质在只改变温度而不改变其状态的过程中所转移的热量，如水的温度从20C升至80C，这时水吸收的热量为显热。2. 潜热 潜热是指物质在只改变状态（如熔解、液化等），而不改变温度的过程中所转移的热量。如将100C的水变为100C的水蒸气时，需要吸收的热量。依据物态变化,潜热可分为汽化潜热、液化潜热、熔化潜热和凝固潜热等。在实际应用
14、中，潜热与显热的关系如图1.4所示。 图1.4 显热与潜热的关系 热量 3. 潜热与显热的关系 热量的法定单位是J（焦），非法定单位是cal（卡）。英美等国家常用Btu和MBH作为热量单位，它们之间的关系是：1J=0.2388cal, 1cal=4.1868J, 1Btu=252cal，1MBH=103Btu1.1.9 焓与熵1. 焓 热能是物质分子所具有的动能与位能的总和，而物质分子在各种状态下都在不停的运动，所以物质总是含有一定的热量，只是所处状态不同时，所含热量不同而已。1kg的物质在某一状态时，所含的热量称为该物质的焓。符号为H，单位为kJ/kg。制冷工质在系统中流动时，其内能和外功总
15、是同时出现的，因此焓可以转化成热力计算。 焓的物理意义是指以特定温度作为起点的物质所含的热量。例如，通常把水在压力为101325Pa，温度为0C时的焓定义为零。把0C的R12和R134a液态制冷剂的焓值规定为200kJ/kg。焓随制冷剂的状态、温度和压力等参数的变化而变化。当对制冷剂加热或做功时，焓就增大，反之，制冷剂被冷却或蒸气膨胀向外做功时，焓就减小。2. 熵 熵和焓一样，也是描述物质状态的参数，它是从外界加进1kg物质（系统内）的热量Q与加热时该物质的绝对温度T（K）之比，用S表示，其关系式为：S = Q/T（kJ/kg）熵值也是复合状态参数，它只与状态有关，而与过程无关，在一定的状态下
16、，制冷剂的熵值是确定的。熵不需要计算绝对值。由于绝对温度T永远是正值，故热量的变化Q与熵的变化S符号相同。工质吸热，Q为正值，工质的熵值必然增加，S也为正值。反之工质放热（被冷却）Q为负值，工质的熵减少，S也为负值。因此，根据制冷过程中熵的变化，就可判断出工质与外界之间热流的方向。1.1.10 制冷量 电冰箱或空调器进行制冷运行时，单位时间从密闭空间或区域移走的热量叫制冷量，因此制冷量的单位是瓦（W，1W=1J/s）或千瓦（kW）。空调器铭牌上所标的制冷量，叫名义制冷量，它是在规定的标准工况下所测得的制冷量。不同国家所规定的空调标准工况不一样。我国房间空调器的标准测试工况为：室内侧，干球温度2
17、7.0C，湿球温度19.5C；室外侧，干球温度35C，湿球温度24C。外国空调器测试的标准工况与我国的不同。因此，名义制冷量相同的空调器，其实际制冷能力未必完全相同。1.1.11 能效比 在压缩机的制冷量与其运行时所消耗的功率之比叫效能比，也叫性能系数。能效比是反映压缩机能耗的一项重要指标。1.2 制冷与空调基本原理1.2.1 制冷方法 根据制冷产生的环境温度的不同，制冷技术大致可分为普通制冷（环境温度到(153.15C）、深度制冷（(153.15C到(253.15C）、低温和超低温制冷（(253.15C到接近绝对零度，即(273.15C）3种。电冰箱和空调器中的制冷属普通制冷。制冷的方法很多
18、，所获得的低温温度范围也不同。普通制冷常用的制冷方法有相变、节流、膨胀、涡管、电热制冷等。1. 相变制冷 物质在状态变化过程中，如熔解、汽化和升华等，都要吸收热量，因此都有制冷作用。利用相变制冷，系统所能达到的温度取决于物质相变的温度，而系统所获得的制冷量，取决于该物质的相变潜热。为了连续获得一定的制冷量，使系统保持所要求的低温，就必须不断补充相变物质。而相变物质的补充方式有单向和循环两种方式，固体熔解和升华属单向制冷，液体汽化可实现循环制冷，因为汽化后的相变物质可采用一定方法使之重新液化，供循环使用。由于汽化、液化的潜热很大，因而制冷能力很强。 目前，广泛采用的相变循环制冷方式有下面两种：
