制冷劑的類型與制冷裝置的節(jié)能_20131128132657

1、制冷劑的類型與制冷裝置的節(jié)能一、前言近年來我國(guó)的制冷空調(diào)行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，從國(guó)外引進(jìn)了70多條冰箱生產(chǎn)線和150多條空調(diào)生產(chǎn)線。隨著冰箱空調(diào)的逐漸普及，它們的能耗指標(biāo)越來越受到人們的重視。節(jié)能型的冰箱、空調(diào)不僅能緩解我國(guó)能源緊張的局面，而且對(duì)減少溫室效應(yīng)也有重大的作用。冰箱與空調(diào)的節(jié)能有多種途徑，其中選用以不必改變?cè)瓉淼闹评洳考c機(jī)械新的制冷劑的方法可是一種最經(jīng)濟(jì)有效的方法。制冷劑分為單一制冷劑和混合制冷劑。單一制冷劑只含有一種化學(xué)物質(zhì)，其熱物理性能參數(shù)恒定不變，例如，近幾年新研制的R134a、R152a等新型制冷劑都具有較高的能量效率。混合制冷劑是由兩種或兩種以上制冷劑組成的混合物。根據(jù)

2、它在氣液相平衡時(shí)氣相和液相的組成是否相等又分為共沸混合制冷劑和非共沸混合制冷劑。氣液相平衡時(shí)氣液兩相組成相等的屬于共沸混合制冷劑（包括相平衡時(shí)氣液兩相組成近似相等的近共沸混合制冷劑），組成不相等的屬于非共沸混合制冷劑。本文著重探討混合制冷劑的選用與制冷機(jī)械的節(jié)能。二、共沸混合制冷劑的選用與節(jié)能共沸混合制冷劑在一定的壓力下蒸發(fā)和冷凝時(shí)，氣相和液相的組成不變，且能保持恒定的溫度。它和單一制冷劑具有近似的熱物理性能。這類制冷制是研究和應(yīng)用最早、最成熟的制冷劑，現(xiàn)將已研究的共沸混合制冷劑列入表1中。對(duì)于非共沸混合制冷劑，其在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過程及在冷凝器中的冷凝過程都是非理想混合過程。這兩種非理想混合過

3、程使得混合制冷劑在制冷系統(tǒng)中冷凝壓力降低，蒸發(fā)壓力升高，壓縮機(jī)的排氣溫度降低。這就使得制冷機(jī)的壓比降低，制冷系數(shù)提高，從而提高了制冷系統(tǒng)的能量效率。表1 已研究的共沸混合制冷劑組成質(zhì)量比標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（） 對(duì)工質(zhì)熱力性質(zhì)的改善 R12/R152a 73.8/26.2 -33.3 比R12制冷量大1718% R12/R22 25/75 -41.5 蒸發(fā)溫度比R22低 R22/R115 48.8/51.2 -45.6 制冷量比R22大13% R23/R13 40.1/59.9 -88.7 制冷量比R13大 R32/R115 48.2/51.8 -57.2 單級(jí)壓縮可達(dá)50以下 R12/R31 78/22

4、 -29.6 空調(diào)工況制冷能力比R12大8% R31/R114 55/45 -12.5 R124/RC318 60/40 -12.3 有較低的冷凝壓力 R290/R22 31.8/68.2 -48.6 R22/R115/R290 44.9/47.1/8 -47.4 改善R592同潤(rùn)滑油互溶性 R13B1/R32 80/20 -64.0 R290/R115 31.6/68.4 -46.6不同種類的混合制冷劑具有不同的熱物理性質(zhì)，這就會(huì)為制冷劑的優(yōu)選提供了較大的余地。對(duì)于某一固定的制冷系統(tǒng)，在其最佳運(yùn)行工況下，要求制冷劑必須具有特定的熱物理性質(zhì)。合理選用不同的共沸混合制冷劑使其滿足這種特定的熱物理

5、性質(zhì)，就可以提高制冷系的熱力學(xué)效率，從而達(dá)到節(jié)能的效果。由于共沸混合制冷劑可使冷凝壓力降低，而同時(shí)蒸發(fā)壓力升高，這樣在冷凝溫度和蒸發(fā)溫度不變的情況下，壓縮機(jī)的壓比就會(huì)減小，從而使壓縮機(jī)的功耗降低。因此獲得同樣的制冷量時(shí)就只需較少的功。同時(shí)蒸發(fā)壓力的升高會(huì)減小蒸發(fā)器的真空度，使蒸發(fā)器更穩(wěn)定地工作，而冷凝壓力的降低會(huì)使冷凝器在更安全的狀態(tài)下遠(yuǎn)行。印度的制冷專家C.P.A RORA在第十五屆國(guó)際制冷學(xué)會(huì)上發(fā)表的論文中，以共沸混合制冷劑R22/R12（85/15）為例肯定了這個(gè)效果。由于壓比的降低，壓縮機(jī)的容積效率得到改進(jìn)，制冷量增加，性能系數(shù)提高，同時(shí)壓縮機(jī)的電機(jī)溫度也從87.5降低到70.3，電機(jī)

