R410A機(jī)組在變進(jìn)水溫度下制冷和制熱運(yùn)行的特性

歐敏杰

摘 要：文章主要對R410A機(jī)組的物理性質(zhì)進(jìn)行簡要分析，在出水溫度為5～20°C（制冷工況）和35～55°C（制熱工況）范圍之內(nèi)進(jìn)行吸氣壓力、排氣溫度以及吸氣溫度等新性能測試，繼而得出R410A機(jī)組在變進(jìn)水溫度之下制冷和制熱的運(yùn)作特點(diǎn)，再分析其變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在水源熱泵空調(diào)機(jī)組中，一旦未設(shè)計(jì)好地源埋管系統(tǒng)，勢必會耗損更多能量。

關(guān)鍵詞：R410A機(jī)組；變進(jìn)水溫度；制冷和制熱；客觀規(guī)律

1 概述

現(xiàn)階段來看，我國國內(nèi)的空調(diào)機(jī)組超過80%使用的制冷劑是R22.我國是一個發(fā)展中國家，使用R22制冷劑是一種非常普遍的現(xiàn)象，但是，由于R22的使用會損耗巨大的能量，因此在2033年將會停止使用R22制冷劑。隨著人們對臭氧層的保護(hù)意識越為強(qiáng)烈，對R22制冷劑的替代品研究開始越來越受到人們的關(guān)注[1]。

2 R410A與R22的熱力特性對比

R410A與R22相比，R410A具有更顯著地流動特性和熱傳遞特性。R22的相對分子量為86.5，沸點(diǎn)為零下40.8°C，25°C蒸汽壓力為1.04MPa，25°C飽和液體密度為1.194kg/m3，25°C飽和蒸氣密度為44.4kg/m3，臨界溫度為96.1°C，臨界壓力為4.98MPa，溫度滑移為0°C，毒性低且無可燃性；R410A的相對分子量為72.6，沸點(diǎn)為零下52.7°C，25°C蒸汽壓力為1.65MPa，25°C飽和液體密度為1.064kg/m3，25°C飽和蒸氣密度為64.5kg/m3，臨界溫度為72.5°C，臨界壓力為4.95MPa，溫度滑移為0.1°C，毒性低且無可燃性。從熱力學(xué)角度來看，R410A的蒸氣密度比R22高出42%，運(yùn)行壓力比R22高出59%左右。從上述研究數(shù)據(jù)不難看出，R410A具有純制冷劑的所有特點(diǎn)，能夠像純制冷劑一樣有方便使用的特點(diǎn)。在沸點(diǎn)結(jié)構(gòu)方面，R410A的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)比較低，R410A系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較好且溶油性好，對于風(fēng)冷熱泵冷水系統(tǒng)而言，R410A比起R22更適用于出水溫度比較高的系統(tǒng)中[2]。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)及樣機(jī)

R410A系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：（1）風(fēng)冷冷水機(jī)組；（2）恒

溫水箱；（3）測試環(huán)境間；（4）被試機(jī)組；（5）低溫空氣處理機(jī)；（6）常溫空氣處理機(jī)；（7）取樣裝置；（8）壓縮冷凝機(jī)組；（9）風(fēng)柜等。R410A在上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)作，環(huán)境之間的濕度與溫度等均由低溫空氣處理機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，常溫空氣處理機(jī)組承擔(dān)1°C以上的溫度和濕度調(diào)節(jié)，恒溫水箱承擔(dān)水系統(tǒng)的溫度與流量[3]。環(huán)境與環(huán)境之間的濕度與溫度控制精確度需要達(dá)到GB/T18430所規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，測試儀表的精確測量度應(yīng)該達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)要求：（1）環(huán)境間進(jìn)口干

球溫度在0.1°C左右；（2）環(huán)境間進(jìn)口濕球溫度在0.1°C左右；（3）水流量儀表精度在1%；（4）電網(wǎng)頻率在0.5%。為了進(jìn)行R410A水機(jī)組變環(huán)境溫度運(yùn)行特性分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。樣機(jī)主要元件構(gòu)成有以下幾種：（1）風(fēng)側(cè)換熱器；（2）節(jié)流機(jī)構(gòu)；（3）儲液器；（4）水側(cè)熱換器；（5）四通換向閥；（6）渦旋壓縮機(jī)；（7）氣液分離器等。為了能夠全面掌握被試機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，沿著系統(tǒng)流程布置了10個壓力與測試點(diǎn)。此種測試點(diǎn)不僅僅反映出了熱量和輸入功率，還能夠反映出吸排氣壓力和吸排氣溫度等機(jī)組運(yùn)行的微觀特征參數(shù)[4]。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

