热回收空调原理.doc

热回收空调原理、特点及优势 - 暖通论文 作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2006-7-10 热回收空调原理一、常规空调制冷系统中的能耗问题业内人士都知道，“制冷”并不仅仅是一个简单的降温过程，与自然冷却相比，“制冷”的过程实际上是通过消耗一定的外界能量（如电能、热能、太阳能等），把热量从“低温热源”转移到“高温热源”的过程。因此，我们通过“制冷”把载冷剂的温度降低的同时，加上外功转化的热量，必然会产生比冷量更大的热量。目前绝大部分的空调设计，这部分热量不但没有利用，还要消耗水泵及风机动力，把热量通过冷凝器由冷却介质（水、空气等）带走。我们如果能够把这部分热量利用起来，则可以实现单向能耗，双向输出，大大提高制冷机组的能源利用率，还可以节约冷却系统的能耗。二、热回收原理因此，基于以上系统能源再利用的出发点考虑，广州哈思空调有限公司研发生产的热回收空调技术，取得了很好的节能效果。其系统原理图及相关工作原理如下：图31 热回收空调系统原理图热回收空调原理及其节能效果依上图（图31）所示，冷水水源直接进入热水器套管入水口，通过逆流循环吸收经过压缩后的高温高压的制冷剂释放出来的热量，不但可以提高冷凝系统的效率又达到加热冷水的目的。加热后的热水（5560）直接进贮保温水箱，以备各项生活热水之用。整个空调系统是以电能来驱动工作，而非电能来制热。就节能方面同比之下，电资源虽丰富，但用电直接制热的方式不但耗电量大，运行成本高，而且电热管容易损坏；对于常规用燃油锅炉加热的方式，由于燃油的价格高，产生的效能并不高。因此，该热回收空调技术在节能方面的效果是相当显著的，而且该系统在夏季制冷时所产生的热水是完全免费的。热回收空调特点及优势简单地说，热回收空调是把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水。在如今能源紧张、资源匮乏的年代，节能、环保已成为持续发展的主题，空调作为建筑的主要能耗之一，怎么从空调上节约能源是迫切需要面对的问题。热回收空调显著的节能效果现受到越来越多行业学者的关注，这与其本身具备的特点和优势是密不可分的。一、热回收空调的特点1、就空调系统而言，简约，可靠，无需增加其他电控系统，自动化程度高，运行稳定，无安全隐患。2、热水系统出水温度恒定（不会有过冷、过热现象发生），能同时实现多点供水，可满足不同需要的生活热水需求。3、安装容易简便，不受场所限制，安全，使用寿命长。4、节能环保，运行费用省，经济效益高。二、热回收空调的优势1、热回收系统充分利用空调系统的废热，将空调系统中产生的低品位热量有效地利用起来，达到了节约能源的目的。 2、热加收系统减少了排到环境的废热；同时，由于取消冷却塔，减小了建筑物周围的噪音，有效地保护了建筑物周围的环境。 3、使用热回收系统，用户不再需要在家中设置热水器，这样就给用户带来方便与安全；同时，使用热回收系统，业主可以简化或者省去热水加热系统，从而也简化了系统的运行管理。使用热回收系统，是利用废热来回热生活热水，这样就降低了用户使用生活热水的费用。4、和电驱动或燃油驱动型系统以及燃气热水器（炉）等产品相比，具有无安全隐患、运行可靠，使用寿命长，出水温度恒定（不会有过冷、过热现象发生），能同时多点供水的优越性。5、和太阳能热水器相比，具有不受安装场所限制，安装容易、不漏水、安全、寿命长、全天候热水供应，出水温度恒定（不会有过冷、过热现象发生）的优越性。6、和热泵热水器相比，具有一机多用的功能，除能一年四季提供生活热水外，还能一年四季为室内提供空调供应。7、和传统中央空调相比，具有一机多用的功能，除能一年四季为房间提供中央空调冷、热空气调节外，还能一年四季为房间提供恒温的中央热水。