R410A机组在变进水温度下制冷和制热运行的特性

欧敏杰

摘 要：文章主要对R410A机组的物理性质进行简要分析，在出水温度为5～20°C（制冷工况）和35～55°C（制热工况）范围之内进行吸气压力、排氣温度以及吸气温度等新性能测试，继而得出R410A机组在变进水温度之下制冷和制热的运作特点，再分析其变化规律。实验研究结果表明，在水源热泵空调机组中，一旦未设计好地源埋管系统，势必会耗损更多能量。

关键词：R410A机组；变进水温度；制冷和制热；客观规律

1 概述

现阶段来看，我国国内的空调机组超过80%使用的制冷剂是R22.我国是一个发展中国家，使用R22制冷剂是一种非常普遍的现象，但是，由于R22的使用会损耗巨大的能量，因此在2033年将会停止使用R22制冷剂。随着人们对臭氧层的保护意识越为强烈，对R22制冷剂的替代品研究开始越来越受到人们的关注[1]。

2 R410A与R22的热力特性对比

R410A与R22相比，R410A具有更显著地流动特性和热传递特性。R22的相对分子量为86.5，沸点为零下40.8°C，25°C蒸汽压力为1.04MPa，25°C饱和液体密度为1.194kg/m3，25°C饱和蒸气密度为44.4kg/m3，临界温度为96.1°C，临界压力为4.98MPa，温度滑移为0°C，毒性低且无可燃性；R410A的相对分子量为72.6，沸点为零下52.7°C，25°C蒸汽压力为1.65MPa，25°C饱和液体密度为1.064kg/m3，25°C饱和蒸气密度为64.5kg/m3，临界温度为72.5°C，临界压力为4.95MPa，温度滑移为0.1°C，毒性低且无可燃性。从热力学角度来看，R410A的蒸气密度比R22高出42%，运行压力比R22高出59%左右。从上述研究数据不难看出，R410A具有纯制冷剂的所有特点，能够像纯制冷剂一样有方便使用的特点。在沸点结构方面，R410A的标准沸点比较低，R410A系统的稳定性比较好且溶油性好，对于风冷热泵冷水系统而言，R410A比起R22更适用于出水温度比较高的系统中[2]。

3 试验系统及样机

R410A系统主要包括以下几个方面：（1）风冷冷水机组；（2）恒

温水箱；（3）测试环境间；（4）被试机组；（5）低温空气处理机；（6）常温空气处理机；（7）取样装置；（8）压缩冷凝机组；（9）风柜等。R410A在上述实验系统中进行相关运作，环境之间的湿度与温度等均由低温空气处理机组进行调节，常温空气处理机组承担1°C以上的温度和湿度调节，恒温水箱承担水系统的温度与流量[3]。环境与环境之间的湿度与温度控制精确度需要达到GB/T18430所规定的相关标准，测试仪表的精确测量度应该达到以下标准要求：（1）环境间进口干

球温度在0.1°C左右；（2）环境间进口湿球温度在0.1°C左右；（3）水流量仪表精度在1%；（4）电网频率在0.5%。为了进行R410A水机组变环境温度运行特性分析，设计实验样机。样机主要元件构成有以下几种：（1）风侧换热器；（2）节流机构；（3）储液器；（4）水侧热换器；（5）四通换向阀；（6）涡旋压缩机；（7）气液分离器等。为了能够全面掌握被试机组的运行特点，沿着系统流程布置了10个压力与测试点。此种测试点不仅仅反映出了热量和输入功率，还能够反映出吸排气压力和吸排气温度等机组运行的微观特征参数[4]。

4 试验结果及分析

在变环境温度下，R410A风冷热泵系统热水机组的实验性能分别为：（1）7°C；（2）3°C；（3）0°C；（4）-3°C；（5）-6°C；（6）-10°C。当环境温度达到设定要求之后要求R410A机组运行稳定之后记录测试数据，对于每一次测试工况，详细记录平均测量数值。当干球温度为7°C、湿球温度为6°C时，将随着环境温度的变化而变化。当环境温度为零下10°C时，制热量为实际工况下的48%[5]。

4.1 制热量、制冷量和输入功率随进水温度的变化

制热量、制冷量和输入功率相对于制冷工况进水（23°C）和制热工况进水（15°C）的百分比随着进水温度的变化而变化。在制热工况之下，制热量随着进水温度的升高而升高，变化速度也越来越快。输入功率随着进水温度的升高而增大，制热量是名义工况的85%，输入功率是名义工况上的90%。制冷工况下，制冷量随着进水温度的升高反而降低，输入功率随着进水温度的升高而变化更快。当进水温度为35°C时，制冷量是名义工况上的82%，输入功率是名义工况上的120%。

4.2 COP和EER随进水温度的变化

R410A机组能效相对于制冷工况进水24°C且制热工况进水15°C下COP和EER百分值随着进水温度变化而变化[6]。在制冷工况下，随着进水温度的升高，机组COP和EER比值呈直线下降发展趋势。进水温度变化对制冷COP的影响比EER更大。在制热工况下，EER上升趋势显著；在制冷工况下，COP下降趋势显著。从上述研究数据不难看出，制冷工况下R410A机组性能受到进水温度的影响比较大。进一步说明，地源热泵空调机埋管系统不够合理势必会耗损更多能量，对制冷运行系统更为显著。

4.3 排气和吸气压力及压力比随进水温度的变化

制热系统工况下，随着进水温度的升高，R410A机组的吸气压力和排气压力显著上升，吸气压力上升速度更快，因此压力比下降趋势明显。进水温度为7°C时，R410A机组压力比为3.21；进水温度为20°C时，R410A机组压力比为2.82。上述压力比值的下降，其主要原因是COP值升高。

4.4 吸气和排气温度随进水温度的变化

制冷系统吸排气温度也随着水温度的变化而变化。在制热工况下，吸气温度和排气温度均因进水温度的升高而升高，当进水温度为20°C时，排气温度达到76.3°C。随着进水温度的逐步提高，压缩机吸入口温度和压力逐步增大，从而能够使得制热量显著增加；制冷工况下，吸气温度随着水温升高的变化不够明显，排气温度反而升高的更为明显。

5 结束语

R410A是一种新型的环保制冷剂，R410A在空调机组运用中是一项非常重要的环节。相关研究人士称R410A的换热性能相对而言比较好，实际应用价值也比较高。

参考文献

[1]陈剑波，闵矿伟，潘际淼，等.R410A水源热泵空调机组变进水温度运行特性分析[J].流体机械，2011，39（3）：52-57.

[2]李丽芬，洪丽娟.低内压比涡旋式R410A压缩机在屋顶机的应用[J].制冷与空调，2015，15（2）：79-81，68.

[3]于文远，李征涛，陈阿勇，等.R32在带经济器的风冷冷热水机组的试验研究[J].流体机械，2014，10（7）：65-68.

[4]陈政文，王娜娜，胡文举，等.R32、R22、R410A风冷空调机性能实验研究[J].低温建筑技术，2012，34（11）：120-122.

[5]钟建法，李建军，吴伟军，等.R410A制冷剂并联涡旋式空气源冷水（热泵）机组设计[J].能源与环境，2013，10（3）：46-47.

[6]舒欢，谢应明，韩朱嵩，等.采用R410A为制冷剂的小型风冷式冷水机组设计[J].制冷空调与电力机械，2011，32（5）：18-21，58.