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企業新聞
直面制冷劑的替代工作的對策分析
發布時間:2015-06-25        瀏覽次數:2959        返回列表

在制冷企業中廣泛使用的制冷劑R22遭淘汰已進入倒計時,國內空調企業如何布局制冷劑替代之戰,成為目前熱議的話題。
《家用和類似用途電器的安全熱泵、空調器和除濕機的特殊要求》新版標準將于2013年5月1日正式實施,明確要求非環保制冷劑機型不予批準。
R22的理想替代品標準:
 制冷劑的替換是世界性難題,其主要困難在于替代制冷劑的選擇。理想的替代物應無毒、不可燃,在工作和貯存條件下熱穩定、與系統材料兼容,與R22熱力性能相近或更優,具有高能效、零ODP和低GWP。迄今,還沒有找到完全滿足要求的理想替代物。
 用于取代對臭氧層有破壞作用的制冷劑R22,國際上普遍認同的兩種環保制冷劑為:R410A和R407C,將收集到的兩者在傳熱性能,性能系數和蒸汽壓力等方面的特征差異做一介紹,以期對各位同仁有所幫助。
傳熱性能方面: R407C傳熱性能較差
 R410A具有很好的傳熱性能,R410A的蒸發傳熱系數和冷凝傳熱系數高于R407C。蒸發試驗研究發現,與R22蒸發試驗結果相比,R410A的傳熱系數要比R22高10%~50%。板式換熱器的蒸發試驗也證實了R410A傳熱性能的優越,在相同條件下R410A的傳熱系數比R22的要高0~15%。
冷凝試驗則顯示,在具有微型肋片的管外,R410A的冷凝傳熱系數比R407C高35%~55%,比R22高3%~7%,相反,R407C的傳熱系數比R22低33%~52%。
R407C的傳熱系數低,分析其與它的非共沸性有關:一是在等壓蒸發或冷凝時存在著較大的相變溫度梯度,二是汽液兩相之間存在著明顯的濃度差。R407C在蒸發或者冷凝時,不但要克服冷凝液層的熱阻,還要克服相變溫度梯度和汽液濃度差對傳熱帶來的負面影響。相變溫度梯度是指在一定壓力下混合物由飽和蒸汽變成飽和液態的溫度差,R407C在大氣壓下的相變溫度梯度約為7K。相變溫度梯度的存在直接降低了R407C的傳熱性能。等壓冷凝時,隨著冷凝過程的推進,R407C汽液平衡要求的冷凝溫度越來越低,對于恒壁溫冷凝,用于推動蒸汽冷凝的有效溫壓將越來越小,傳熱效率降低。同理,相變溫度梯度對于蒸發過程也同樣有降低傳熱效率的作用。
R407C三種組分的汽液濃度差是由組分間的相對揮發性不同造成的,高沸點組分R134a不易揮發,低沸點組分R32和R125比R134a易揮發。汽液兩相共存時,沸點高的R134a在液相中的濃度就高于它的汽相濃度,而沸點低的R125和R32在汽相中的濃度高于液相濃度。
  R410A的傳熱系數較高的一個重要原因在于它的準共沸性。R410A雖然由兩種組分(R32和R125)組成的混合物,但是這兩種組分沒有明顯的揮發性差別,在蒸發或者冷凝過程中,R410A的汽相組分濃度和液相組分濃度很相近,相變溫梯度小于0.2K。反映在R410A的熱力學工程圖上,汽液兩相區的等溫線與等壓線幾乎是平行的,所以,R410A熱力學特性和物理特性非常接近于共沸制冷劑或純制冷劑。作為準共沸混合物,R410A在蒸發和冷凝時的傳熱機理與純制冷劑相似,沒有明顯的組分擴散現象,相變溫度梯度對傳熱效率的影響極小,這就使得R410A的傳熱系數高于非共沸制冷劑R407C。R410A的傳熱系數高于R22的主要原因在于它具有更加有利的傳熱控制物理量,如具有較高的導熱系數和較低的粘性系數。
性能系數方面: R410A的傳熱性能更優
R410A的優良傳熱性能,有利于提高空調制冷系統的性能系數。R410A還具有提高性能系數的另外兩個有利條件:較低的流動力和較高的壓縮效率。
實驗發現,R410A的流動壓降比R407C和R22都要小,而R407C的壓降接近于R22的值。例如,在光滑管內蒸發流動時,R410A的壓降比R22要小30%,在板式蒸發器內流動時,R410A的壓力損失比R22低15%~35%,在光滑管內冷凝時,R410A的壓降比R22小35%~50%。制冷劑流動所需的壓降越小,壓縮機消耗在壓降上的無用功越小,越有利于提高性能系數。
在制冷劑壓縮效率方面,R410A的壓縮效率高于R22和R407C。R410A在往復式壓縮機測試臺上測得的等熵壓縮效率和輸氣效率均分別比R22的高5%左右;在渦旋壓縮機試驗臺上測得的等熵壓縮效率和輸氣效率分別比R22的高2%~15%和3%~10%。與R410A相對比,R407C在往復式壓縮機測試臺上測得的壓縮效率與R22的值相近,R410A的壓縮效率比R407C高5%~20%。
研究表明,在R22的兩種替代制冷劑中,使用R410A可以實現比R407C更高的系統性能系數。壓縮機測試臺上得到的數據顯示,R410A的性能系數超R407C的10%以上;在優化設計的空調制冷系統中R410A性能系數高的結論進一步得到證實,R410A的性能系數分別比R407C和R22的高10%和5%。
R410A的性能系數優勢還在已投入運行的R22空調制冷系統的替代試驗中得到證實。針對正在運行的3種不同R22系統,采用置換制冷劑和渦旋壓縮機的方法,使用相同的蒸發器和冷凝器,在相同的工況下進行實地運行試驗,結果顯示采用R410A所得到的性能系數高于R22和R407C的值。
蒸汽壓力方面:R407C蒸汽壓力低于R410A.
R410A蒸汽壓力偏高,在工程應用上會受到一些限制,需要開發適合高壓系統的應用技術,而R407C的蒸汽壓比較適宜,可以適應R22的所有應用領域。
R410A的蒸汽壓比R22的蒸汽壓大60-70%,因此,其制冷系統必須有更好的密封性能,使用合適的接口技術,以防泄露。所有制冷元件,包括壓縮機,換熱器,管道等,必須滿足R410A的特別工作壓力要求。
如果R410A制冷系統的設計壓力為2500kPa,那就必須將冷凝溫度控制在40℃左右,水冷的應用場合能夠滿足壓力上限的要求。如果采用空冷設計,R410A系統的冷凝壓力就會超過現行空調系統的壓力上限,在冷凝溫度50℃國標工況,系統冷凝壓力就要達到3000 kPa,現行的R22制冷系統承受不了如此大的壓力,必須進行專門設計。
綜合分析:對環保制冷劑的替代工作,恒星產品銷售應根據其不同應用場合采用不同的替代制冷劑。
對于冷凝溫度較低的場合,例如水冷,蒸發冷,采用R410A技術可以縮小設備體積,提高性能系數。
對于負荷較大的空冷型空調,從節省投資的角度出發,R407C優于R410A,因為R407C系統的技術要求與R22系統非常接近。而且恒星研發部已對R407C使用完成了替代輸出工作。
對于現行R22設備的改造項目,使用R407C比R410A更加可靠,不僅成本較低,而且簡單,易行。