热泵用制冷剂对比分析

上海海事大学硕士学位论文小型热泵式空调制冷剂R290及其润滑油混合物特性研究姓名：熊爱凌申请学位级别：硕士专业：制冷及低温工程指导教师：韩厚德;曹红奋20040601上海海事大学硕士学位论文摘要氟利昂（ＣＦＣｓ、ＢＣＦＣｓ）制冷剂被广泛运用于制冷设备和空调中，但因其对臭氧层有破坏作用，且是温室气体，有一定的温室效应，发达国家已从１９９６起全面禁止生产和使用ＣＦＣｓ，对ＨＣＦＣｓ的最后禁用时间也在蒙特利尔修正案中由２０３０年提前到２０２０年。

本文在分析制冷剂替代（特别是ＨＣＦＣｓ替代）的历史、现状和国内外形势基础上，论证了在小型热泵空调上以Ｒ２９０替代Ｒ２２的可行性，其中包括物化性质、理论制冷循环、经济性和安全性等多方面的内容。

Ｒ２９０的基本热物理性质与Ｒ２２相近，化学性质也较稳定，价格低廉容易获得，与材料相容性好，其热物理性质在许多方面甚至优于Ｒ２２。

而且其ＯＤＰ、ＧＷＰ值均为零，不存在破坏环境的问题。

因此以Ｒ２９０替代Ｒ２２在小型制冷装置中有着广阔的前景。

丙烷是一种碳氢化合物，作为制冷剂其易燃性是一个需认真考虑的问题。

为了制冷机安全运行，在保证ＣＯＰ的前提下，应尽量减少丙烷的充灌量。

制冷剂在润滑油中的溶解性会对制冷剂的充注量和制冷性能产生重大影响。

为了探究丙烷与润滑油的混合物的性质，设计了实验装置，并对实验方法和测试手段进行了优化。

通过丙烷与所选三种润滑油的互溶性对比实验，分析相应条件下制冷循环的性能，寻求丙烷制冷空调系统可采用的最佳冷冻油及其匹配比例。

实验结果表明，对于Ｒ２９０与不溶性油的混合物，冷冻油对制玲循环性能没有什么影响，但会带来压缩机回油困难。

对于Ｒ２９０与溶性油的混合物，为了保证系统的ＣＯＰ，须控制润滑油的充注量，以不超过５％为好，最大也不要超过２０％。

而且，在丙烷制冷系统中，采用ＰＡＧ润滑油是更好的选择，因为它兼顾了安全性、系统制冷性能和压缩机回油等多方面的要求。

在总结理论分析和实验研究的基础上，对今后Ｒ２９０的推广运用提出了尚需进一步完善、改进和深入研究的意见。

风冷热泵分类与应用及比较热回收原理：热力学第一定律：即能量守恒和转换定律。

表述为能量不可能无缘无故地产生，也不可能无缘无故地消失，只能由一种形式转变为另一种形式，转换前后能量的总量维持恒定。

热力学第二定律：揭示了热力过程的方向性。

热量能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体，如果要将热量从低温传递到高温介质，必须消耗一定的压缩功或热能作为补偿条件。

将冷水机组制冷时排放到废热进行回收，用于生活热水的加热等用途，就能节省原本用于烧热水所需的能源。

注意：热回收只有发生于制冷过程中，如果制冷停止，热回收也随之停止。

热回收分类：部分热回收：顾名思义，就是回收冷凝热的一部分。

全热回收：顾名思义，就是回收全部冷凝热。

部分热回收：制冷剂在流出压缩机进入冷凝器时，串联一个换热器，原冷凝器功能依然存在。

如果没有空调冷热负荷，就不能提供生活热水。

部分热回收优缺点全热回收：制冷剂在流出压缩机进入冷凝器时，并联一个新换热器，进行热回收时，原冷凝器停止运行。

全热回收优缺点小结：热回收：将冷水机组制冷时排放的废热进行回收，用于生活热水的加热等用途，就能节省原本用于烧热水所需的能源。

从节能角度看，相对于制冷+锅炉，热回收机组在只要是可运行的任何情况都是节能的。

但是单从制冷角度看，热回收工况的能效未必会赶上单制冷工况的机组。

热回收机组及热回收器：专用名词：制冷：制取空调用冷水；制热：制热空调用热水；热回收：公司通常把通过热回收器制取生活热水的过程统称为热回收（注意：这个过程可能不是严格意义的热回收，也可能是没有空调冷负荷的纯制热功能）。

