制冷剂R1234ze在高温热泵中应用的对比研究

对比了R1234ze、R134a、R124、R142b等工质的热物理性质,分析了几种工质在高温热泵应用中相同工况下的压比、COP、压缩机排气量、排气温度等性能参数,论述了R1234ze用作高温热泵工质的可行性及R1234ze高温热泵机组的特性。结果表明R1234ze在高温热泵75⁹5℃工作区间内,具有系统制热COP高、压比适中、压缩机排气温度低等特点。同时,其良好的热物性、较低的GWP值决定了其可以应用于高温热泵中。     

R32与R410A在滚动转子式压缩机中变工况仿真研究

以滚动转子式压缩机为研究对象,建立稳态下压缩机的热力学仿真模型,并通过实测数据进行验证。进而通过改变制冷剂吸气过热度、液体过冷度以及吸排气压力比,来研究制冷剂R32与R410A在变工况情况下对压缩机输入电功率、制冷量以及性能系数COP造成的影响。研究结果表明:当仅增加吸气过热度时,R32与R410A的输入电功率呈下降趋势,由于蒸发器进出口焓差增幅小于质量输气量降低幅度,制冷量也呈下降趋势,R32的COP也有所下降,但R410A的COP先上升后下降,存在最佳吸气过热度4.2 ℃;当仅增加液体过冷度时,对输入电功率无明显影响,R32与R410A的制冷量与COP均上升,但R410A的变化幅度比R32大15.9 %、30.6 %;当仅增加吸排气压力比时,R32与R410A的输入电功率、制冷量、COP均下降,R32的COP值比R410A平均大8.7 %,且随着吸排气压力比的上升差值逐渐减小。     

R32在带经济器的风冷冷热水机组的试验研究

分析了R32替代R410A的优势,针对R32系统排气温度过高的限制,提出采用经济器的方法降低排气温度,从理论方面分析了R32替代R410A后单级压缩制冷系统运行参数的变化。在理论研究基础上,采用某企业生产以R410A为制冷剂带有经济器的风冷热泵机组作为原型机,分别使用R410A和R32作为制冷剂,进行试验研究。试验参照GB/T 18430.2—2008名义工况,对比同一系统采用2种不同制冷剂后,系统充注量、换热量、功率、COP、排气温度等参数的变化。结果表明:R32系统充注量仅为R410A的70%,接近摩尔质量分数。在制冷及制热名义工况下R32能力及能效比均不低于R410A,R32系统排气温度及压缩比明显降低,但采用经济器中间补气后系统性能系数提高幅度不大。     

R22与R744空气源热泵热水机组的对比

热泵热水机组因其具有较好的节能性,日益受到热水器市场关注,本文在制冷剂R744与R22的热物性的对比基础上,对以R744为工质和以R22为工质的热泵热水机组从理论热力学循环,机组系统部件及结构、除霜控制等进行了对比分析,并分别对以R744为工质和以R22为工质的热泵热水机组样机在GB/T21362-2008的名义工况下进行了测试比较,试验结果表明以R744为工质的热泵热水机组COP比以R22为工质的热泵热水机组约高5%,并且以R744为工质的热泵热水机组可以实现65℃以上的高出水温度.     

冬季工况下R32热泵性能的试验研究

以一台变转速热泵空调器为研究对象,测试其在冬季用R32做制冷剂时机组的能效及换热器的传热性能,以研究制热工况下空调系统中用R32作为替代制冷剂的可行性。试验测量参数包括蒸发器(室外机)和冷凝器(室内机)的传热系数、换热量、总压力降以及整机制热工况下的COP。通过结构匹配的室内、外侧两换热器在系统运行中同步测量,结果表明:冬季名义制热工况下,R32空调系统的制热能力比用R410A高出约3.0%,蒸发器、冷凝器的传热系数也有所提高,其中蒸发器的传热性能提高约6.0%,冷凝器传热性能提高约6.7%,而压降对比则变化不大。     

R410A水源热泵空调机组变进水温度运行特性分析

对以R410A 为制冷剂的水源热泵空调机组进行了变进水温度运行的试验研究.制冷工况进水温度为 21～36℃的范围内,制热工况在进水温度在6-21℃的范围内,进行了机组制冷量、制热量、输入功率、EER/COP、吸气和排气压力、压比、吸气和排气温度等特性随进水温度变化的测试,分析了R410A机组在变进水温度下制冷和制热运行的特性,实验研究结果表明在目前极力推广使用的地源热泵空调机组(水源热泵空调机组的一种)中,如果地源埋管系统设计不合理,不仅不节能而且更耗能,且在制冷运行时更为明显.本文为R410A水源热泵空调机组的设计与工程应用提供了试验参考依据.     

