几种中高温热泵混合工质的理论研究

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非共沸混合工质R22_R141b高温热泵实验研究

第53卷　第5期化工学报 Vol.53　№5 2002年5月 Journal　of　Chemical　Industry　and　Engineering　(China) May　2002研究简报非共沸混合工质R22/R141b高温热泵实验研究李廷勋1　郭开华2　王如竹3　樊栓狮2 (1广东工业大学,广东广州510640;2中国科学院广州能源研究所,广东广州510070; 3上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海200030) 关键词　混合工质　热泵　非共沸中图分类号　TB6 文献标识码　A 文章编号　0438-1157(2002)05-0542-04 HIGH TEMPERATURE HEAT PUMP WITH NON-AZEOTROPICREFRIGERANT MIXTURESL I Tingxun1,GU O K aihua2,WANG Ruzhu3and FAN Shuanshi2(1Guangdong U niversity of Technology,Guangz hou510640,Guangdong,China;2Guang Zhou Institute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences,Guangz hou510070,Guangdong,China;3Institute of Ref rigeration and Cryogenics,S hanghai Jiaotong U niversity,S hanghai200030,China)Abstract　A water-to-water high temperature heat pump was fested experimentally in this work.The inlet water temperature of evaporator was40℃and the inlet and outlet water temperature of condenser were70℃and80℃respectively.Almost no conveafioual refrigerant is proper for this high temperature working condition.R22/R141b was taken as heat pump working fluid firstly in this work and heat pump’s pressure performance is improved.Even though the highest cooling water temperature was about80℃,the highest pressure was less than215MPa and compression ratio was less than8,which could satisfy R22compressor’s limits.The performance of system was characterized by refrigerant compositions,compressor RPM and water temperature change.It was found that the coefficient of performance reached its maxim of215when R22’s molar component was about75%.If only the water temperature difference in evaporatorΔT E increased,the heating and refrigerating capacity all decreasd.However,the heating and refrigerating capacity all increased with water temperature difference in condenserΔT C.Frequency of compressor had little influence on heat pump’s CO P and working fluid’s(R22/R141b)composition if the compositions and working condition remained unchanged.K eyw ords　mixtures,heat pump,non-azeotropic引　言大量低品位能源如太阳能、中低温地热能等常被忽略,有些低品位能源直接排放不仅造成极大的浪费,而且会给环境带来有害热污染,比如工业余热(化工厂,发电厂)、机车尾气等.目前50～80℃范围的热能可以直接用作制冷机(吸附,吸收制冷)的驱动源或用来进行加热、干燥等,而30～50℃范围的热能尚无成熟高效的利用手段,高温热泵是其中较为可行的技术方案之一.2000-10-16收到初稿,2001-01-05收到修改稿.联系人:樊栓狮.第一作者:李廷勋,男,32岁,现在上海交通大学制冷与低温工程研究所读在职博士,讲师.基金项目:国家重点基础研究规划项目资助(No.G2*******).祝慧工程师参与了部分试验工作,谨此致谢.R eceived d ate:2000-10-16. Corresponding author:FAN Shuanshi. 高温热泵的开发研究一直是热泵应用领域中的一个重要分支,如日本的Akio Miyara 1993年以R22/R114为工质进行了实验(冷凝器入水温度40℃,出水温度60℃,蒸发器进口水温30℃,出口10℃)[1];1996年南非的Leon Liebenberg 等将R22/R142b 用作热水热泵的工质来提供60℃热水[2];Kazo Nakatani 等对以R22/134a 、R22/R152a 、R22/R142b 、R22/R123做工质冷凝温度为70℃的热泵性能进行了测试[3];1996年W.Vance Payne 等对用R32/R290、R32/R152a 、R290/R600a 做工质的热泵制冷制热性能进行了测试[4].高温热泵的关键是工质,因为当热泵运行在高温工况时传统的热泵工质(如R22)不能满足要求,普遍认为非共沸混合物是较为理想的选择.与纯质相比混合物的优点是:①利用高温工质的低压特性改善运行条件;②利用相变时的变温特性和混合物组成随温度压力变化而变化的特征提高热泵循环效率.非共沸工质热泵系统的主要技术问题是解决系统传热效率的降低以及泄漏问题[4].为了达到从低品位能源(30～50℃)中提取热量用作工业加热或集中供暖的目的,本次实验研究的工况定为蒸发器进水温度40℃,冷凝器端进水温度70℃,出水温度80℃(目前尚未见到发表提供80℃热水的高温热泵实验数据).显然纯质R22已经不能满足要求,为了满足压缩比≤8,最大压力≤215MPa ,选用R22/R141b 作为工质,它们的主要物理性质见表1.1　实验装置本次实验设计为水源压缩式热泵,压缩机采用法国泰康公司R22全封闭式活塞压缩机(TACHON AE5031),系统原理见图1.为了改善采用非共沸混合物后换热性能的下降,蒸发器和冷凝器都由同轴嵌套的两根铜管组成套管式逆流换热器,内管为表面经过加工的强化换热管,内管内流体为R22/R141b ,内管与外管之间的流道中的流体为热(冷)媒水,内管外径01019m ,内径01016m ,冷凝器上布置了5对热电偶和2个压力传感器.