热泵热水器制冷剂分析.pdf

筑龙网热泵热水器工质的选择及如何优化、配置系统热泵热水器工质的选择及如何优化、配置系统 筑龙网制冷剂对热泵热水器性能的影响制冷剂对热泵热水器性能的影响 分析热泵热水器运行特点分析热泵热水器运行特点 对比数种制冷剂应用在热泵热水器中,对压缩性能影响对比数种制冷剂应用在热泵热水器中,对压缩性能影响 从压缩机、制冷剂二大制约因素，讨论热泵热水器系统匹配从压缩机、制冷剂二大制约因素，讨论热泵热水器系统匹配筑龙网空气源热泵热水器空气源热泵热水器 空气源热泵热水机空气源热泵热水机高效、环保、安全的节能产品高效、环保、安全的节能产品 替代产品替代产品电热、燃气、燃油热水器，甚至替代太阳能热水器电热、燃气、燃油热水器，甚至替代太阳能热水器 可与太阳能热水器、中水系统等可与太阳能热水器、中水系统等组合组合的产品的产品 可以有效地解决目前国内有关部门对节约能源、环保、安全等各方面较棘手问题的产品。可以有效地解决目前国内有关部门对节约能源、环保、安全等各方面较棘手问题的产品。筑龙网 空气源热泵冷热水机组的衍变空气源热泵冷热水机组的衍变 始终按制热工况制取热水始终按制热工况制取热水 机组适应工况宽广机组适应工况宽广 即热式空气源热泵热水机组的水加热过程为一基本稳定过程即热式空气源热泵热水机组的水加热过程为一基本稳定过程 渐热式空气源热泵热水机组的水加热过程为一渐变不稳定过程渐热式空气源热泵热水机组的水加热过程为一渐变不稳定过程空气源热泵热水机空气源热泵热水机特征特征筑龙网始终按制热工况制取热水。但冬季就不祗是因环境温度降低，引起蒸发温度降低而制热能力降低；还会因系统转为始终按制热工况制取热水。但冬季就不祗是因环境温度降低，引起蒸发温度降低而制热能力降低；还会因系统转为“热气融霜热气融霜”而损及制热能力。而损及制热能力。相对湿度度温球干区冷干区霜结区露结筑龙网性能与环境关系性能与环境关系制热量（比值）00.20.40.60.811.2-1001020制热量（比值）主机输入功率（比值）00.20.40.60.811.2-1001020主机输入功率（比值）主机能效比（比值）00.20.40.60.811.2-1001020主机能效比（比值）筑龙网储热型（带储热型（带水箱水箱）热水供应系统，是渐热型的，热水加热过程是冷凝温度不断提升的变化过程。）热水供应系统，是渐热型的，热水加热过程是冷凝温度不断提升的变化过程。Lg PLg P筑龙网性能与水箱水温关系性能与水箱水温关系制热量（%）0204060801001201400204060制热量（%）主机输入功率（%）0204060801001200204060主机输入功率（%）主机能效比（%）00.511.522.50204060主机能效比（%）筑龙网 不带不带水箱水箱的热水供应系统，是即热型。加热过程是冷凝温度基本不变的稳定过程。的热水供应系统，是即热型。加热过程是冷凝温度基本不变的稳定过程。Lg P筑龙网技术难点技术难点 宽广的工况条件下，保证机组最佳运行效果。处理不当，机器在运行过程中遇到环境温度突变，容易出现故障。宽广的工况条件下，保证机组最佳运行效果。处理不当，机器在运行过程中遇到环境温度突变，容易出现故障。制约因素制约因素压缩机压缩机制冷剂制冷剂筑龙网（1）无毒（）无毒（2）不爆炸（）不爆炸（3）对金属及非金属无腐蚀作用（）对金属及非金属无腐蚀作用（4）不燃烧（）不燃烧（5）泄漏时易于察觉（）泄漏时易于察觉（6）化学性安定（）化学性安定（7）对润滑油无破坏性（）对润滑油无破坏性（8）具有较大的蒸发潜热（）具有较大的蒸发潜热（9）对环境无害）对环境无害制冷剂一般要求制冷剂一般要求筑龙网（1）蒸发压力要高于大气压（）蒸发压力要高于大气压（2）蒸发潜热要大（）蒸发潜热要大（3）临界温度要高（）临界温度要高（4）冷凝压力要低（）冷凝压力要低（5）凝固温度要低（）凝固温度要低（6）气态制冷剂之比体积要小（）气态制冷剂之比体积要小（7）液态制冷剂之密度要高（）液态制冷剂之密度要高（8）可溶于润滑油，系统不必装油分离器）可溶于润滑油，系统不必装油分离器从物理性能上，应满足：从物理性能上，应满足：筑龙网（1）化学性质稳定（）化学性质稳定（2）无腐蚀性（）无腐蚀性（3）无环境污染性（）无环境污染性（4）无毒性（）无毒性（5）不具爆炸性与燃烧性）不具爆炸性与燃烧性从化学性能上，应满足：从化学性能上，应满足：筑龙网组分分子量M沸点 ts临界温度t c r临界压力pc r临界比容v c r凝固温度 绝热指数kHGWP(R11=1)ODPGWP(100年)R22CHFCl286.47-40.896.14.981.905-1601.194(10)0.05515000.403846154R22R124a