r32與r410a循環(huán)性能對比研究

r32與r410a循環(huán)性能對比研究

自簽署《波特協(xié)議》以來，國家已開始研究更換s22制劑。在此期間，提出的代替劑主要是為了保護臭氧層，并開發(fā)hfs類制劑。但《京都議定書》簽訂以后,人們轉(zhuǎn)而同時注重臭氧層保護和減小溫室效應(yīng),不但要求制冷劑的ODP為零,GWP也要很小。特別是最近召開的哥本哈根氣候大會,更是要求各國能從減小GWP值的替代制冷劑著手研究。目前市場上用于替代R22的制冷劑有許多種,其中主要是R410A(R32和R125各占50%,近共沸),該制冷劑具有良好的熱物性,但其GWP值較高,從目前全球節(jié)能減排的宗旨來看,制冷劑R410A應(yīng)用面臨著一定程度的威脅,依然須要研究與R10A熱力性能相差不大的具有較低GWP值的環(huán)保制冷劑。由以前的研究工作可知,R32雖然具有一定的可燃性(可燃性溫和,燃燒下限(LFL)僅為0.306kg/m3),但由于具有與R410A非常相近的熱力基本參數(shù)(見表1),且其充注量僅為R22的0.6倍,泄漏時的相對CO2排放量為405,與R22相比,CO2減排比例可達77.6%,符合美國環(huán)保局在2009年提出的“在家用、商用空調(diào)部分要求減排CO2為50%~90%”措施,而R410A的減排CO2僅為2.5%。此外,R32國內(nèi)有大量生產(chǎn),價格便宜,易于購買,因此被廣泛關(guān)注可以作為替代R410A和R22的環(huán)保型制冷劑。筆者對R410A和R32的循環(huán)性能進行實驗研究,旨在進一步了解R32在實際系統(tǒng)中的運行效果,并與R410A的運行效果進行比較,為進一步開展用R32替代R410A的研究提供一些基礎(chǔ)的實驗數(shù)據(jù)。1量熱器制冷實驗為了檢驗制冷劑R32替代R410A后在實際應(yīng)用中的效果,在按GB/T5773—2004所搭建的電量熱器制冷劑性能測試臺上對制冷劑R32和R410A進行循環(huán)性能比較實驗研究。制冷劑R32和R410A由浙江藍天環(huán)保高科技股份有限公司提供。根據(jù)GB/T5773—2004中的第二制冷劑量熱器法進行實驗測試。實驗裝置流程圖及實驗臺中主要的溫度及壓力測點如圖1所示,主要測量儀表見表2,實驗的詳細描述見文獻。實驗采用PG150X1C-4DZ*2型壓縮機,額定功率840W,壓縮機氣缸排氣量14.8cm3,冷凝溫度54.4℃,蒸發(fā)溫度7.2℃下的額定制冷量為2855W。實驗過程中,保持實驗裝置周圍無異常的空氣流動,裝置的環(huán)境溫度穩(wěn)定為(25±5)℃。為了測量制冷劑在規(guī)定工況下各測點的參數(shù),可通過調(diào)節(jié)量熱器內(nèi)電加熱器的加熱功率來控制壓縮機的吸氣溫度;調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度來控制循環(huán)制冷劑流量,從而控制吸氣壓力;調(diào)節(jié)冷凝器冷卻水流量來控制排氣壓力;調(diào)節(jié)過冷器冷卻水流量即水調(diào)節(jié)閥開度來控制過冷溫度。待系統(tǒng)建立熱平衡狀態(tài)(一般不少于1.5h),并穩(wěn)定在規(guī)定工況0.5h后,每隔20min測量記錄1次實驗數(shù)據(jù),直至連續(xù)3次的測量數(shù)據(jù)符合表3的規(guī)定為止。第1次測量到第3次測量記錄的時間稱為實驗周期,在該實驗周期內(nèi),保證電加熱量的波動引起壓縮機制冷量的變化不超過1%。