實驗概況

2024年2月8日發(作者：心痛簽名)

制冷劑實驗實驗概況

制冷劑是制冷機中完成熱力循環的工質，它在低溫下吸取被冷卻物體的熱量，然后在較高溫度下轉移給冷卻水或空氣。制冷劑的選擇苛刻，它要求被選物質ODP,GWP,可燃性等都要達到安全要求。

下面是韓曉紅等教授關于R32的循環性能實驗研究：

R32由于具有環境性能優越,如ODP為零、GWP值小于R410A等優點,逐漸被認識到可以用于替代R410A。本文對R410A和R32的循環性能進行實驗研究,結果表明,在不同的工況下,采用2種制冷劑時系統運行的壓比基本相同,COP幾乎相同。與R410A系統相比,R32系統的壓縮機耗功略高,制冷量高,且排氣溫度高。總之,R32具有良好的熱物性、環境性能及循環性能,具有極大的替代R410A的潛力。

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下面還有一組張萍,初勤亭的實驗“R22的替代物THR03的實驗研究及性能分析”：該試驗以4個工況對THR03及R22在同一制冷系統中進行實驗性研究,較為全面地分析并比較了R22制冷系統及THR03制冷系統在同一工況下的制冷量、耗功量、COP、壓縮機排氣溫度及工作壓力等參數進行研究；

通過比較，他們得出如下結論：(1)在相同冷凝溫度下,THR03的冷凝壓力比R22低。在冷凝溫度為30~45℃的范圍內,THR03系統的冷凝壓力比R22低約2. 2%

~3.4%。(2)在蒸發溫度為5℃,冷凝溫度分別為30℃、35℃、40℃、45℃時,相對于R22系統,THR03系統壓縮機耗功量與R22相當。(3)低冷凝溫度下(冷凝溫度為30℃及35℃時),THR03系統的制冷量比R22系統略小,在高冷凝溫度下(冷凝溫度為40℃及45℃時),THR03的制冷量比R22系統大。在蒸發溫度為5℃,冷凝溫度為30℃時,THR03系統制冷量比R22系統小1. 3%,在冷凝溫度為35℃時,THR03系統制冷量比R22僅小0. 2%,在冷凝溫度為40℃,THR03系統的制冷量比R22系統制冷量大2. 9%,在冷凝溫度為45℃時,THR03的制冷量比R22系統增大了3. 3%。(4)在蒸發溫度為5℃時,隨著冷凝溫度的升高,R22系統的性能系數下降的速度要比THR03系統的略快,在低冷凝溫度下(冷凝溫度為30℃及35℃時),THR03系統的性能系數與R22系統相當,在高冷凝溫度下(冷凝溫度為40℃及45℃時),THR03的性能系數比R22系統大約2. 2%~3. 1%。(5)在同樣的工作條件下,THR03制冷系統的排氣溫度比R22低。在冷凝溫度為30℃至45℃的范圍內,THR03系統的排氣溫度比R22低2. 5~4. 5℃。

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傳統單體制冷劑顯然無法滿足現代要求，新型制冷劑，混合制冷劑現在正成為熱的研究對象：其中王博，張偉，馬洋博，曾紀珺，呂劍等人對第四代制冷劑HFO-1234y做出了一定的研究：HFO-1234yf具有低的毒性和弱可燃性,與HFC-134a物化性能相似,不損耗臭氧層,不會導致氣候變暖,霍尼韋爾和杜邦等HFO-1234yf作為HFC-134a的“直接替代”方案,預計在2011年可商用化生產。雖然HFO-1234yf的使用在歐洲仍然存在很大爭議,但隨著日本監管機構2009年8月正式通過對HFO-1234yf的批準進口和使用,標志著HFO-1234yf在全球的應用取得了重大進展,HFO-1234yf已經作為第四代制冷劑走上了歷史舞臺。

相關參考文獻：[ 1 ] 呂金虎,宋垚臻.替代制冷劑的研究與應用現狀[J].制冷,2006, 25(1): 29-33.

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朱志偉,韓曉紅,孫 潔,陳光明還對混合制冷劑進行了研究。例如，實驗“新型混合制冷劑R161+R227ea的理論與實驗研究”，該試驗提出提出以循環性能優越的R161為基礎組分,并引入阻燃性能優越的R227ea,根據優勢互補的原則,將R161和R227ea進行優化配比,獲得一種循環性能與安全性能均較好的混合制冷劑以替代R22.利用數據庫REFPROP7.0,通過自編軟件對二元混合制冷劑R161+R227ea的熱力學性能和循環性能進行理論計算及分析,并在電量熱器制冷劑性能測試臺上,分別對工質R407C和R161+R227ea進行了實驗研究.通過理論與實驗的研究發現,該新型制冷劑的制冷量和耗功都比R407C稍小,但是循環性能系數(COP)比較接近,而排氣溫度比R407C低5℃左右,因此該新型混合制冷劑具有替代R407C、R22的潛在可行性。

下面是其實驗過程簡介：該試驗利用如下裝置

進行實驗。得出如下結論：為了分析制冷劑變工況下的循環性能,需要對制冷劑在不同冷凝溫度及不同蒸發溫度下進行實驗測試,因此,除名義工況外,還對過冷度取8℃,過熱度取11℃,tc分別取45、50、54.4℃,te取-10、-5、0、5、10℃等工況進行了實驗研究.圖5~8給出了各個工況下的實驗結果.從圖5、6中可以看出,R161+R227ea的制冷量和耗功均低于同工況下R407C的制冷量和耗功,是R407C的75%左右,這是由于新混合工質中R227ea的單位容積制冷量非常低.但從圖7中看出,R161+R227ea循環COP值與R407C非常接近,部分工況下COP還比R407C高,兩者的差別在5%以內.循環性能中,R161+R227ea的突出優勢表現在它的排氣溫度相對較低,比R407C的排氣溫度低5℃左右

最后他們的出結論：

(1)R161+R227ea混合制冷劑ODP值為0,GWP值小于R407C,不會破壞大氣臭氧層,也有利于減小全球溫室效應,是環境“友好”的制冷工質;溫度滑移值也小于R407C.

(2) R161 + R227ea的制冷量為R407C的75%,但考慮到R161 + R227ea的GWP僅為R407C的65.7%,因此,為了獲得相同的制冷量,盡管要增加制冷劑用量,但在環境性能方面,R161+R227ea仍然有一定的優勢.

(3)R161+R227ea的排氣溫度低于R407C;

(4)為了解決R161+R227ea的制冷量和耗功小于R407C的不足,用增加混合物中R161的比例,以及利用R161具有較高的單位容積制冷量和較高COP這個優勢來改進R161+R227ea的循環性能,但是必須保證R161在爆炸極限范圍之外.

(5)R161+R227ea的COP與R407C相比較差別不大,但是R161+R227ea的制冷量和耗功要小于R407C,這是R161+R227ea的不足之處.由于單位容積制冷量偏低,在實際系統中,應該采用排氣量相對較大一點的壓縮機,且必須增加制冷劑的使用量,這也是下一步的研究方向.

參考文獻(References):

[1] CALM J M, DOMANSKI P A. R-22 replacement status[J].ASHRAE

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[2]陳斌,陳光明. R407C、R410A系統熱力性能研究綜述[J].制冷,2003,22(3):

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制冷劑的選擇之路是艱辛的，但制冷劑的研究方向是明確的。新型制冷劑和混合制冷劑必將成為制冷劑的先驅。