回?zé)崞髋c制冷工質(zhì)對(duì)復(fù)疊制冷系統(tǒng)性能的影響

梁 政 申 江 韓思雨

(天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134)

冷鏈?zhǔn)菫榱吮Ｕ仙r農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和降低損耗的低溫供應(yīng)鏈系統(tǒng)，形成的一條由采收或捕撈后迅速預(yù)冷—冷庫—冷藏運(yùn)輸—批發(fā)站冷庫—商場(chǎng)冷柜—消費(fèi)者冰箱組合而成的“冷鏈系統(tǒng)”[1]。復(fù)疊制冷系統(tǒng)和雙級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)可滿足低溫冷庫大溫差、寬溫區(qū)的需要，而在蒸發(fā)溫度較低時(shí)，復(fù)疊制冷系統(tǒng)的性能優(yōu)于雙級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)[2]。

Tripathy等[3]對(duì)NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，確定了最佳性能系數(shù)COP以及最佳低溫冷凝溫度的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式。Dubey等[4]對(duì)CO2/R1270的跨臨界復(fù)疊制冷系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究，歸納出了最佳低溫級(jí)冷凝溫度、COP以及制冷劑質(zhì)量流量比的回歸方程。楊俊蘭等[5]通過模擬發(fā)現(xiàn)R290/CO2系統(tǒng)的COP優(yōu)于R404A/CO2。張曉儒[6]研究發(fā)現(xiàn)R404A/CO2系統(tǒng)在高溫級(jí)帶回?zé)崞鲿r(shí)性能最佳。Mishra[7]通過建立熱力學(xué)模型，對(duì)R1234ze/R1234yf、R1234ze/R134a和R1234yf/R134a 3種復(fù)疊系統(tǒng)進(jìn)行了研究，隨著低溫級(jí)蒸發(fā)溫度的降低，第一定律和第二定律效率增加，火用損率降低，并確定了3種復(fù)疊系統(tǒng)的最佳高溫級(jí)蒸發(fā)溫度。孫志利等[8]研究發(fā)現(xiàn)，三級(jí)復(fù)疊制冷系統(tǒng)最主要的火用損失部件是冷凝器，冷凝器火用損失占比隨蒸發(fā)溫度的升高而升高，并提出了三級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)最佳制冷劑組合方案為R1150/R170/R717。郭曉穎等[9]通過EES編程，對(duì)比分析了蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、冷凝蒸發(fā)傳熱溫差對(duì)R1234yf /R744 和R134a /R744 兩種復(fù)疊式制冷系統(tǒng)性能的影響。Sun等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在高溫級(jí)采用機(jī)械過冷和輔助膨脹機(jī)可以提高系統(tǒng)的整體性能，并對(duì)R744/R744復(fù)疊系統(tǒng)代替R744/R717復(fù)疊系統(tǒng)進(jìn)行了可行性分析。Massuchetto等[11]建立了熱力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)與使用純制冷劑的復(fù)疊系統(tǒng)相比，使用混合制冷劑的R744/RE170復(fù)疊系統(tǒng)具有更好的性能。Roy等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與R41/R404A系統(tǒng)相比，R170/R161系統(tǒng)的最佳COP更高，壓縮機(jī)耗功更低。劉寒等[13]對(duì)自行設(shè)計(jì)的R404A/R23復(fù)疊制冷系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，分析了蒸發(fā)溫度和冷凝溫度與系統(tǒng)性能的規(guī)律。

目前，中國應(yīng)用較多的復(fù)疊制冷系統(tǒng)主要是NH3/CO2和R404A/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，NH3作為自然工質(zhì)，價(jià)格低廉，臭氧破壞潛能值 (ODP) 為 0，全球變暖潛能值(GWP)為 0，性能優(yōu)良，但NH3是有毒物質(zhì)并會(huì)燃燒，充注量受到了一定的限制[14]。R404A由于其GWP值高達(dá)3 943，2020年后在40 t CO2當(dāng)量以上新的制冷設(shè)備中(軍用設(shè)備及-50 ℃冷凍設(shè)備除外)將被禁止使用。R449A作為R404A的替代制冷劑，是一款HFOs制冷劑，ODP值為0，適用于新設(shè)備安裝及現(xiàn)有系統(tǒng)改造，能改善能效，減少環(huán)境破壞，GWP值為1 282，相比R404A降幅達(dá)65%。制冷劑CO2、NH3、R404A、R449A的物性參數(shù)見表1。

