新型空調節能環保材料在高速公路機電系統中的應用

傅程華，黃培庭

（福建省高速公路有限責任公司泉州管理分公司，福建 泉州 362008）

目前，高速公路使用的空調，其制冷劑大多是氟利昂，而氟利昂被認為是破壞地球臭氧層的元兇。氟利昂對臭氧層造成破壞，其造成的溫室效應是二氧化碳的2 000倍。為有效保護臭氧層，我國政府已簽署了《蒙特利爾議定書》《京都議定書》《巴黎氣候變化協定》，并且在2009年哥本哈根世界氣候大會上承諾從當年開始用17年時間全面完成氟利昂替代工作。

根據《蒙特利爾議定書》，發達國家和發展中國家將分別于2020年和2030年全面禁止使用制冷劑。中國HCFCs的控制目標如圖1所示，到2013年，凍結國家層面HCFCs消費量在2009年和2010年的平均值上，到2015年，在此基礎上削減10%，第一階段目標已經順利完成。此外，中國HCFCs的控制目標到2020年要削減35%，到2025年削減67.5%，到2030年在基準線水平上削減97.5%，保留基準線水平的2.5%用于滿足維修領域的需求至2040年。

現今，節能環保成為重中之重的問題，人們倡導節能環保，用以減少現有能源消耗，提倡開發環保型新能源，造福社會。本文主要對空調新型制冷劑環保天然冷媒與傳統氟利昂制冷劑進行比較分析，并在高速公路機電系統中進行應用測試，以實現節能環保的目的。

圖1 中國氟利昂控制目標

1 環保天然冷媒與R22兩種空調制冷劑試驗對比

本次在福建省高速公路泉州北征管所選取兩組空調進行測試，每組空調為相同型號，在相同環境、相同設置的條件下進行試驗測試，其中對兩組空調中的一臺進行環保天然冷媒更換，另一臺仍采用普通的R22制冷劑，通過安裝電度表統計試驗期間的用電量、鉗形電流表查看瞬間電流狀況來測試比較。

1.1 兩組空調基礎數據對比

監控大廳兩臺空調（第一組）的數據和收費車道兩臺空調（第二組）的基礎數據，如表1所示。

表1 兩組空調的基礎數據對比

1.2 兩組空調測試數據對比

第一組監控大廳空調設備測試數據對比如表2所示。

表2 監控大廳空調設備測試數據對比

節電率：節能比為32%；室外環境溫度為32℃。第二組收費車道空調設備測試數據對比如表3所示。

表3 收費車道空調設備測試數據對比

節電率：節能比為16%；室外環境溫度為33℃。

2 環保天然冷媒與R22的參數對比

環保天然冷媒制冷性能優越，尤其是在高溫環境下，制冷表現突出，更具節能優勢，是R22的最佳替代方案。環保天然冷媒與R22的參數對照情況如表4所示，二者的熱工性能對比如圖2～圖9所示。

表4 鈴鈁環保天然冷媒與R22物化參數對比

圖2 飽和蒸壓力對比

圖3 飽和液體密度對比

圖4 飽和氣體比容對比

3 環保天然冷媒的特征及優勢

3.1 壓力低、壓比小，效率高

在20℃以下的低溫區段，即家用空調制冷劑蒸發時兩種制冷劑的壓力線基本重合；而在家用空調常用的冷凝段，也即在30℃以上的中溫段，天然冷媒的壓力與R22的壓力開始拉開距離，鈐鈁天然冷媒壓力較R22壓力略低，該特點可以保證天然冷媒在不影響壓縮機進氣閥工作的前提下有效地降低壓縮比，提高壓縮機的工作效率，并且家用空調器采用天然冷媒替代R22，部件耐壓方面無需進行改進。

3.2 密度小，用量省

在飽和液態時，天然冷媒比R22的密度小很多，比如在0℃時，天然冷媒的飽和液體密度僅為R22的41.45%，所以在相同的內容積下，鈐鈁天然冷媒系統的充注量要比R22小得多。試驗表明，在系統相同容積下，天然冷媒的最佳充注量僅為R22的37%～45%。

圖5 汽化潛熱對比

圖6 比熱容對比

圖7 粘滯系數對比

圖8 導熱系數對比

圖9 絕熱系數對比

3.3 汽化潛熱大，冷量足

當家用空調器可能達到的制冷劑溫度為-20℃～70℃時，在相同溫度條件下天然冷媒的汽化潛熱是R22的1.8倍以上，因為鈐鈁天然冷媒的蒸汽比容較小，導致質量流量低，其可通過汽化潛熱來彌補。