除了温度外,还通过传感器测量了压力、流量、压缩机功率、频率及系统中混合物的组成,传感器的性能见表2所示.为了能够实现蒸发器端进水温度40℃冷凝器端进水温度70℃,在冷水及热水端必须加温控系Fig 11　Scheme of experimental system1—compressor ;2—oil separator ;3—condenser ;4—liquid receiver ;5—heat exchanger ;6—evaporator ;7—vapor -liquid separatorT able 1　Properties of R 22and R 141bProperties Normal boiling point/℃Critical temperature/℃Molecule mass/kg ・mol -1Saturation pressure (15℃)/MPa Flammability R22-40184961008614801791no R141b3210520411711619401054no Note :R22’s data is from reference[6],R141b ’s data is from reference [7].T able 2　Properties of sensorsVariables Temperature Pressure Flux Power Frequency Composition Data logger devicethermocouplepressure turbine electric transducer gasdata (U 1S 1A )transducer flowmeter variables (Japan )chromatograph logger (China )andmeasuring (U 1S 1A )(U 1S 1A )cymometer device (China )(China )type T (copper -1151Lw -10Y8831EVS616P5HP6890AHPconstantan )(capacitive )(YASKAWA )3054A accuracy <1%±0125%of ±015%of±1W±011Hz ±104<±011%calibrated calibrated mV ・ml ・mg -1rangerange・345・　第53卷第5期李廷勋等:非共沸混合工质R22/R141b 高温热泵实验研究 T able 3　Experimental results with different compositionsF /HzX R22p E /MPap C /MPaT C ,in /℃T E ,in /℃T H E ,in /℃T H C ,in /℃T H C ,out /℃Q H /kWCO PS905160012901217401765410116921195411517016779166213171167S81426001410124580182839618522133411817014680108211191137S822260015801395611374611212422110401106915480136412631199S831260017301429711525811110921116411876911580106511552121S901360017501473211819911810920143411216915680181617582157S904260017801630421025711311921123391677018180152518322112统,设计水系统如图2所示.Fig 12　Scheme of water system系统组分的取样及分析原理如图3所示,当系统内外工况稳定后,启动数据采集仪进行数据的采集和存取,每次同时取两瓶样,两瓶样品结果相差应不超过1%.Fig 13　Scheme of sampling and analyzing system2　实验结果为了分析热泵性能随混合物组分不同的变化,在蒸发器入水温度,冷凝器端进水温度和出水温度相同的前提下,进行了不同R22组成的热泵整机实验,实验结果如表3. 从表3可以看出在R22摩尔含量为75%时,系统达到最大制热效率,在R22含量较少时制热量也很小,原因可能是R141b 的容积制热量比R22要小,而实验用的是R22压缩机,造成总的制热量减少.文献[3]中给出了几组混合工质在相同制热量,冷凝温度为70℃(没有说明蒸发温度)条件下的结果如表4所示.性能系数CO P 的结果与本次实验比较吻合,其排气压力明显要高.T able 4　Experimental results of reference [3]F /Hz X R22Q H /kW p suc /MPa p exh /MPaCO PR22/R134a 9350/502141014221552113R22/152a 10162/382140013721312114R22/R142b 9575/252141014021452113R22/R1239587/132139014221552103R22/R1149570/302139014121472101R22791002139015321942103为了分析压缩机转速对系统性能的影响,在同一混合物组成时,分别调整压缩机电机输入频率为40、50、60Hz ,实验结果见表5,从表中数据看,压缩机的转速对组成影响很小,而CO P 随频率的加大有很微弱(不明显)的上升.与纯质相比混合物的传热效果下降,但同时由于相变时的变温特性使系统运转效率提高[5],在同一初始充灌比,冷凝器出口(80℃)及蒸发器进口(40℃)水温度不变前提下,改变热(冷)媒水温升T able 5　Experimental results with different frequencyNo.F /HzX R22p E /MPap C /MPaT C ,in /℃T E ,in /℃T H E ,in /℃T H C ,in /℃T H C ,out /℃Q H /kWCO PS8161400161013988111591941752114441121691857916511683117825001600138331117819912522112381236910679151219431181360015901358811166810215621172371866917179196410381189S831140017401512811562710812222161421626917379186510122121250017401550411562911116820117401287013179165511342104360017301550611525811110921117411876911580106511552121S901140017501560811847710814220102411157114380125412892113250017501619411958011415020191391487010279135517512142360017501498811819911810920143411216915680181617582157・445・化工学报 2002年5月　T able6　Experimental results with different heat fluent(w ater)temperature difference(ΔT) F/Hz X R22p E/MPa p C/MPa T C,in/℃T E,in/℃T H E,in/℃ΔT E/℃T H C,in/℃ΔT C/℃Q H/k W CO PS90445001790161241192791121972017540154141596915610120510111187 S904350017801630321025711311921124391389152701619191512821192 S904150017401560211982911612020147381886105691999184513562107 S9042500178016038119194113163201263917861326517914115613692138(降),得到实验结果如表6所示.