文章擬建立CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，CO2作為低溫級(jí)制冷劑，R449A、R404、NH3作為高溫級(jí)制冷劑，采用控制變量法，對(duì)比分析低溫級(jí)冷凝溫度、高溫級(jí)冷凝溫度及回?zé)崞鲗?duì)以上3種系統(tǒng)性能的影響，旨在為復(fù)疊系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)原理

復(fù)疊制冷系統(tǒng)原理圖如圖1所示，分為高溫級(jí)和低溫級(jí)，中間由冷凝蒸發(fā)器連接，復(fù)疊制冷系統(tǒng)的高、低溫級(jí)工作流程如下。

(1) CO2低溫級(jí)循環(huán)：由CO2氣液分離器16氣液分離后的CO2蒸氣進(jìn)入CO2壓縮機(jī)17被壓縮，再經(jīng)CO2油分離器18進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器10冷凝放熱；冷凝后的制冷劑液體進(jìn)入CO2儲(chǔ)液器11，經(jīng)CO2干燥過濾器12干燥過濾后，由CO2電子膨脹閥14節(jié)流為氣液兩相混合物后進(jìn)入CO2蒸發(fā)器15中蒸發(fā)吸熱，隨后從CO2蒸發(fā)器15輸出的低溫低壓的氣液混合物進(jìn)入CO2氣液分離器16進(jìn)行氣液分離后被吸入CO2壓縮機(jī)17，如此循環(huán)往復(fù)。

表1 不同制冷劑的物性參數(shù)

1. 高溫級(jí)壓縮機(jī) 2. 油位電磁閥 3. 油分離器 4. 高溫級(jí)風(fēng)冷冷凝器 5. 高溫級(jí)儲(chǔ)液器 6. 干燥過濾器 7. 供液電磁閥 8. 電子膨脹閥 9. 氣液分離器 10. 冷凝蒸發(fā)器 11. CO2儲(chǔ)液器 12. CO2干燥過濾器 13. CO2供液電磁閥 14. CO2電子膨脹閥 15. CO2蒸發(fā)器 16. CO2氣液分離器 17. CO2壓縮機(jī) 18. CO2油分離器 19. CO2油位電磁閥

(2) 高溫級(jí)循環(huán)：從冷凝蒸發(fā)器10輸出的氣液兩相制冷劑經(jīng)氣液分離器9進(jìn)行分離后，進(jìn)入高溫級(jí)壓縮機(jī)1被壓縮為高溫高壓蒸氣，經(jīng)油分離器3進(jìn)入高溫級(jí)風(fēng)冷冷凝器4冷凝放熱，冷凝后的制冷劑液體進(jìn)入高溫級(jí)儲(chǔ)液器5，再經(jīng)干燥過濾器6干燥過濾，通過電子膨脹閥8節(jié)流降壓后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器10蒸發(fā)吸收CO2低溫級(jí)的冷凝熱，如此循環(huán)往復(fù)。

1.2 系統(tǒng)模擬

對(duì)速凍和冷凍工況下的復(fù)疊制冷系統(tǒng)進(jìn)行模擬(如表2所示)。分析不同運(yùn)行參數(shù)對(duì)復(fù)疊制冷系統(tǒng)性能的影響，對(duì)比R449A/CO2、R404A/CO2、NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)在不同工況下的性能表現(xiàn)。為提高低溫工況下復(fù)疊制冷系統(tǒng)的性能，在系統(tǒng)中設(shè)置回?zé)崞魇禽^常見的優(yōu)化方式，分別在復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級(jí)和高溫級(jí)設(shè)置回?zé)崞饕匝芯炕責(zé)崞魑恢脤?duì)系統(tǒng)性能的影響，工況參數(shù)如表3所示。圖2分別為低溫級(jí)帶回?zé)崞骱透邷丶?jí)帶回?zé)崞鞯脑韴D。

