R410A機組在變進水溫度下制冷和制熱運行的特性

歐敏杰

摘 要：文章主要對R410A機組的物理性質進行簡要分析，在出水溫度為5～20°C（制冷工況）和35～55°C（制熱工況）范圍之內進行吸氣壓力、排氣溫度以及吸氣溫度等新性能測試，繼而得出R410A機組在變進水溫度之下制冷和制熱的運作特點，再分析其變化規律。實驗研究結果表明，在水源熱泵空調機組中，一旦未設計好地源埋管系統，勢必會耗損更多能量。

關鍵詞：R410A機組；變進水溫度；制冷和制熱；客觀規律

1 概述

現階段來看，我國國內的空調機組超過80%使用的制冷劑是R22.我國是一個發展中國家，使用R22制冷劑是一種非常普遍的現象，但是，由于R22的使用會損耗巨大的能量，因此在2033年將會停止使用R22制冷劑。隨著人們對臭氧層的保護意識越為強烈，對R22制冷劑的替代品研究開始越來越受到人們的關注[1]。

2 R410A與R22的熱力特性對比

R410A與R22相比，R410A具有更顯著地流動特性和熱傳遞特性。R22的相對分子量為86.5，沸點為零下40.8°C，25°C蒸汽壓力為1.04MPa，25°C飽和液體密度為1.194kg/m3，25°C飽和蒸氣密度為44.4kg/m3，臨界溫度為96.1°C，臨界壓力為4.98MPa，溫度滑移為0°C，毒性低且無可燃性；R410A的相對分子量為72.6，沸點為零下52.7°C，25°C蒸汽壓力為1.65MPa，25°C飽和液體密度為1.064kg/m3，25°C飽和蒸氣密度為64.5kg/m3，臨界溫度為72.5°C，臨界壓力為4.95MPa，溫度滑移為0.1°C，毒性低且無可燃性。從熱力學角度來看，R410A的蒸氣密度比R22高出42%，運行壓力比R22高出59%左右。從上述研究數據不難看出，R410A具有純制冷劑的所有特點，能夠像純制冷劑一樣有方便使用的特點。在沸點結構方面，R410A的標準沸點比較低，R410A系統的穩定性比較好且溶油性好，對于風冷熱泵冷水系統而言，R410A比起R22更適用于出水溫度比較高的系統中[2]。

3 試驗系統及樣機

R410A系統主要包括以下幾個方面：（1）風冷冷水機組；（2）恒

溫水箱；（3）測試環境間；（4）被試機組；（5）低溫空氣處理機；（6）常溫空氣處理機；（7）取樣裝置；（8）壓縮冷凝機組；（9）風柜等。R410A在上述實驗系統中進行相關運作，環境之間的濕度與溫度等均由低溫空氣處理機組進行調節，常溫空氣處理機組承擔1°C以上的溫度和濕度調節，恒溫水箱承擔水系統的溫度與流量[3]。環境與環境之間的濕度與溫度控制精確度需要達到GB/T18430所規定的相關標準，測試儀表的精確測量度應該達到以下標準要求：（1）環境間進口干

球溫度在0.1°C左右；（2）環境間進口濕球溫度在0.1°C左右；（3）水流量儀表精度在1%；（4）電網頻率在0.5%。為了進行R410A水機組變環境溫度運行特性分析，設計實驗樣機。樣機主要元件構成有以下幾種：（1）風側換熱器；（2）節流機構；（3）儲液器；（4）水側熱換器；（5）四通換向閥；（6）渦旋壓縮機；（7）氣液分離器等。為了能夠全面掌握被試機組的運行特點，沿著系統流程布置了10個壓力與測試點。此種測試點不僅僅反映出了熱量和輸入功率，還能夠反映出吸排氣壓力和吸排氣溫度等機組運行的微觀特征參數[4]。

