碳?xì)渲评鋭┰谛⌒蜕逃美涔裆系膽?yīng)用分析

摘 要：與商用冷柜中的傳統(tǒng)制冷劑相比，碳?xì)渲评鋭┚哂休^低的排氣溫度以及較高的性能系數(shù)和單位制冷量，能夠有效地改善運(yùn)行時(shí)的噪聲水平和冷卻速度，而且具有良好的環(huán)保性能。本文對(duì)碳?xì)渲评鋭┘捌錈崃W(xué)循環(huán)性能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并對(duì)碳?xì)渲评鋭┰谛⌒蜕逃美涔裆系木唧w應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：熱力學(xué)循環(huán)性能;小型商用冷柜;碳?xì)渲评鋭?/p>

商用冷柜中的傳統(tǒng)制冷劑CFCs 制冷劑含有氯原子，會(huì)對(duì)大氣層中的臭氧層造成破壞。國(guó)際社會(huì)組織者強(qiáng)調(diào)要逐漸將消耗臭氧物質(zhì)的制冷劑淘汰，并且使用其他制冷劑來(lái)替代傳統(tǒng)制冷劑。碳?xì)渲评鋭┚哂辛己玫沫h(huán)保性能和熱物理性能，是一種天然制冷劑，受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。值得注意的是，碳?xì)漕愇镔|(zhì)具有可燃性，在小型商用冷柜中用碳?xì)渲评鋭┑某渥⒘侩m然較小，但是在大規(guī)模應(yīng)用之前還是應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的泄漏燃爆試驗(yàn)，保障應(yīng)用的安全性。

1 碳?xì)渲评鋭┘捌錈崃W(xué)循環(huán)性能

制冷劑中的氯原子對(duì)臭氧層的破壞引起的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，社會(huì)各界廣泛提出尋找具有良好的環(huán)保性能和性質(zhì)優(yōu)良的制冷機(jī)來(lái)替代傳統(tǒng)制冷劑，減少制冷劑對(duì)環(huán)境的破壞。當(dāng)前主要產(chǎn)生了3種替代方案：

①天然制冷劑，包括HCs（碳?xì)洌717、R744等。其中碳?xì)渲评鋭┚哂辛己玫沫h(huán)保性能和熱物理性質(zhì)，例如具有極低的全球變暖潛能值（R600a 的全球變暖潛能值不大于10、R290 的全球變暖潛能值為 3），而且消耗臭氧潛能值為0。碳?xì)渲评鋭┰靸r(jià)較低，和礦物油之間的互溶性良好。因此雖然碳?xì)渲评鋭┚哂锌扇夹?，但仍不失為一種理想的制冷劑[1]。當(dāng)前的小型商業(yè)制冷應(yīng)用場(chǎng)合中的島柜、生鮮柜、飲料自動(dòng)售貨機(jī)、啤酒冷藏柜、冰激凌柜、瓶裝冷藏柜的制冷量不高于1.0 kW，使用的是碳?xì)渲评鋭┲械腞600a、R1270、R290等，其中碳?xì)渲评鋭┲械腞600a、R290已經(jīng)在很多大型跨國(guó)集團(tuán)的冰激凌柜、啤酒冷藏柜和瓶裝冷藏柜中得到了廣泛的應(yīng)用。與氫氟烴相比，碳?xì)渲评鋭┠軌蛱岣?0%的系統(tǒng)能效，而且不會(huì)對(duì)臭氧層進(jìn)行破壞。

②HFOs（氫氟烯烴），氫氟烯烴具有良好的熱物質(zhì)性，全球變暖潛能值極低，消耗臭氧潛能值為零，但是其制備原料為HCFCs，價(jià)格比較昂貴。在制備的過(guò)程中由于HFO-1234yf，具有可燃性，經(jīng)過(guò)燃燒之后會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，例如HF。

③HFCs（氫氟烴），應(yīng)用較多的主要有R404A、R410A、R134a、R32等。氫氟烴是一種人造制冷劑，具有不可燃、無(wú)毒、熱物理性質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)，消耗臭氧潛能值為零，然而由于具有較高的全球變暖潛能值，當(dāng)前只作為過(guò)渡制冷劑使用。