2 熱力學(xué)模型的建立

根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒原理建立復(fù)疊制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)模型，對(duì)該系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)行理論計(jì)算，復(fù)疊制冷系統(tǒng)低溫級(jí)與高溫級(jí)工作流程的壓焓圖如圖3所示。6→1為CO2在低溫級(jí)蒸發(fā)器中等壓蒸發(fā)吸收外界熱量的過程，1→2為CO2進(jìn)入低溫級(jí)壓縮機(jī)吸氣口前的過熱過程，2→3為低溫級(jí)壓縮機(jī)理論等熵壓縮過程，2→3’為低溫級(jí)壓縮機(jī)實(shí)際等熵壓縮過程，3’ →4為CO2在冷凝蒸發(fā)器中冷卻冷凝并將熱量釋放給高溫級(jí)系統(tǒng)的過程，4→5為CO2節(jié)流前過冷的過程，5→6為CO2通過節(jié)流閥等焓節(jié)流過程；12→7為高溫級(jí)制冷劑在冷凝蒸發(fā)器中等壓蒸發(fā)吸收低溫級(jí)系統(tǒng)冷卻冷凝熱量的過程，7→8為制冷劑進(jìn)入高溫級(jí)壓縮機(jī)吸氣口前的過熱過程，8→9為高溫級(jí)壓縮機(jī)理論等熵壓縮過程，8→9’為高溫級(jí)壓縮機(jī)實(shí)際等熵壓縮過程，9’→10為制冷劑在高溫級(jí)冷凝器中冷卻冷凝并將熱量釋放給外界冷卻介質(zhì)的過程，10→11為高溫級(jí)制冷劑節(jié)流前的過冷過程，11→12為高溫級(jí)制冷劑通過節(jié)流閥等焓節(jié)流過程。利用Matlab編寫模擬程序，調(diào)用Refpropm9.1中的CO2、NH3、R404A及R449A的物性參數(shù)。為簡(jiǎn)化理論分析過程，進(jìn)行如下假設(shè)：① 復(fù)疊制冷系統(tǒng)各部件狀態(tài)穩(wěn)定；② 高、低溫壓縮機(jī)壓縮過程均為等熵壓縮；③ 管道及換熱器內(nèi)制冷劑流動(dòng)的動(dòng)能變化、阻力損失忽略不計(jì)；④ 節(jié)流過程焓值不變；⑤ 除蒸發(fā)器和冷凝器外，制冷劑與環(huán)境之間不發(fā)生熱交換，回?zé)崞骱屠淠舭l(fā)器換熱過程無能量損失。

低溫系統(tǒng)制冷劑質(zhì)量流量：

qmL=QL/(h1-h6)，

(1)

式中：

qmL——低溫系統(tǒng)制冷劑質(zhì)量流量，kg/s；

QL——低溫系統(tǒng)制冷量，kW；

h1——低溫系統(tǒng)蒸發(fā)器出口焓值，kJ/kg；

h6——低溫系統(tǒng)蒸發(fā)器進(jìn)口焓值，kJ/kg。

低溫壓縮機(jī)理論耗功WLs：

WLs=qmL(h3-h2)，

(2)

式中：

WLs——低溫壓縮機(jī)理論耗功，kW；

h3——低溫系統(tǒng)壓縮機(jī)出口理論焓值，kJ/kg。

低溫壓縮機(jī)實(shí)際耗功WL：

WL=WLs/ηL，

(3)

式中：

WL——低溫壓縮機(jī)實(shí)際耗功，kW；

ηL——低溫系統(tǒng)壓縮機(jī)等熵效率。

表2 不帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)模擬工況

表3 帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)模擬工況?