19、（1）蒸气压缩制冷循环。将蒸发器出来的蒸气冷却加压后，重新冷凝为液体，然后再蒸发，如此不断循环，这就是蒸气压缩制冷循环。电冰箱和家用空调器采用这种制冷方式。蒸气压缩制冷循环原理如图1.5所示。将制冷用的工质充灌在一个密封的系统内，液态工质经节流装置节流降压后，在蒸发器中等压汽化吸热，变为低温、低压蒸气，然后经过压缩机绝热压缩成高温高压蒸气，最后在冷凝器中液化放热，并再进入节流装置，从而完成一个制冷循环。图1.5 蒸气压缩制冷循环 （2）吸收式制冷循环。吸收式制冷循环利用热源所提供的热能，使工质产生循环，其工作原理如图1.6所示。它用吸收器和发生器等部件代替压缩机，并采用两种工质，低沸点的工质称
20、制冷剂，高沸点工质称吸收剂，而其他部件的作用和原理与蒸气压缩制冷循环基本相同。图1.6 吸收式压缩制冷循环 吸收式制冷循环存在两个循环回路，它的工作过程为：液态制冷剂经节流装置节流降压后，在蒸发器中等压蒸发吸热，变为低压、低温的制冷剂蒸气后进入吸收器，被吸收剂强烈吸收，形成高浓度的制冷剂溶液，并放出溶解热。制冷剂溶液由泵送入发生器中，被热源加热升温，产生高压制冷剂蒸气，送到冷凝器中冷凝成液态制冷剂，而发生器中剩下的稀溶液经减压后又回到吸收器中。2. 节流制冷 一定压力的流体在管内流动过程中，若管子的某一部分的横截面积突然缩小，则流体会由于局部的作用而降压，这种现象称为节流，节流后流体温度会降低
21、。因此，节流后的低温气体可以作为制冷源，而且节流降温还可能使气体液化。3. 膨胀制冷 高压气体绝缘膨胀一方面可以降低温度，产生制冷作用；另一方面膨胀过程还会对外做功，回收能量，提高制冷装置的效率。气体在节流与膨胀过程都有降温制冷作用，但气体绝热节流制冷的初温必须低于转换温度，而气体绝热膨胀后温度总是降低的。因此实际应用中常根据需要来选择适当的制冷方式。例如，在高温高压或高温中压时，通常选用绝热膨胀制冷；而在温度较低时，采用节流制冷效果较好；至于气体液化，往往将两种方法结合起来，组成气体液化系统。1.2.2 电冰箱的基本工作原理1. 制冷循环过程 电冰箱一般常使用R12作制冷剂，并广泛采用蒸气压
22、缩制冷方式，它的制冷循环包括节流、蒸发、压缩和冷凝4个过程。而蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀是蒸气压缩制冷系统的4个必不可少的基本部件，如图1.7所示。图1.7 蒸气压缩制冷系统 1. 除露管 2. 干燥过滤器 3. 冷凝器4. 蒸发器 5. 毛细管 6. 回气管 7. 压缩机 8. 排气管 （1）蒸发过程。蒸发过程是在蒸发器中进行的。液态制冷剂在蒸发器中蒸发时吸收热量，使其周围的介质温度降低或保持一定的低温状态，从而达到制冷的目的。蒸发器制冷量大小主要取决于液态制冷剂在蒸发器内蒸发量的多少。气态制冷剂流经蒸发器时不发生相变，不产生制冷效应，因而应限制毛细管的节流汽化效应，使流入蒸发器的制冷剂
23、必须是液态制冷剂。另外，蒸发温度愈低，相应的制冷量也略为降低，并会使压缩机的功耗增加，循环的制冷系数下降。 （2）压缩过程。压缩过程在压缩机中进行，这是一个升压升温过程。压缩机将从蒸发器流出的低压制冷剂蒸气压缩，使蒸气的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力，从而保证制冷剂蒸气能在常温下被冷凝液化。而制冷剂经压缩机压缩后，温度也升高了。 （3）冷凝过程。冷凝过程在冷凝器中进行，它是一个恒压放热过程。为了让制冷剂蒸气能被反复使用，需将蒸发器流出的制冷剂蒸气冷凝还原为液态，向环境介质放热。冷凝器按工作过程可分为冷却区段和冷凝区段。冷凝器的入口附近为冷却区段，高温的制冷剂过热蒸气通过冷凝器的金属盘管和散
