r32与r410a循环性能对比研究

r32与r410a循环性能对比研究

自签署《波特协议》以来，国家已开始研究更换s22制剂。在此期间，提出的代替剂主要是为了保护臭氧层，并开发hfs类制剂。但《京都议定书》签订以后,人们转而同时注重臭氧层保护和减小温室效应,不但要求制冷剂的ODP为零,GWP也要很小。特别是最近召开的哥本哈根气候大会,更是要求各国能从减小GWP值的替代制冷剂着手研究。目前市场上用于替代R22的制冷剂有许多种,其中主要是R410A(R32和R125各占50%,近共沸),该制冷剂具有良好的热物性,但其GWP值较高,从目前全球节能减排的宗旨来看,制冷剂R410A应用面临着一定程度的威胁,依然须要研究与R10A热力性能相差不大的具有较低GWP值的环保制冷剂。由以前的研究工作可知,R32虽然具有一定的可燃性(可燃性温和,燃烧下限(LFL)仅为0.306kg/m3),但由于具有与R410A非常相近的热力基本参数(见表1),且其充注量仅为R22的0.6倍,泄漏时的相对CO2排放量为405,与R22相比,CO2减排比例可达77.6%,符合美国环保局在2009年提出的“在家用、商用空调部分要求减排CO2为50%~90%”措施,而R410A的减排CO2仅为2.5%。此外,R32国内有大量生产,价格便宜,易于购买,因此被广泛关注可以作为替代R410A和R22的环保型制冷剂。笔者对R410A和R32的循环性能进行实验研究,旨在进一步了解R32在实际系统中的运行效果,并与R410A的运行效果进行比较,为进一步开展用R32替代R410A的研究提供一些基础的实验数据。1量热器制冷实验为了检验制冷剂R32替代R410A后在实际应用中的效果,在按GB/T5773—2004所搭建的电量热器制冷剂性能测试台上对制冷剂R32和R410A进行循环性能比较实验研究。制冷剂R32和R410A由浙江蓝天环保高科技股份有限公司提供。根据GB/T5773—2004中的第二制冷剂量热器法进行实验测试。实验装置流程图及实验台中主要的温度及压力测点如图1所示,主要测量仪表见表2,实验的详细描述见文献。实验采用PG150X1C-4DZ*2型压缩机,额定功率840W,压缩机气缸排气量14.8cm3,冷凝温度54.4℃,蒸发温度7.2℃下的额定制冷量为2855W。实验过程中,保持实验装置周围无异常的空气流动,装置的环境温度稳定为(25±5)℃。为了测量制冷剂在规定工况下各测点的参数,可通过调节量热器内电加热器的加热功率来控制压缩机的吸气温度;调节节流阀开度来控制循环制冷剂流量,从而控制吸气压力;调节冷凝器冷却水流量来控制排气压力;调节过冷器冷却水流量即水调节阀开度来控制过冷温度。待系统建立热平衡状态(一般不少于1.5h),并稳定在规定工况0.5h后,每隔20min测量记录1次实验数据,直至连续3次的测量数据符合表3的规定为止。第1次测量到第3次测量记录的时间称为实验周期,在该实验周期内,保证电加热量的波动引起压缩机制冷量的变化不超过1%。考虑到量热器与周围环境有温差的存在,实验结束后,关闭量热器制冷剂进出口截止阀,进行漏热量的标定。首先调节输入第二制冷剂的电加热量,使第二制冷剂压力所对应的饱和温度比环境温度高15℃左右,并保持其压力不变。标定时,环境温度应在40℃以下,保持其温度波动不超过±1℃。此时,电加热器输入功率的波动不超过±1%,每隔1h测量1次第二制冷剂的压力,直到连续3次相对应的饱和温度值的波动不超过0.5℃。漏热系数为式中:Qh为标定时输入量热器的电加热量(W);tp为标定时第二制冷剂压力对应的平均饱和温度(℃);ta为量热器的平均环境温度(℃)。测得的量热器漏热量应不超过压缩机制冷量的5%。此时,对实验周期内3组数据进行平均,并按测得的漏热系数进行修正(本实验所测得的漏热系数为K1=0.35W/K,下面提到的制冷量均是修正后的数据),得到最终的实验结果。2种制冷系统循环性能比较首先,笔者给出标准工况下R32和R410A的循环性能实验参数,如表4所示。表中的相对值是基于R410A提出的,相对COP采用R32运行时所得的COP与采用R410A所得COP的比值,相对排气温度是采用R32运行时的排气温度高于采用R410A时排气温度的数值。从表4可以看出,在标准工况下,采用2种制冷剂时制冷系统所运行的压比基本相同,R32系统压缩机耗功略高于R410A系统,制冷量要优于R410A系统,2种制冷剂系统运行的COP几乎相同,但R32系统的排气温度要比R410A系统的高22.7℃。另外,由于工作用途、使用地区和季节的不同,其冷凝温度与蒸发温度也会有所改变,因此,笔者对R32与R410A在蒸发温度与冷凝温度变化时的工况分别进行循环性能实验研究,实验结果见表5(过冷度均为8.3℃,过热度均为11.1℃)。通过以上的实验数据可以看出,R32系统在所测工况下制冷系统运行的排气温度都高于R410A系统,尤其是在蒸发温度分别为-5℃和0℃,冷凝温度为50℃时R32系统的排气温度非常高,高出R410A系统约45℃,因此在制冷系统运行时要注意对压缩机排气温度的处理;对于其他的循环性能参数,如2种制冷剂系统的压比基本接近;相同条件,R32的冷凝压力与蒸发压力几乎都略高于R410A;压缩机的耗功与制冷量也大于R410A,2种制冷剂系统的COP很相近。笔者仅对制冷剂的循环性能进行研究,在实际应用中必须考虑如制冷剂的传热性能的其他因素。由于R32的传热性能比R410A要大得多,在实际应用中R32系统的效率可能会优于R410A系统,这一问题有待于进一步研究。3种制冷系统循环性能对比由于R32具有环境性能优越,如ODP为零,GWP小于R410A,易于购买,且可燃性温和等特点,逐渐引起各界人士的注意,并提出R32具备替代R410A的极大的潜能。基于此,笔者分别对R410A和R32系统的循环性能进行实验研究,分析实验数据可知,在不同工况下,2