并联补气旋转压缩机性能的研究

对R410A并联补气旋转式压缩机循环进行热力学分析,分析结果表明,随着辅、主容积比的变化,并联补气旋转式压缩机的性能先增大后减小,在典型制冷/制热工况下,较优容积比为0.1。搭建了样机及性能测试系统,样机试验表明,制冷工况下,COP最大提升7.2%,制冷量最大提升15.9%;制热工况下,COP最大提升11.8%,制热量最大提升20.3%。相对补气量和主、辅路混合排气温度均在一定中间压力下出现拐点,此时辅路进气由蒸气状态向气液两相状态转变。通过中间压力调节辅路进气干度,使混合排气过热度达到5K以上,既使并联补气压缩机性能最优,又保证了压缩机运行可靠性。     

低温室效应工质空调蒸发器性能模拟计算

建立翅片管式蒸发器的稳态分布参数数学模型,考虑蒸发器内部的实际流动状态,用Visual Basic计算机语言编写翅片管式蒸发器模拟计算程序,利用R22的计算结果与文献试验结果进行验证,得到较好的一致性。基于此模型模拟低温室效应(Global warming potential,GWP)工质R290、HFO1234yf和HFO1234ze在翅片管式蒸发器内的流动换热特性。分析改变迎面风速、制冷剂质量流量以及管外径尺寸时换热量和压降的变化情况,并与现在广泛使用的R410A进行性能的对比分析。结果表明,风速稳定时R290换热量最大,HFO1234yf最小;相同情况下,HFO1234yf与HFO1234ze最容易达到过热状态;压降相同时,R410A的质量流量最大,R290的最小;换热量相同时,HFO1234yf的质量流量最大,R290的最小。为低GWP工质翅片管式蒸发器的优化设计和系统匹配以及制冷剂的替代提供理论基础。     

R22、R410A、R32制冷系统性能的比较与少量吸气带液循环的应用

总结了R22、R410A以及R32的大量文献并分别比较了三者的循环性能,其中针对在我国广泛推广的R32制冷剂所面临的排气温度过高的问题做了综述,并由此搭建了以R32做制冷剂的变频滚动转子式水冷机组实验台,利用AHRI标准空调工况设计试验,旨在降低压缩机排气温度的同时,亦到达系统高性能系数。研究结果表明:(1)相比于R410A制冷剂,在我国成本更低、系统循环性能更优的R32将作为R22的长期替代制冷剂来进行更加广泛而深入的研究。(2)AHRI标准空调工况下,R32的COP变化速率最佳,排气温度最高,且R410A与R22分别只占R32排气温度的36.3%与55%,但可通过不增加成本的湿压缩方法大幅降低R32的排气温度。(3)本文所建立的R32转子式制冷系统实验台可通过控制压缩机吸气口干度的方式来解决压缩机排气温度过高的问题,同时通过大量试验数据能够得出最佳吸气带液量以优化系统性能。     

基于替代制冷剂的滚动转子式压缩机热力性能仿真研究

建立了基于电机效率随负载、频率变化和高低压侧、环境、电机之间换热的滚动转子式压缩机热力学稳态仿真模型,且与试验有较好吻合,进而对比研究了基于传统制冷剂R22和替代制冷剂R32、R290、R410A和R407C的滚动转子式压缩机。在一定工况范围内,分析了蒸发温度、冷凝温度对压缩机的性能影响。在相同的理论容积输气量、吸气过热度和工况下的对比研究表明:R32质量流量略大于R22而R290的最小;功率、排气温度、制冷量最大的是R32而最小的是R290,R32排气温度相比R22增加9.0~33.5℃,R290制冷量相比R22降幅13.1%~18.9%;R32的性能系数COP相比R22降幅0.2%~4.3%,R290的COP相比R22降幅2.0%~7.3%但相比R410A增幅0.2%~8.5%。     

