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機(jī)房精密空調(diào)制冷劑R410AR與407C性能比較分析

文章來(lái)源:admin 發(fā)布時(shí)間:2017-07-21 09:13:16 瀏覽:0

R410A具有很好的傳熱性能,R410A的蒸發(fā)傳熱系數(shù)和冷凝傳熱系數(shù)高于R407C,在很多應(yīng)用場(chǎng)合R410A的傳熱性能還優(yōu)R22。

一、R407C和R410A的傳熱性能比較

R410A具有很好的傳熱性能,R410A的蒸發(fā)傳熱系數(shù)和冷凝傳熱系數(shù)高于R407C,在很多應(yīng)用場(chǎng)合R410A的傳熱性能還優(yōu)R22。蒸發(fā)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),R410A在光滑水平管內(nèi)的傳熱系數(shù)比R407C高50% 左右;與R22蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果相比,R410A的傳熱系數(shù)要比R22高10%~50%。使用具有微型肋片的水平管,R410A的傳熱系數(shù)比光滑管提高了80%~150%。板式換熱器的蒸發(fā)試驗(yàn)也證實(shí)了R410A傳熱性能的優(yōu)越,在相同條件下R410A的傳熱系數(shù)比R22的傳熱系數(shù)要高0~15%。

冷凝試驗(yàn)則顯示,在光滑管內(nèi)R410A的冷凝傳熱系數(shù)比R407C冷凝傳熱系數(shù)高20%。在光滑管外,R410A的冷凝傳熱比R407C的冷凝傳熱高35%~50%,比R22高約11%~17%;然而R407C的傳熱系數(shù)卻比R22低24%~37%。在具有微型肋片的管外,R410A的冷凝傳熱系數(shù)比R407C高35%~55%,比R22高3%~7%,相反,R407C的傳熱系數(shù)比R22低33%~52%。R407C傳熱性能較差的事實(shí)還可以用現(xiàn)有設(shè)備的制冷劑替換試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō)明,在一臺(tái)100kW制冷量螺桿式水制冷機(jī)組試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)R407C在管殼式冷凝器中的傳熱系數(shù)比R22小25%~51%。

R407C的傳熱系數(shù)低,其與它的非共沸性有關(guān):一是在等壓蒸發(fā)或冷凝時(shí)存在著較大的相變溫度梯度,二是汽液兩相之間存在著明顯的濃度差。R407C在蒸發(fā)或者冷凝時(shí),不但要克服冷凝液層的熱阻,還要克服相變溫度梯度和汽液濃度差對(duì)傳熱帶來(lái)的負(fù)面影響。相變溫度梯度是指在一定壓力下混合物由飽和蒸汽變成飽和液態(tài)的溫度差,R407C在大氣壓下的相變溫度梯度約為7K。相變溫度梯度的存在直接降低了R407C的傳熱性能。等壓冷凝時(shí),隨著冷凝過(guò)程的推進(jìn),R407C汽液平衡要求的冷凝溫度越來(lái)越低,對(duì)于恒壁溫冷凝,用于推動(dòng)蒸汽冷凝的有效溫壓將越來(lái)越小,傳熱效率降低。同理,相變溫度梯度對(duì)于蒸發(fā)過(guò)程也同樣有降低傳熱效率的作用。

R407C三種組分的汽液濃度差是由組分間的相對(duì)揮發(fā)性不同造成的,高沸點(diǎn)組分R134a不易揮發(fā),低沸點(diǎn)組分R32和R125比R134a易揮發(fā)。汽液兩相共存時(shí),沸點(diǎn)高的R134a在液相中的濃度就高于它的汽相濃度,而沸點(diǎn)低的R125和R32在汽相中的濃度高于液相濃度。

設(shè)想管壁有薄層冷凝液,在冷凝液與主流蒸汽之間存在著混合蒸汽擴(kuò)散層。由于R134a沸點(diǎn)較高,比其它兩個(gè)組分都更容易被冷凝下來(lái),R134a蒸汽在液汽介面附近的濃度就低于主流蒸汽的濃度,因此,在擴(kuò)散層蒸汽流中,發(fā)生著組分R134a從主流蒸汽指向液汽介面的擴(kuò)散過(guò)程。相反,組分R32和R125的沸點(diǎn)較低,揮發(fā)性強(qiáng),不易被冷凝,在接近介面的蒸汽流中,R32和R125的濃度就高于各自在主流蒸汽中的濃度,因而在擴(kuò)散層形成了從液汽介面指向主流蒸汽的濃度梯度。擴(kuò)散層構(gòu)成了非共沸制冷劑冷凝時(shí)的額外熱阻。介面處蒸汽的飽和冷凝溫度隨著當(dāng)?shù)貪舛鹊脑黾佣M(jìn)一步降低,也增加了冷凝過(guò)程的阻力。

