第1章 制冷剂的历史与分类
1.1制冷剂的定义
制冷剂又称制冷工质，在南方一些地区俗称雪种。它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。
1.2制冷剂的历史
十九世纪中叶出现了机械制冷。雅各布.帕金斯（Jacob Perkins）在1834年建造了首台实用机器。它用乙醚作制冷剂
制冷剂是一种蒸气压缩系统。二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。其他化学制品包括化学氰（石油醚和石脑油）、二氧化硫(R-764)和甲醚，曾被作为蒸气压缩用制冷剂。其应用限于工业过程。多数食物仍用冬天收集或工业制备的冰块来保存。
20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）。这些物质性能优良、无毒、不燃，能适应不同的温度区域，显著地改善了制冷机的性能。几种制冷剂在空调中变得很普遍，包括CFC-11、CFC-12、 CFC-113、CFC-114和HCFC-22.20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。空调工业从幼小成长为几十亿美元的产业，使用的都是以上几种制冷剂。到1963年,这些制冷剂占到整个有机氟工业产量的98%。 到1970年代中期, 对臭氧层变薄的关注浮出水面，CFC族物质可能要承担部分责任。这导致了1987年蒙特利尔议定书的通过，议定书要求淘汰CFC和HCFC族。新的解决方案是开发HFC族，来担当制冷剂的主要角色。HCFC族作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰。
在1990年代，全球变暖对地球生命构成了新的威胁。虽然全球变暖的因素很多，但因为空调和制冷耗能巨大（美国建筑物耗能约占总能耗的1/3），且许多制冷剂本身就是温室气体，制冷剂又被列入了讨论范围。
1.3制冷剂一般分类 1 低压高温制冷剂
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冷凝压力Pk≤２～３㎏/㎝（绝对），T0>０℃ 如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常３０℃时，Pk≤3.06 ㎏/㎝。 2 中压中温制冷剂
冷凝压力Pk<20 ㎏/㎝（绝对），０℃>T0>-60℃。 如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷空调压缩机中。 3 高压低温制冷剂
冷凝压力Pk≥20 ㎏/㎝（绝对），T0≤－70℃。 如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或－７０℃以下的低温装置中。
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第2章 制冷剂的发展
2.1 制冷剂的发展
制冷剂的发展经历了三个阶段：
第一阶段，从1830年到1930年，主要采用NH3、CO2、H2O等作为制冷剂，它们有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了约100年的时间。
第二阶段，从1930年到1990年，主要采用CFCs和HCFCs制冷剂，使用了约60年。
第三阶段，从1990年至今，进入了以HFCs（含氟烃）为主的时期。 从历史来看，制冷技术发展的第一阶段（从1830年到1930年）：主要采取NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂，这些制冷剂有的有毒，有的可燃，有的效率很低，使用了100年之久，当出现CFCS和HCFCS制冷剂后，处于安全的考虑，当机立断，实现了重大的第一次转轨，进入了制冷剂技术发展的第二阶段（1930年到1990年），主要采用氟利昂作为制冷剂。使用了60年后，发展这些制冷剂破坏臭氧层。据世界气象组织最新的调查，南极上空“臭氧空洞”已达到2100万平方公里，比两个中国的面积还大。
事实上当制冷剂技术发展的第二阶段用的公职被列为淘汰时间表后，制冷剂技术进入了新的发展的第三阶段（从1990年至今），进入HFCS制冷剂为主的时期，并正在加紧进行绿色环保、高效节能、减少排放的新一代工质的开发与实用化进程的研究。人类不仅应该能借助技术手段去利用自然，同时还应该通过技术活动区顺应自然、与自然协调、减少或避免对自然界的破坏。
由于温室效应将引起气候变化，目前国际社会所讨论的气候变化问题，主要是指温室气体增加产生的气候变暖问题。近年来，世界各国出现了几百年来历史上最热的天气，厄尔尼诺现象也频繁发生，给各国造成了巨大经济损失。人类对气候变化，特别是气候变暖，所导致的气象灾害的适应能力是相当弱的，需要采取行动防范。按现在的一些发展趋势，科学家预测有可能出现的影响和危害有：
① 海平面上升
全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化，沿海地区可能会遭受淹没或海水入侵，海滩和海岸遭受侵蚀，土地恶化，海水倒灌并影响沿海养殖业
② 影响农业和自然生态系统
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全球气温和降雨形态的迅速变化，可能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化，造成大范围的森林植被破坏和农业灾害。
③ 加剧洪涝、干旱及其他气象灾害
全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害——过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温，造成大规模的灾害损失。
④ 影响人类健康
气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率，增加传染病。高温会给人类的循环系统增加负担，热浪会引起死亡率的增加。
正因为现行的制冷剂对环境的巨大的破坏作用，促使着人们积极的寻求能够与环境的可持续发展相适应的新型替代制冷剂。 2.2 制冷剂发展的趋势
以用作制冷剂的自然制冷剂有5种：水、CO2、NH3、碳氢化合物和空气,丙烷(R290)是碳氢化合物的一种。早在19世纪，碳氢化合物已经作为一种制冷剂应用于冰箱等家用制冷器具中，受当时理论和技术所限，人们对其应用和安全性缺乏应有认识，在一台冰箱中充注多达1kg以上的碳氢化合物，使整个系统效率低，容易泄漏，造成火灾等安全事故，从而给人们留下了碳氢化合物制冷效率低、安全性差的印象。1974年，人们发现含氯元素会对臭氧层产生破坏作用，其后，随着《蒙特利尔条约》对CFC和HCFC物质的禁用，碳氢化合物物质替代制冷剂研究才在全球重新展开。
目前在世界上房间空调R22制冷剂替代的通行做法是采用R410A或R407C两种制冷剂，但欧洲有些企业已经开始研发自然制冷剂制冷系统，自然制冷剂对环境影响最小，是长期替代的理想物质。
同R22相比，丙烷对臭氧层破坏系数是0，全球变暖系数GWP值很低，基本可以忽略。但丙烷属于可燃制冷剂，在一定条件下可以燃烧，甚至爆炸。丙烷与矿物油相溶，如果在空调中采用丙烷为替代制冷剂，空调压缩机企业则可以使用现有R22压缩机的生产线，只是压缩机排量需要适当增加，压缩机生产成本较匹配R22的压缩机略有增加。而R410A和R407C压缩机使用POE或PVE油，其中POE油吸湿性强，生产中水分管理严格，一旦水分超标，压缩机极易出现“镀铜”现象，导致空调系统出现故障。
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过实验测试，如果用 R22空调系统直接换用丙烷制冷剂，空调系统的制冷量减少10%，能效比提高4%。Y.Hwang用9kW的热泵系统对R22和丙烷进行优化对比试验，对压缩机、膨胀阀以及充注量分别按制冷剂作相应优化。试验结果表明，相同系统情况下，丙烷充注量是R22的48%～49%，在同等过热度不同测试工况下，丙烷比R22制冷量小3%～6%，能效比低2%～8%；额定制热工况时，丙烷比R22能力和COP低1%～6%，当环境温度高于－20℃时，R22系统的COP值高于丙烷；当环境温度低于－20℃时，丙烷系统的COP值高于R22系统。
由于丙烷和矿物油相溶，因此匹配丙烷的压缩机生产线兼容R22压缩机生产线，压缩机生产成本降低，在空调整机商检房标准检测机可共用。而R410A、R407C系统和R22系统使用不同的润滑油，所以，R410A空调系统使用的压缩机需要新滨海新区 概念股涨建生产线，并且需要在空调整机商检房建不同的标准检测机，来分别对应POE油、PVE油和矿物油空调系统。
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