从实验结果可以发现,其他条件不变,随着蒸发器冷媒水ΔT的增大,制冷制热量都会下降,但是制热量下降比较缓慢,没有制冷量剧烈;如果保持热水出水温度不变(80℃),增大冷凝器热媒水ΔT,制冷制热量都会上升.3　结　论(1)采用R22/R141b作为高温热泵的工质后,改善了系统的压力特性,在所规定的工况下,能达到p max<215MPa,压缩比<8,满足压缩机的使用要求.(2)在冷水入口温度40℃,热水入口温度70℃,出口温度80℃的前提下,当R22的摩尔组成为75%时,热泵能获得2157的最大制热CO P.(3)压缩机的频率对R22/R141b作为工质的高温热泵运转性能系数CO P及系统中的混合物组成影响不大.(4)其他条件不变,随着蒸发器冷媒水ΔT的增大,制冷制热量都会下降;保持热水出水温度不变(80℃),增大冷凝器热媒水ΔT,制冷制热量会上升.符号说明 CO P———系统运转系数F———频率,Hzp———压力,MPa Q———热量,kWT———系统内工质温度,℃T H———换热器内水温度,℃X———摩尔组成ΔT———换热器内水的温升,℃下角标C———冷凝器E———蒸发器exh———排气H———制热in———进口out———出口suc———吸气R eferences1Akio Miyara,Shigeru K oyama,Tetsu Fujii.Int.J.Ref rig., 1992,15(1):35—402Leon Liebenberg,Josua P Meyer.A S HA R E T rans.,1998,104(1):418—4293Kazuo Nakatani,Mitsuhiro Ikoma,K oji Arita,Yuji Y oshida.N ational Technical Report,1989,35(6):12—164Vance Payne W,Piotr A,Domanski,Jaroslaw Muller.NISTIR report(No.6330),19965Mulroy W J,Domanski P A,Didion D A.Int.J.Ref rig., 1994,17(4):220—2306ASHRAE committee.ASHRAE Handbook.Atlanta:ASHRAE Inc.,1989.17.147Defibaugh,Dana R,G oodwine,Anthong R H,Morrision, Graham,Webber,Lioyda.Fl ui d Phase Equilibria,1993,85: 271—284・545・　第53卷第5期李廷勋等:非共沸混合工质R22/R141b高温热泵实验研究。

以ZHR02为制冷剂的中高温热泵实验研究

达到８ ℃ 以上。Ｇａｆｎｏ比较了几种工质，５ｉｒｃｎａ
励使用可再生能源和热回收。中高温热泵作为一种高效节能、清洁环保并符合可持续发展战略的能源开发和节能技术，泛应用在地热尾水、油广石开采和输送以及化工、品、铁、药等行业的食钢制工艺流程中。中高温热泵可利用２６￣５～０Ｃ的废
Ｚｅｇｈｕ４００，ｈｎｈｎｚｏ３０３Ｃｉａ）
Ａｂｔａｔｈｅｍｉｔｒｅｒｇｒｎｏｄｒｔｌｉｈｔｍｐｒｔｒｅｔｐｍｐｈｓｃｍｐｅｅｓｖｅｆｒｎｅｉｕｈｓｒｃ：Ｔｅｎｗｘｕｅｒｆｅａｔｆｒｍｏｅａｅｙｈｓｅｅａｕｅｈａｕａｏｒｈｎｉｅｐｒｏｍａｃｎｓｃｉａｐｃｓａｅｒｇｒｎｉｒｓｌａｉｔ，ｔｅｏｙａｃｐｏｅｔｅ，ｍａｅａｏａｉｉｔｓｅｔｒｆｅａｔｏｌｅｏｖｂｌｙｈｒｄｎｍｉｒｐｒｓｓｉｉｍｉｔｒｌｃｍｐｔｌｙ，ａｄｅｖｒｎｎａｎｅｅ，ｅｎｐｌｉｂｉｎｎｉｍｅｔｉｄｘｓｂｉｇａｐｉｏｌ — ｃｂｅｔｄｒｔｌｉｈｔｍｐｒｔｒｅｔｕ．Ｔｅａｔｌａｅｐａｍｏｅａｅｙｈｇｅｅａｕｅｈａｕｙｔｍｎｘａｌｏｍｏｅａｅｙｈｇｅｅａｕｅｈａｍｐｈｒｃｅｈｓｓｔｕｄｒｔｌｉｈｔｍｐｒｔｅｔｐｍｐｓｓｅａｄｅ — ｐｉｒ

新型高温热泵混合工质替代R245fa的性能研究

第54卷第5期2023年9月太原理工大学学报J O U R N A L O F T A I Y U A N U N I V E R S I T Y O F T E C HN O L O G YV o l .54N o .5S e p.2023 引文格式:冯彪,张昭,简琳睿,等.新型高温热泵混合工质替代R 245f a 的性能研究[J ].太原理工大学学报,2023,54(5):941-949.F E NG B i a o ,Z HA N G Z h a o ,J I A N L i n r u i ,e t a l .S t u d y o n t h e p e r f o r m a n c e o f n e w h i g h t e m p e r a t u r e h e a t p u m pm i x t u r e s a s a l t e r n a t i v e s t o R 245f a [J ].J o u r n a l o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,2023,54(5):941-949.收稿日期:2022-12-22;修回日期:2023-03-17基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(52106024);山西省基础研究计划青年科学研究项目(20210302124447);中国博士后基金资助项目(2022M 722343) 第一作者:冯彪(1992-),博士,讲师,硕士生导师,主要从事环保工质替代,工质可燃性及其抑制,制冷热泵技术等方面的研究,(E -m a i l )f e n g b i a o @t yu t .e d u .c n 新型高温热泵混合工质替代R 245f a 的性能研究冯彪,张昭,简琳睿,赵贯甲,马素霞(太原理工大学电气与动力工程学院,循环流化床高效清洁燃烧与利用山西省重点实验室,太原030024)摘要:ʌ目的ɔ目前能源供需矛盾日益加剧,高温热泵作为一种节能减排技术,可以将大量低品位余热提升为高品位能量加以利用㊂合适的工质对系统性能的提升至关重要㊂ʌ方法ɔ提出了5种环保热泵工质:R 1233z d (E )/R 1234z e (Z )(0.15:0.85),R 600a /R 1233z d (E )(0.70:0.30),R 600a/R 1233z d (E )/R 600(0.01:0.15:0.84),R 600a /R 1233z d (E )/环氧乙烷(0.34:0.01:0.65)和R 1233z d (E )/R 1234z e (Z )/R 245c a /R 600a (0.39:0.58:0.01:0.02).