C2HF4Cl；CHClFCF3136.5-10.2126.63.551.805-1770.0224300.115769231R124aR142b C2H3ClF2100.5-9.2137.14.122.35-130.8 1.12(0 0.06516000.430769231R142bR134aCH2FCF3102-26.1101.14.061.942-1011.240.0000151200R134aR32CH2F252.02-51.678.45.812.326-1361.750-R32R125C2HF5120-48.166.33.641.75-1021.220.0000325000.673076923R125R143C2H3F384.04-47.673.13.7762.305-111.3029000.780769231R143R143aCH3CF384-47.372.93.792.304-1111.4R143aR152C2H4F266.05-25113.54.492.74-117R152R152aCH3CHF266.1-24113.34.522.717-1171.2901400.037692308R152aR218C3F8188.03-36.771.92.6791.59R218R227ea170.01-16.4101.82.931.718-1311.130-R227eaR600C4H1058.08-0.61533.534.29-1351.10(15030.000807692R600R600a(CH3)3CH58.12-11.7133.73.6974.46-159.6030.000807692R600aR404AHFC12544%HFC134a4%HFC143a52%97.6-46.4723.725.411.36R404AR407CHFC3223%HFC12525%HFC134a52%86.2-43.486.24.624.561.32028900.778076923R407CR410AHFC3250%HFC12550%72.6-52.272.24.954.121.5R410AR413A HFC134a88%HFC2189%HFC600a3%103.96-35101.34.111.112018203714.285714R413AR417AHFC12546%HFC134a50%HFC600a4%106.7-41.889.94.2421.1110R417AR507HFC12550%HFC143a50%98.8-46.570.83.722.0231.37R507RC318 CF2CF2CF2-CF2200.04-6115.42.781.613-40.2 1.03(15.6)RC318R290C2H844.1-4296.74.254.46-187.1 1.13(15030.000807692R290R744CO244.01-78.530.957.382.132-56.6000R744制冷剂环境污染性制冷剂CF3CHFCF筑龙网研究与判别原则研究与判别原则 运行特征为前提条件运行特征为前提条件 压缩机运行允许量值为约束条件压缩机运行允许量值为约束条件 考量制热能力、能量消耗与能效比考量制热能力、能量消耗与能效比 评判制冷剂的适用性，以及该类机组系统匹配趋向。评判制冷剂的适用性，以及该类机组系统匹配趋向。筑龙网蒸发温度-25-20-15-10-5051015908070656055冷凝温度工况假设工况假设筑龙网约束条件约束条件压缩机运行允许量值压缩机运行允许量值类型基本特征压缩比工作压差最高压力排气温度备注101422类型基本特征压缩比工作压差最高压力排气温度备注101422GBGB102127102127希普(大金)希普(大金)20(极限)203220(极限)2032CopelandCopeland(吸气25+液体喷射)(吸气25+液体喷射)6(R410A)27.9(R410A)42.5(R410A)7(R22)14(R22)26(R22)6(R410A)27.9(R410A)42.5(R410A)7(R22)14(R22)26(R22)CopelandCopeland涡旋式运转平稳、振动小、噪音低等优点，是常用的中、小型热泵机组。20-4(7)20-18(7)32130涡旋式运转平稳、振动小、噪音低等优点，是常用的中、小型热泵机组。20-4(7)20-18(7)32130(吸气25+液体喷射)(吸气25+液体喷射)螺杆式结构简单、运转平稳、振动小、噪音低、寿命长，COP=3.54.5,适用于中、小型工程，多机头热泵机组可用于较大工程。