6、啟動(dòng)線圈的溫度從97.3降到58.3，對(duì)空調(diào)器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)起了重要的作用。采用共沸混合制冷劑能夠使壓縮機(jī)的排氣溫度降低，它與制冷劑的性質(zhì)密切相關(guān)。研究證明制冷劑的熱容越大或絕熱指數(shù)越小，則壓縮機(jī)的排氣溫度就越低。制冷劑R115、R114、RC318的熱容都很大，它們作為混合制冷劑的組分都有降低壓縮機(jī)排氣溫度的能力。三、非共沸混合制冷劑的應(yīng)用與節(jié)能非共沸混合制冷劑在蒸發(fā)和冷凝時(shí)，溫度及氣液相組成是不斷變化的，正是由于它在蒸發(fā)器和冷凝器中的溫度變化，在蒸發(fā)器和冷凝器中實(shí)現(xiàn)了非等溫?fù)Q熱，表現(xiàn)出它自己獨(dú)特的節(jié)能特點(diǎn)?，F(xiàn)將正在使用和研究的非共沸混合制冷劑列入表2中。非共沸混合制冷劑在相變過程中出現(xiàn)各組分的

7、混合與分離現(xiàn)象。冷凝過程是高沸點(diǎn)組分冷凝和低沸點(diǎn)組分溶解的過程。其中各組分既要放出自己的液化潛熱又要放出混合熱，最終使單位制冷劑的冷凝熱增大。而蒸發(fā)過程是低沸點(diǎn)組分解吸和高沸點(diǎn)組分蒸發(fā)的過程，此時(shí)各組分除吸收各自的汽化潛熱外，還將吸收相應(yīng)的分離熱，結(jié)果使單位制冷劑的吸熱量即制冷量增加。這是制冷系統(tǒng)在沒有增加功耗的情況下增加了制冷量。同時(shí)制冷劑的單位容積制冷量也相應(yīng)提高。研究表明，使用非共沸混合制冷劑后，制冷系統(tǒng)顯著降低了能耗。例如R22/R114（50/50）非共沸混合制冷劑取代R22用于熱泵，制冷系數(shù)提高了25%，R22/R11（50/50）在冰箱中取代R12后，功耗降低20%。組成質(zhì)量比用

8、途及研究成果 R12/R11 90/10 用于熱泵 R12/R12B1 不定用于制冷 R12/R13B1 60/40 用于制冷及熱泵 R12/R114 50/50 用于制冷比R12節(jié)能，用于熱泵比R12節(jié)能16% R12/R142 R12=5070% 用于熱泵與純組分節(jié)能10% R12/R143 R14325% 用于制冷 R12/R22 R2225% 用于制冷及熱泵，主要用于改善循環(huán)參數(shù) R22/R11 50/50 用于制冷，節(jié)能12% R22/R114 50/50 用于熱泵，節(jié)能25% R13B1/R151a 60/40 用于熱泵式空調(diào)器 R142/R143 R14335% 用于熱泵 R22

9、/R11 30/70 用于熱泵，節(jié)能50%非共沸混合制冷劑在相變過程中其氣相和液相間的織成差異影響非共沸混合制冷劑的熱力學(xué)性能。在相變過程中出現(xiàn)的氣相和液相的組成的明顯差異使非共沸混合制冷劑的各組分比較容易混合與分離，從而達(dá)到調(diào)節(jié)混合比的目的。一些民用空調(diào)器，在全年運(yùn)行期間，外界的環(huán)境條件變化相當(dāng)大，常規(guī)使用的單一制冷劑的空調(diào)器，如單一制冷劑R22的適用范圍很小，它在某一特定氣候條件下性能指標(biāo)非常好。而在氣候條件變化時(shí)性能指標(biāo)就會(huì)下降。非共沸混合制冷劑因其相變時(shí)配比隨之變化，對(duì)變工況運(yùn)行的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可以根據(jù)氣候條件變化來調(diào)整制冷劑各組分的濃度。如使用R22/R13B1，在夏季制冷時(shí)，以高濃度R22運(yùn)行，在冬季供暖時(shí)以高濃度R13B1運(yùn)行。使用這種非共沸混合制冷劑后，空調(diào)器全年能在較高的熱力學(xué)效率下運(yùn)行，具有顯著的節(jié)能效果。另外，采用非共沸混合制冷劑