一种新型碳氢冷媒在家用空调中应用的制冷效率研究

孟　涛　上海市质量监督检验技术研究院

一种新型碳氢冷媒在家用空调中应用的制冷效率研究

孟涛上海市质量监督检验技术研究院

本文旨在研究一种新型碳氢冷媒在替代家用空调的R22制冷剂的节能效果分析。新型制冷剂RF以R290和R600a为主要成分，是环境友好型的制冷剂，具有较高的制冷效率。本实验采用了R22充注量为2150g的家用空调为测试设备。期间，对该设备加注了不同质量的RF制冷剂并测试其在不同工况下COP值。结果表明，新型碳氢冷媒RF在夏季工况下使空调COP值提高约10%，制冷剂的质量减少约60%。

碳氢冷媒；家用空调；制冷效率

传统的氟利昂冷媒由于其优良的热力学性能得到了广泛的应用，R22是目前中国实用最为广泛的家用空调制冷剂之一。由于HCFCs类冷媒会与臭氧层发生反应进而引发臭氧空洞，而随着人们对氟利昂破坏臭氧层机理的认知和人们对节能与环保事业的关注度不断提高，采用碳氢冷媒来取代氟利昂已成为一项重要议题。而碳氢工质由于其ODP（臭氧层破坏潜能值）为零、GWP几乎为零等优势成为研究的热点。国内众多学者已对R290、R1280等碳氢冷媒在家用空调、商业冷柜和汽车空调中进行了研究［1-3］，并探讨了其节能性能。研究表明，碳氢冷媒具有良好的热力性能和节能潜力。

在欧洲部门国家（例如德国），R290和R1270等碳氢冷媒已成功的应用于家用冰箱中，并取得了令人满意的节能效果［4］。本研究采用一种新型碳氢冷媒（以下简称为RF）作为研究对象，RF制冷剂由R290和R600a两种制冷剂混合而成。在R22分体式空调中分别充注R22和RF制冷剂，在夏季工况和冬季工况下分别改变制冷剂充注量和室外环境温度，进行对比研究RF制冷剂的节能潜力。

1　实验

1.1实验方案

选用广东美的制冷设备有限公司生产的家用空调KFR-50GW/DY-IA（R3）为实验样机，该空调原设计制冷剂为R22，规格参数如表1所示。

根据《GB/T7725-2004房间空气调节器》要求，在焓差实验室中将该空调器的室内机、室外机对应布置在相应的实验房间内，改变制冷剂的种类、充注量、及室内机、室外机所处工况条件，对分体式空调器的能效比进行测试。试验房间内设有空气再处理机组，以保证空调器的回风参数在规定的干球、湿球温度范围内。

1.2实验步骤

（1）按额定充注量（2 150 g）充注R22，保证室内干/湿球温度为27/19℃，改变室外侧环境参数，分别测试空调器在夏季各个工况下的制冷系数（EER）及制冷量；

（2）同台空调器对R22进行放空并抽真空，重新充注制冷剂RF。将空调器的制冷剂RF的充注量按1%的梯度值从40%增加到50%，重复实验步骤1。得到夏季工况下充注不同量的制冷剂RF时的制冷系数（EER），由此确定RF的最佳充注量；

（3）按照实验步骤2确定的最佳RF制冷剂充注量，保持室内侧环境条件处于冬季标准工况下，改变室外侧环境参数，测试空调器在冬季各个工况下的制热系数（COP）及制热量；

表1　测试用空调型号规格表

2　实验结果与分析

2.1夏季工况

在夏季工况下，R22与不同充注量的RF在标准工况下的制冷系数、制冷量分别如图1、图2所示。由图1可以看出，碳氢系统的制冷系数随着RF制冷剂充注量呈现先增后降的变化趋势，在RF充注量为40%时COP值最高（为3.55），当RF充注量大于44.5%后与R22的COP值相当。RF系统的COP值较高主要是由于RF制冷剂的热物理性质和由于充注量减少导致空调蒸发器、冷凝器的相对面积较大。

由图2可以看出，充注RF制冷剂空调系统的制冷量大致呈现先增后降的趋势，且制冷量均小于R22系统，在RF充注量为40%时为最大制冷量约为R22系统的88%。RF系统的制冷量较小的主要原因是不同制冷剂单位容积制冷量的不同。由于RF制冷剂的主要成分是R290，而R290的单位容积制冷量约为R22的85%，故与本实验结果相符。