生活热水：可用于生活使用的洁净度较高的热水（注意：具有热回收功能的机组，生活热水都是来自热回收器）。

冷/热水：空调用是冷/热水（注意：冷/热水基本都是来自空调侧换热器）。

部分/全热回收机组模式及功能：注意：一般情况下，部分热回收最高出水温度55℃；全热回收最高出水温度55℃(R134a),50℃(R22)。

R410a、R134a、R407C、R22现行常用制冷剂特点比较及制冷剂淘汰时间表一、R410a、R134a、R407C、R22现行常用制冷剂特点比较最近论坛出现一些关于制冷剂课题的讨论，现将有关制冷剂课件资料一起和大家享。

根据分子结构的不同，氟里昂制冷剂大致可以分为以下三大类：1.氯氟烃类：简称CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于其对臭氧层的破坏作用最大，被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。

此类物质目前已被我国逐步禁止使用。

2.氢氯氟烃：简称HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此，《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》将HCFC类物质视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。

3.氢氟烃类：简称HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值较高。

我国目前所使用的所有制冷剂（包括环保冷媒）全部都是氟里昂制品，理想的非氟里昂制冷剂到目前为止还没有研发出来。

在新的制冷剂研发出来之前，我们所要解决的是空调机组选用那种制冷剂，对我们赖以生存的环境造成的破坏力相对小一些。

以下为R410a、R134a、R407C、R22现行常用制冷剂比较：R134a是一种单一成分制冷剂，而R407C和R410A是混合制冷剂。

其中R410A 是R32和R125的混合物，R407C是R32，R125和R134a的混合物。

混合制冷剂的优点在于，可以根据使用的具体要求，对各种性质如易燃性、容量、排气温度和效能加以考虑，量身合成一种制冷剂。

选择制冷剂需要考虑的因素很多，因为选择任何一种制冷剂都会对空调系统的整体运行情况、可靠性、成本和市场接受度造成一定影响。

令大家非常感兴趣的是，新的制冷剂由于其热传递和压降的不同而导致制冷剂传输性能的不同，这会最终在系统设计和系统性能上产生重大的影响。

R32与R454B制冷剂对冷凝和蒸发两用换热器性能的影响摘要：R410A被普遍作为过渡使用的替代制冷剂虽然推动了HCFCs替代进度，但仍然有较高的GWP值。

R32是R410A的主要组元之一，其GWP值为仅为R410A的1/3，新型制冷剂R454B的GWP约为R410A的1/4。

R32制冷剂和R454B制冷剂都具有较低的GWP值，两者都是R410A的理想替代制冷剂。

为研究R32制冷剂和R454B制冷剂对蒸发器和冷凝器性能的影响，用EVAP-COND 5.0在空气的进口状态和流量、换热器的几何结构尺寸、管路排布方式相同的条件下,对比了制冷剂分别采用R32和R454B时换热器性能的差异。

