R410A性能分析

1、R410A性能分析R22作為應用最為廣泛的HCFCs類制冷劑，其替代研究已成為迫切需要解決的問題。目前國際上一致看好的R22替代物是R407C、R410A。其中R410A為近共沸混合物，溫度滑移微小，是R22的理想替代物。在美國和日本，R410A已成為房間空調和組合空調系統(tǒng)中R22的主要替代物。我國制冷行業(yè)也面臨著R22工質替代物的現狀問題，因此有必要對R22的替代工質及替代過程中的很多技術問題進行一些研究。根據美國標準ANSI/ASHRAE34-1989，對制冷劑的安全性主要考慮其毒性和可燃性。R410A是由R32、R125(50%:50%wt)組成的二元近共沸混合工質，無毒不可燃，屬安全性

2、制冷劑。制冷劑的環(huán)保性能主要由兩個重要的環(huán)境指標來體現，即臭氧衰減指數ODP和溫室效應指數GWP，R410A的ODP=0,GWP=0.29，均優(yōu)于R22(ODP為0.040.06，GWP為0.320.37)，即R410A的安全環(huán)保性能優(yōu)于R22。熱力性能是制冷劑篩選的主要依據，替代工質的熱力性能不能與原制冷劑有太大的差異，R410A熱力性能與R22最為接近。我們給出的在壓縮機轉速為3500r/rain，制冷量為4.2kW的測試條件下，可以看出，R410A的容積制冷量、能效比以及質量流量都與R22非常接近，但蒸發(fā)、冷凝壓力比R22高。R410A屬于近共沸混合物，相變過程中氣液相濃度變化微小，溫度

3、滑移小于0.1°C，運行較穩(wěn)定。制冷劑在管內的流動沸騰換熱是蒸發(fā)器中典型的換熱過程，根據蒸發(fā)器的結果，對R410A管內流動沸騰換熱及壓降已進行了一些研究。1.水平光滑管其是組成蒸發(fā)器的常用管型，制冷劑在水平管內的蒸發(fā)過程是研究制冷劑流動沸騰換熱性能、進行蒸發(fā)器設計的基礎，所以對于這一換熱情況已進行了較多的研究。在空調實際的蒸發(fā)和冷凝環(huán)境下，對R410A、R407C和R22在外徑為7.0mm的水平光滑銅管內的局部表面?zhèn)鳠嵯禂岛蛪航颠M行了試驗研究。研究結果表明，在干度為0.4時R410A的蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂当萊22高20%，但在干度為0.6時，兩種制冷劑表面?zhèn)鳠嵯禂迪嘟?。R410A蒸發(fā)表面

4、傳熱系數在高干度區(qū)(±0.4)符合得很好。蒸發(fā)和冷凝時的壓降R410A比R22低30%。同時還推導出了R410A在蒸發(fā)和冷凝時的兩相摩擦因子的經驗公式。在蒸發(fā)溫度分別為一15.5C和5C，質量流量為702llk(m2s)，熱流量為515kW/m2的實驗條件下，對R410A在外徑為9.52mm和7mm的光滑管和微翅管中的蒸發(fā)換熱特性進行了試驗研究。并且分析了質量流量、影響。試驗結果表明，在所有實驗中蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂惦S質量流量和熱流量的增加而增加。在低熱流量(5kw/m2)時，R410A在外徑為7mm的光滑管與微翅管中的蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂惦S蒸發(fā)溫度的降低而升高，高熱流量(15kW/m2)時

5、則隨蒸發(fā)溫度的升高而升高。而在外徑為9.52mm的光滑管與微翅管中，蒸發(fā)溫度對表面?zhèn)鳠嵯禂档挠绊懣梢院雎圆挥嫛Ｑ芯苛苏舭l(fā)溫度為4.4cC、外徑為9.52mm的光管內R22和R410A的蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂?，得出R410A的蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂当萊22高23%63%，其壓降比R22低20%38%的結論。2強化管為了加強制冷空調系統(tǒng)中換熱器的換熱效果，大多數換熱器都采用了強化管，對于混合制冷劑R410A在強化管中的傳熱性能已有學者進行了研究。對換熱表面的強化目前研究較多的是螺紋管，對R410A在內螺紋強化管中的沸騰換熱特性進行了研究。采用了外徑為8.01mm、內徑約為7.30mm的傳統(tǒng)內螺紋管和外徑為8.