运行调节灵活（多压机，多系统），管路系统简单，能效高、运行费用省的特点。三、与传统中央空调和燃气锅炉的节能对比就经济性而言，在一些需要提供室内空气调节和中央热水供应的场所（如宾馆，酒店，发廊等），如采用传统中央空调则需另外投入燃气锅炉以辅热水之用，现就其与热回收空调就投入及运行期间的经济性的优劣势宏观对比分别如下：（1）、采用热回收型中央空调机组可省掉锅炉设备的投入，即省掉设备的投资又节省了锅炉房的建筑面积；（2）、在夏季可节约全部的卫生热水的加热费用，即使是在冬季运行费用也只是锅炉的1/3，每年可为用户节省非常可观的锅炉运行费用；（3）、机组可安装在屋面、平台、地面等，不用占据建筑面积，可为用户节省可观的建筑面积，特别对于重庆市内更具有经济效益；（4）、没有冷却水系统，省掉了冷却塔、水泵和冷却水管路系统的投资和安装工作，节约了此项的费用，在平时运行时节约了大量的冷却水耗；（5）、自动化程度高，负荷调节范围宽广，在不同季节和负荷下更能符合调节上的要求，具有传统中央空调机组无法比拟的负荷试用性，具有非常明显的节能性。特别是在夜间、过度季节，低负荷时更明显；（6）、单机振动和噪音小，对建筑的影响小，如设计、安装处理的好对建筑的使用不会造成任何影响；（7）、单机运行维护费用低，经济节能。以下就以日用水量为30吨的中型服务性场所热水供应为例就投入费用方面简单对比如下：分析基准：热水用量30吨/天，热回收空调采用LSQ31R2/R型，锅炉采用3104kcal/h型。（一）、初投资费用分析：设 备 名 称 热回收空调 天燃气锅炉 燃油锅炉 煤气炉 电锅炉 设备费（元） 49800 15000 15000 15000 10000 水 箱（元） 20000 6000 6000 6000 6000 总费用（元） 69800 21000 21000 21000 16000 投资对比分析：热回收空调机组比天燃气、油炉、煤气炉高出69800-21000=48800元。热回收空调机组比电锅炉高出69800-16000=53800元。（二）、运行费用节能性分析（设备选型时考虑一定的富裕量，实例中以20吨/天为基准）：1、夏季加热1吨水费用对比（水温2555，加热量30000 Kcal）：加热方式 热回收空调 天燃气锅炉 燃油锅炉 煤气炉 电锅炉 燃料热值 1kw/度 9000kcal/Nm3 10300 Kcal/kg 4200 kcal/Nm3 1kw/度 设备效率 262% 95% 90% 90% 100% 燃料消耗量 11.82度 3.51Nm3 3.24 kg 7.94 Nm3 34.89 产冷量（KW） 31 0 0 0 0 燃料单价（元） 0.60 3.0 4.74 1.60 0.6 加热费用（元） 7.09 10.53 15.36 12.71 20.94 用水量20吨/天，共180天费用 25524 37908 55296 45756 75384 2、冬季加热1吨水费用对比（水温1555，加热量40000 Kcal）：加热方式 热回收空调 天燃气锅炉 燃油锅炉 煤气炉 电锅炉 燃料热值 1kw/度 9000kcal/Nm3 10300 Kcal/kg 4200 kcal/Nm3 1kw/度 设备效率 280% 95% 90% 90% 100% 燃料消耗量 17.18度 4.67 Nm3 4.31 kg 10.58 Nm3 46.52 燃料单价（元） 0.60 3.0 4.74 1.60 0.6 加热费用（元） 10.31 14.01 20.43 16.93 27.91 用水量20吨/天，共180天费用 37116 50436 73548 60948 100476 