作为蒸发器和冷凝器时，两种制冷剂的换热量差异不大，R32制冷剂略优。

R32制冷剂的质量流量低于R454B制冷剂，主要是由于两者单位容积制冷量的差异所致。

两种制冷剂作为冷凝器时压降均小于作为蒸发器时的压降，对换热器压降进行逐管分析，R32制冷剂的压降小于R454B制冷剂。

关键词：EVAP-COND；R32；R454B；蒸发器；冷凝器Effects of R32 and R454B on Performance of Condensing and Evaporating Heat ExchangerLizhiqiangGree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai Zhuhai Guangdong519000ABSTRACT:R410A is widely used as an alternative refrigerant for transition, although it promotes the progress of HCFCs substitution,but it still has a high GWP value. R32 is one of the main componentsof R410A, its GWP value is only 1/3 of R410A, and the GWP of R454B is about 1/4 of R410A. Both R32 and R454b refrigerants have lower GWPvalues, both of which are ideal alternative refrigerants for R410A. In order to study the effect of R32 and R454B refrigerants on the performance of evaporator and condenser, the performance differencesof heat exchanger when R32 and R454B were used were compared under the same inlet state and flow rate of air, geometric structure size ofheat exchanger and pipeline arrangement. As evaporator and condenser, there is little difference in heat transfer between the two refrigerants, but R32 refrigerants are slightly better. The mass flow rate of R32 refrigerants is lower than that of R454B refrigerants, which is mainly due to the difference of refrigerating capacity perunit volume between the two refrigerants. The pressure drop of the two refrigerants as condenser is smaller than that of the evaporator. The pressure drop of the heat exchanger is analyzed one by one, and the pressure drop of R32 is smaller than that of R454B.KEY WORDS: EVAP-COND; R32; R454B; Evaporator; Condenser引言2016年10月，国际社会在《蒙特利尔议定书》框架下达成了关于HFCs削减的《基加利修正案》，该修正案于2021年9月15日在我国正式生效，规定了我国到2045年HFCs的生产和消费量需要削减80%。

Daily News技术公告机型：发件人：黄成才日期：2011-4-26注：相对充注量与容积制冷量均以R410A为相对值1。

发行：深圳麦克维尔空调有限公司—市场部Engineered for flexibility and performance.TM主题：R32制冷剂与R410A制冷剂特性简介风冷管道机（MCC、MDB）针对当前业内应用较多的替代制冷剂R410A以及被国内学者关注的R32制冷剂的循环特性进行理论上的对比分析及实验研究，结果初步表明：1、 1、 热物性热物性热物性：R32充注量可减少，仅为R410A的0.71倍，R32系统工作压力较R410A高，但最大升高不超过2.6%，与R410A系统的承压要求相当，同事R32系统排气温度较R410A最大升高达35.3℃，现有压缩机需重新设计；2、 2、 环保特性环保特性环保特性：：ODP值均为0，但R32的GWP值适中，与R22相比CO2减排比例可达77.6%，而R410A仅为2.5%，在CO2减排方面明显优于R410A；3、 3、 安全性安全性安全性：：R32与R410A均无毒，而R32可燃，但在R22的几种替代物R32、R290、R161、R1234yf中，R32的燃烧下限LFL最高，最不易燃烧，相对安全；4、 4、 循环性能循环性能循环性能：：在理论循环性能方面，R32系统制冷量较R410A提高12.6%，功耗增加8.1%，综合节能4.3%，实验结果也表明采用了R32的制冷系统较R410A能效比略有增高。

综合考虑，R32具有较大替代R410A的潜力。

下表是三种制冷剂的部分特性对比：标准沸点℃摩尔质量g/mol 安全等级GWP值容积制冷量相对充注量临界压力MPa 临界温度℃R22低0.05工作压力ODP值1700A1,无毒难燃86.47-40.8964.9741.190.71R410A R32中高002100675A1,无毒难燃A2,无毒可燃72.5852。

制冷原理与热泵 在我们的日常生活中，制冷和制热的设备无处不在，从家里的冰箱、空调到大型的商业冷库和供暖系统，它们都在默默地为我们提供舒适的环境和便利的服务。而这背后的核心技术，就是制冷原理与热泵。

制冷原理，简单来说，就是通过一系列的物理过程，将热量从一个地方转移到另一个地方，从而实现降温的目的。这就好像是把一个热的东西“搬”到了冷的地方，让原来热的地方变得凉快了。

最常见的制冷循环是蒸汽压缩制冷循环。这个过程就像是一场精心编排的“热量搬运舞蹈”。首先，制冷剂在蒸发器中吸收热量，从液态变成气态。这时候，它就像是一个“吸热的小能手”，把周围的热量都“吃”进去了。然后，气态的制冷剂被压缩机压缩，压力和温度都升高，变成了高温高压的气体。接下来，它进入冷凝器，在这里，制冷剂放出热量，又从气态变成液态。这一步就像是它把“吃”进去的热量“吐”了出来。最后，液态的制冷剂经过节流阀降压降温，重新回到蒸发器，准备开始新的一轮吸热循环。