202125130螺杆式结构简单、运转平稳、振动小、噪音低、寿命长，COP=3.54.5,适用于中、小型工程，多机头热泵机组可用于较大工程。202125130BitzerBitzer130130海立，另据介绍RL=40海立，另据介绍RL=40偏心滚动转子式运转平稳、振动小、噪音低等优点，是常用的小型热泵机组。130活塞式结构复杂、转速低、振动大、噪音大、单机容量较小，多机头组合可拼装成1163KW左 右 热 泵 机 组，COP=3.03.5。偏心滚动转子式运转平稳、振动小、噪音低等优点，是常用的小型热泵机组。130活塞式结构复杂、转速低、振动大、噪音大、单机容量较小，多机头组合可拼装成1163KW左 右 热 泵 机 组，COP=3.03.5。筑龙网压缩比压缩比工作压差工作压差允许最大工作压力允许最大工作压力排气温度排气温度制热能力制热能力能量消耗能量消耗能效比能效比考量指标考量指标筑龙网浅见浅见1.充分认识空气源热泵热水器运行特征见二空气源热泵热水器特征2.充分了解、合理选用与正确使用压缩机3.充分了解、合理选用与正确使用制冷剂1.充分认识空气源热泵热水器运行特征见二空气源热泵热水器特征2.充分了解、合理选用与正确使用压缩机3.充分了解、合理选用与正确使用制冷剂筑龙网2.充分了解、合理选用与正确使用压缩机充分了解、合理选用与正确使用压缩机 不同类型、不同厂商、不同用途的压缩机其允许的压缩比、工作压差、最高压力与能效比是不相同的。不同类型、不同厂商、不同用途的压缩机其允许的压缩比、工作压差、最高压力与能效比是不相同的。空气源热泵热水器应选用允许压缩比高、工作压差大、最高压力高与能效比高的压缩机；空气源热泵热水器应选用允许压缩比高、工作压差大、最高压力高与能效比高的压缩机；也可以用双级、喷液、补气，甚至变频等方式，去解除压缩机的某些制约。也可以用双级、喷液、补气，甚至变频等方式，去解除压缩机的某些制约。热泵机组压缩机因压缩比高、工作压差大、最高工作压力高，而容易烧毁。热泵机组压缩机因压缩比高、工作压差大、最高工作压力高，而容易烧毁。烧毁主要原因之一是：回油问题。蒸发器结构、管路配置与走向、润滑油质量与停机加热与否等，都会使回油困难程度发生变化。烧毁主要原因之一是：回油问题。蒸发器结构、管路配置与走向、润滑油质量与停机加热与否等，都会使回油困难程度发生变化。全封闭压缩机所配电机余量极小。过热保护、过压保护、短路保护等失灵，也会引起压缩机烧毁。全封闭压缩机所配电机余量极小。过热保护、过压保护、短路保护等失灵，也会引起压缩机烧毁。筑龙网3.充分了解、合理选用与正确使用制冷剂充分了解、合理选用与正确使用制冷剂1）空气源热泵热水器功能是制取热水。制冷剂临界温度高，表示制冷剂冷凝温度高，则可以用制冷剂来加热水时，既易于达到凝结液化而循环工作的目的，又可达到较高热水出水温度的要求。从这一角度看，下列制冷剂是可考虑的对象：）空气源热泵热水器功能是制取热水。制冷剂临界温度高，表示制冷剂冷凝温度高，则可以用制冷剂来加热水时，既易于达到凝结液化而循环工作的目的，又可达到较高热水出水温度的要求。从这一角度看，下列制冷剂是可考虑的对象：次序123456789101112制冷剂R600R142bR600aR124aRC318R152aR227eaR413AR134aR290R22R417A次序123456789101112制冷剂R600R142bR600aR124aRC318R152aR227eaR413AR134aR290R22R417A临界温度临界温度筑龙网2）空气源热泵热水器制取热水过程主要是以冷凝温度对热水温度的温差传热。高的冷凝温度，却低的冷凝压力，对压缩机，乃至整个系统都是十分有利的。以下以制取）空气源热泵热水器制取热水过程主要是以冷凝温度对热水温度的温差传热。高的冷凝温度，却低的冷凝压力，对压缩机，乃至整个系统都是十分有利的。以下以制取55热水，假设冷凝温度为热水，假设冷凝温度为65，其排序如表所示，其排序如表所示，R22之压力值已临近或超过压缩机允许值：之压力值已临近或超过压缩机允许值：次序123456789101112制冷剂R600RC318R600aR142bR124R227eaR152aR134aR413AR290R417AR22次序123456789101112制冷剂R600RC318R600aR142bR124R227eaR152aR134aR413AR290R417AR22冷凝压力冷凝压力筑龙网3）低蒸发温度而高蒸发压力，又有大汽化潜热。既可在较低环境温度下，仍保持蒸发压力高于大气压力，并有足够的传热温差；还因汽化潜热大，而使用较少的制冷剂便可以吸收大量的热量。）低蒸发温度而高蒸发压力，又有大汽化潜热。