R410A風(fēng)冷管道式空調(diào) (熱泵)機(jī)組工作特性的實(shí)驗(yàn)研究

陶 潔

(南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京210048)

1 引 言

根據(jù)最新的 《蒙特利爾議定書》修正案,中國(guó)等發(fā)展中的國(guó)家將在2030年前全部禁用R22,中國(guó)R22完全淘汰的時(shí)間比原定的2040年提前了10年,并且對(duì)R22的消費(fèi)和生產(chǎn)凍結(jié)時(shí)間也從原來的2016年提前到了2013年。因此,國(guó)內(nèi)制冷空調(diào)行業(yè)對(duì)R22的替代已經(jīng)迫在眉睫。

新型環(huán)保制冷劑R410a是目前取代R22的最佳選擇,其單位容積制冷量比R22約大43%,且完全符合全球制冷領(lǐng)域的兩大發(fā)展趨勢(shì):臭氧層消耗類制冷劑的逐步取代和對(duì)節(jié)能的要求。因此,開發(fā)R410a機(jī)組特別是大冷量制冷機(jī)組成為各空調(diào)制造商研究的課題。本文對(duì)風(fēng)冷管道式空調(diào) (熱泵)機(jī)組名義工況下工作特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)分析了風(fēng)冷管道機(jī)空調(diào)機(jī)組的工作特點(diǎn),改進(jìn)風(fēng)冷管道機(jī)空調(diào)機(jī)組的性能打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及系統(tǒng)[1,2]

圖1為用于風(fēng)冷管道機(jī)空調(diào)機(jī)組實(shí)驗(yàn)的人工環(huán)境間的簡(jiǎn)圖,為滿足不同實(shí)驗(yàn)條件的要求,室外人工環(huán)境間的最低溫度為-15℃,最高溫度為52℃;室內(nèi)人工環(huán)境間的最低溫度為0℃,最高溫度為35℃。干 (濕)球溫度的儀表精度為±0.1℃,壓力計(jì)的儀表精度為0.01MPa。

圖2為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)布置,圖2中,P1為排氣壓力,P2為進(jìn)冷凝器壓力,P3為出冷凝器壓力,P4為冷凝器分液頭后壓力,P5為膨脹閥前壓力,P6為節(jié)流后壓力,P7為進(jìn)蒸發(fā)器分液頭壓力,P8為出蒸發(fā)器分液頭壓力,P9為出蒸發(fā)器壓力,P10為出四通閥低壓氣體壓力,P11為吸氣壓力。T1為排氣溫度,T2為冷凝器進(jìn)氣溫度,T3為冷凝器出液溫度,T4為膨脹閥前溫度,T5為膨脹閥后溫度,T6為進(jìn)蒸發(fā)器分液頭前溫度,T7～T16為出蒸發(fā)器各支路溫度,T17出蒸發(fā)器氣管總管溫度,T18為吸氣溫度。制冷劑R410A。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)工況

依據(jù)GB/T18836-2002《風(fēng)管送風(fēng)式空調(diào) (熱泵)機(jī)組》規(guī)定,實(shí)驗(yàn)工況[3]為:

室外側(cè)干球溫度35℃;室內(nèi)側(cè)干球溫度27℃;室內(nèi)側(cè)濕球溫度19℃;大氣壓101kPa。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)3.1的測(cè)試條件,人工環(huán)境間的實(shí)際溫度為:室外側(cè)干球溫度34.99℃;室內(nèi)側(cè)干球溫度27.02℃;室內(nèi)側(cè)濕球溫度 19.01℃;大氣壓100.5kPa。

圖3為風(fēng)冷管道式空調(diào) (熱泵)機(jī)組在實(shí)驗(yàn)條件下制冷劑高壓側(cè)壓力分布圖,圖4為風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組在實(shí)驗(yàn)條件下制冷劑低壓側(cè)壓力分布圖,圖5為風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組室內(nèi)機(jī)各分配管出管溫度溫度,圖6為風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組在實(shí)驗(yàn)條件下制冷劑循環(huán)過程中溫度分布圖。在該實(shí)驗(yàn)條件下,風(fēng)量為5089m3/h,進(jìn)風(fēng)干球溫度為27.02℃,進(jìn)風(fēng)濕球溫度為 19.01℃,出風(fēng)干球溫度為14.98℃,出風(fēng)濕球溫度為13.92℃,制冷量24.44KW,輸入功率為10.21KW,能耗比2.39。

圖6 系統(tǒng)循環(huán)溫度

3.3 機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析與評(píng)價(jià)

從機(jī)組制冷劑側(cè)的壓力分布得到高壓制冷劑氣體通過四通閥的壓降為0.167 bar,風(fēng)冷冷凝器氣的壓降為0.078 bar,冷凝器分配頭壓降0.441bar,干燥過濾器壓降為0.087 bar,整個(gè)高壓段壓降為0.773 bar。

內(nèi)外機(jī)液管連接管壓降0.232bar,蒸發(fā)器分配頭壓降2.12bar,蒸發(fā)器壓降為0.345MPa,低壓制冷劑氣體通過四通閥壓降為0.155bar,氣液分離器壓降為0.222 bar,低壓段除分配頭外壓降為1.152 bar。

風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)吸氣溫度為13.75℃,吸氣壓力為10.3 bar,排氣溫度88.2℃,排氣壓力3.07 MPa,壓縮機(jī)吸氣過熱度為8.8℃。

從機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)來看,機(jī)組主要狀態(tài)參數(shù)正常,能耗比值也高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但離高水準(zhǔn)能耗比的要求仍有一定差距,機(jī)組從蒸發(fā)器出口至壓縮機(jī)進(jìn)口的壓降為1.152 bar,主要是內(nèi)外機(jī)連接管和閥件的損失,有較大的能量損失。

從內(nèi)機(jī)分配來看,分配頭壓降2.12 bar,但分配仍然比較不均勻,可以看出R410A對(duì)分配頭的要求較高,但這么差的分配溫差,能力遠(yuǎn)比相同的R22能力高。

對(duì)于風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組所用壓縮機(jī)[4],從性能參數(shù)表上查得在排氣壓力30.7MPa、吸氣壓力9.3MPa,過冷度5℃,過熱度8.6℃的工況下的制冷量為26.6kW,輸入功率為8.8kW,可看出風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組的實(shí)測(cè)制冷量與壓縮機(jī)所標(biāo)出性能值有一定差距,在機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分掌握壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),控制最小的管路及閥件壓降。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,R410a的能耗比比R22要高,為提高風(fēng)冷管道式空調(diào)機(jī)組的性能,需重視以下幾個(gè)方面的工作:

(1)在對(duì)機(jī)組性能進(jìn)行宏觀參數(shù)測(cè)量的同時(shí),要重視對(duì)其微觀運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量,深層次地掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài);

(2)實(shí)驗(yàn)過程中注意調(diào)整充注量,提高能耗比;

(3)重視對(duì)系統(tǒng)與部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與匹配,特別是閥件的壓降和連接管的保溫;

(4)根據(jù)蒸發(fā)器出口溫度測(cè)量,R410a對(duì)分配頭分配要求明顯高于R22,要注重分配頭的選擇。

[1]黃東,李權(quán)旭.R22與R410A熱泵中蒸發(fā)器性能隨支路數(shù)變化的比較[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2009,43(7):58-62

[2]翁文兵,劉峰,陶紅霞,朱志朋.R410A風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組變出水溫度制熱性能分析[J].低溫工程,2009,(3):60-64

[3]GB/T18836-2002風(fēng)管送風(fēng)式空調(diào) (熱泵)機(jī)組[S].