4 試驗結果及分析

在變環境溫度下，R410A風冷熱泵系統熱水機組的實驗性能分別為：（1）7°C；（2）3°C；（3）0°C；（4）-3°C；（5）-6°C；（6）-10°C。當環境溫度達到設定要求之后要求R410A機組運行穩定之后記錄測試數據，對于每一次測試工況，詳細記錄平均測量數值。當干球溫度為7°C、濕球溫度為6°C時，將隨著環境溫度的變化而變化。當環境溫度為零下10°C時，制熱量為實際工況下的48%[5]。

4.1 制熱量、制冷量和輸入功率隨進水溫度的變化

制熱量、制冷量和輸入功率相對于制冷工況進水（23°C）和制熱工況進水（15°C）的百分比隨著進水溫度的變化而變化。在制熱工況之下，制熱量隨著進水溫度的升高而升高，變化速度也越來越快。輸入功率隨著進水溫度的升高而增大，制熱量是名義工況的85%，輸入功率是名義工況上的90%。制冷工況下，制冷量隨著進水溫度的升高反而降低，輸入功率隨著進水溫度的升高而變化更快。當進水溫度為35°C時，制冷量是名義工況上的82%，輸入功率是名義工況上的120%。

4.2 COP和EER隨進水溫度的變化

R410A機組能效相對于制冷工況進水24°C且制熱工況進水15°C下COP和EER百分值隨著進水溫度變化而變化[6]。在制冷工況下，隨著進水溫度的升高，機組COP和EER比值呈直線下降發展趨勢。進水溫度變化對制冷COP的影響比EER更大。在制熱工況下，EER上升趨勢顯著；在制冷工況下，COP下降趨勢顯著。從上述研究數據不難看出，制冷工況下R410A機組性能受到進水溫度的影響比較大。進一步說明，地源熱泵空調機埋管系統不夠合理勢必會耗損更多能量，對制冷運行系統更為顯著。

4.3 排氣和吸氣壓力及壓力比隨進水溫度的變化

制熱系統工況下，隨著進水溫度的升高，R410A機組的吸氣壓力和排氣壓力顯著上升，吸氣壓力上升速度更快，因此壓力比下降趨勢明顯。進水溫度為7°C時，R410A機組壓力比為3.21；進水溫度為20°C時，R410A機組壓力比為2.82。上述壓力比值的下降，其主要原因是COP值升高。

4.4 吸氣和排氣溫度隨進水溫度的變化

制冷系統吸排氣溫度也隨著水溫度的變化而變化。在制熱工況下，吸氣溫度和排氣溫度均因進水溫度的升高而升高，當進水溫度為20°C時，排氣溫度達到76.3°C。隨著進水溫度的逐步提高，壓縮機吸入口溫度和壓力逐步增大，從而能夠使得制熱量顯著增加；制冷工況下，吸氣溫度隨著水溫升高的變化不夠明顯，排氣溫度反而升高的更為明顯。

5 結束語

R410A是一種新型的環保制冷劑，R410A在空調機組運用中是一項非常重要的環節。相關研究人士稱R410A的換熱性能相對而言比較好，實際應用價值也比較高。

參考文獻

[1]陳劍波，閔礦偉，潘際淼，等.R410A水源熱泵空調機組變進水溫度運行特性分析[J].流體機械，2011，39（3）：52-57.

[2]李麗芬，洪麗娟.低內壓比渦旋式R410A壓縮機在屋頂機的應用[J].制冷與空調，2015，15（2）：79-81，68.

[3]于文遠，李征濤，陳阿勇，等.R32在帶經濟器的風冷冷熱水機組的試驗研究[J].流體機械，2014，10（7）：65-68.

[4]陳政文，王娜娜，胡文舉，等.R32、R22、R410A風冷空調機性能實驗研究[J].低溫建筑技術，2012，34（11）：120-122.

[5]鐘建法，李建軍，吳偉軍，等.R410A制冷劑并聯渦旋式空氣源冷水（熱泵）機組設計[J].能源與環境，2013，10（3）：46-47.

[6]舒歡，謝應明，韓朱嵩，等.采用R410A為制冷劑的小型風冷式冷水機組設計[J].制冷空調與電力機械，2011，32（5）：18-21，58.