6、00mm、內徑約為7.24mm的人字形螺紋管測量了管內R22與R410A的蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂导皦航?6,試驗結果表明，在增強蒸發(fā)和冷凝換熱中，人字形螺紋管比傳統(tǒng)的螺紋管更有效。試驗中還包括了微翅管，研究結果表明：R410A在9.52mm和7mm微翅管中的平均蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂得黠@優(yōu)于光滑管。光滑管和微翅管的壓降都隨蒸發(fā)溫度和質量流量的升高而增大。研究中還分析了質量流量、熱流量、蒸發(fā)溫度和管徑對蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂档挠绊懀410A在微翅管中的強化換熱因子作為質量流量、熱流量、蒸發(fā)溫度和管徑的函數表現出來。3制冷劑在蒸發(fā)器中的沸騰換熱除管內流動沸騰外，根據蒸發(fā)器的結構形式，還有制冷劑在管外沸騰換熱的

7、情況，基于滿液式蒸發(fā)器中制冷劑的換熱情況，對R410A等制冷劑在光管和W.TX、W.B兩種不同參數的強化管外沸騰換熱的情況進行了研究。研究了多種工質包括R410A在飽和溫度為0°C和20°C管外核態(tài)沸騰換熱性能。，得出：對于w.IX管，在給定的飽和溫度下，R410A的表面?zhèn)鳠嵯禂底畲?；對于w.B管，R22和R410A的表面?zhèn)鳠嵯禂迪喈?。凝結換熱過程也是制冷空調系統(tǒng)中重要的換熱過程，與沸騰換熱相比，對混合制冷劑R410A的凝結換熱及壓降研究相對較少。(1) 水平光滑管，在對R410A水平光管流動實驗研究中，同樣得到冷凝時的表面?zhèn)鳠嵯禂岛蛪航禂祿?。實驗結論表明，冷凝時R410A

8、在所有干度范圍內的表面?zhèn)鳠嵯禂稻萊22略低；在蒸發(fā)和冷凝時的壓降，R410A比R22低30%。還提出經驗公式符合X±0.4的實驗數據18。在飽和蒸汽溫度為39C、壁面過冷度為38°C的工況下19，對R22、R407C和R410A在水平管的實驗中得出：近共沸混合物R410A的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂翟谒焦饣苤斜萊22高11.0%17.4%；R410A的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂当惹懊嫱扑愠龅慕Y果高11.4%17.7%；在飽和溫度為3050°C、質量流量為100750kg/(m2s)、蒸汽干度為0.150.85的條件下_1，對幾種純I-IFC制冷劑(R134a，R125，R236

9、ea，R32)和R410A在水平光滑管中的凝結換熱和壓降特性進行了實驗研究；分析了蒸汽干度、質量流量、飽和溫度和飽和溫度與管壁之間的溫差對表面?zhèn)鳠嵯禂档挠绊憽２⑶业贸觯涸诃h(huán)狀流動和層狀流動中可以很好地推算冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂担?2) 強化管中也涉及到了R410A在水平內螺紋管內的凝結換熱，分別測量了普通螺紋管和人字形螺紋管R410A和R22的局部凝結表面?zhèn)鳠嵯禂岛蛪航担贸鋈俗中温菁y管的局部表面?zhèn)鳠嵯禂翟谀鋾r大約是普通螺紋管的兩倍，并提出了冷凝和蒸發(fā)時壓降的經驗公式。最近的實驗研究中，采用了5種外徑約為8.00mm的不同種類內螺紋管，形狀包括普通螺紋管和人字形螺紋管；測量了R410A和R22在不

10、同管內的凝結表面?zhèn)鳠嵯禂?并根據公式得到了推算R410A和R22在普通螺紋管和人字形螺紋管中表面?zhèn)鳠嵯禂档慕涷灩健嶒炛幸膊捎昧藦娀?低肋管和C管。在與水平管同樣的實驗條件下測量得出了冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?#176;R410A的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂翟诘屠吖苤斜萊22高3.2%6.7%，而C管中比R22低4.2%5.2%。對于R22和R410A，turbo.C管的換熱增強效果強于低肋管。采用了內徑(翅根處)為6.49-8.88mm、翅高為0.160.24mm、翅間距為0.340.53mm、螺旋角為12°20°的6種微翅管，分別對R11、R123、R134a、R22和R410A的冷