运行费用对比分析：通过以上分析可以看出，采用热回收型空调机组，全年费用仅为：25524+37116=62640元，在满足热水供应外，夏季还可为空调系统提供免费冷量3120180=111600KW（价值25557元）；全年比采用天燃气炉节约热水费用：37908+50436-62640=25704元； 全年比采用煤气炉节约热水费用：45756+60948-62640=44064元；全年比采用燃油炉节约热水费用：55296+73548-62640=66204元；全年比采用电炉节约热水费用：75384+100476-62640=113220元；如把空调冷量价值加上；全年比采用天燃气炉节约费用：37908+50436-62640+25557=51261元； 全年比采用煤气炉节约热水费用：45756+60948-62640+25557=69621元；全年比采用燃油炉节约热水费用：55296+73548-62640+25557=91761元；全年比采用电炉节约热水费用：75384+100476-62640+25557=138777元；结论：通过以上初投资和运行费用对比可得出，采用热回收空调和采用其它热水加热设备相比，不用一年的时间就可以收回在设备上的多投入部分；不用两年的时间在运行费用节省方面就可以收回全部设备上的投入。综上所述，由于空调热回收技术理论可靠，技术和设备也进入了成熟阶段，故该技术现已得到广泛关注。根据有关资料介绍，我国仅北纬32度以南的14个省，约有宾馆、酒店等5万家以上。由于这部分地区空调期较长，利用时间也较长，投资效益非常明显，相比之下设备投入回收期一般在1020个月之间。热回收空调适用范围热回收型空调机组同时具备房间空气调节和供给中央热水的特性本身决定了其可分别适用于空调和热水领域。在如今能源逐日紧缺的时代，其在节能方面的优越性揭示了其在空调和热水领域的发展潜力。一般来说，像宾馆、酒店、医院、公共浴室和一些食品加工厂等用户，在供冷的同时，还要利用各种燃料或电加热锅炉、热水炉、蒸汽炉等制备热水，消耗大量的能源。若把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水，在开空调的季节，或使用制冷设备的同时，可制备5060的热水，足以满足客房洗浴、厨房洗涤和工艺用热水等用途。这样既提高了能源利用率，减少了能源消耗及对环境的污染，又节省了能源费用的开支。 因此，热回收空调的最佳适用场合是宾馆，酒店，发廊，餐厅，医院，别墅以及需要集中综合提供空调和热水的其他公共设施。 论文上传：source00 论文作者：乐照林您是本文第 697 位读者摘要：围绕空调节能，减少空调热能消耗及相应的温室气体排放这一专题，概要推介一种新型冷水机组热回收方式，概念及其系统形式、控制原理、性能评价系数、适用机型等。并提出了这一新型冷水机组热回收方式对恒温恒湿和同时制冷制热空调领域的适用性及所具有的节能意义，开辟空调节能新领域。 关键词：热能消耗 热能转移 恒温恒湿量 COP 1.引言随着经济的日益发展和人类生活水准的不断提高，空调的应用也越来越普及。而空调在适应经济发展和满足人类需求的同时，也给人类带来了巨大的能源消耗负担和其他如温室效应等负面影响，因此，减少空调的能源消耗，寻求空调可持续发展之路，已成为空调设计所面临的一个重要和首要的问题。在论述本文的内容以前,有必要对空调的能耗进行分类，并对已有的空调节能技术也作一些分类比较。2.空调能耗的分类空调制冷要使用电力或蒸汽；空调水、气输送要消耗电力；冬季空调要使用电力或油、煤等自然能源，不同的季节、不同的空调系统有不同的能耗。但就分类而言，可归结分为两类：电力消耗和热能消耗。而电力消耗最总仍可归结为热能消耗（自然能发电除外），因此，从环保的角度来看，空调的所有能耗均为热能消耗，都有CO2温室气体的排放代价。具体来看，空调系统中，所有电力驱动设备，都存在电力消耗；各种锅炉、溴化锂冷水机组等则存在热能消耗,在一般情况下，夏季空调，除溴化锂制冷机组以外，均以电力消耗为主；冬季空调，则以热能消耗为主，但同时存在电力消耗。