比较了新工质与现有工质R 245f a 在基础热物性㊁循环性能和安全性等方面的性能㊂ʌ结果ɔ对于基础热物性,所提出的5种替代工质在黏度㊁比定压热容㊁导热系数和冷凝热等参数方面均优于R 245f a ,且环保性能突出;对于循环性能,在冷凝温度110ħ工况下,替代工质性能系数(C O P )与R 245f a 接近,单位容积制热量分别是R 245f a 的111%,144%,125%,144%和108%;用基团贡献法对新工质的可燃性进行预测,结果表明,R 1233z d (E )/R 1234z e (Z )(0.15:0.85)㊁R 600a /R 1233z d (E )(0.70:0.30)和R 1233z d (E )/R 1234z e (E )/R 245c a /R 600a (0.39:0.58:0.01:0.02)预估为不可燃混合物㊂ʌ结论ɔ5种工质都具有替代R 245f a 的潜力,推荐选择R 1233z d (E )/R 1234z e (Z )(0.15:0.85),其综合性能良好㊂关键词:热泵;工质;循环性能;可燃性;全球变暖潜能中图分类号:T K 11 文献标识码:AD O I :10.16355/j .t yu t .1007-9432.2023.05.023 文章编号:1007-9432(2023)05-0941-09S t u d y o n t h e P e r f o r m a n c e o f N e w H i g h T e m pe r a t u r e H e a t P u m p Mi x t u r e s a s A l t e r n a t i v e s t o R 245f a F E N G B i a o ,Z H A N G Z h a o ,J I A N L i n r u i ,Z H A O G u a n ji a ,M A S u x i a (S h a n x i K e y L a b o r a t o r y o f C l e a n a n d H i g h E f f i c i e n t C o m b u s t i o n a n d U t i l i z a t i o n o f C i r c u l a t i n g Fl u i d i z e d B e d ,C o l l e g e o f E l e c t r i c a l a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ,T a i y u a n U n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ,T a i yu a n 030024,C h i n a )A b s t r a c t :ʌP u r p o s e s ɔA t p r e s e n t ,t h e c o n t r a d i c t i o n b e t w e e n e n e r g y s u p p l y a n d d e m a n d i s i n -c r e a s i n g l y i n t e n s i f y i n g ,a n d h i g h -t e m p e r a t u r e h e a t p u m p s ,a s a n e n e r g y -s a v i n g a n d e m i s s i o n -r e -d u c t i o n t e c h n o l o g y ,c a n u p g r a d e a l a r g e a m o u n t o f l o w -g r a d e w a s t e h e a t t o h i g h -g r a d e e n e r g yf o r u t i l i z a t i o n .ʌM e t h o d s ɔF i v e e n v i r o n m e n t a l l y f r i e n d l y h e a t p u m p w o r k i ng f l u i d s a r e p r o po s e d ,R 1233z d (E )/R 1234z e (Z )(0.15:0.85),R 600a /R 1233z d (E )(0.70:0.30),R 600a /R 1233z d (E )/R 600(0.01:0.15:0.84),R 600a /R 1233z d (E )/e t h yl e n e o x i d e (0.34:0.01:0.65),a n d R 1233z d Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(E)/R1234z e(Z)/R245c a/R600a(0.39:0.58:0.01:0.02).T h e p e r f o r m a n c e o f t h e n e w w o r k i n g f l u i d a n d t h e e x i s t i n g w o r k i n g f l u i d R245f a i s c o m p a r e d i n t e r m s o f b a s i c t h e r m o p h s i c a l p r o p e r-t i e s,c y c l e p e r f o r m a n c e,a n d s a f e t y.ʌF i n d i n g sɔT h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e f i v e a l t e r n a t i v e w o r k-i n g f l u i d s p r o p o s e d a r e s u p e r i o r t o R245f a i n t e r m s o f v i s c o s i t y,c o n s t a n t p r e s s u r e s p e c i f i c h e a t, t h e r m a l c o n d u c t i v i t y,a n d c o n d e n s a t i o n h e a t,a n d h a v e o u t s t a n d i n g e n v i r o n m e n t a l p e r f o r m a n c e.F o r t h e c y c l e p e r f o r m a n c e,u n d e r t h e c o n d i t i o n o f c o n d e n s i n g t e m p e r a t u r e o f110ħ,t h e a l t e r n a-t i v e w o r k i n g f l u i d C O P i s c l o s e t o R245f a,a n d t h e u n i t v o l u m e o f h e a t p r o d u c t i o n i s111%, 144%,125%,144%,a n d108%o f R245f a,r e s p e c t i v e l y.T h e g r o u p c o n t r i b u t i o n m e t h o d i s u s e d t o p r e d i c t t h e f l a mm a b i l i t y o f t h e n e w w o r k i n g f l u i d,a n d t h e r e s u l t s s h o w t h a t R1233z d(E)/ R1234z e(Z)(0.15:0.85),R600a/R1233z d(E)(0.70:0.30),a n d R1233z d(E)/R1234z e(E)/ R245c a/R600a(0.39:0.58:0.01:0.02)a r e e s t i m a t e d t o b e n o n-f l a mm a b l e m i x t u r e s.