11、凝換熱進行了實驗研究。得到的制冷劑在水平微翅管內冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂蹬c已有的5種經驗公式和一個理論模型推測出的結果進行比較，并得出了各自的誤差。為了得出當圓管變?yōu)楸夤軙r流場特性的變化，還對壓扁的9mm水平光滑管和微翅管進行R410A的冷凝實驗。不僅驗證了扁管處的制冷劑質量流量顯著減少和壓降隨水力直徑變化，觀察到了扁管處的冷凝傳熱的強化，還得出了微翅管壓降影響可以由當量粗糙度模擬出的結論。4R410A在節(jié)流元件中的性能研究R410A是房間空調和組合空調系統(tǒng)中R22的主要替代物。在小型制冷系統(tǒng)和空調系統(tǒng)中，毛細管簡單經濟，是最常用的節(jié)流元件。毛細管管內流動復雜，其壓降對整個系統(tǒng)的性能有著舉足輕重的影響

12、。以往的大量研究都是關注于R12和R22在毛細管中的性能，對R410A的研究較少。對R22、R407C和R410A在幾種空調毛細管中的性能進行了試驗研究。試驗中冷凝溫度選擇了40C、45C和50C，過冷度為1.5C、5C和10C。在相同的試驗條件下，將R407C和R410A質量流量與R22進行了比較。直毛細管的試驗結果與盤旋毛細管也進行了比較。在考察了幾種不同長度內徑的絕熱毛細管中，R410A的平均質量流量比R22大23%。盤旋型毛細管與直線型毛細管相比，質量流量大為減少(特別是在盤旋型毛細管直徑減小處)。同時還在絕熱毛細管試驗數據的基礎上，根據理論得出了毛細管的質量流量無綱量公式對R407C

13、和R410A在家用空調器的毛細管中的壓降進行了研究。試驗中冷凝溫度為40C、45°C、50C、55C；過冷度為0°C、2.5°C、5°C；毛細管徑為1.22.4mm；質量流量為550s。試驗結果確定了在使用R410A的家用空調系統(tǒng)設計計算中較好的Stoecker模型和Mcadams經驗公式。目前，替代工質毛細管內性能的研究方法都是先采用一種毛細管內流動的模型，通過模型推導出經驗公式，然后通過實驗結果來驗證毛細管模型及其經驗公式的有效性，但對毛細管內的復雜流動還不能很好地作出解釋。隨著R410A替代R22在家用空調和小型制冷系統(tǒng)內的廣泛應用，這方面的研究應

14、當加強。R410A用壓縮機的性能研究壓縮機是制冷空調系統(tǒng)的關鍵部件，當系統(tǒng)采用新工質時，首先應考慮壓縮機的適用性：壓縮機的壓縮性能是否和新工質的壓力特性相適應;（2）壓縮機采用的潤滑油是否與新工質具有很好的互溶性。國內已有許多廠家對R410A壓縮機與原R22壓縮機的兼容性進行了研究。（1）新工質與壓縮機的適應性珠海凌達壓縮機有限公司對R410A在家用空調系統(tǒng)中的運用進行了實驗設計，得出R410A的壓力約為R22的1.5倍，容積制冷量約為R22的1.4倍，適用R410A的壓縮機必須重新設計（由于R410A蒸發(fā)壓力和冷凝壓力較大，以及單位制冷量增大）。需要提高壓縮機殼體的耐壓能力并且對電機與泵體重

15、新匹配設計；壓縮機滾子、滑片、曲軸材質的改變及表面處理也需重新設計，以保證R410A壓縮機可靠運行。另外，由于排氣壓力的增大，壓縮機排氣閥片也要重新設計。很多公司還專門對R410A滾動轉子壓縮機變頻性能進行了分析，得出R410A滾動轉子變頻壓縮機的合理變頻范圍為2575Hz，與R22壓縮機相比，R410A變頻壓縮機需重新設計，以便獲得寬頻率范圍的高性能。（2）壓縮機潤滑油與新工質的互溶性R22替代工質潤滑油基本要求：（1）優(yōu)良的潤滑性；（2）不含水和良好的電氣絕緣性能；與制冷劑相溶性良好；（4）對有機材料有較高的穩(wěn)定性；良好的低溫流動性；（6）低溫，無蠟狀物、素狀物析出；（7）良好的抗泡性。以

16、上特性取決于冷凍機油要有合適的粘度、較低的濁點和凝固點、較高的閃點和燃點、較好的抗氧化性等。但合成的酯類油（POE）對水分含量要求高，特別是含添加劑的POE油更容易吸水，易發(fā)生水解，造成毛細管或膨脹閥堵塞、壓縮機絕緣不良等故障。因此在生產管理中要嚴格控制水分含量、空氣混入和雜質混入。珠海凌達壓縮機有限公司對R22的替代物R410A冷凍機油的相溶性進行了研究I24j。提出壓縮機的冷凍機油如果采用POE油，因其吸水性強，因此，除需要特別控制壓縮機零件和冷凍機油的水分含量外，消除空調系統(tǒng)的水分也特別重要整機性能與零部件適應性的研究雖然R410A的性能與R22很接近，但其壓力較R22高出很多，所以在系