2 碳?xì)渲评鋭┰谛⌒蜕逃美涔裰械木唧w應(yīng)用

與傳統(tǒng)的小型商用制冷冷柜中的制冷劑相比，氫制冷劑具有良好的循環(huán)性能。在理論層面上，有專家學(xué)者對(duì)比了碳?xì)渲评鋭┖偷蜏乩涔裰谐Ｓ弥评鋭┲g的性能。在液體溫度38℃、吸氣溫度5℃、冷凝溫度43℃、蒸發(fā)溫度零下23℃的低溫工況Ⅰ中對(duì)R22和碳?xì)渲评鋭┕べ|(zhì)的熱力學(xué)循環(huán)性能進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果表明R290和R1270的系統(tǒng)性能系數(shù)高于R404A、R507A、R502排氣溫度和壓力比低于R22。因此有學(xué)者認(rèn)為當(dāng)前常用的小型商用冷柜中的低溫制冷劑R404A、R22完全可以使用碳?xì)渲评鋭┲械腞1270、R290來(lái)進(jìn)行替代。

與此同時(shí)還有學(xué)者在變工況、實(shí)際工況、標(biāo)準(zhǔn)工況中對(duì)HCM2、HCM1、R134a、R600a、R290、R404A、R22的循環(huán)性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明R290 的 COP比R134a略低，比R404A高，而且具有更大的單位質(zhì)量制冷量和單位容積制冷量。盡管與R134a相比，R290具有更高的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，但其壓比仍然小于R134a，具有良好的性能[2]。

選取兩臺(tái)臥式冷柜作為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，分別充注85gR290和200gR134a，對(duì)其進(jìn)行耗電量測(cè)試和高溫儲(chǔ)藏溫度測(cè)試，R290 系統(tǒng)的冷凍能力明顯高于R134a 系統(tǒng)，而且COP有了將近25%的提高。

在噪聲水平、冷卻速度、能效和耗電量方面對(duì)兩種制冷劑進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，與R134a系統(tǒng)相比，R290 系統(tǒng)的耗電量降低5%、冷卻速度得到提高、噪音也降低了3dB（A），然而具有較高的充注量。對(duì)R290 系統(tǒng)進(jìn)行雙毛細(xì)管優(yōu)化之后，其噪聲大幅度降低，同時(shí)耗電量降低15%，冷卻速度減少1小時(shí)。

有學(xué)者對(duì)R290和R744在小型商用冷柜（冷凍食物或冰激凌）物業(yè)的性能差異進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)中改進(jìn)了R290冷柜的原系統(tǒng)，使用R744壓縮機(jī)替代了原系統(tǒng)中的原R290 封閉式壓縮機(jī)，并適當(dāng)增加了一些原件。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與R290相比，R744在小型商用冷柜中的應(yīng)用具有更高的設(shè)備成本、更低的能效和更高的運(yùn)行壓力。盡管R290作為一種碳?xì)渲评鋭┚哂锌扇夹?，但是小型商用冷柜系統(tǒng)中的充注量不高于150g，因此仍然具有較高的安全性，在小型商用冷柜中應(yīng)用碳?xì)渲评鋭┦峭耆尚械腫3]。

然而值得注意的是，在維修或者充注制冷劑時(shí)會(huì)有一些不凝性氣體混入制冷系統(tǒng)，一般為空氣。但是碳?xì)渲评鋭┚哂锌扇夹?，如果制冷系統(tǒng)中進(jìn)入了一定量的空氣就會(huì)威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行，甚至對(duì)系統(tǒng)制冷的效果造成不利的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，盡管制冷系統(tǒng)中混入空氣不會(huì)使碳?xì)渲评鋭┑臐舛冗M(jìn)入爆炸極限范圍，但是當(dāng)吸氣側(cè)出現(xiàn)泄漏點(diǎn)位時(shí)，說(shuō)明碳?xì)渲评鋭┮呀?jīng)出現(xiàn)大量泄漏，就可能會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。制冷機(jī)中的換熱器傳熱也會(huì)受到不凝性氣體的影響混合氣體，飽和蒸汽壓增大，從而升高功耗、壓比和冷凝壓力。但是混入空氣之后也會(huì)減小摩擦損失、降低氣體粘度，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行有利。這也是在小型商用冷柜中應(yīng)用碳?xì)渲评鋭┬枰⒁獾囊粋€(gè)問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了碳?xì)渲评鋭┘捌錈崃W(xué)循環(huán)性質(zhì)，并對(duì)碳?xì)渲评鋭┑男⌒蜕逃美涔裰械膽?yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。碳?xì)渲评鋭┚哂辛己玫臒崃W(xué)循環(huán)性質(zhì)和環(huán)保性能，在當(dāng)前技術(shù)上在小型商用冷柜中應(yīng)用碳?xì)渲评鋭﹣?lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑是完全可行的。

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