考慮到量熱器與周圍環(huán)境有溫差的存在,實驗結(jié)束后,關(guān)閉量熱器制冷劑進出口截止閥,進行漏熱量的標定。首先調(diào)節(jié)輸入第二制冷劑的電加熱量,使第二制冷劑壓力所對應(yīng)的飽和溫度比環(huán)境溫度高15℃左右,并保持其壓力不變。標定時,環(huán)境溫度應(yīng)在40℃以下,保持其溫度波動不超過±1℃。此時,電加熱器輸入功率的波動不超過±1%,每隔1h測量1次第二制冷劑的壓力,直到連續(xù)3次相對應(yīng)的飽和溫度值的波動不超過0.5℃。漏熱系數(shù)為式中:Qh為標定時輸入量熱器的電加熱量(W);tp為標定時第二制冷劑壓力對應(yīng)的平均飽和溫度(℃);ta為量熱器的平均環(huán)境溫度(℃)。測得的量熱器漏熱量應(yīng)不超過壓縮機制冷量的5%。此時,對實驗周期內(nèi)3組數(shù)據(jù)進行平均,并按測得的漏熱系數(shù)進行修正(本實驗所測得的漏熱系數(shù)為K1=0.35W/K,下面提到的制冷量均是修正后的數(shù)據(jù)),得到最終的實驗結(jié)果。2種制冷系統(tǒng)循環(huán)性能比較首先,筆者給出標準工況下R32和R410A的循環(huán)性能實驗參數(shù),如表4所示。表中的相對值是基于R410A提出的,相對COP采用R32運行時所得的COP與采用R410A所得COP的比值,相對排氣溫度是采用R32運行時的排氣溫度高于采用R410A時排氣溫度的數(shù)值。從表4可以看出,在標準工況下,采用2種制冷劑時制冷系統(tǒng)所運行的壓比基本相同,R32系統(tǒng)壓縮機耗功略高于R410A系統(tǒng),制冷量要優(yōu)于R410A系統(tǒng),2種制冷劑系統(tǒng)運行的COP幾乎相同,但R32系統(tǒng)的排氣溫度要比R410A系統(tǒng)的高22.7℃。另外,由于工作用途、使用地區(qū)和季節(jié)的不同,其冷凝溫度與蒸發(fā)溫度也會有所改變,因此,筆者對R32與R410A在蒸發(fā)溫度與冷凝溫度變化時的工況分別進行循環(huán)性能實驗研究,實驗結(jié)果見表5(過冷度均為8.3℃,過熱度均為11.1℃)。通過以上的實驗數(shù)據(jù)可以看出,R32系統(tǒng)在所測工況下制冷系統(tǒng)運行的排氣溫度都高于R410A系統(tǒng),尤其是在蒸發(fā)溫度分別為-5℃和0℃,冷凝溫度為50℃時R32系統(tǒng)的排氣溫度非常高,高出R410A系統(tǒng)約45℃,因此在制冷系統(tǒng)運行時要注意對壓縮機排氣溫度的處理;對于其他的循環(huán)性能參數(shù),如2種制冷劑系統(tǒng)的壓比基本接近;相同條件,R32的冷凝壓力與蒸發(fā)壓力幾乎都略高于R410A;壓縮機的耗功與制冷量也大于R410A,2種制冷劑系統(tǒng)的COP很相近。筆者僅對制冷劑的循環(huán)性能進行研究,在實際應(yīng)用中必須考慮如制冷劑的傳熱性能的其他因素。由于R32的傳熱性能比R410A要大得多,在實際應(yīng)用中R32系統(tǒng)的效率可能會優(yōu)于R410A系統(tǒng),這一問題有待于進一步研究。3種制冷系統(tǒng)循環(huán)性能對比由于R32具有環(huán)境性能優(yōu)越,如ODP為零,GWP小于R410A,易于購買,且可燃性溫和等特點,逐漸引起各界人士的注意,并提出R32具備替代R410A的極大的潛能。基于此,筆者分別對R410A和R32系統(tǒng)的循環(huán)性能進行實驗研究,分析實驗數(shù)據(jù)可知,在不同工況下,2