ʌC o n c l u-s i o n sɔA l l t h e f i v e w o r k i n g f l u i d s h a v e t h e p o t e n t i a l t o r e p l a c e R245f a,a n d R1233z d(E)/R1234z e (Z)(0.15:0.85)i s t h e m o s t r e c o mm e n d e d,w h i c h h a s g o o d c o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c e.K e y w o r d s:h e a t p u m p;w o r k i n g f l u i d s;c y c l e p e r f o r m a n c e;f l a mm a b i l i t y;GW P能源是经济和社会发展的基础㊂我国已经进入了高质量发展阶段,需要高质量能源体系的支撑,但目前我国能源利用率远低于发达国家,这也意味着我国经济发展与能源短缺局面呈正相关㊂能源消耗过程中,我国工业能源消耗约占全国能源消耗总量的70%,而工业能源利用率低于世界平均水平,加工工业消耗的能源有50%以上转变为废气和废水形式的余热[1],因此我国中低温热源资源丰富㊂我国已将余热利用工程作为‘节能中长期发展专项规划“中十大重点节能工程之一㊂目前我国节能措施中技术节能占比67.6%,提高技术节能是国家重点发展方向[2],而热泵可利用余热使其变为高品位热能,是节约能源㊁提高能源利用率的一种有效技术措施[3],对其工作性能的研究有重要意义㊂热泵性能的影响因素众多,其中工质循环性能对其影响最大㊂近些年国际社会对工质的环保性要求越来越高, 2019年12月,欧盟委员会正式发布了‘欧洲绿色协议“,提出到2050年欧盟温室气体达到净零排放并且实现经济增长与资源消耗脱钩[4]㊂2021年4月,在中法德领导人视频峰会上,我国已决定接受‘蒙特利尔议定书基加利修正案“,加强氢氟烃类(H F C s)等非二氧化碳温室气体管控[5]㊂这些政策都表明国际社会对热泵工质的环保性将提出更严格要求,因而寻找环保性突出且综合性能优良的工质迫在眉睫㊂适用于高温热泵系统的工质参数[6-7]如表1所示,其中R142b与R114热力性能良好,化学性质稳定,但对臭氧层有破坏作用,根据‘蒙特利尔议定书“,此类物质在2030年将被完全禁用[8]㊂R245f a 具有臭氧消耗潜能(O D P)值为0㊁循环性能良好㊁压缩比低等诸多优点,但其全球变暖潜能(GW P)值较高,属于‘基加利修正案“中被管控工质[9]㊂相对于R245f a,R1233z d(E)具有更低的GW P值,且在热源温度为120ħ时循环效率高7.03%,但其换热特性较差[10]㊂R600a和R600循环性能很好,但具有很强的可燃性,不利于系统安全运行,难以单独作为替代工质[8,11]㊂R245c a的C O P(制冷效率)高于R245f a,且排气温度低,但其GW P(全球变暖潜能值)值较高,可作为混合工质的一种组分平衡混合工质性能[12]㊂环氧乙烷循环性能和换热性能良好,且环氧乙烷(C2H4O)分子式与二甲醚(C2H6O)相似,二甲醚GW P值为1,本文假设环氧乙烷的GW P值也为1.表1高温热泵工质物性参数[6-7]T a b l e1 P a r a m e t e r s o f w o r k i n g f l u i d u s e d i n h e a t p u m p s 工质分子质量/(k g㊃k m o l-1)t c/ħp c/M P a t b/ħO D PGW P(100a) R600a58.12134.663.63-11.75020 R245f a134.05153.863.6515.050858 R114170.92145.683.263.590.8508590 R1233z d(E)130.50166.453.6218.26ʈ01 R142b100.50137.114.06-9.120.0571980 R1234z e(Z)114.04150.123.539.730<1环氧乙烷44.05195.803.7010.5101 R245c a134.05174.423.9425.260716 R152a66.05113.264.52-24.020138 R60058.12151.983.80-0.4904目前,国内外已经对热泵多元混合替代工质进行了大量的研究㊂胡晓微等[13]研究了R134a/ R245f a在不同组分下蒸发温度的改变对循环性能的影响,结果表明工质选用R134a/R245f a(80%ʒ20%)具有显著优势,但其环保性很差㊂孙利豪[14]249太原理工大学学报第54卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.将R134a㊁R245f a㊁R1234z e㊁R134a/R245f a以及提出的环保混合工质R1234z e/R245f a在同一冷凝温度下进行对比,发现R1234z e/R245f a循环性能良好,但其排气温度较高㊂C A R L O S[15]分析了H C F O-1224y d(Z)㊁H C F O-1233z d(E)和H F O-1336m z z(Z)替代R245f a应用在高温热泵中的可行性,发现C O P均提升20%以上,但3种工质的单位容积制热量很低,导致更大的压缩机功率和体积㊂Z H A N G e t a l[16]在蒸发温度70~80ħ和冷凝温度110~130ħ的工况下,对工质B Y-5进行热泵性能研究,发现其循环性能良好,且在冷凝温度135ħ下仍可运行㊂上述研究主要关注的是循环性能比较,而实际中替代工质的优选需要考虑多方面因素,比如基础热物性和可燃性等,它们同样决定着系统的高效安全运行㊂综合平衡多种因素见图1,对基于高温热泵工质进行优选,本文提出了5种基础热物性和循环性能优良的新型工质,优选标准为在冷凝温度80ħ的高温工况下单位容积制热量在3000k J/m3以上[17],为保证良好性能,C O P是R245f a的90%以上,5种新型工质分别为二元混合工质R T Y U T-1和R T Y U T-2,三元混合工质R T Y U T-3和R T Y U T-4,四元混合工质R T Y U T-5,具体组分比例及基本物性见表2.