3.4 比熱容高，吸氣排氣溫度低、熱損少，輸氣效率提高

在相同溫度下，天然冷媒的飽和液態比熱容和飽和蒸汽比熱容均比R22大，如在25℃時，鈐鈁天然冷媒的飽和液體及飽和氣體的比熱分別為R22的2.41倍和2.55倍。這使得在相同蒸發器負荷下，天然冷媒的吸氣溫度比R22的吸氣與排氣溫度均較低，可以減少壓縮機壓縮過程氣體與汽缸之間的熱交換，從而減少不可逆損失，降低能耗，提高壓縮機的輸氣效率。

3.5 粘滯系數低，阻力小

天然冷媒的氣態動力粘滯系數和飽和液態動力粘滯系數均比R22小，如在25℃時，天然冷媒飽和液態的動力粘滯系數為R22的60.1%，而在飽和氣態時為R22的65.9%。制冷工質的粘滯系數小，不僅可以減少流體與管壁及流體內部的摩擦損失，也可以減少傳熱時的附面層厚度，從而增大制冷劑在換熱器中的傳熱系數。

3.6 導熱系數高，換熱快

天然冷媒的飽和液態的導熱系數與飽和氣態的導熱系數均比R22大，如在25℃時，天然冷媒的飽和液態導熱系數與飽和氣態導熱系數分別為R22的1.14倍和1.67倍。導熱系數越大，制冷劑在冷凝器和蒸發器中的傳熱系數越大，有益于提高制冷系統性能。

3.7 絕熱系數小，排氣溫度低，容積效率提高

天然冷媒的絕熱系數比R22的小，如在35℃時，R22的絕熱系數為1.440 7，而天然冷媒的絕熱系數為1.303 5，更低的絕熱系數使壓縮機排氣溫度降低，容積效率提高，不可逆傳熱損失減少，從而降低系統能耗。

3.8 天然冷媒的溶油性

天然冷媒可以與R22常用的礦物潤滑油相容，替代R22時一般無需像R410A及R407C那樣必須更換潤滑油，可大幅降低工質替換時潤滑油更換所帶來的費用。但在溫度較高的使用環境下，黏度較小的天然冷媒與礦物油的過度溶解性會使潤滑油稀釋，降低潤滑油的黏度，會對壓縮機的運行產生較大影響。因此，在選用礦物油（MO）作為天然冷媒制冷系統的潤滑油時，應適當選用黏度較高的礦物油（MO）。

3.9 生態環保性

R22的臭氧層破壞潛能值（ODP）為0.055，對“地球的保護傘”——臭氧層具有破壞作用，而天然冷媒的ODP為0，對臭氧層無破壞作用。如表5所示，R22的全球變暖潛能值（GWP）為1 700，屬于溫室氣體；而天然冷媒的全球變暖潛能值（GWP）不大于3，遠低于R22的GWP，使其成為完全環保的制冷劑。

表5 不同冷媒的溫室效應指數和臭氧層破壞指數

4 各種空調節能技術對比（見表6）

表6 各種空調節能技術對比

5 遠程溫濕度監控系統的實現

為了更加方便、實時地監控所轄區域內的溫濕度信息，對于溫濕度的異常，采取相應調控措施，以達到高效制冷、節能減排、發展綠色經濟的目標，人們開發出一套遠程溫濕度監控系統，使用嵌入式遠程報警和監控終端，主要針對無人值守和遠程控制要求的工業監控現場，可實現短信或GPRS遠程報警、遠程控制、遠程查詢等功能，廣泛應用于機房報警、基站監控、工業自動化控制、環境檢測等領域。

通過監控軟件主畫面，用戶可以查看無線通訊狀態、信號強度、實時電流、實時電壓、實時溫濕度報警等信息；通過報表畫面，用戶可通過選擇日期按鈕，查詢需要查詢日期當日整點的溫濕度信息。

6 結語

本文通過環保天然冷媒與傳統R22制冷劑的試驗測試對比，認為環保天然冷媒在制冷效果、環境保護等方面均有較為出色的表現，具有明顯的節能效果，為新一代環保型制冷劑，符合經濟綠色發展理念要求。為保護人類的生存環境，提高能源利用效率，在制冷空調等領域，回歸自然，使用ODP值為0，GWP值小的環保型制冷劑已成為從業人員的共識。