各种气源、水源、地源空调系统仅消耗电力。3.空调节能技术分类和比较作为对空调节能技术不断探索的回报,在空调设计中,已有很多成熟的技术和相关的产品可运用。具体可分为三种类型:3.1 节省型：通过追求高效率,优化系统和加强自动控制的运用，来节省空调运行能耗, 减少或避免能源浪费，从而节省能源。如：选用高效率产品，优化系统配置，采用变风量或变水量、二次回风等节能系统及其他运行控制节能技术等。就其节省的能耗而言，既节省空调动力消耗，也节省一些空调热能消耗。3.2 自然能利用型：通过合理使用自然能，而减少空调能源消耗，如：新风供冷，冷却水供冷，气源，水源及地源供冷供热等自然能利用技术等。自然能利用型主要节省空调热能消耗，值得注意的是，其节省的热能是相当可观的。此外，节省了空调热能消耗，也就减少了相应的CO2排放量，因而具有良好的环保优势和可持续发展特性。3.3 热回收型：通过对热能的再回收，实现热能的二次利用，从而减少空调的能源消耗。如新排风热回收技术。根据产品的不同，又可分为：转轮式或固定板翅式全(显)热交换式热回收，盘管式热回收，热泵式热回收等方式。其他如冷水机组生活热水热回收等等。就上述各热回收方式所节省的能耗来分析，夏季一般主要节省空调电力能耗，当采用溴化锂主机时，节省的是空调热能消耗。冬季一般主要节省空调热能消耗，当采用自然能利用型主机如气源热泵时，节省的是空调电力能耗。总之，同样具有良好的环保优势和可持续发展特性。由于热回收型冷水机组在以前的应用中，较多采用串联型冷凝器，由于机组这样的结构设计的原因，热回收量一般最高仅为制冷负荷的30%至40%。而且，热回收量随着冷负荷的减少很快下降，不能相对稳定提供。此外，回收的热能一般均用于生活热水，由于生活热水使用上的不稳定性，热回收量也时有时无、时高时低，对机组的运行稳定造成不利影响。因此，此类热回收，虽亦为废热利用，具有一定的环保节能意义，但节省量较小，对系统稳定运行亦存在不利的影响。但是，当采用一种新的结构形式使热回收量可更高，更稳定，且回收的热能用于空调系统本身时, 热回收型冷水机组可节省的空调热能消耗是相当可观的。其节能意义可得到极大发挥。本文以下所探究的，就是这种热回收技术及其应用新领域。4.新的冷水机组热回收方式（以下简称新方式）以常规的螺杆式冷水机组为例，基于压缩制冷的工作原理，冷水机组在蒸发器一侧制冷剂蒸发吸热制冷的同时，在冷凝器一侧制冷剂则在冷凝放热，而且其放热量大于蒸发器的吸热量，新的热回收方式目标就是为了回收冷凝器100%的放热量以供再利用，从而可节省相应的空调热能消耗，减少因空调而产生的对大气环境的温室气体排放。新的冷凝机组回收方式基于对冷凝器的设计，可以命名为一体化并联式冷凝器（以下简称为新型冷凝器），常规的冷凝器为一组盘管，冷却水吸热后，由冷却塔将热量散入大气，一般冷却水为开式系统。所谓一体化并联式冷凝器，是指相对于冷媒而言是一个冷凝器，但从水侧来看，有二组并联的水盘管，其中一组盘管对应于常规机型的工作方式，为开式系统，而另一组为热回收盘管，采用闭式循环。从这样的结构形式可以看出，任一组盘管，只要配置足够的热交换面积，都有可能吸收全部的冷凝负荷。也因此，热回收量受冷负荷变化的影响得以完全消除。举例来说，当机组运行冷负荷下降为满负荷的40%时，热回收量仍可达机组冷负荷的45%以上。附图1 热回收机组水系统原理图就其控制调节来说，配置新型冷凝器的热回收冷水机组（以下简称新型冷水机组），在运行时，控制原理很简单：与常规冷水机组相比，机组内部不需要增加任何控制，只需在开式冷却水系统中设置一个旁通阀及相应的控制单元，通过调节冷却水旁通水量，调接冷却塔的散热量，就可同时实现热回收水系统的出水温度控制和热回收量的需求量适应控制，同时确保机组在定流量，定冷凝压力的工况下稳定运行，一控多效，简单可靠。