一種新型碳氫冷媒在家用空調中應用的制冷效率研究

孟　濤　上海市質量監督檢驗技術研究院

一種新型碳氫冷媒在家用空調中應用的制冷效率研究

孟濤上海市質量監督檢驗技術研究院

本文旨在研究一種新型碳氫冷媒在替代家用空調的R22制冷劑的節能效果分析。新型制冷劑RF以R290和R600a為主要成分，是環境友好型的制冷劑，具有較高的制冷效率。本實驗采用了R22充注量為2150g的家用空調為測試設備。期間，對該設備加注了不同質量的RF制冷劑并測試其在不同工況下COP值。結果表明，新型碳氫冷媒RF在夏季工況下使空調COP值提高約10%，制冷劑的質量減少約60%。

碳氫冷媒；家用空調；制冷效率

傳統的氟利昂冷媒由于其優良的熱力學性能得到了廣泛的應用，R22是目前中國實用最為廣泛的家用空調制冷劑之一。由于HCFCs類冷媒會與臭氧層發生反應進而引發臭氧空洞，而隨著人們對氟利昂破壞臭氧層機理的認知和人們對節能與環保事業的關注度不斷提高，采用碳氫冷媒來取代氟利昂已成為一項重要議題。而碳氫工質由于其ODP（臭氧層破壞潛能值）為零、GWP幾乎為零等優勢成為研究的熱點。國內眾多學者已對R290、R1280等碳氫冷媒在家用空調、商業冷柜和汽車空調中進行了研究［1-3］，并探討了其節能性能。研究表明，碳氫冷媒具有良好的熱力性能和節能潛力。

在歐洲部門國家（例如德國），R290和R1270等碳氫冷媒已成功的應用于家用冰箱中，并取得了令人滿意的節能效果［4］。本研究采用一種新型碳氫冷媒（以下簡稱為RF）作為研究對象，RF制冷劑由R290和R600a兩種制冷劑混合而成。在R22分體式空調中分別充注R22和RF制冷劑，在夏季工況和冬季工況下分別改變制冷劑充注量和室外環境溫度，進行對比研究RF制冷劑的節能潛力。

1　實驗

1.1實驗方案

選用廣東美的制冷設備有限公司生產的家用空調KFR-50GW/DY-IA（R3）為實驗樣機，該空調原設計制冷劑為R22，規格參數如表1所示。

根據《GB/T7725-2004房間空氣調節器》要求，在焓差實驗室中將該空調器的室內機、室外機對應布置在相應的實驗房間內，改變制冷劑的種類、充注量、及室內機、室外機所處工況條件，對分體式空調器的能效比進行測試。試驗房間內設有空氣再處理機組，以保證空調器的回風參數在規定的干球、濕球溫度范圍內。

1.2實驗步驟

（1）按額定充注量（2 150 g）充注R22，保證室內干/濕球溫度為27/19℃，改變室外側環境參數，分別測試空調器在夏季各個工況下的制冷系數（EER）及制冷量；

（2）同臺空調器對R22進行放空并抽真空，重新充注制冷劑RF。將空調器的制冷劑RF的充注量按1%的梯度值從40%增加到50%，重復實驗步驟1。得到夏季工況下充注不同量的制冷劑RF時的制冷系數（EER），由此確定RF的最佳充注量；

（3）按照實驗步驟2確定的最佳RF制冷劑充注量，保持室內側環境條件處于冬季標準工況下，改變室外側環境參數，測試空調器在冬季各個工況下的制熱系數（COP）及制熱量；

表1　測試用空調型號規格表

2　實驗結果與分析

2.1夏季工況

在夏季工況下，R22與不同充注量的RF在標準工況下的制冷系數、制冷量分別如圖1、圖2所示。由圖1可以看出，碳氫系統的制冷系數隨著RF制冷劑充注量呈現先增后降的變化趨勢，在RF充注量為40%時COP值最高（為3.55），當RF充注量大于44.5%后與R22的COP值相當。RF系統的COP值較高主要是由于RF制冷劑的熱物理性質和由于充注量減少導致空調蒸發器、冷凝器的相對面積較大。

由圖2可以看出，充注RF制冷劑空調系統的制冷量大致呈現先增后降的趨勢，且制冷量均小于R22系統，在RF充注量為40%時為最大制冷量約為R22系統的88%。RF系統的制冷量較小的主要原因是不同制冷劑單位容積制冷量的不同。由于RF制冷劑的主要成分是R290，而R290的單位容積制冷量約為R22的85%，故與本實驗結果相符。

R22系統與不同充注量的RF系統在不同室外工況下的制冷系數如圖3所示。由圖3可知，在不同的室外工況下，RF系統和R22系統COP均隨著室外溫度的增加而減小，且多數RF系統的COP值均高于R22系統。與此同時，當RF制冷劑的充注比例為40%的時候制冷系數最高且在室外溫度提高時優勢更為明顯。由于圖4中數據較多，將RF充注量為40%與R22系統在不同工況下的COP值單獨列出如圖4所示。圖4可以清楚的看到，在不同的室外溫度下RF系統的COP均較R22 系統高約為6.7%～13.5%。碳氫系統COP和制冷量隨充注量相同的變化趨勢說明，系統存在最佳制冷劑充注量，此時系統的性能最佳。結合以上數據，故本空調器的在夏季工況下的最佳RF充注量是原R22制冷劑充注量的40%。碳氫冷媒易燃易爆的安全風險主要是由于充注量較大，如采用RF制冷劑可有效的降低約60%的充注量，并在采取相應的密封、預警的手段后將安全風險大大降低。