R32在带闪蒸器的风冷冷热水机组中的应用研究

从理论方面分析了R32在制热尤其是低温制热方面的优势,同时指出低温制热下R32系统受到排气温度过高的限制。作者提出采用闪蒸器的方法降低排气温度,将R32和R410A分别应用在带闪蒸器的风冷冷热水机组中进行试验研究。试验结果表明,压缩机排量相当的情况下,R32机组名义工况下能力及性能系数均略有提高,且名义制热工况下提高幅度更高,R32在制热方面更有优势;环境温度越低,R32机组制热量提高幅度越大,R32在低温制热方面更有优势,而且R32的排气温度可以控制在可以接受的范围内。     

R410a和R22平行流冷凝器变工况特性的比较

对比研究了分别采用R22及其替代工质R410a的平行流冷凝器在室外变工况下性能的同异。通过建立平行流冷凝器的稳态分布参数模型,仿真研究了不同冷凝温度下R410a和R22的变工况特性,并引入质能比的概念对这两种工质的单位换热量所需制冷剂质量的多少进行了比较。仿真结果是R410a和R22的换热量、制冷剂侧压降和制冷剂质量随工况和冷凝温度的改变具有的相似的变化趋势,且R410a具有较高的换热量和较低的压降;两者的质能比随进风温度和进风量的升高均呈基本一致的向上抛物线的变化趋势,且R410的质能比低于R22。可以得出R410a与R22具有相似的变工况特性,适合替代R22应用于采用平行流冷凝器的汽车空调。并且R410a在传热、流动性能和降低制冷剂充注量方面均优于R22。     

一种新型天然混合工质在汽车空调系统中替代R134a的试验研究

提出一种新型天然混合工质,R1270/DME/R245fa,(10%/80%/10%,质量),作为汽车空调R134a替代制冷剂.其中质量比10%的R245fa作为阻燃剂,使制冷剂安全性能满足指标.在理论上计算了新工质的热力学性质,并在与被替代工质进行对比分析的基础上,依据<汽车用空调器>国标给定的各试验工况将该工质及R134a进行对比试验.结果表明,在对原机组不做任何改动的情况下,相同运行条件,采用新工质系统与原R134a系统相比性能参数相近,制冷量增大,COP值有较大幅度提升.新工质可作为R134a在汽车空调系统中直接"灌注式"替代物.     

压缩机频率对R410A/R410A复叠式热泵系统性能的试验研究

通过搭建R410A/R410A复叠式热泵系统试验台对比了在改变高温级或低温级压缩机频率下热泵系统性能的的变化情况,结果表明:在同一工况下,压缩机频率由50 Hz增加到80 Hz,高温级压缩机频率改变时的最小复叠温差仍大于低温级压缩机频率改变时的最大复叠温差;在系统运行未达到最高COP时,增加低温级压缩机频率所带来COP的升高或降低在数值上明显大于增加高温级压缩机频率,且低温级压缩机频率改变时COP的峰值也明显高于改变高温级压缩机的频率;为了更好地研究低温压缩机频率对复叠热泵系统性能的影响,通过对比试验发现改变高温级或低温级压缩机频率时的COP曲线均呈现先增大后减小的趋势,COP达到峰值时,高温级压缩机的最佳频率为53 Hz,低温级压缩机的最佳频率随蒸发工况的降低而降低,压缩机的最佳频率只能使系统在该工况下达到最高COP,在最佳频率下运行的系统COP所能达到的峰值仍然由所处工况决定。     