17、統(tǒng)結構上進行一些局部的調整或改進，并且必須經過整機試驗，使系統(tǒng)的制冷/制熱量、能效比、性能系數等指標達到較高的水平。對R410A分體空調系統(tǒng)的熱力性能進行了試驗研究J，著重研究了制冷系統(tǒng)的開機和關機的性能，試驗結果表明R410A系統(tǒng)的熱力性能與R22相近。成宏崗在對使用R410A的小型空調系統(tǒng)制冷連接管變化的探討中得出j，目前國內市場及廠家使用的銅管規(guī)格已不適合R410A的空調制冷系統(tǒng)，特別是0.5mm、0.7類薄壁銅管，國家應相應制訂、修改一些標準和規(guī)范，以及由此延伸的銅管焊接、分體機的連接管及喇叭口的加工方法等，以適應世界范圍的環(huán)保冷凍工業(yè)進程。周子成還對房間空調器中R410A和R22回熱

18、循環(huán)進行分析Z7J，得出在房間空調器工作的大部分溫度范圍內（尤其是在熱泵工作溫度范圍內），R410A采用回熱循環(huán)是有利的。VancePayne等測試了當室外溫度在27.8-54.4°C范圍內變化時R22和R410A空調系統(tǒng)的性能J。結果表明，兩個不同制冷劑系統(tǒng)的制冷量和效率均隨環(huán)境溫度的增加而呈線性降低，R410A系統(tǒng)性能的降低更大。在測試中R410A系統(tǒng)的運行狀況基本穩(wěn)定，而在使用特制壓縮機、將環(huán)境溫度升高到68.3C時，冷凝器人口出現超臨界狀態(tài)時的運行狀況也穩(wěn)定。同時，噪聲測試和系統(tǒng)運行均未出現異常情況。我們認為：1.R410A的容積制冷量、能效比以及質量流量都與R22非常接近，

19、R410A屬于近共沸混合物，相變過程中氣相和液相濃度發(fā)生的變化微小，溫度滑移小于0.1度，運行較穩(wěn)定；R410A臭氧衰減指數ODP為0，溫室效應指數GWP低于R22，是R22的理想替代物；2.R410A的水平光滑管的蒸發(fā)表面?zhèn)鳠嵯禂狄哂赗22，而冷凝化熱系數與R22基本持平；蒸發(fā)冷凝時的管內壓降R410A顯著低于R22；使用強化管換熱性能要明顯優(yōu)于同樣條件下的水平光滑管，人字形螺紋管在強化管中的性能更為優(yōu)異：3因為R410A工作壓力較高，因此對原R22壓縮機適應性方面，需要提高壓縮機殼體的耐壓能力并且對電機與泵體重新匹配設計；壓縮機排氣閥片、壓縮機滾子、滑片、曲軸材質的改變及表面處理也需重新

20、設計以保證R410A壓縮機運行的可靠性；4.雖然R410A的性能與R22很接近，但其壓力較R22高很多，所以需在系統(tǒng)結構上進行一些局部調整或改進，并且必須經過整機試驗，使系統(tǒng)的制冷/制熱量、能效比、性能系數等指標達到較高的水平。我以一個在暖通行業(yè)20年的經驗人士來回答這個問題，首先談談國產品牌和進口品牌，國產的和日本品牌除了保修期長一點點外，在質量上來比還是沒法比較的，客觀的說，我國的產品還是比國外的有一個差距。那是因為日本對產品質量的重視度比我們高很多?？萍己恳脖任覀兊母?，從時間上來看，我國空調產業(yè)至今也不過20多年，日資品牌比如大金空調已有60多年，松下已是百年企業(yè)。國產空調品牌在設計和產出上都是參照的日本標準。大型水系統(tǒng)參照的美國標準我們再來看看日資品牌的比較，日立目前已經完全國產化了，目前在中國市場銷售的日立中央空調都是青島海信生產的，雖然技術是日立的技術但已經不是原裝的了，所以現在暖通專業(yè)人士內有這樣一句話：如今買日立不如買格力，格力質量好價格還便宜，其它就不多說了，大家想想就清楚了大金和松下目前產地都在中國，大金除了控制芯片，基本國產了