24、热片，将热量传给周围的空气，并降温冷却，变成饱和蒸气。冷凝器的出口附近为冷凝区段，制冷剂由饱和蒸气冷凝为饱和液体放出潜热，并传给周围空气。 （4）节流过程。电冰箱的节流阀是又细又长的毛细管。由于冷凝器冷凝得到的液态制冷剂的冷凝温度和冷凝压力要高于蒸发温度和蒸发压力，在进入蒸发器前需让它降压降温。液态制冷剂通过毛细管时由于流动阻力而降压，并伴随着一定程度的散热和少许的汽化，因此节流过程是一个降压降温的过程。节流汽化的制冷剂量越大，蒸发器中的制冷量就越少，因而必须减少节流汽化。 2. 回热制冷循环 为了限制节流汽化，从冷凝器出来的液态制冷剂应进一步降温，使其过冷。为了防止液击，气态制冷剂进入压缩机
25、前就吸热升温，使其成为过热蒸气。为此，在循环管路上加热交换器，使从冷凝器流出来的温度较高的液态制冷剂，同蒸发器流出来的温度较低的气态制冷剂进行热交换，从而使液态制冷剂过冷，气态制冷剂过热，该过程称为回热制冷循环，如图1.8所示。图1.8 回热制冷循环 采用回热制冷循环不但可以提高系统的性能，使制冷循环能正常进行，而且还能回收冷凝器的部分热量，提高系统的效率。 电冰箱制冷系统并不加设专门的回热器，而是将蒸发器出口的低温蒸气管（俗称回气管）与冷凝器出口的凝液管（俗称供液管）用隔热保温材料包扎在一起，使气、液两管紧密接触交换热量达到回热目的。1.2.3 空调器的基本工作原理 空调器的基本功能是调节房
26、间空气的温度和湿度。依据系统的用途的不同，空调分为工艺性空调和舒适性空调。舒适性空调的基本工况为制冷、制热和除湿。1. 制冷工况 空调器要不断把房间内的多余热量转移到室外，使室内温度保持在一个较低的范围内。它包括两个循环制冷循环和空气循环。（1）制冷循环。空调器采用蒸气压缩制冷循环方式，它包括压缩、冷凝、节流和蒸发4个热力过程，如图1.9所示。制冷剂经节流降压后，在室内侧的蒸发器中等压蒸发，吸收潜热，变成低温低压的蒸气，然后经过压缩机压缩，变成高温高压的蒸气，最后在室外侧的冷凝器中冷凝成液体，放出潜热。如此周而复始，不断循环。小型空调器节流装置为毛细管，大、中型空调器节流装置为膨胀阀。图1.9
27、 空调器的制冷循环 （2）空气循环。空气循环是利用机内电风扇强迫室内、室外空气按一定路线对流，以提高换热器的热交换效率。空调器的空气循环包括室内空气循环、室外空气循环和新风系统。下面以窗式空调为例，说明这3种循环。室内空气循环如图1.10所示。室内空气从回风口进入空调器，通过滤尘网后，进入室内侧蒸发器进行热交换，冷却后再吸入离心风扇，冷风最后由送风口吹回到室内。图1.10 室内空气循环 室外空气循环和室内空气循环是彼此独立的两个循环系统，这两个循环系统用隔板隔开。室外空气从空调器左右两侧的进风口进入，经风扇吹向室外侧的冷凝器，热交换后的热空气从空调器的背后的出风口排到室外。为了使空调房间与室外
28、交换新鲜空气，多数窗式空调器设有排气门和新风门，如图1.11所示。通过操作空调器面板上的开关，可吸入新鲜空气，或将室内混浊空气排出室外。图1.11 窗式空调器新风系统 2. 制热工况 空调器制热方式有两种：一种是电热，即电流通过电热丝发热；另一种是热泵制热，即气态制冷剂冷凝放热。在制冷循环中，冷凝器进行的冷凝过程是一个放热过程，蒸发器内进行的蒸发是一个吸热过程，如果将室内侧的蒸发器改作冷凝器，而将室外侧的冷凝器改作蒸发器，空调器就从制冷状态转变为制热状态，而热泵型空调器就是根据这个原理设计的，如图1.12所示。空调器制冷系统中，加一个电磁四通换向阀，以切换高低压制冷剂在管道中的流向，使空调器既