1. 蒸發(fā)器 2. 低溫級(jí)壓縮機(jī) 3. 冷凝蒸發(fā)器 4. 節(jié)流閥 5. 高溫級(jí)壓縮機(jī) 6. 冷凝器 7. 節(jié)流閥 8. 回?zé)崞?/p>

圖3 復(fù)疊制冷系統(tǒng)壓焓圖

低溫系統(tǒng)性能系數(shù)COPL：

COPL=QL/WL，

(4)

式中：

COPL——低溫系統(tǒng)性能系數(shù)。

低溫系統(tǒng)熱負(fù)荷QL,cond:

QL,cond=qmL(h3′-h4)，

(5)

式中：

h3′——低溫系統(tǒng)壓縮機(jī)出口焓值，kJ/kg；

h4——冷凝蒸發(fā)器低溫級(jí)出口焓值，kJ/kg。

高溫系統(tǒng)制冷劑質(zhì)量流量：

qmH=QL,cond/(h7-h12)，

(6)

式中：

qmH——高溫系統(tǒng)制冷劑質(zhì)量流量，kg/s；

h7——高溫系統(tǒng)蒸發(fā)器出口焓值，kJ/kg；

h12——高溫系統(tǒng)蒸發(fā)器進(jìn)口焓值，kJ/kg。

高溫壓縮機(jī)理論耗功WHs：

WHs=qmH(h9-h8)，

(7)

式中：

WHs——高溫壓縮機(jī)理論耗功，kW；

h9——高溫系統(tǒng)壓縮機(jī)出口理論焓值，kJ/kg。

高溫系統(tǒng)壓縮機(jī)實(shí)際耗功WH：

WH=WHs/ηH，

(8)

式中：

WH——高溫系統(tǒng)實(shí)際耗功，kW；

ηH——高溫系統(tǒng)壓縮機(jī)等熵效率。

高溫系統(tǒng)性能系數(shù)COPH：

COPH=QL,cond/WH，

(9)

式中：

COPH——高溫系統(tǒng)性能系數(shù)。

復(fù)疊制冷系統(tǒng)性能系數(shù)COP:

COP=QL/(WH+WL)，

(10)

式中：

COP——復(fù)疊制冷系統(tǒng)性能系數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 低溫級(jí)冷凝溫度對(duì)不帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)性能的影響

由圖4可知，一定蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下，隨著低溫級(jí)冷凝溫度的增大，復(fù)疊系統(tǒng)的COP先增大后減小，是因?yàn)殡S著低溫級(jí)冷凝溫度的增大，系統(tǒng)低溫級(jí)蒸發(fā)溫度不變，低溫級(jí)壓縮機(jī)壓比增大，所以CO2低溫級(jí)壓縮機(jī)耗功增大；同理，高溫級(jí)蒸發(fā)溫度隨低溫級(jí)冷凝溫度的增大而增大，而系統(tǒng)高溫級(jí)冷凝溫度不變，高溫級(jí)壓縮機(jī)壓比減小，所以高溫級(jí)壓縮機(jī)耗功減小，因系統(tǒng)制冷量保持不變，當(dāng)壓縮機(jī)總耗功在某一點(diǎn)到達(dá)最小值時(shí)系統(tǒng)性能最優(yōu)。當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度-45 ℃時(shí)，NH3/CO2、R449A/CO2、R404A/CO2的最佳低溫級(jí)冷凝溫度分別為-21，-20，-14 ℃；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度-25 ℃時(shí)，NH3/CO2、R449A/CO2、R404A/CO2的最佳低溫級(jí)冷凝溫度分別為-11，-10，-5 ℃。NH3/CO2系統(tǒng)的最佳低溫級(jí)冷凝溫度小于R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)。對(duì)比3種系統(tǒng)的性能系數(shù)，NH3/CO2系統(tǒng)的COP優(yōu)于R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度-45 ℃時(shí)， NH3/CO2系統(tǒng)的最佳COP分別比R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)高1.82%，7.34%；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度-25 ℃時(shí)，NH3/CO2系統(tǒng)的最佳COP分別比R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)高2.09%，7.19%。

3.2 高溫級(jí)冷凝溫度對(duì)不帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)性能的影響

