1。简介
As the refrigeration and air conditioning (HVAC&R) industry continues its transition toward environmentally responsible solutions, natural refrigerants like 氨（NH₃），被指定为 R-717，已获得更新的突出。由于其出色的热力学特性和零臭氧耗竭潜力（ODP）和全球变暖势（GWP），氨已用于制冷中一个多世纪。尽管具有毒性和易燃性风险，但氨仍然是能源效率和环境影响是关键问题的工业制冷应用的首选。
本文探讨了氨的物理和化学特征，其环境益处，应用领域，安全考虑，系统设计及其在冷藏未来中的作用。
2。什么是R-717？
R-717 是行业指定 无水氨，一种由氮和氢（NH₃）组成的天然化合物。它是一种无色气体，具有刺激性的气味，被归类为天然制冷剂。
2.1化学和物理特性
| 财产 | 价值 |
|---|---|
| 化学公式 | nh₃ |
| 摩尔质量 | 17.03 g/mol |
| 1 atm的沸点 | -33.34°C（-28.01°F） |
| 临界温度 | 132.4°C（270.3°F） |
| 临界压力 | 113.5条（1647 PSI） |
| 臭氧耗竭势（ODP） | 0 |
| 全球变暖潜力（GWP） | 0 |
| Ashrae安全小组 | B2L（有毒，低易燃性） |
| 气味阈值 | <5 ppm (very detectable) |
| 空气中的易燃极限 | 15％ - 28％按数量 |
| 自动定位温度 | 〜651°C（1204°F） |
| 蒸发的潜热（0°C） | 1370 kJ/kg |
| 液体密度（在-33°C时） | 681.9 kg/m³ |
3。环境利益
3.1零臭氧耗竭和GWP
氨不含氯或氟，这意味着它：
- 不会耗尽臭氧层
- GWP为零，使其成为具有气候意识应用的理想候选人
3.2自然发生和可持续
氨是 天然发生的物质 在人体，土壤，空气和水中发现。它可以使用Haber-Bosch过程轻松合成，从而使其广泛使用且相对便宜。
4。热力学优势
氨气的热力学特性使其作为制冷剂非常有效：
4.1高潜热
氨有一个 蒸发非常高的热量，允许其在蒸发过程中吸收每单位质量的大量热量。这有助于：
- 较小所需的质量流量
- 更有效的蒸发器和压缩机
4.2出色的传热特性
由于其导热系数和热力学行为，氨表现出优质 传热性能，尤其是在壳管和盘子热交换器中。
4.3高绩效系数（COP）
氨系统通常实现 较高的警察 与许多合成制冷剂相比，特别是在大型或工业应用中。
5。应用区域
5.1工业制冷
R-717是：
- 食物和饮料加工
- 冷藏和物流仓库
- 溜冰场
- 奶制品，啤酒和肉类包装植物
5.2区冷却和大型HVAC系统
氨适合 集中冷却系统 为了：
- 体育场
- 数据中心
- 医院和大学
5.3热泵
在工业级热泵中，氨越来越多地用于高温输出（最多90°C或更高），理想
- 巴氏杀菌
- 地区供暖
- 化学工业的工艺加热
6。系统设计
6.1直接扩展（DX）系统
带有氨的DX系统用于中小型植物，使用电子或恒温膨胀阀和直接充电氨的蒸发器。
6.2洪水系统
在工业制冷中，最常见的是，被洪水泛滥的系统在蒸发器中维持液体氨水储量，以提高效率。
6.3级联系统
氨通常在高温阶段使用 级联系统，在低侧具有二级制冷剂（例如Co₂或乙二醇），以减少氨的电荷并将其与被占用的空间分离。
6.4间接系统
在这些配置中，氨气冷却 次级流体 （例如，盐水，乙二醇，二氧化碳），该空间通过要冷却的空间循环。这可以减少氨的足迹并提高安全性。