原理参见附图1：5.新型冷水机组热回收方式的优越性新方式与本文3.3节所述的热回收方式相比，具有明显的优越性。本文3.3节所述的冷水机组热回收方式中，可采用的冷凝器形式可有两种，分别为分体并联式冷凝器和分体串联式冷凝器，它们的共性在于都有两个冷媒冷凝器，区别在于一种为并联方式，一种为串联方式。采用分体并联式冷凝器的热回收冷水机组，优点在于理论上热回收量可达冷凝负荷的100%，似乎热回收量可根据需要设计控制，而缺点在于，实际上两个并联冷凝器之间的冷媒流量需按热回收量的变化而调节, 在运行时为使机组能相对稳定运行，并实现相关运行要求所需的控制相对复杂，而且实际也较难于控制。事实上，真正以这种方式用于热回收的并不多。采用分体串联式冷凝器的热回收冷水机组：一般前置冷凝器用于吸收压缩机系统高温排气的散热，以提供较高的水温，为热回收冷凝器，而后置冷凝器用于吸收制冷剂冷凝放热，优点在于没有附加的复杂控制要求，但其最大的缺点本文前已述及，其结构方式决定了热回收量有限，而且，随着冷负荷的降低，热回收量也迅速降低，因此热回收量并不能按需提供。由此，在实际的运行中，虽有应用，但一般仅用于提供生活热水。相比较而言，采用新型冷凝器的冷水机组，热回收冷凝器与常规冷凝器合二为一，通过简单的温度控制，既控制了热回收水的出水温度，又控制了冷水机组的冷凝压力，同时也适应了热回收负荷与冷却散热负荷的调节需求。最关键的在于：只要需要，热回收量可达100%。6.新型冷水机组的综合性能系数COP新型冷水机组在制冷的同时，由于冷凝负荷被部分或全部回收利用，为热用户提供了热能，节省了相应的用户热能消耗，因此，新型冷水机组提供的效能包括两部分：是制冷量与制热量之和。因此，其综合性能系数COP当100%热回收时COP = ( QL + QLN ) / W式中,QL为制冷量, QLN为热回收量，即100%冷凝负荷，W为机组耗电量。当以某一百分比C%热回收时： COP = ( QL + C% x QLN ) / W由此可见，新型冷水机组的综合性能系数COP最高可以是冷水机组的制冷性能系数与热泵的制热性能系数之和，其综合性能系数COP之高，反映出其显著的节能意义。即使是部分热回收，节能效果仍然十分可观。需要注意的是，热回收水温的高低对于新型冷水机组的综合性能系数有一定影响。当所要求的热回收水温高与常规制冷系统冷却水温时，每高出一度，制冷性能系数约下降2.1%，此时,约需1.7%的热回收量以确保新型冷水机组的综合性能系数不低于常规冷水机组的制冷系数。以热回收水温45为例，制冷性能系数约下降17%，此时要求约14%的热回收量来弥补，否则，新型冷水机组的综合性能系数将低于常规冷水机组。所以，热回收水温越低，热回收比例越高，新型冷水机组的综合性能系数COP越高，节能效果越明显。从本文下述实际可应用场合对热回收水温的要求来看，是与此要求完全吻合的。7.适用机型工程用空调冷水机组型式主要有活塞式、螺杆式、离心式和溴化锂吸收式四种。是否适用或哪一种最适合作为新型冷水机组应用于空调领域，主要取决于各种机型在可能的冷凝温度提高时的运行适应能力；和各种机型对冷凝器结构改造的适应性及投资大小；以及各种机型的容量特性对工程的适应性。相比较而言,离心机由于喘震问题的存在，对提高冷凝温度的适应能力很差，活塞机具有较好的适应性，螺杆式则借助于二次蒸发吸气和喷液技术的日益发展和完善而胜任有余，溴化锂机组也不例外；但对冷凝器结构改造的适应方面, 溴化锂机组因冷凝器在机组内部而略显不利，非标设计程度和投资会较大，其余三中机型则不分伯仲,均较简单；而在装机容量特性方面，一般活塞式适应于较小的工程，螺杆式可适应于中型和较大型工程的需求。离心机则较适合较大工程，溴化锂机组由于技术的日益成熟，限制较小。