2.2冬季工況

將夏季工況下確定的最佳充注量，保持室內側環境條件處于冬季標準工況下，改變室外側環境參數，空調器在冬季各個工況下的制熱系數（COP）及制熱量如圖5、圖6所示。

圖1　R22與不同充注量的RF在標準工況下的制冷系數

圖2　R22與不同充注量的RF在標準工況下的制冷量

圖3　R22與不同充注量的RF在不同室外工況下的制冷系數

由圖6可看出，RF系統的COP值隨著室外溫度的增加而增加，而R22系統隨著室外溫度的變化COP值變化不大，基本保持穩定。在溫度較低時RF系統的COP值較R22系統低，隨著溫度的升高RF系統的COP大于R22系統。由圖6可知，當室外溫度在4～9℃內變化時，RF系統與R22系統的制冷量均隨著室外溫度的增加而增加，RF系統的制冷量均較R22 系統低約為18.1%～39.1%。

圖4　R22與40%充注量的RF系統在不同工況下的制冷系數

圖5　R22與最佳充注量的RF在不同室外工況下的制熱系數

3　結論

在R22分體式空調器中分別充注R22與RF制冷劑，通過實驗分析得出以下結論：

（1）在夏季標準工況下，不同RF充注量系統的制冷效率較R22系統呈現先高后低的趨勢，在RF充注量為40%時制冷效率最高（COP為3.55，較R22系統提高了約10.6%）；不同RF充注量系統的制冷量較R22系統均有所降低，在RF充注量為40%時制冷量為R22系統的88.6%。

圖6　R22與最佳充注量的RF在不同室外工況下的制熱系數

（2）在夏季變室外溫度工況下，多數的RF系統的COP值均高于R22系統，且當RF充注量為40%時系統制冷效率最高（在不同的室外溫度下RF系統的COP均較R22 系統高約為6.7%～13.5%）。RF制冷劑在夏季工況下的最佳充注比例為原R22制冷劑的40%，其可提高空調系統的制冷效率，從而有利于實現節能。

（3）在冬季工況下，RF制冷劑的制熱效率和制熱量均小于R22系統，僅在室外溫度較高時制熱效率率高于R22系統，即RF制冷劑在冬季工況下無節能優勢。

1. 楊林德, 吳建華, and 候杰, 分體式房間空調器 R290 和 R1270 替代 R22實驗研究. 制冷學報, 2013（2）: p. 9-14.

2. 王玄坤, 錢文波, and 晏剛, 碳氫化合物及其混合物應用于小型商業冷柜的實驗研究. 制冷技術, 2015（1）: p. 29-35.

3. 張守信, 張明杰, and 付裕, R290 作為家用空調制冷劑的研究. 日用電器, 2010（1）: p. 41-46.

4. 李連生, 制冷劑替代技術研究進展及發展趨勢. 制冷學報, 2011. 32（6）: p. 53-58.

德國漢堡建成全球首座藻類發電建筑

據報道，德國漢堡建成世界上第一座藻類發電建筑。該建筑由西班牙工程公司Arup設計，正面的鑲嵌玻璃裝有生物反應器，內有微藻類。這些藻類能產生生物量和熱量，是一種可再生能源。此外，這一系統還能為整座建筑隔熱保溫，隔離噪音。

目前，這座建筑的西南面和東南面已安裝2.5 m×0.7 m生物反應器129臺，這些反應器由能量管理中心控制。能量管理中心負責收集太陽的熱量而后存儲起來，用于產生熱水。

Arup公司設計的這座建筑正面——可利用陽光發電——可施以納米粒子涂層，用于中和空氣中的污染物和捕獲二氧化碳。巨大的有機LED等元件允許建筑的所有表面在夜間提供照明，打造一種全新的街道照明方式。

（南德意志報）

蘇格蘭政府大力支持水源熱泵項目發展集中供熱

最近，蘇格蘭政府貸款175萬英鎊（大約合1615.18萬人民幣元），以幫助設得蘭群島、克萊德班克市和格拉斯哥市從河流和海水中提取熱量的水源熱泵項目順利開工建造。

據蘇格蘭能源部長費格斯·尤因介紹，這筆貸款主要用于克萊德河流域使用水源熱泵發展集中供熱網絡、支持集中供熱的發展和采用更廣泛的低碳技術，以幫助蘇格蘭擴大低碳領域開發。據估計，熱能占蘇格蘭總能源使用的一半以上，將產生近50%的溫室氣體排放，因此必須采取行動以降低排放。

（李忠東 譯）

Refrigeration Efficiency Research of Hyd rocarbon Refrigerant App lied in Househo ld Air Conditioners

Meng TaoShanghai Quality Supervision and Inspection Technology Research Institute

The article tried to research and develop new type hyd rocarbon refrigerant to rep lace R22 app lied in household air conditioners. It analyzes refrigerant energy saving effect. Main component of new type refrigerant are R290 and R600a， which is a environment-friend ly refrigerant. The experimental facility is a conventiona l 2150 gram R22 househo ld air conditioner. The author m easures COP in different working conditions by changing refrigerant quantity. The results show that COP o f new type hydrocarbon refrigerant im proves by 10% in summer working condition， whose refrigerant quantity is reduced by 60%.

Hydrocarbon Refrigerant， Household Air Conditioners， Refrigeration Efficiency

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.09.008

孟濤：（1988-），男，碩士。