7。安全考虑
氨是一种有效自然的制冷剂，但 安全是一个主要问题 由于其毒性和易燃性低。
7.1毒性
高浓度吸入时氨是有毒的：
- 短期接触300 ppm可能很危险
- 500 ppm立即危害生命与健康（IDLH）
但是，氨 强烈的气味 使泄漏易于在非常低的浓度（低至5 ppm）下可检测到，通常很早就达到危险水平。
7.2易燃性
尽管氨气在技术上是易燃的（空气中的15％至28％），但这是：
- 很难点燃
- 有一个 低火速度
- 需要 高点火能量
它被归类为 B2L 在Ashrae下 - 指示 低易燃性但毒性较高。
7.3材料兼容性
氨是 对铜和铜合金腐蚀。因此，制冷系统必须使用 钢，不锈钢或铝 成分。
7.4压力管理
系统压力中等（不如CO₂高），但系统仍然必须包括：
- 浮雕阀
- 压力调节器
- 泄漏检测系统
8。法规和标准化合规性
氨系统必须遵守各种国际标准，包括：
- Ashrae标准15 - 制冷系统的安全标准
- IIAR标准 - 专门为氨系统开发
- 在378 - 欧洲制冷安全标准
- OSHA & EPA - 美国职业和环境安全法规
在许多国家 /地区，氨系统高于一定的费用限制（例如，在美国10,000磅）需要注册和过程安全管理（PSM）合规性。
9。优势和缺点
9.1优势
- 环保：答案和GWP = 0
- 高效率：出色的热力学性能
- 可检测性：由于气味，很容易感觉到泄漏
- 可用性：全球广泛使用和支持
- 成本效益：与HFC或HCFC相比
9.2缺点
- 毒性：需要强大的安全措施和培训
- 物质限制：对铜/黄铜腐蚀
- 公众的看法：对人口稠密地区的危险担忧
- 监管负担：更高的安全合规要求
- 培训需求：需要经验丰富的技术人员
10。创新和趋势
10.1低电荷氨系统
紧凑型热交换器和微通道技术的进步已使使用 低电荷氨系统，在保持性能的同时最大程度地减少风险和制冷剂量。
10.2混合系统（氨 +Co₂）
将氨与Co₂相结合 级联或间接系统 允许在被占用的空间中减少氨的暴露，从而有效冷却。
10.3模块化和包装单元
现在提供的制造商提供 工厂建造的预付氨气冷却器，降低现场安装风险并提高维护效率。
10.4自动化和泄漏检测
复杂的 泄漏检测系统，自动控件和远程监视 提高基于氨的设施的安全性和操作可靠性。
11。氨与合成制冷剂
| 特征 | 氨（R-717） | R-134A | R-404A | R-22 |
|---|---|---|---|---|
| ODP | 0 | 0 | 0 | 0.05 |
| GWP | 0 | 1430 | 3922 | 1810 |
| 效率（COP） | 高的 | 缓和 | 缓和 | 好的 |
| 毒性 | 高的 | 低的 | 低的 | 缓和 |
| 易燃 | 低（B2L） | 没有任何 | 没有任何 | 没有任何 |
| 气味 | 非常强大 | 没有任何 | 没有任何 | 温和的 |
| 成本 | 低的 | 中等的 | 高的 | 逐步淘汰 |
12。未来前景
氨已准备 继续使用和扩展，尤其是当行业从高GWP制冷剂中过渡时。它特别强大：
- 冷链物流
- 高温工业热泵
- 可持续食品生产
- 地区和过程冷却
随着技术的改进 低电荷设计，控制系统和混合体系结构，氨越来越可行 商业的 以及工业用例。
13。结论
氨（R-717） 仍然是可用的最有效，最环保的制冷剂之一。尽管具有毒性和轻度易燃性，但其热力学效率，零环境影响和长期的工业用途使其成为大规模制冷的理想解决方案。
通过适当的设计，调节和培训，氨冷藏系统可以为广泛的应用提供安全，可靠和有效的服务。随着全球变暖和监管压力的增长，氨可能会在未来的可持续冷藏中继续发挥关键作用。
