环保制冷剂循环性能分析

　　0 引言

　　目前，科学技术发展的两大议题为节能和环保，但由于制冷空调系统本身耗能和传统制冷技术对环境的破坏， 系统的节能和制冷剂的替代具有重要意义。制冷剂、压缩机、换热器以及循环模式等对空调和热泵的性能影响很大，国内外学者对此进行了广泛研究。本文采用CO₂，R134a，R1234yf和R11制冷剂，分析蒸发温度、排气压力和冷凝温度等因素对循环性能的影响^[1]。研究结果为制冷空调和热泵系统优化设计及新产品的开发提供理论依据。

　　1 制冷剂的发展

　　制冷剂在循环中通过热力状态的变化不断与外界发生能量交换，达到制冷和制热目的，其发展史表明，更新和替换始终贯穿着制冷技术的发展。随着氟利昂对臭氧层破坏(ODP)和温室效应(GWP)问题的突出， 制冷剂的替代研究更为重要。目前，制冷剂替代主要有两个方向。其一，以德国、瑞典等欧盟国家为代表，主张采用碳氢化合物做制冷剂，认为采用生态系统中现有的天然物质作为制冷剂，可从根本上避免环境问题，替代物为R717，R744，R290和R600a;其二，以美国和日本为代表，主张采用HFCs等人工合成制冷剂。未来制冷剂要求ODP为0，GWP<150，其中，自然工质CO₂和合成制冷剂R134a，R1234yf成为目前替代研究的重点。

　　2 循环部件分析

　　作为制冷空调和热泵系统的重要部件，压缩机的性能决定了系统的性能，为提高压缩机效率，研发了变频式技术，包括直流变频和交流变频，随后又出现数码涡旋技术。 国内压缩机研究起步较晚，进步很快，普通氟利昂压缩机技术与国外差距较小，有些技术甚至超过国外。 但一些关键技术，如变频和数码涡旋技术，核心技术仍被国外垄断;特殊压缩机，如CO₂压缩机，仍需国外进口且仅限于科研之用。换热器包括冷凝器(CO₂跨临界循环称为气体冷却器)和蒸发器，是外界流体与内部制冷剂行热、冷量交换的部件，其效率将直接反映整个循环的性能。为提高换热器效率，通常可采用内部和外部强化措施，如加肋片、微螺纹槽和涡流发生器等。另外，在制冷系统中加入不凝性气体，通过改变制冷剂分压而改善循环性能。在欧美和日本市场上备受关注的CO₂热泵热水器，换热器管径可达1～2mm，最小管径甚至为0.5mm。节流设备主要作用：节流降压，使低压液态制冷剂在蒸发器中蒸发吸热;调整供入蒸发器的制冷剂的流量，以适应蒸发器热负荷的变化，使制冷装置更加有效地运转。为提高循环性能，可用引射器和膨胀机等代替节流阀， 通过回收膨胀功进而提高系统性能。 国内，西安交通大学、天津大学和清华大学等高校分别开展了相关研究。国外，欧盟、美国和日本等国家和地区也正在进行相关研究。