既可在较低环境温度下，仍保持蒸发压力高于大气压力，并有足够的传热温差；还因汽化潜热大，而使用较少的制冷剂便可以吸收大量的热量。次序123456789101112制冷剂R290R22R417AR413AR134aR152aR227eaR600aR124R142bRC318R600次序123456789101112制冷剂R290R22R417AR413AR134aR152aR227eaR600aR124R142bRC318R600蒸发压力蒸发压力2.032.011.671.161.060.970.650.580.570.520.430.362.032.011.671.161.060.970.650.580.570.520.430.36次序123456789101112制冷剂R600R290R600aR152aR142bR22R134aR413AR417AR124R227eaRC318次序123456789101112制冷剂R600R290R600aR152aR142bR22R134aR413AR417AR124R227eaRC318汽化潜热汽化潜热筑龙网5）气态制冷剂之比体积（即：比容）小，则压缩机之工作容积可缩小，成本可降低。）气态制冷剂之比体积（即：比容）小，则压缩机之工作容积可缩小，成本可降低。次序123456789101112制冷剂R417AR22R413AR227eaR134aR290RC318R124R152aR142bR600aR600比体积110.28111.63164.4169.43181.62215.97235.58258.56308.58392.6588.97967.72次序123456789101112制冷剂R417AR22R413AR227eaR134aR290RC318R124R152aR142bR600aR600比体积110.28111.63164.4169.43181.62215.97235.58258.56308.58392.6588.97967.72但考虑压缩机之工作容积时，除考虑比体积外，必须同时考虑其汽化潜热与压缩功等。简化判断，欲经蒸发器从空气中吸取某一定量的热量，其质流量可简单以吸取热量与汽化潜热之商确定，其体积流量可简单以质流量与比体积之积确定。但考虑压缩机之工作容积时，除考虑比体积外，必须同时考虑其汽化潜热与压缩功等。简化判断，欲经蒸发器从空气中吸取某一定量的热量，其质流量可简单以吸取热量与汽化潜热之商确定，其体积流量可简单以质流量与比体积之积确定。次序123456789101112制冷剂R22R290R417AR413AR134aR152aR227eaR124R600aR142bRC318R600次序123456789101112制冷剂R22R290R417AR413AR134aR152aR227eaR124R600aR142bRC318R600体积流量体积流量499.5531.1576.5798.8839.8932.91252.21504.71559.91695.71924.82380.6比值%499.5531.1576.5798.8839.8932.91252.21504.71559.91695.71924.82380.6比值%筑龙网6）使用不同工质，在相同的工况条件下，压缩机的运行状态是不同的。应该用压缩比、工作压差、最大工作压力与排气温度去考量。尤其，排气温度可解释使用）使用不同工质，在相同的工况条件下，压缩机的运行状态是不同的。应该用压缩比、工作压差、最大工作压力与排气温度去考量。尤其，排气温度可解释使用R22的空气源热泵热水器，其压缩机容易损坏的部分原因。的空气源热泵热水器，其压缩机容易损坏的部分原因。次序123456789101112制冷剂R600aR417AR600R290R413AR124R227eaR142bR22R134aR152aRC318次序123456789101112制冷剂R600aR417AR600R290R413AR124R227eaR142bR22R134aR152aRC318排气温度排气温度筑龙网7）制热量、能耗与能效比是追求的目标。不同制冷剂由于热力特性差异而不同，但因空气源热泵热水器热水加热过程是一渐变过程。一种工质在低、中、高温不同阶段，其制热能力、能耗与能效比是不相同的。因而，它是一个综合效果。如表10所示，设环境温度为一定值，蒸发、吸气参数可视为不变，而冷凝、排气参数，随水温变化，其COP值也相应变化。R417A平均COP值还高于R22平均COP值5%。7）制热量、能耗与能效比是追求的目标。不同制冷剂由于热力特性差异而不同，但因空气源热泵热水器热水加热过程是一渐变过程。一种工质在低、中、高温不同阶段，其制热能力、能耗与能效比是不相同的。