29、能制冷，又能制热。图1.12 热泵型空调器运行原理3. 除湿工况 空调器在制冷工况时，蒸发器盘管表面的温度往往低于空气的露点温度，因而室内循环空气流经蒸发器时，空气中的水蒸气就会冷凝成水，落在积水盘上，排出室外，从而使室内空气的含湿量降低。所以，空调器制冷运行时兼有除湿作用。但由于室内空气含湿量减少，绝对湿度降低，并不等于相对湿度也降低。而影响舒适性空调质量的湿度指标是相对湿度而不是绝对湿度，因而有些空调器增加了独立除湿功能。1.3 制冷剂与冷冻油1.3.1 制冷剂 1. 制冷剂的概念 制冷剂又称为工质，它是在制冷系统中完成循环并通过其状态的变化以实现制冷的工作介质。如果把压缩机当成制冷系统的
30、心脏，则制冷剂可视为血液。国际上规定可作为制冷剂的物质都以R为缩写字头后缀以数码表示，如：氨用R717表示，氟里昂用R12表示。2. 制冷剂的分类一般依据制冷剂在冷凝器中冷凝压力的高低将制冷剂分为3类：（1）低温高压制冷剂。冷凝压力大于2MPa，正常汽化温度低于(70C。主要有R13, R14和R503等，适用于低温制冷装置及复叠式制冷的低温部分。（2）中温中压制冷剂。冷凝压力在0.32MPa之间，正常汽化温度介于0C(70C之间。主要有R12, R22和R502等，适用于电冰箱及中、小型空调器。（3）高温低压制冷剂。冷凝压力在0.20.3MPa之间，正常汽化温度大于0C。主要有R11, R2
31、1, R113和R114等，多用于空调系统的离心式压缩机（大宾馆的中央空调）。3. 制冷剂的性能（1）物理性能。 临界温度比环境温度高，在常温或普通低温下可冷凝成液体，因为制冷循环的冷凝温度如果接近临界温度，节流损失就很大，制冷循环的经济性能势必不好；在制冷温度范围内，制冷剂的饱和蒸发压力应稍高于大气压，以免空气漏入制冷系统；冷凝压力不能过高，一般不超过1.52.2MPa，以免设备过于笨重，压缩机功耗太大。同时，冷凝压力与蒸发压力之比也不能过大，以免压缩机排气温度过高；凝固温度尽可能低，以便获得更低的蒸发温度；单位容积制冷量要大，以提高压缩机的能效比，减少设备的体积；导热系数要高，以提高热交换
32、器的效率；粘度和密度要小，以减少制冷剂在流动过程中的能量损耗；能与润滑油互溶或混合，而且不影响润滑油的润滑性能和电气性能，也不降低制冷剂本身的热力学性能。 （2）化学性能。化学稳定性好，在高温下不分解；对金属和其他材料无腐蚀作用；与冷冻油不发生化学反应。（3）安全性能。在一般条件下，不燃烧，不爆炸，无毒，无臭，无味，不污染环境。（4）经济性能。价格低廉，易于购买、储运。 1.3.2 常用制冷剂 目前，能够用做制冷剂的物质有80余种，常用的不过10多种，而电冰箱、空调器常用的制冷剂有R12, R22, R502以及环保型制冷剂。1. R12（CHCl2F2 ，二氟二氯甲烷） 它是甲烷的衍生物，属
33、于中压制冷剂，主要用于中、小型制冷设备。它无色、无味、不燃烧、不爆炸，对人体危害较少。R12在一般情况下是无毒的，对金属也无腐蚀作用，只在温度达400以上并与明火接触时，才分解出有毒的光气；如空气中R12的含量超过 2530时，两小时后也会使人窒息。R12的特点是极易溶于油而不易溶于水，同时渗透力强。溶解于油，使润滑油性能降低，不易溶解于水，就容易使系统水分结冰，堵塞调节阀与管道，而且当氟里昂含有水分时，对金属有很大的腐蚀性。R12还能溶解多种有机物质，所以不能用一般的橡胶密封垫。 R12在一个大气压下，沸点为-29.8C，凝固点为-115C。2. R22（CHCLF2，二氟一氯甲烷） 它是氢