热泵工质选择定压比热环保性气化潜热导热性制热量COP冷凝压力排气温度可燃性流动性图1热泵工质选择原则F i g.1 S e l e c t i o n p r i n c i p l e o f h e a t p u m p w o r k i n g f l u i d表2替代工质基础物性及环保性能参数T a b l e2 B a s i c p h y s i c a l p r o p e r t i e s a n d e n v i r o n m e n t a l p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s o f s u b s t i t u t e w o r k i n g f l u i d s新工质组元及质量比例分子质量/(k g㊃k m o l-1)t c/ħp c/M P a O D P GW P(100a) R T Y U T-1R1233z d(E)/R1234z e(Z)(0.15:0.85)116.24118.483.7701R T Y U T-2R600a/R1233z d(E)(0.70:0.30)67.05134.903.59015.44R T Y U T-3R600a/R1233z d(E)/R600(0.01:0.15:0.84)63.39150.933.7603.71R T Y U T-4R600a/R1233z d(E)/环氧乙烷(0.34:0.01:0.65)48.35166.325.7407.46R T Y U T-5R1233z d(E)/R1234z e(Z)/R245c a/R600a(0.39:0.58:0.01:0.02)117.74132.253.8808.53为了研究新工质替代R245f a的潜力,模拟分析比较了新工质与R245f a在基础热物性方面的差别,并比较了新工质在C O P㊁单位容积制热量㊁排气温度㊁冷凝压力和温度滑移等循环特性的差别,对新工质的可燃性进行估算,为指导工质的安全使用提供参考㊂1基础热物性工质的热物性参数影响工质的流动和换热过程,为研究新工质的替代性能,本文对所提出的工质的热物性参数进行理论分析,主要包括比定压热容㊁冷凝热等热力参数和液体黏度㊁密度和导热系数等物性参数㊂显热作为冷凝器换热的一部分,比定压热容直接影响放出的显热,比定压热容越大,过热蒸汽降低相同的温度所放出的热量越多㊂从图2中可以看出,在70~110ħ范围内,R T Y U T-2㊁R T Y U T-3和R T Y U T-4的比定压热容显著高于R245f a,在110ħ时,分别是其232.8%㊁193.1%和165.7%,可能原因是其组分中含有比定压热容较高的工质R600a 和R600.R T Y U T-1和R T Y U T-5的比定压热容也略高于R245f a,分别是R245f a的100.5%和101%以上,但对比上述3种混合工质相对较小,可能原因是含有低比定压热容组分R1233z d(E)较多㊂液体黏度会影响工质的流动状态,工质在管道内流动阻力大,同时黏度越大,工质在管中的热边界层就越厚,换热越差㊂从图3(a)中可以看出, R245f a的黏度最大,热边界层最厚,R600a黏度最小,热边界层最小,5种替代工质从R T Y U T-1到R T Y U T-5的液体黏度依次是R245f a的72.7%㊁44.7%㊁52.1%㊁79.5%和72.9%,相比于传统工质R245f a换热能力都具有显著优势㊂349第5期冯彪,等:新型高温热泵混合工质替代R245f a的性能研究Copyright©博看网. All Rights Reserved.R245faR1233zd （E ）R600R600a环氧乙烷R1234ze （Z ）2.62.42.22.01.81.61.41.21.00.8相对定压比热708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -1RTYUT -42.32.22.12.01.91.81.71.61.51.00.9相对定压比热708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -2RTYUT -5RTYUT -3R245fa（a ）（b ）图2 相对定压比热随温度的变化关系F i g .2 R e l a t i v e c o n s t a n t p r e s s u r e s pe c if i c h e a t a s a f u n c t i o n o f t e m pe r a t u r e 在冷凝换热过程中,液膜的导热系数会影响热量传递[18],液态工质的导热系数越大,促进传热越好㊂从图3(b )可以看出,R T Y U T -3和R T Y U T -4导热系数远高于工质R 245f a ,分别是其115%和144%以上,其余3种替代工质由于低导热系数组分R 1233z d (E )含量较高且无高导热系数组分R 600和环氧乙烷,导致混合工质导热系数相对较低,其值与R 245f a 接近㊂液体密度大,液膜的厚度越小,有利于传热过程的进行[19]㊂从图3(c )可以看出,R 1233z d (E )和R 1234z e (Z )的密度在R 245f a 的85%以上,R T Y U T -1和R T Y U T -5组分中含上述两种工质较多,导致其密度也在R 245f a 的85%以上,110ħ时,5种替代工质从R T Y U T -1到R T Y U T -5的相对液体密度分别是R 245f a 的89.1%㊁45.0%㊁44.2%㊁60.1%和87.1%.冷凝热的大小代表单位质量工质冷凝时所放出的潜热,冷凝热越大,放热能力也就越强㊂混合工质冷凝热的计算方法是由单工质冷凝热质量加权计算得来㊂从图4中可以看出,5种工质的冷凝热都高于R 245f a ,因R 600和R 600a 冷凝热较大,除R T Y U T -1和R T Y U T -5是R 245f a 的106%以上外,其余替代工质是其150%以上,对于R T Y U T -1和R T Y U T -5其组分R 1233z d (E )和R 1234z e (Z )冷凝热与R 245f a 接近,导致其冷凝热与R 245f a 接近㊂RTYUT -1RTYUT -51.00.90.80.70.60.50.4相对液体黏度708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -2R245fa RTYUT -3R600RTYUT -4环氧乙烷R1233zd （E ）R600a R1234ze （Z ）（a ）RTYUT -1RTYUT -51.81.61.41.21.0相对液体导热系数708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -2R245fa RTYUT -3R600RTYUT -4环氧乙烷R1233zd （E ）R600aR1234ze （Z ）（b ）RTYUT -1RTYUT -51.00.90.80.70.60.50.40.3相对液体密度708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -2R245fa RTYUT -3R600RTYUT -4环氧乙烷R1233zd （E ）R600a R1234ze （Z ）（c ）图3 液体特性随温度的变化F i g .3 V a r i a t i o n o f l i q u i d c h a r a c t e r i s t i c s w i t h t e m pe r a t u r e 环保性是选取工质的重要因素,为表明新工质的优良环保性能,与传统工质R 245f a ㊁R 245c a 和R 152a 进行对比,新工质的O D P 值都为0,由图5可知,新工质的GW P 值均小于20,且远小于R 245f a 的GW P 值,环保性良好㊂本节对新工质的基础热物性进行理论分析,发现所提出的5种新工质除密度外,黏度㊁定压比热㊁449太原理工大学学报第54卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.导热系数和冷凝热等参数在流动和换热方面相较于R 245f a 具有一定优势㊂RTYUT -1RTYUT -43.02.