由此可见，相对而言，螺杆式机组应用于新型热回收冷水机组，适应性较强，投资少,工程的适用面较广,性能最优。其它机型，或多或少有所限制。8.应用领域与节能意义探究新型冷水机组的意义，目的在于它具有节能意义和较广泛的可应用性，这正是本文所要开辟的空调节能新领域。8.1 恒温恒湿空调领域: 在恒温恒湿空调系统的夏季运行工况中，冷却降温和除湿空气处理过程同时能满足室内温湿度要求的机会微乎其微，当除湿的要求大于降温的要求时，再热也就不可避免，冷热抵消也就不期而至，而此时，所需的再热量，完全可由新型冷水机组提供。而且，用于再热的热回收水温，只需常规工况的冷却水温就能满足要求,具有很高的综合性能系数。对应于水冷恒温恒湿机组，类似应用颇具优势，只需在机组内，增设一个带旁通控制的盘管，串接于冷却水系统中，用于再热，就无需设置再热电加热器，节省相应的耗电量。8.2 分区再热空调领域: 可采用合并系统而要求分区控制的场合，也存在对再热量的需求。这与恒温恒湿再热的应用特性完全相同。8.3 制冷和制热需求并存的空调领域: 在同时有制冷和制热要求的场所，典型代表就是采用四管制水系统的空调领域，当不使用新型热回收冷水机组时，制冷系统的冷凝负荷排入大气，而制热的热量则来自于某种热源，表面上不存在冷热抵消，而事实上，用于加热的能源消耗却是一种无谓的消耗，在这种情况下，采用新型冷水机组也就获得了免费的热源。因为此时，新型冷水机组所做的只是热量转移。 冷热需求越平衡，节能效果越好。此外, 在这种应用中，对热回收水温的要求，也是可以适当降低的。 同样可具有较高的综合性能系数。在空调的应用领域，需要恒温恒湿的场所很多，电子、医药、纺织、印刷行业等等；有同时制冷制热需求的场所也举不胜举，仅此两项可见，新型冷水机组的应用领域相当广泛。对于新型冷水机组的应用，与原来未使用这一热回收的系统相比，所增加的投资是非常有限的，但可节省的能源是极其可观的。与其它热回收方式如：转轮热回收，全热交换器的高投资相比，新型冷水机组的产出与投入之比，无疑是相当优秀的。同时，从环保角度，无论是用于再加热还是用于需要同时制冷制热的场所，新型冷水机组实现的都是热量转移，都是把热量从不需要的地方转移到需要的地方，并籍此减少了热能消耗和相应的温室气体排放，而且总量可观，无疑,这对于环境的保护和空调的可持续发展是极其有利的。三级自动复叠制冷系统的试验研究作者：荆磊张华卢峰 文章来源：互联网 点击数： 更新时间：2006-3-10 12:38:55 【字体：小 大】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】 搭建了一种三级自动复叠的制冷系统的研究装置，采用R134a/R23/R14混合制冷剂，两级分凝的制冷系统。对试验装置和混合制冷剂组分进行了优化试验。试验装置达到-100，制冷量达到38W。 关键词：混合工质 自动复叠循环 0 引言自动复叠循环制冷机结构紧凑，可靠性高，操作简便，在能源、军工、空间、生物、医疗和生命科学等高科技领域内有着广泛的应用。国内外学者纷纷对自动复叠制冷技术展开了新的研究。目前，自动复叠制冷循环呈现出新的发展特点2-3，对其研究主要集中在两个方面：一方面是对原有的制冷循环流程的改进，包括采用新型换热器和高效气液分离器；另一方面则是采用新型的制冷工质，包括二元工质和多元工质，以满足环保和制取低温的要求。1 三级自动复叠制冷系统针对本课题-100的制冷温度，选择单级压缩、两级分凝的制冷循环作为本课题的方案，原理性方案如1所示。图1 三级自动复叠制冷循环实际系统示意图A- 压缩机; B-冷凝器; C-干燥过滤器; D-高温级气液分离器; E-高温级节流阀; F-分凝换热器; G-高温级蒸发冷凝器;H-中温级气液分离器; I-中温级节流阀; J-分凝换热器; K-低温级蒸发冷凝器; L-低温级节流阀; M-蒸发器; N-膨胀容器; P-汇合点; Q-汇合点; 130-测点 膨胀容器的作用在于降低机组停机后的平衡压力。