R452B在多联式空气调节机中直接替代R410A 制冷剂的试验研究与环境效应分析

对比分析了充注R410A和R452B的多联式空气调节机在不同工况条件下的运行参数。此外,还就制冷剂替代前后的直接排放环境效应进行了分析。结果表明:在对原机组不做任何改动,采用R452B制冷剂的机组与原R410A机组相比运行性能基本相当,减排效应良好。对比分析R410A和R452B的基本物性参数,并在R410A多联式空气调节机上开展直接充注R452B的替代试验研究。在替代前后保证机组名义制冷量基本相等(±2%误差)的条件下确定了R452B制冷剂的充注量。根据GB/T 18837-2015的工况条件测试了替代前后机组的制冷、制热以及全年性能系数的变化趋势。此外,还就制冷剂替代前后的直接排放环境效应进行了分析。结果表明,在对原机组不做任何改动,采用R452B制冷剂替代R410A制冷剂时,机组的充注量可以降低10%～15%,制冷、制热性能偏差保持在8%以内,机组的综合性能系数APF偏差保持在2%以内,CO2直接排放减排率约70%。     

R32灌注式替代R410A家用空调的试验研究

R32具有良好的热物性、环境性能和循环性能,具有极大替代R410A工质的潜力.采用R32对R410A空调系统进行灌注式替代试验,研究结果表明,系统灌注R32后,制冷剂充注量减少了30.4％,制冷量提高了8.5％,性能系数提高了7.1％.     

基于R1234yf和R1234ze(E)的电动汽车空调系统的4E分析

为了研究环保型制冷剂R1234yf和R1234ze(E)替代R134a在电动汽车空调系统中应用的可行性,利用EES软件对R1234yf和R1234ze(E)电动汽车空调系统进行建模仿真,对系统进行能量(1E)、(火用)(2E)、经济性(3E)和环境性(4E)分析与多因素评估,并与R134a电动汽车空调系统对比。结果表明：R134a表现出最佳的热经济性能,但R134a的生命周期CO₂当量排放量约为R1234ze(E)或R1234yf的6.5倍和3.67倍,对环境的影响较差;R1234yf和R1234ze(E)的可行性水平值(FL)在不同权重情况下分别大于3.7,3.4,而R134a在不同权重下的可行性水平值FL最小为0.1;R1234yf、R1234ze(E)可作为R134a的替代制冷剂,其中R1234yf更适合作为R134a的替代制冷剂。     

小通道内的冷凝换热模型分析

目前国内外对于大通道内的冷凝换热研究较多,而对小通道内的冷凝换热研究较少,小通道内重力、切应力、表面张力的相互作用与大通道不同,导致小通道内的冷凝换热机理不同于大通道,因此大通道内的冷凝换热模型不能很好地预测小通道内的冷凝换热,而小通道内冷凝换热的研究对设计和优化紧凑型换热器具有重要意义。总结9种小通道内的冷凝换热预测模型,并根据11个独立研究机构的测试结果,收集6种工质(R134a,R32,R22,R123,R410A,R1234yf)的1 183个小通道内的冷凝换热试验数据点。比较各模型的预测结果和数据点发现,各预测模型并不是适用于小通道内所有工质和工况的预测,应根据工质和工况选择合适的模型。GARIMELLA的预测模型对R134a、R32、R22、R1234yf的数据点的预测误差很小,而KOYAMA的预测模型适用范围比较广,大部分工况下误差也是可接受的。     

R290替代R134a热泵热水器的性能分析与试验研究

分别对R290和R134a进行了热力学分析,采用R290对R134a成熟机组进行灌注量试验,节流元件匹配试验,不同环境温度下,R290试验机组对比变工况试验。理论及试验结果表明:R290在系统中的单位制热量约为R134a的1.37倍,R290的单位理论COP值约为R134a的94.2%;R290的制冷剂充注量为R134a的30.3%;R290专用试验机组制热性能平均为R134a成熟机组的1.27倍,COP整体略高于R134a成熟机组,尤其在低温方面(-5℃,0℃),平均为R134a成熟机组的1.05倍。     

基于R245fa工质的高温热泵机组试验研究

高温热泵机组以30～60 ℃的工业废水为低温热源,为客户提供80 ℃以上高温热水,相较于电热锅炉,其具有显著的节能优势。现针对客户需求,设计了一台以环保制冷剂R245fa为工质的高温热泵机组,测试了其在不同工况下的性能参数。结果表明:随着冷凝温度的上升,高温热泵机组COP由5.46降至3.10;在各运行工况下,压缩机的排气过热度正常,能够保证机组长期稳定运行。