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.8相对冷凝热708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -2RTYUT -5RTYUT -3R245fa图4 相对冷凝热随温度变化规律F i g .4 V a r i a t i o n o f r e l a t i v e c o n d e n s a t i o n h e a t w i t h t e m pe r a t u r e 1 000800600400200G W PR T YU T -115.44R T Y U T -2R T Y U T -3R T Y U T -4R TY U T -5R 600aR 245f a R 245c a R 152a 13.717.468.5320138716858图5 工质GW P 值对比F i g .5 C o m p a r i s o n o f GW P v a l u e s o f w o r k i n g fl u i d s 2 循环性能2.1 热泵原理及计算模型热泵系统是利用少量的电能就可以获得较大的供热量㊂图6为热泵循环的原理图,其中实际循环为1-2-a -b -c -3-4-5-1,为计算方便往往做如下假设:1)忽略蒸发器和冷凝器中流体流动过程中的压降㊂2)压缩过程不是等熵过程,存在等熵效率,且忽略吸排气时的吸气损失和排气损失㊂3)节流过程为绝热节流㊂4)忽略系统与环境的热损失㊂本文理论循环分析采用的是简化后的循环为2'-3ᵡ-4'-5-2',性能参数计算方法为:压缩结束的焓值:h 3ᵡ=h 2'+h 3'-h 2'ηs .(1)lg phba c3211′2′3′3″44′5图6 热泵循环原理图F i g .6 H e a t p u m p c y c l e s c h e m a t i c d i a gr a m 单位质量制热量:q h =h 3ᵡ-h 4'.(2)单位容积制热量:q v =q hv 2'.(3)实际压缩功:w =h 3ᵡ-h 2'.(4)C O P 值:C O P =q hw.(5)式中:ηs 为等熵效率,本文假设ηs 取为0.8;h 2'为压缩机入口焓值,k J /k g,其值由蒸发压力与过热温度下的等温线交点的焓值确定;h 3'为等熵压缩结束点的焓值,k J /k g ,其值由冷凝压力下的等压线与2'的等熵线的交点焓值确定;h 3ᵡ为实际压缩过程焓值,k J /k g ;h 4'为过冷状态点的焓值,k J /k g ,其值由冷凝压力与过冷温度下的等温线的交点的焓值确定;v 2'表示进压缩机时的比体积,m 3/k g.2.2 循环性能比较本文对优选替代工质与传统工质R 245f a ㊁R 600㊁环氧乙烷㊁R 600a 和环保工质R 1233z d (E )㊁R 1234z e (Z )的循环特性进行比较㊂研究工况的确定依据:基于工业废水的温度一般在20~70ħ,本文选择蒸发温度为50ħ[17],高温热泵要求其出水温度在65ħ以上,本文选择其冷凝温度在70~110ħ的范围内变化,过热度和过冷度均取5ħ,研究的性能参数包括C O P ㊁单位容积制热量㊁排气温度㊁冷凝压力和温度滑移㊂本文基于2.1中理论计算模型,采用E X C E L调取R E F P R O P 10中不同组元工质的基本物性参数,在上述设定工况下进行理论循环分析㊂R E F -549 第5期冯彪,等:新型高温热泵混合工质替代R 245f a 的性能研究Copyright ©博看网. All Rights Reserved.P R O P 是基于目前可用的精确纯流体和混合流体模型㊂混合物计算采用混合规则适用的混合物组分亥姆霍兹能量模型,它使用偏离函数来说明与理想混合的偏离[7]㊂所有性能比较均以同工况下R 245f a参数为基准㊂C O P 值越大,意味着在相同的制热条件下,所消耗的电能越少㊂从图7中可以看出,在冷凝温度大于85ħ时,工质R T Y U T -1和R T Y U T -4的C O P 值优于R 245f a ,且R T Y U T -4替代优势最大,110ħ时C O P 分别可提升2.5%和10%.冷凝温度在70~100ħ范围内变化时,R T Y U T -3和R T Y U T -5的C O P 亦在R 245f a 的94%以上㊂在冷凝温度70ħ时,工质R T Y U T -5的C O P 值最小,而R 1233z d (E )和R 1234z e (Z )的C O P 在R 245f a 的100.5%以上,R T Y U T -1和R T Y U T -5两种混合工质中组元R 1233z d (E )和R 1234z e (Z )含量都很大,对比R T Y U T -1,R T Y U T -5的C O P 值小的原因是少量的R 600a 和R 245c a 的加入改变了其循环特性,使其C O P 值对温度的依赖关系增强,且在低冷凝温度下对C O P 值降低显著,不过也在R 245f a 的89.1%以上㊂其余所有替代工质在70ħ与R 245f a 的C O P 都非常接近,R T Y U T -2的相对C O P 值随冷凝温度的增加逐渐减少,在110ħ时达到R 245f a的89.7%.1.201.151.101.051.000.950.90相对C O P 708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -1RTYUT -2RTYUT -3RTYUT -4RTYUT -5R245faR600环氧乙烷R1233zd （E ）R600a R1234ze （Z ）图7 相对C O P 随冷凝温度的变化F i g .7 R e l a t i v e C O P a s a f u n c t i o n o f c o n d e n s a t i o n t e m pe r a t u r e 单位容积制热量影响着压缩机尺寸,在相同的换热条件下,单位容积制热量越大,压缩机的尺寸越小[20],同时对于可燃工质,高容积制热量也意味着可充入更少的工质来满足换热要求,间接减少工质可燃带来的危险㊂从图8中可以看出除R 1233z d (E )外,其余纯工质单位容积制热量值都较R 245f a 高,而所有替代工质中R T Y U T -2和R T Y U T -5的R 1233z d (E )的含量较高,但R T Y U T -2其单位容积制热量超过其组分的任何一种,可知将R 600a 与R 1233z d (E )混合具有增强单位容积换热量的优势;而R T Y U T -5其单位容积换热量介于R 1233z d (E )与R 1234z e (Z )之间,且更偏向于组分更大的R 1234z e (Z ).5种替代工质的单位容积制热量都高于R 245f a ,在冷凝温度为110ħ时,R T Y U T -1到R T Y U T -5的单位容积制热量值分别是R 245f a 的110.7%㊁143.9%㊁124.5%㊁144.2%和108.2%.RTYUT -1RTYUT -2RTYUT -3RTYUT -4RTYUT -51.61.51.41.31.21.11.00.90.8相对单位容积制热量708090100110冷凝温度/ ℃R245fa R600环氧乙烷R1233zd （E ）R600aR1234ze （Z ）图8 相对单位容积制热量随冷凝温度的变化F i g .8 V a r i a t i o n o f r e l a t i v e u n i t v o l u m e h e a t i n gw i t h c o n d e n s a t i o n t e m pe r a t u r e 