低温、中温工质(如R14/R23)在常温下已经超过其临界温度，全部以气态形式存在，这会导致管道内平衡压力非常高，平衡压力过高带来如下后果：制冷管路破裂的可能性增大。压缩机启动时“油击”的几率增大。启动压力过高。分凝换热器的主要作用两个：一是进一步提纯低温组分的纯度，另一个是实现润滑油的分离。混合工质饱和气体的组分和温度的高低密切相关，温度越低其低温工质组分含量越高。2 制冷剂的选择用于自动复叠循环的非共沸混合工质在循环过程中有其独特性的一面：自动实现各组分的分凝、分离和混合的过程，这决定了其循环过程完全不同于用于节能和环保目的的一般混合工质。复叠式制冷循环的高温部分使用的制冷剂，一般为R134a、R22、R502，也可使用R1270(丙烯)或R290(丙烷)。低温部分使用的制冷剂有：R23、R14、R1150(乙烯)和R170(乙烷)。对于复叠式制冷循环，R23适用的蒸发温度范围是-70-110,R14适用的蒸发温度范围是-110-140。综合考虑结合本文课题-100的制冷温度，选择了三种工质：R134a、R23、R14，其主要热物性质如表1所示4。这三种工质中均不含对臭氧层有破坏作用的Cl原子，R134a和R23的标准沸点相差55.9，R23和R14的标准沸点相差45.8。表1 三种工质的主要热物性参数 工质分子式分子量ODPGWP标准沸点凝固温度临界温度临界压力MPa等熵指数R134aC2H2F4102.0000.2-26.2-101.0101.14.061.11R23CHF370.01014800-82.1-160.025.94.681.19R14CF488.010N/A-127.9-184.0-45.53.751.223 实验台的搭建主要部件的设计选型，选用了Danfoss 114H5534冷凝机组，在常规冷柜箱体的基础上，重新设计制作了内胆用于保温改造，制作了符合实验条件的低温箱体。节流设备的选择与匹配和混合工质的换热计算是本章的两大难点，在理论计算指导与前期两级系统的经验相结合的基础上完成了毛细管和套管式换热器的选型。制冷循环运转期间需要实时记录30路温度数据和2路压力数据，整个测量系统的设计以实现这32个参数的自动记录、数据图像显示和数据库保存为目标（图2）。数据采集系统包含电量参数测量部分。AN7931A本身内置微控制器，可以实现与上位PC的基于RS-232协议的串行通讯。AN7931A仪表通过一根RS-232通讯电缆与主计算机的串行口连接。同样的，基于Visual Basic6.0语言我们设计了相应的软件程序。图2 温度压力采集系统硬件图4 实验与实验结果分析循环系统启动后，R134a流、R23流、R14流的节流温度变化如图3所示和柜内温度如图4所示。图3 R134a流、R23流、R14流的节流温度变化 图4 低温箱体的降温曲线实验台的性能测试在30环境温度下进行，系统启动4.5h后，柜温降至-100，制冷量为38W，运行COP=0.056。循环系统中有两个汇合点P和Q，R134a流和低温混合流在P点汇合成高温混合流，R23流和R14流在Q点汇合成低温混合流，其运行状态如图5所示。两股流体汇合时，如果不发生化学反应，得到的汇合流的温度介于两股支流的温度之间。但是从图5可以看到，开机运行约90min内，高温混合流的温度t24始终低于其两个支流的温度t22和t23，90min以后，才介于两者之间。汇合之后混合物流体的温度决定于两个因素：焓值和成分，相同条件下，焓值越高，温度越高；混合物中低温组分含量越多，温度越低。通过图9来说明这个问题，低温混合流(t22)汇入R134a流(t23)后，对其温度的影响有两个方面：一方面由于增大了其焓值，