R22系统与不同充注量的RF系统在不同室外工况下的制冷系数如图3所示。由图3可知，在不同的室外工况下，RF系统和R22系统COP均随着室外温度的增加而减小，且多数RF系统的COP值均高于R22系统。与此同时，当RF制冷剂的充注比例为40%的时候制冷系数最高且在室外温度提高时优势更为明显。由于图4中数据较多，将RF充注量为40%与R22系统在不同工况下的COP值单独列出如图4所示。图4可以清楚的看到，在不同的室外温度下RF系统的COP均较R22 系统高约为6.7%～13.5%。碳氢系统COP和制冷量随充注量相同的变化趋势说明，系统存在最佳制冷剂充注量，此时系统的性能最佳。结合以上数据，故本空调器的在夏季工况下的最佳RF充注量是原R22制冷剂充注量的40%。碳氢冷媒易燃易爆的安全风险主要是由于充注量较大，如采用RF制冷剂可有效的降低约60%的充注量，并在采取相应的密封、预警的手段后将安全风险大大降低。

2.2冬季工况

将夏季工况下确定的最佳充注量，保持室内侧环境条件处于冬季标准工况下，改变室外侧环境参数，空调器在冬季各个工况下的制热系数（COP）及制热量如图5、图6所示。

图1　R22与不同充注量的RF在标准工况下的制冷系数

图2　R22与不同充注量的RF在标准工况下的制冷量

图3　R22与不同充注量的RF在不同室外工况下的制冷系数

由图6可看出，RF系统的COP值随着室外温度的增加而增加，而R22系统随着室外温度的变化COP值变化不大，基本保持稳定。在温度较低时RF系统的COP值较R22系统低，随着温度的升高RF系统的COP大于R22系统。由图6可知，当室外温度在4～9℃内变化时，RF系统与R22系统的制冷量均随着室外温度的增加而增加，RF系统的制冷量均较R22 系统低约为18.1%～39.1%。

图4　R22与40%充注量的RF系统在不同工况下的制冷系数

图5　R22与最佳充注量的RF在不同室外工况下的制热系数

3　结论

在R22分体式空调器中分别充注R22与RF制冷剂，通过实验分析得出以下结论：

（1）在夏季标准工况下，不同RF充注量系统的制冷效率较R22系统呈现先高后低的趋势，在RF充注量为40%时制冷效率最高（COP为3.55，较R22系统提高了约10.6%）；不同RF充注量系统的制冷量较R22系统均有所降低，在RF充注量为40%时制冷量为R22系统的88.6%。

图6　R22与最佳充注量的RF在不同室外工况下的制热系数

（2）在夏季变室外温度工况下，多数的RF系统的COP值均高于R22系统，且当RF充注量为40%时系统制冷效率最高（在不同的室外温度下RF系统的COP均较R22 系统高约为6.7%～13.5%）。RF制冷剂在夏季工况下的最佳充注比例为原R22制冷剂的40%，其可提高空调系统的制冷效率，从而有利于实现节能。

（3）在冬季工况下，RF制冷剂的制热效率和制热量均小于R22系统，仅在室外温度较高时制热效率率高于R22系统，即RF制冷剂在冬季工况下无节能优势。

1. 杨林德, 吴建华, and 候杰, 分体式房间空调器 R290 和 R1270 替代 R22实验研究. 制冷学报, 2013（2）: p. 9-14.

2. 王玄坤, 钱文波, and 晏刚, 碳氢化合物及其混合物应用于小型商业冷柜的实验研究. 制冷技术, 2015（1）: p. 29-35.

3. 张守信, 张明杰, and 付裕, R290 作为家用空调制冷剂的研究. 日用电器, 2010（1）: p. 41-46.

4. 李连生, 制冷剂替代技术研究进展及发展趋势. 制冷学报, 2011. 32（6）: p. 53-58.

德国汉堡建成全球首座藻类发电建筑

据报道，德国汉堡建成世界上第一座藻类发电建筑。该建筑由西班牙工程公司Arup设计，正面的镶嵌玻璃装有生物反应器，内有微藻类。这些藻类能产生生物量和热量，是一种可再生能源。此外，这一系统还能为整座建筑隔热保温，隔离噪音。

目前，这座建筑的西南面和东南面已安装2.5 m×0.7 m生物反应器129台，这些反应器由能量管理中心控制。能量管理中心负责收集太阳的热量而后存储起来，用于产生热水。

Arup公司设计的这座建筑正面——可利用阳光发电——可施以纳米粒子涂层，用于中和空气中的污染物和捕获二氧化碳。巨大的有机LED等元件允许建筑的所有表面在夜间提供照明，打造一种全新的街道照明方式。

（南德意志报）

苏格兰政府大力支持水源热泵项目发展集中供热

最近，苏格兰政府贷款175万英镑（大约合1615.18万人民币元），以帮助设得兰群岛、克莱德班克市和格拉斯哥市从河流和海水中提取热量的水源热泵项目顺利开工建造。

据苏格兰能源部长费格斯·尤因介绍，这笔贷款主要用于克莱德河流域使用水源热泵发展集中供热网络、支持集中供热的发展和采用更广泛的低碳技术，以帮助苏格兰扩大低碳领域开发。据估计，热能占苏格兰总能源使用的一半以上，将产生近50%的温室气体排放，因此必须采取行动以降低排放。

（李忠东 译）

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

孟涛：（1988-），男，硕士。