34、原子的甲烷衍生物，在相同蒸发压力下，R22蒸发温度和冷凝温度比R12要低。R22无色、无味、不燃烧、不爆炸、毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷剂。R22溶于油并稍溶于水，但仍属于不溶于水的物质。R22对金属与非金属的作用与R12相似，其泄漏特性与R12相似，同样需要系统密封性能高。3. R502 它是由48.8%的R22和51.2%的R12组成的一种混合溶液，沸点是(45.6C，使用温度是-60C-20C。这种由两种或两种以上制冷剂按一定比例相互溶解而成的具有一定沸点的制冷剂叫做共沸溶液制冷剂。其在一定压力下，有一定的蒸发温度，而且液相和气相的成分是恒定的。 R502兼有R22与R12的优点
35、，使用R502的压缩机排气温度约比使用R22的低10C15C，单位容积制冷量比R22高。在蒸发温度和冷凝温度相同的情况下，R502的吸入压力高，压缩机的压缩比小，制冷系数大，在低温工况时，R502的制冷量比R22大；蒸发温度若高于0，则R502的制冷量反而比R22小。R502的溶油性比R22差。R502多用在低温的制冷系统。若用于小型空调器中，则须对制冷系统进行必要的改进。R502虽然价格较贵，但因其性能优良，已逐渐代替R22。4. 新型制冷剂代替剂 由于R12, R22和R502均属低氯化氟化碳类物质，其分子中都含有氯原子，会破坏臭氧层，引起地球的“温室效应”，并且分子中氯原子数越多，破坏作
36、用越强。因此，1992年哥本哈根国际会议规定：发达国家从1996年1月1日起禁用R12，从2020年1 月1 日起禁用R22，而发展中国家的禁用期允许推后10年。寻找CFCs的最佳替代物是世界性的热点研究课题。（1）R12的替代物。比较成熟的有两类：一类是氢氟烃，以R134a为代表；另一类是丙烷和丁烷形成的烃。美国、日本及我国部分企业主张使用R134a。这种物质不会破坏臭氧层，无毒，不可燃，物化性质也与R12相近；但它具有使全球变暖的温室效应，而且不溶于矿物油，须选用新的与R134a兼溶的酯类润滑油，并且要对压缩机、热交换器等制冷零部件的设计做相应的改动。欧洲国家普遍主张使用烃类制冷剂，有的用
37、丙烷和丁烷各50%的混合物替代R12，有的用R600a（异丁烷）替代R12等。（2）R22的替代物。氢氟烃类物质不破坏臭氧层。经过反复实验筛选，发现用R32/R134a的混合物替代R22，不但热力性能更好，又可节能，而且电气绝缘性能比R22更好，因而使空调器整机性能有所提高。但它仅对聚酯类润滑油有兼溶性，而且这种兼溶性还受添加剂的种类、数量的影响。1.3.3 冷冻油 压缩机所有运动零部件的磨合面必须用润滑油加以润滑，以减少磨损。制冷压缩面所使用的润滑油叫做冷冻机油，简称冷冻油。冷冻油还把磨合面的摩擦热能磨屑带走，从而限制了压缩机的温升，改善了压缩机的工作条件。压缩机活塞与气缸壁、轴封磨合面间的
38、油蜡，不仅有润滑作用，而且有密封作用，可防止制冷剂的泄漏。1. 冷冻油的性能与要求 冷冻油与制冷剂有很强的互溶性，并随制冷剂进入冷凝器和蒸发器，因此，冷冻油既要对运动部件起润滑和冷却作用，又不能对制冷系统产生不良影响。所以，冷冻油的物理、化学、热力性质应满足下列要求。（1）黏度适当。黏度是表示流体黏滞性大小的物理量。黏度分为动力黏度和运动黏度两种，黏度随温度的升高而降低，随压力的增大而增大。黏度是冷冻油的一项主要性能指标。因此，冷冻油通常是以运动黏度值来划分牌号的，不同制冷剂要使用不同黏度的冷冻油。如R12与冷冻油互溶性强，使冷冻油变稀，应使用黏度较高的冷冻油。制冷系统工作温度低，应使用黏度低