因而，它是一个综合效果。如表10所示，设环境温度为一定值，蒸发、吸气参数可视为不变，而冷凝、排气参数，随水温变化，其COP值也相应变化。R417A平均COP值还高于R22平均COP值5%。筑龙网8）传统替代概念是将原）传统替代概念是将原R22系统原封不动地进行工质置换。如表系统原封不动地进行工质置换。如表9所示，按所示，按R22所选定的压缩机排量，即使单位质量制冷量比所选定的压缩机排量，即使单位质量制冷量比R22大近一倍的大近一倍的R290，其能力也下降，其能力也下降8-12%。因而，替代工作不是简单的置换，而是按替代工质量身裁衣，重新配置系统。例如，按。因而，替代工作不是简单的置换，而是按替代工质量身裁衣，重新配置系统。例如，按R417A要求配置压缩机排量（其功率要求配置压缩机排量（其功率R22能满足的，能满足的，R417A必定满足），则其能力及其变化，与必定满足），则其能力及其变化，与R22基本一致。基本一致。蒸发温度蒸发温度-25-20-15-10-5051015R22R2240.1847.6556.0565.4475.8787.37100113.78128.73R417AR417A39.7247.1155.3964.7175.1686.9100114.59130.74R22R2271.6885.01100116.75135.35155.88178.4202.98229.66R417AR417A71.7185.05100116.83135.7156.89180.55206.89236.04而且，而且，R417A 排气压力较低、排气温度较低、压缩机使用寿命较长；其加热过程总体能效比较高。还因其燃烧性与毒性均为排气压力较低、排气温度较低、压缩机使用寿命较长；其加热过程总体能效比较高。还因其燃烧性与毒性均为A1级而受肯定。级而受肯定。筑龙网9）制冷剂选用应关注）制冷剂选用应关注ODP与与GWP问题。问题。R22按目前签约，按目前签约，2030年停止使用；京都协议，年停止使用；京都协议，2010年，但还未签，似乎压力不大。但近闻江苏省南通市已规定年，但还未签，似乎压力不大。但近闻江苏省南通市已规定2006年年3月月1日起禁止销售氟利昻类制冷剂，一个省级市作如此规定，可见此风已起，应及早应变。日起禁止销售氟利昻类制冷剂，一个省级市作如此规定，可见此风已起，应及早应变。筑龙网10）HCs制冷剂一般有比较大的汽化潜热，比较高的导热系数，比较低的动力粘度，从而在将制冷剂一般有比较大的汽化潜热，比较高的导热系数，比较低的动力粘度，从而在将HCs用作制冷剂时，使得用作制冷剂时，使得HCs制冷剂的循环量较少，换热性能较好，而且系统阻力较小，这些优良的热力性质，理论上使用制冷剂的循环量较少，换热性能较好，而且系统阻力较小，这些优良的热力性质，理论上使用HCs制冷剂的制冷装置的效率比制冷剂的制冷装置的效率比R134a更高。更高。R290替代替代R22在热泵上的应用，文献介绍制冷量比在热泵上的应用，文献介绍制冷量比R22稍有下降（系统不改变的情况下），制冷系数（稍有下降（系统不改变的情况下），制冷系数（COP）比）比R22提高约提高约116。但因其可燃性而受到一定制约，现正为此在努力。但因其可燃性而受到一定制约，现正为此在努力。筑龙网R417A是由是由R125、R134a、R600三组分组成，是因用来替代三组分组成，是因用来替代R22而研制的近共沸混合物而研制的近共沸混合物它在欧洲替代市场有相当大的份额。这里，借用哈尔滨商业大学土木与制冷工程学院李晓燕教授它在欧洲替代市场有相当大的份额。这里，借用哈尔滨商业大学土木与制冷工程学院李晓燕教授R417a 在热泵热水系统中替代在热泵热水系统中替代R22 的实验研究中结论：的实验研究中结论：1)R417a 的排气温度比的排气温度比R22 系统的低系统的低,可以改善压缩机和润滑油的工作条件。可以改善压缩机和润滑油的工作条件。2)由于由于R417a 具有不用更换润滑油的优点具有不用更换润滑油的优点,可以在制冷、制热系统中直接替代可以在制冷、制热系统中直接替代R22。3)实验结果表明实验结果表明R417a 系统的吸、排气压力比系统的吸、排气压力比R22 系统稍高或接近。但对应于同一温度下的饱和压力系统稍高或接近。但对应于同一温度下的饱和压力R417a 小于小于R22,有利于装置的运行。有利于装置的运行。4)R417a 的耗功较的耗功较R22 小小,制热量小于制热量小于R22 但但COPh 值高于值高于R22,因此因此R417a 完全可以在热泵热水系统中作为替代工质直接替代完全可以在热泵热水系统中作为替代工质直接替代R22,并可以安全可靠运行。并可以安全可靠运行。