制冷剂、传热学基础知识及在空调中的应用

制冷剂基础知识
一、常用制冷剂的一般要求
选作制冷剂的物质一般应满足下列要求：1 具有优良的热力学特性；2 具有优良的热物理性能（较低的粘度，高的导热系数，大的气化潜热）；3 具有良好的化学稳定性；4 与润滑油有良好的兼容性；5 无毒性，不可燃、不可爆，无腐蚀性；6 有良好的电器绝缘性；7 经济性
二、常用制冷剂的分类
几种分类方法：1 无机化合物和有机化合物；2 单一工质和混合工质；3 NRSC按照安全性分为三类 ；4 NBFU按照毒性分为六类 ；5 按常压下的沸点分为高温制冷剂、中温制冷剂和低温制冷剂
三、制冷剂编号（ASHRAE）
1 对于卤代烃类物质 ：R XXXX
其中：1：C-1；2：H+1；3：F；4：a,b,c…以区分同分异构体
例如： R12, R22, R125, R134a, R290
CFC（氯氟烃），HCFC（氢氯氟烃）, HC（碳氢）, HFC（氢氟烃）, FC（氟烃）
2 对于非共沸混合工质：R4XXX
R407C: R32/R125/R134a 23/25/52wt% 7.1K
R410A: R32/R125 50/50wt% 0.04K
R417A: R125/R134a/R600 46.5/50/3.5wt% 5.1K
3 共沸混合工质：R5XX
R500: R12/R152a 73.8/26.2wt%
R502: R22/R115 48.8/51.2wt%
R503: R23/R13 40.1/59.9wt%
4 无机化合物制冷剂：R7XXX
R717：NH3 ， R718：H2O，R729：air，R744：CO2，R744a：N2O
四、制冷剂的替代
制冷剂对环境的影响：1 对臭氧层的破坏；2 温室效应(直接温室效应，间接温室效应)。
R12的替代工质：R134a，R290，R600a，R22/R152a
R22的替代工质：R407C, R410A, R417A, CO2
R407C特性：1与R22相比，循环特性比较接近；2 单位容积制冷量、蒸发压力、冷凝压力、排气温度等综合的热力学性能与R22接近；3 换热系数比R22低10%左右；4 压缩机润滑油需采用聚酯油（Polyol Ester Oil）；5 冷媒充灌量适当减小，毛细管适当加长；6 换热器中管子排列如能使两种传热介质改为逆流，则能充分发挥非共沸工质在蒸发器或冷凝器中具有温度滑移的优势，可以降低传热温差提高系统的经济性；7 向系统充注时必须采用液相充注；8 系统中的工质少量泄漏及再补充后，系统中工质的成分略有变化，但对系统性能的影响较小。
R410A特性：1总体来讲，热物理性能比R22优越；2 冷凝压力比R22高约50%；3 单位容积制冷量比R22增加约50%；4，在相同的测试条件下，冷凝换热系数高于R22约2-6%，压力损失低约20-40%；5 蒸发换热系数比R22高约20-30%；6 使用R410A的系统比R22的系统更加紧凑。
五、 制冷剂的罐装
R12 白色 R22 绿色 R134a 天蓝色
R407C 中棕色 R410A 玫瑰红

第二部分：传热学基础知识及在空调中的应用
一、传热的三种基本方式
1、导热：物体个部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。

2、对流：流体个部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。
根据引起流动的原因而论，可分为自然对流和强制对流换热。
自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的流动换热。
强制对流指由于水泵、风机或其他压差作用造成的流动换热。

3、热辐射是由于因为热的原因而通过电磁波传递能量的过程和方式。

二、传热过程和传热量
传热过程是指热量由高温物体传递到低温物体的过程，它可以是导热、对流换热合热辐射中的一种或混合。

其中：Q：传递的热量 [W] ；F：传热面积[m2]；K：传热系数 [W/m2C]；
t1 ：高温物体的温度[C]；t2 ：低温物体的温度[C]
三、传热强化的方法
通常可供选择的强化换热的手段：1 采用扩展表面以增大换热面积；2 增大冷热物体间的温差；3 采用高导热系数的材料；4 提高流体流速以减低层流底层；5 增加流体的扰动或使流体旋转以破坏层流底层；6 采用机械震动，声波或超声波产生气流脉动及施加电磁场等。
四、发生在空调系统中的主要传热过程
1 冷凝器中的传热过程：高温制冷剂向大气散热
1）制冷剂——>铜管内壁：对流换热
2）铜管内壁——>铜管外壁及翅片：导热
3）铜管外壁及翅片——>大气：对流换热
高温制冷剂以过热蒸气状态进入冷凝器，在管内发生降温及冷凝过程，从冷凝器入口到第一个液滴产生前，是一个温度不断降低的过程；从第一个液滴产生到最后一个气泡消失，是一个温度不变的过程（假定冷凝过程中压力不变），在此过程中，制冷剂中含液量不断上升，含气量不断下降；从最后一个气泡消失到冷凝器出口，是一个降温过程。
2 蒸发器中的传热过程：低温制冷剂从大气吸热
1）大气——>铜管外壁及翅片：对流换热
2）铜管外壁及翅片——>铜管内壁：导热
3）铜管内壁——>制冷剂：对流换热
低温制冷剂以气液混合状态进入蒸发器，在管内发生蒸发及升温过程，从蒸发器入口到最后一个液滴消失前，是一个温度不变的过程（假定蒸发过程中压力不变），在此过程中，制冷剂中含液量不断下降，含气量不断上升；从最后一个液滴消失到蒸发器出口，是一个升温过程。
3 其他的传热过程
压缩机及配管等与环境的换热
五、空调用换热器中的强化传热技术
管内：内螺纹管及其他强化管
内螺纹管与光滑管相比有以下特点：1 改善了制冷剂的流动方式，可提高表面换热系数80-180%；2 管内压力损失与光滑管差不多；3 翅片管换热器的加工与制造方法基本上与光滑管相同.
xx公司实验结果（R22, 200kg/m2s）
光管 内螺纹管1 内螺纹管2 内螺纹管3
外径mm 9.52 9.52 9.52 9.52
平均壁厚mm 0.30 0.35 0.37 0.36
槽底壁厚mm 0.30 0.30 0.30
槽深mm 0.12 0.15 0.20
槽数 60 65 60
螺旋角 7 25 18
槽型 A B C
内表面积增大率
1.0 1.34 1.28 1.51
冷凝表面换热系数比
1.0 1.55 2.0 2.4
蒸发表面换热系数比
1.0 1.75 2.0 2.5
冷凝压力损失比
1.0 1.03 1.03 1.05
蒸发压力损失比
1.0 1.03 1.03 1.05
管外强化——翅片形式：平片，波纹片，条形片，百叶窗片
不同翅片形式与管型的组合结果
光滑管 内螺纹管
传热系数（A） 传热系数比 传热系数（B） 传热系数比 B/A
平片 30 1.00 33 1.00 1.10
波纹片 32 1.07 36 1.20 1.125
条形片 36 1.20 42 1.40 1.167
百叶窗片 42 1.40 51 1.70 1.214
实验条件：R22管内蒸发，迎风风速1.0m/s