39、的冷冻油；制冷系统工作温度高，应使用黏度高的冷冻油。转速高的往复式压缩机及旋转式压缩机应使用黏度高的冷冻油。（2）浊点低于蒸发温度。冷冻油中残留有微量的石蜡，当温度降到某个值时，石蜡就开始析出，这时的温度称为浊点。冷冻油的浊点必须低于制冷系统中的蒸发温度，因为冷冻油与制冷剂互相溶解，并随着制冷剂的循环而流经制冷系统的各有关部分，冷冻油析出石蜡后，会堵塞节流阀孔等狭窄部位，或存积在蒸发器盘管的内表面，影响传热效果。（3）凝固点足够低。冷冻油失去流动性时的温度称为凝固点，其凝固点总比浊点低。冷冻油的凝固点必须足够低，以R12和R22为制冷剂的压缩机，其冷冻油的凝固点应分别低于(30C和(40C。冷
40、冻油中溶入制冷剂后，其凝固点会降低。如冷冻油中溶入R22后，其凝固点会降低15C30C。 （4）闪点足够高。冷冻油蒸气与火焰接触时发生闪火的最低温度，叫做冷冻油的闪点。冷冻油的闪点应比压缩机的排气温度高20C30C，以免冷冻油分解、结炭，使润滑性能和密封性能恶化。使用R12和R22为制冷剂压缩机，其冷冻油闪点应在160C以上；而在热带等高温环境下使用的空调器，其冷冻油闪点宜在190C以上。（5）化学稳定性好。冷冻油在与制冷剂、金属共存的系统中，若温度比较高，则会在金属的催化作用下，发生分解、聚合、氧化等化学反应，生成具有腐蚀作用的酸。因此，化学稳定性好的冷冻油，其含酸值比较低。 （6）杂质含量
41、低。制冷剂、冷冻油溶液中若混入微量水分，则会加速该溶液的酸化作用，使制冷系统出现有害的镀铜现象，并使压缩机的电机绝缘性能降低。因此，1kg冷冻油中含水应低于40mg。冷冻油在生产过程中虽然经过严格的脱水处理，但它有很强的吸水性，因此冷冻油存储中要做好容器的密封工作，勿让其长时期与空气自然接触。冷冻油中若含有机械杂质，则会加速运动机件的磨损，并引起油路堵塞。所以，冷冻油不含机械杂质。 （7）绝缘性能好。封闭式压缩机的电机绕组及其接线柱与冷冻油直接接触，因此，要求冷冻油有良好的绝缘性能。纯净冷冻油的绝缘性能一般都很好，但是，若油中含有水分、尘埃等杂质，则其绝缘性能就会降低。冷冻油的绝缘性能用击穿电
42、压来表示。击穿电压测定的方法为：将冷冻油倒入装有一对2.5mm间隙的电极的玻璃容器内，电极通电后逐渐升高电压直到冷冻油的绝缘被破坏而发出激烈的响声，此时的电压值就是这种油的击穿电压。冷冻油的击穿电压要求在25kV以上。2. 冷冻油的选用（1）牌号选择。目前，我国生产的冷冻油主要有5种，其牌号按运动黏度来标定，黏度越大，标号越高。不同牌号的冷冻油不能混用，但可以代用。代替原则是：高标号冷冻油可代替低标号冷冻油，而低标号冷冻油不能代替高标号冷冻油。使用R12做制冷剂的压缩机可采用HD -18号冷冻油；使用R22做制冷剂的压缩机可采用HD -25号冷冻油。 （2）质量判断。从冷冻油外观可以初步判断其
43、质量的优劣。当冷冻油中含有杂质或水分时，其透明度降低；当冷冻油变质时，其颜色变深。因此，可在白色干净的吸墨纸上滴一滴冷冻油，若油迹颜色浅而均匀，则冷冻油质量尚可；若油迹呈一组同心圆状分布时，则冷冻油内含有杂质；若油迹呈褐色斑点状分布，则冷冻油已变质，不能使用。优质冷冻油应是无色透明的，使用一段时间后会变成淡黄色，随着使用时间的延长，油的颜色会逐渐变深，透明度变差。 习题1 1. 简述3种温标的定义及相互关系。2. 什么是空气的绝对湿度？什么是空气的相对湿度？二者的关系如何？3. 什么叫饱和温度和饱和压力？饱和温度和饱和压力对制冷系统有何意义？4. 什么叫制冷量？什么叫名义制冷量？名义制冷量与实际制冷能力相同吗？5. 简述普通制冷方法的工作原理。6. 简述电冰箱的基本工作原理。7. 简述空调器的基本工作原理，并比较与电冰箱工作原理的异同。8. 常用的制冷剂有哪些？对制冷剂的性能要求如何？9. 冷冻油的性能如何要求？如何选用冷冻油？