在變環(huán)境溫度下，R410A風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)熱水機(jī)組的實(shí)驗(yàn)性能分別為：（1）7°C；（2）3°C；（3）0°C；（4）-3°C；（5）-6°C；（6）-10°C。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定要求之后要求R410A機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定之后記錄測試數(shù)據(jù)，對于每一次測試工況，詳細(xì)記錄平均測量數(shù)值。當(dāng)干球溫度為7°C、濕球溫度為6°C時，將隨著環(huán)境溫度的變化而變化。當(dāng)環(huán)境溫度為零下10°C時，制熱量為實(shí)際工況下的48%[5]。

4.1 制熱量、制冷量和輸入功率隨進(jìn)水溫度的變化

制熱量、制冷量和輸入功率相對于制冷工況進(jìn)水（23°C）和制熱工況進(jìn)水（15°C）的百分比隨著進(jìn)水溫度的變化而變化。在制熱工況之下，制熱量隨著進(jìn)水溫度的升高而升高，變化速度也越來越快。輸入功率隨著進(jìn)水溫度的升高而增大，制熱量是名義工況的85%，輸入功率是名義工況上的90%。制冷工況下，制冷量隨著進(jìn)水溫度的升高反而降低，輸入功率隨著進(jìn)水溫度的升高而變化更快。當(dāng)進(jìn)水溫度為35°C時，制冷量是名義工況上的82%，輸入功率是名義工況上的120%。

4.2 COP和EER隨進(jìn)水溫度的變化

R410A機(jī)組能效相對于制冷工況進(jìn)水24°C且制熱工況進(jìn)水15°C下COP和EER百分值隨著進(jìn)水溫度變化而變化[6]。在制冷工況下，隨著進(jìn)水溫度的升高，機(jī)組COP和EER比值呈直線下降發(fā)展趨勢。進(jìn)水溫度變化對制冷COP的影響比EER更大。在制熱工況下，EER上升趨勢顯著；在制冷工況下，COP下降趨勢顯著。從上述研究數(shù)據(jù)不難看出，制冷工況下R410A機(jī)組性能受到進(jìn)水溫度的影響比較大。進(jìn)一步說明，地源熱泵空調(diào)機(jī)埋管系統(tǒng)不夠合理勢必會耗損更多能量，對制冷運(yùn)行系統(tǒng)更為顯著。

4.3 排氣和吸氣壓力及壓力比隨進(jìn)水溫度的變化

制熱系統(tǒng)工況下，隨著進(jìn)水溫度的升高，R410A機(jī)組的吸氣壓力和排氣壓力顯著上升，吸氣壓力上升速度更快，因此壓力比下降趨勢明顯。進(jìn)水溫度為7°C時，R410A機(jī)組壓力比為3.21；進(jìn)水溫度為20°C時，R410A機(jī)組壓力比為2.82。上述壓力比值的下降，其主要原因是COP值升高。

4.4 吸氣和排氣溫度隨進(jìn)水溫度的變化

制冷系統(tǒng)吸排氣溫度也隨著水溫度的變化而變化。在制熱工況下，吸氣溫度和排氣溫度均因進(jìn)水溫度的升高而升高，當(dāng)進(jìn)水溫度為20°C時，排氣溫度達(dá)到76.3°C。隨著進(jìn)水溫度的逐步提高，壓縮機(jī)吸入口溫度和壓力逐步增大，從而能夠使得制熱量顯著增加；制冷工況下，吸氣溫度隨著水溫升高的變化不夠明顯，排氣溫度反而升高的更為明顯。

5 結(jié)束語

R410A是一種新型的環(huán)保制冷劑，R410A在空調(diào)機(jī)組運(yùn)用中是一項(xiàng)非常重要的環(huán)節(jié)。相關(guān)研究人士稱R410A的換熱性能相對而言比較好，實(shí)際應(yīng)用價值也比較高。

參考文獻(xiàn)

[1]陳劍波，閔礦偉，潘際淼，等.R410A水源熱泵空調(diào)機(jī)組變進(jìn)水溫度運(yùn)行特性分析[J].流體機(jī)械，2011，39（3）：52-57.

[2]李麗芬，洪麗娟.低內(nèi)壓比渦旋式R410A壓縮機(jī)在屋頂機(jī)的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào)，2015，15（2）：79-81，68.

[3]于文遠(yuǎn)，李征濤，陳阿勇，等.R32在帶經(jīng)濟(jì)器的風(fēng)冷冷熱水機(jī)組的試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，2014，10（7）：65-68.

[4]陳政文，王娜娜，胡文舉，等.R32、R22、R410A風(fēng)冷空調(diào)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù)，2012，34（11）：120-122.

[5]鐘建法，李建軍，吳偉軍，等.R410A制冷劑并聯(lián)渦旋式空氣源冷水（熱泵）機(jī)組設(shè)計(jì)[J].能源與環(huán)境，2013，10（3）：46-47.

[6]舒歡，謝應(yīng)明，韓朱嵩，等.采用R410A為制冷劑的小型風(fēng)冷式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2011，32（5）：18-21，58.