而热泵呢，其实是制冷原理的一种反向应用。如果说制冷是把热量从室内搬到室外，那么热泵就是把热量从室外搬到室内。在寒冷的冬天，热泵可以从室外的低温环境中吸收热量，然后将其提升温度后输送到室内，为我们提供温暖。 热泵的工作原理和制冷循环有很多相似之处，但也有一些关键的不同。比如，在热泵中，蒸发器变成了从低温环境中吸热的部件，而冷凝器则变成了向室内放热的部件。而且，为了在低温环境下也能有效地工作，热泵通常需要采用一些特殊的技术和设计，比如使用更高效的压缩机、优化的换热器等。

制冷原理和热泵在实际应用中有着广泛的用途。在家庭中，冰箱和空调是我们最熟悉的制冷设备。冰箱通过保持低温，让食物能够长时间保存；空调则在炎热的夏天为我们带来凉爽的室内环境。而在商业和工业领域，制冷技术更是不可或缺。大型的冷库可以储存大量的食品和药品，保证它们的质量和安全；工厂中的制冷设备可以用于冷却生产过程中的设备和材料，提高生产效率和产品质量。

R1234yf 与 R134a 空调性能实验研究对比分析作者：张亚国郭艳萍贺其富来源：《汽车科技》2020年第01期摘; 要：为了实现制冷剂环境友好性，本文基于 R1234yf 与 R134a 不同的热物性参数基础上，在整车上进行 R1234yf 与 R134a 不同制冷剂系统的制冷性能及系统差异性的对比研究。

分析 R1234yf 制冷剂的可替代性，进一步采取有效措施提高其制冷性能。

关键词：R1234yf;R134a;过冷度;过热度中图分类号：U463; ; ; 文献标志码：A; ; ; ;文章编号：1005-2550（2020）01-0007-04Experimental study on air conditioning performance of R1234yf and R134aZHANG Ya-guo， GUO Yan-ping， HE Qi-fu（ Dongfeng Motor Company Technology Center， Wuhan 430056， China）Abstract： In order to achieve environmental friendliness of refrigerants. Based on the different thermophysical parameters of R1234yf and R134a， the refrigeration performance and system difference of different refrigerant systems of R1234yf and R134a were studied in this paper. The substitutability of R1234yf refrigerant was analyzed， and effective measures were taken to improve its refrigeration performance.制冷劑作为空调系统的工作介质，理想的制冷剂不仅要有优良的热物理性质及安全性，也要有较好的环境友好性。

制冷剂比较一、环保1、对臭氧层的破坏ODP用来衡量不同物质与R11比较，对臭氧(03)的破坏能力大小，R11的ODP 值取1R22 ODP＝0.034R134a ODP＝0R134a冷媒对臭氧层没有破坏作用，R22对臭氧层破坏较轻。

2、对造成全球温室效应的影响GWP用来衡量不同物质与CO2比较，全球温室效应能力的大小， CO2的GWP 值取1R22 GWP＝1900R134a GWP＝1600R22和R134a两种制冷剂的温室效应能力非常接近，因此， R134a只是目前阶段的过渡型冷媒，而不是最终的环保型冷媒。

二、使用时限1995年《蒙特利尔议定书》缔约国第七次代表大会决定：对于 HCFC类物质，2020年发达国家将完全废止，发展中国家可延长到2040年（现修改为2030年）。

中国作为发展中国家，R22冷媒可以使用至2030年。

三、制冷性能如附图所示，R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸发潜热小，就同样排气体积的压缩机而言，R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60%。

R134a的热传导率比R22下降10%，因此R134a机组的换热器的换热面积须相应增大。

四、其他1、R134a的吸水性很强，是R22的20倍，因此对R134a机组系统中干燥器的要求较高，以避免系统的冰堵现象；2、R134a对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”因此系统中必须增加添加剂；3、R134a对橡胶类物质的膨润作用较强，在实际使用过程中，冷媒泄漏率高；4、R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性，在系统性能稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油；5、R134a冷媒及其专用脂类油的价格高于R22，设备的运行成本将上升；6、R134a机组的换热器换热面积较大，造成机组较大，初投资较高。

附图：。