R410A的傳熱系數(shù)較高的一個(gè)重要原因在于它的準(zhǔn)共沸性。,R410A雖然由兩種組分(R32和R125)組成的混合物,但是這兩種組分沒(méi)有明顯的揮發(fā)性差別,在蒸發(fā)或者冷凝過(guò)程中,R410A的汽相組分濃度和液相組分濃度很相近,相變溫梯度小于0.2K。反映在R410A的熱力學(xué)工程圖上,汽液兩相區(qū)的等溫線與等壓線幾乎是平行的,所以,R410A熱力學(xué)特性和物理特性非常接近于共沸制冷劑或純制冷劑。作為準(zhǔn)共沸混合物,R410A在蒸發(fā)和冷凝時(shí)的傳熱機(jī)理與純制冷劑相似,沒(méi)有明顯的組分?jǐn)U散現(xiàn)象,相變溫度梯度對(duì)傳熱效率的影響極小,這就使得R410A的傳熱系數(shù)高于非共沸制冷劑R407C。R410A的傳熱系數(shù)高于R22的主要原因在于它具有更加有利的傳熱控制物理量,如具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的粘性系數(shù)。

二、R410A與R407C的性能系數(shù)比較

R410A的優(yōu)良傳熱性能,有利于提高空調(diào)制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)。R410A還具有提高性能系數(shù)的另外兩個(gè)有利條件:較低的流動(dòng)力和較高的壓縮效率。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),R410A的流動(dòng)壓降比R407C和R22都要小,而R407C的壓降接近于R2的值。例如,在光滑管內(nèi)蒸發(fā)流動(dòng)時(shí),R410A的壓降比R22要小30%,在板式蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)時(shí),R410A的壓力損失比R22低15%~35% ,在光滑管內(nèi)冷凝時(shí),R410A的壓降比R22小35%~50%。制冷劑流動(dòng)所需的壓降越小,壓縮機(jī)消耗在壓降上的無(wú)用功越小,越有利于提高性能系數(shù)。

在制冷劑壓縮效率方面,R410A的壓縮效率高于R22和R407C。R410A在往復(fù)式壓縮機(jī)測(cè)試臺(tái)上測(cè)得的等熵壓縮效率和輸氣效率均分別比R22的高5%左右;在渦旋壓縮機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得的等熵壓縮效率和輸氣效率分別比R22的高2%~15%和3%~10% 。與R410A相對(duì)比,R407C在往復(fù)式壓縮機(jī)測(cè)試臺(tái)上測(cè)得的壓縮效率與R22的值相近;但是在一套小型空調(diào)系統(tǒng)上測(cè)得的壓縮機(jī)容積效率和等熵效率分別比R22低3%~7%和6%~14%。相比之下,R410A的壓縮效率比R407C高5%~20%。

研究表明,在R22的兩種替代制冷劑中,使用R410A可以實(shí)現(xiàn)比R407C更高的系統(tǒng)性能系數(shù)。壓縮機(jī)測(cè)試臺(tái)上得到的數(shù)據(jù)顯示,R410A的性能系數(shù)超R407C的10% 以上;在優(yōu)化設(shè)計(jì)的空調(diào)制冷系統(tǒng)中R410A性能系數(shù)高的結(jié)論進(jìn)一步得到證實(shí),R410A的性能系數(shù)分別比R407C和R22的高10%和5%。

R410A的性能系數(shù)優(yōu)勢(shì)還在已投入運(yùn)行的R22空調(diào)制冷系統(tǒng)的替代試驗(yàn)中得到證實(shí)。針對(duì)正在運(yùn)行的3種不同R22系統(tǒng),采用置換制冷劑和渦旋壓縮機(jī)的方法,使用相同的蒸發(fā)器和冷凝器,在相同的工況下進(jìn)行實(shí)地運(yùn)行試驗(yàn),結(jié)果顯示采用R410A所得到的性能系數(shù)高于R22和R407C的值:在9.2kW制冷量的家用空調(diào)替換試驗(yàn)中,R410A產(chǎn)生的性能系數(shù)比R22的值高5% ;對(duì)屋頂式27kW空調(diào)的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),R410A的性能系數(shù)比R22和R407C的分別高3% 和11% ;對(duì)35kW水制冷機(jī)組的替換試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),R410A的性能系數(shù)比I122和R407C的分別高5%和6%。

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