由圖5可知，不同高溫級(jí)制冷劑復(fù)疊系統(tǒng)的COP隨高溫級(jí)冷凝溫度的增大而下降，是因?yàn)樵诘蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度不變時(shí)，復(fù)疊系統(tǒng)低溫級(jí)制冷量不變，高溫級(jí)冷凝溫度升高，高溫級(jí)壓縮機(jī)排氣壓力增大，壓比增大，使得高溫級(jí)壓縮機(jī)耗功增加，系統(tǒng)總耗功增加。NH3/CO2與R449A/CO2系統(tǒng)的性能接近，當(dāng)蒸發(fā)溫度為-45 ℃時(shí)，差距為0.98%～4.49%；當(dāng)蒸發(fā)溫度為-25 ℃時(shí)，差距為1.35%～4.99%。-25 ℃時(shí)3種復(fù)疊系統(tǒng)的COP相比-45 ℃ 時(shí)均大幅提升，是因?yàn)閷?shí)際運(yùn)行中蒸發(fā)溫度提高，復(fù)疊系統(tǒng)制冷量和低溫級(jí)壓縮機(jī)耗功均減小，但制冷量的減小程度遠(yuǎn)小于壓縮機(jī)耗功的減小程度，所以系統(tǒng)COP提高。當(dāng)高溫級(jí)冷凝溫度從30 ℃變化到40 ℃，低溫級(jí)蒸發(fā)溫度為-45 ℃時(shí)，R449A/CO2、R404A/CO2、NH3/CO2系統(tǒng)的COP分別下降了16.47%，16.39%，13.56%；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度為-25 ℃時(shí)，R449A/CO2、R404A/CO2、NH3/CO2系統(tǒng)的COP分別下降了19.66%，19.35%，16.77%。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量降低復(fù)疊系統(tǒng)的高溫級(jí)冷凝溫度。

圖4 復(fù)疊制冷系統(tǒng)COP隨低溫級(jí)冷凝溫度的變化

3.3 回?zé)徇^冷度對(duì)低溫級(jí)帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)性能和回?zé)徇^熱度的影響

由圖6可知，低溫級(jí)帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)的COP隨回?zé)徇^冷度的增大而降低。制冷系統(tǒng)的回?zé)徇^冷度增大會(huì)使單位制冷量增加，但回?zé)徇^熱度同樣也會(huì)增大，使得壓縮機(jī)吸氣比體積增大，系統(tǒng)制冷劑流量減少，壓縮機(jī)單位耗功增加，當(dāng)采用不同制冷劑時(shí)，系統(tǒng)COP表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，制冷系統(tǒng)性能系數(shù)可能增大，也可能減小。對(duì)于低溫級(jí)采用CO2的復(fù)疊系統(tǒng)，低溫級(jí)回?zé)徇^冷度增大，使得低溫級(jí)回?zé)徇^熱度增大，并且由于液體的比熱始終大于氣體的比熱，回?zé)徇^熱度始終大于回?zé)徇^冷度。根據(jù)能量守恒定律，低溫級(jí)壓縮機(jī)耗功增加，高溫級(jí)系統(tǒng)制冷量增加，高溫級(jí)壓縮機(jī)耗功增加，但復(fù)疊系統(tǒng)的制冷量增加值小于壓縮機(jī)耗功的增加值，因此低溫級(jí)采用CO2作為制冷劑的復(fù)疊系統(tǒng)性能下降。經(jīng)計(jì)算，回?zé)徇^冷度每提高1 ℃，當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度-45 ℃時(shí)，R449A/CO2、R404A/CO2、NH3/CO2系統(tǒng)的COP分別下降約0.22%，0.26%，0.21%；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度-25 ℃ 時(shí)，R449A/CO2、R404A/CO2、NH3/CO2系統(tǒng)的COP分別下降約0.17%，0.21%，0.14%。而采用CO2作為低溫級(jí)制冷劑的復(fù)疊系統(tǒng)，在低溫級(jí)設(shè)置回?zé)崞鲗?duì)其性能不利，但影響不大。

3.4 回?zé)徇^冷度對(duì)高溫級(jí)帶回?zé)崞鞯膹?fù)疊制冷系統(tǒng)性能和回?zé)徇^熱度的影響

由圖7可知，當(dāng)采用不同高溫級(jí)制冷劑時(shí)，復(fù)疊制冷系統(tǒng)的COP隨回?zé)徇^冷度增加的變化趨勢(shì)不同，一定低溫級(jí)蒸發(fā)溫度下，低溫級(jí)系統(tǒng)制冷量不變，高溫級(jí)系統(tǒng)性能是影響復(fù)疊制冷系統(tǒng)性能的主要因素，而高溫級(jí)采用的制冷劑不同，回?zé)崞鲗?duì)其系統(tǒng)性能的影響也不同。經(jīng)計(jì)算，回?zé)徇^冷度每提高1 ℃，當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度為-45 ℃ 時(shí)，R449A/CO2、NH3/CO2系統(tǒng)的COP分別下降約1.96%，0.33%，R404A/CO2系統(tǒng)的COP增加約0.23%；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度為-25 ℃時(shí)，R449A/CO2、NH3/CO2系統(tǒng)的COP分別下降約2.65%，0.35%，R404A/CO2系統(tǒng)的COP增加約0.21%。低溫級(jí)蒸發(fā)溫度-45 ℃下，當(dāng)高溫級(jí)回?zé)徇^冷度>3 ℃時(shí)，R449A/CO2系統(tǒng)性能低于R404A/CO2系統(tǒng)；低溫級(jí)蒸發(fā)溫度-25 ℃下，當(dāng)高溫級(jí)回?zé)徇^冷度>2 ℃時(shí)，R449A/CO2系統(tǒng)性能低于R404A/CO2系統(tǒng)。說明高溫級(jí)設(shè)置回?zé)崞鲗?duì)R449A/CO2系統(tǒng)的性能有很大損害，實(shí)際中應(yīng)避免在R449A系統(tǒng)中設(shè)置回?zé)崞鳎琑404A/CO2系統(tǒng)性能小幅提升，NH3/CO2系統(tǒng)性能小幅降低。

圖5 復(fù)疊制冷系統(tǒng)COP隨高溫級(jí)冷凝溫度的變化

圖6 復(fù)疊制冷系統(tǒng)COP隨低溫級(jí)回?zé)徇^冷度的變化

圖7 復(fù)疊制冷系統(tǒng)COP隨高溫級(jí)回?zé)徇^冷度的變化

4 結(jié)論

對(duì)比分析了R449A/CO2、R404A/CO2、NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)在不同工況下的性能表現(xiàn)，并模擬了回?zé)崞鲗?duì)3種復(fù)疊制冷系統(tǒng)性能的影響，得出以下結(jié)論。

(1) 復(fù)疊制冷系統(tǒng)存在最佳的低溫級(jí)冷凝溫度，且NH3/CO2系統(tǒng)的最佳低溫級(jí)冷凝溫度小于R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)。當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度為-45 ℃時(shí)，NH3/CO2系統(tǒng)的最佳性能系數(shù)COP分別比R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)高1.82%，7.34%；當(dāng)?shù)蜏丶?jí)蒸發(fā)溫度為-25 ℃時(shí)，NH3/CO2系統(tǒng)的最佳COP分別比R449A/CO2和R404A/CO2系統(tǒng)高2.09%，7.19%。

(2) 高溫級(jí)冷凝溫度增大，3種復(fù)疊系統(tǒng)COP都有很大幅度的下降；NH3/CO2與R449A/CO2系統(tǒng)的性能相近，當(dāng)蒸發(fā)溫度為-45 ℃時(shí)，差距為0.98%～4.49%；當(dāng)蒸發(fā)溫度為-25 ℃時(shí)，差距為1.35%～4.99%。

(3) 在CO2低溫級(jí)設(shè)置回?zé)崞鳎瑥?fù)疊系統(tǒng)的COP小幅降低，對(duì)復(fù)疊系統(tǒng)性能影響不大。在復(fù)疊系統(tǒng)高溫級(jí)設(shè)置回?zé)崞?，R449A/CO2系統(tǒng)的COP大幅下降，R404A/CO2系統(tǒng)的COP增加，NH3/CO2系統(tǒng)的COP小幅降低。后續(xù)可在熱力學(xué)模型中研究回?zé)嵝蕦?duì)復(fù)疊系統(tǒng)性能的影響。

(4) 相比于R404A，采用R449A作為高溫級(jí)制冷劑的系統(tǒng)性能更優(yōu)越，對(duì)環(huán)境也更友好。與NH3/CO2系統(tǒng)的性能相近，R449A/CO2可在安全等級(jí)要求更高的場(chǎng)所替代NH3/CO2系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用前景。