排气温度由循环过程冷凝压力与压缩机出口焓值的交点确定,过高的排气温度不仅会降低润滑油的黏度,加速部件的磨损,严重时甚至会导致润滑油分解[21],并且会影响压缩机温度系数,导致吸气量减少㊂一般要求热泵排气温度低于130ħ,从图9中可以看出,除R T Y U T -4外其余工质排气温度都满足要求,远小于130ħ,具有向更高冷凝温度发展的潜力㊂R T Y U T -4的排气温度最高,且在冷凝温度超过105ħ时,其排气温度超过130ħ,R T Y U T -4可在冷凝温度相对较低或在压缩机能适应更高温度的情况下使用㊂RTYUT -1RTYUT -2RTYUT -3RTYUT -4RTYUT -5R245fa160150140130120110100908070排气温度/ ℃708090100110冷凝温度/ ℃R600环氧乙烷R1233zd （E ）R600a R1234ze （Z ）图9 排气温度随冷凝温度的变化情况F i g .9 C h a n g e o f e x h a u s t t e m pe r a t u r e w i t h c o n d e n s a t i o n t e m pe r a t u r e 649太原理工大学学报第54卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.冷凝压力过高对系统部件的要求越高,压力要在系统的承受范围内,一般要求冷凝压力要小于2.5M P a [22].从图10中可以看出,在冷凝温度小于110ħ时,所有工质的冷凝压力都小于2.5M P a,除R T Y U T -2外其余替代工质冷凝压力远低于2.5M P a ,在更高冷凝温度时也可安全使用㊂R T Y U T -2冷凝压力在冷凝温度110ħ时已接近2.5M P a,为保证安全,可使用在相对较低冷凝温度的场合㊂RTYUT -1RTYUT -2RTYUT -3RTYUT -4RTYUT -5R245fa2.52.01.51.00.5冷凝压力/ M P a708090100110冷凝温度/ ℃R600环氧乙烷R1233zd （E ）R600a R1234ze （Z ）图10 冷凝压力随冷凝温度的变化趋势F i g .10 T r e n d o f c o n d e n s i n g p r e s s u r e w i t h c o n d e n s i n g t e m pe r a t u r e 从图11中可以看出,R T Y U T -1㊁R T Y U T -2和R T Y U T -3温度滑移接近0ħ,R T Y U T -4和R T Y U T -5温度滑移大于1ħ,但都属于近共沸混合物,补充工质方便,且不用对换热器进行重新设计[23]㊂RTYUT -1RTYUT -2RTYUT -32.52.01.51.00.50温度滑移/ ℃708090100110冷凝温度/ ℃RTYUT -4RTYUT -5图11 温度滑移随冷凝温度的变化规律F i g .11 T e m p e r a t u r e g l i d e w i t h c o n d e n s a t i o n t e m pe r a t u r e 上述新工质的C O P 基本维持在R 245f a 的90%以上,且单位容积制热量远高于R 245f a,排气温度㊁冷凝压力和温度滑移特性也满足要求,因此它们作为R 245f a 的替代品均具有良好的循环性能㊂3 替代工质的可燃性预测工质的可燃性严重影响其安全使用,所以需对新型混合工质的可燃性进行分析评估㊂目前可燃工质最小抑爆浓度的估算主要采用基团贡献法,而基团贡献法是建立在分子性质具有可加性给出的[24],此处指不同分子中阻燃基团对工质可燃性的抑制或促进能力相同㊂c i n m i n =0.21l n 0.05v 0(c s t -100)Φ-0.21l n0.05v 0.(6)式(6)为阻燃工质对可燃工质的最小抑爆浓度计算式[25]㊂式中:v 0表示可燃工质最大火焰传播速度,m /s ;c s t 表示可燃工质的浓度,%;Φ表示阻燃剂的总抑制指数,由式(7)[26]可得;c i n m i n 表示阻燃工质的最小抑爆浓度,%.表3给出了可燃工质的火焰传播速度和化学计量浓度值;表4给出了不同基团的抑制系数,除C l表3 可燃组元工质的火焰传播速度[25]T a b l e 3 F l a m e p r o p a g a t i o n s pe e d of c o m b u s t i b l e c o m p o n e n t w o r k i ng fl u i d 名称物质的量浓度(c s t)/%火焰传播速度(v 0)/(c m ㊃s -1)R 6003.1243R 600a3.1235R 1234z e (Z)7.7510表4 不同基团对可燃性的抑制系数[26-27]T a b l e 4 I n h i b i t i o n c o e f f i c i e n t s o f d i f f e r e n tg r o u p s o n f l a mm a b i l i t y基团HC C F 3C H F 2FC l抑制系数-0.3-0.72.71.51.12.7外不同基团的抑制系数由文献[26]给出,C l 的抑制系数由文献[27]R 123对甲烷最小抑爆浓度实验数据反推得出;式(7)给出了阻燃工质抑制指数计算公式[26],其中Φ表示工质总抑制指数,φ和n 分别表示对应基团抑制系数和数量㊂Φ=n c φc +n H φH +n F φF +n C H F 2φC H F2+n C F 3φC F 3+n C l φCl .(7)R T Y U T -1中含工质R 1234z e (Z ),计算中会用到其火焰传播速度,因为没有直接的试验数,所以此处根据其安全等级选取其可能最大值㊂R 1234z e (Z )为A 2L 类制冷剂,‘制冷剂的命名与安全分级“规定A 2L 级别的工质最大火焰传播速度小于10c m /s [28],本文取其为10c m /s,这种假设会使得最小抑爆浓度值变大㊂基团贡献法并未给出混合工质的抑制指数的计算,对其基于上述方法对R T Y U T -1到R T Y U T -5的可燃性进行估计,表5给出了计算结果,而本文对于R T Y U T -5的最小抑爆浓度计算时忽略了质量分数含量很低的阻燃工质R 245c a ,这种假设也会使最小抑爆浓度值偏高㊂对于混合工质的火焰传播速度,本文采用文献[29]中混合物燃烧速749 第5期冯彪,等:新型高温热泵混合工质替代R 245f a 的性能研究Copyright ©博看网. All Rights Reserved.度计算方法2的方式计算㊂从表5中可知,R T Y U T -1㊁R T Y U T -2和R T Y U T -5预估为不可燃的,而R T Y U T -3和R T Y U T -4是可燃的,实际可燃性还需后续进一步试验测试得到㊂表5 替代工质安全性T a b l e 5 S a f e t y o f s u b s t i t u e w o r k i n g fl u i d s 替代工质R 1233z d (E )抑制指数R 245c a 抑制指数最小抑爆浓度/%阻燃工质体积分数/%可燃性预估R T Y U T -13.4-<3.7913.36不可燃R T Y U T -23.4-10.3916.03不可燃R T Y U T -33.4-11.357.29可燃R T Y U T -43.4--<1可燃R T Y U T -53.42.5<4.5635.18不可燃4 结论本文通过对高温热泵替代工质与现有工质综合性能的比较,可以得到如下结论:1)提出了5种循环性能优良的高温热泵工质,即R T Y U T -1至R T Y U T -5通过对替代工质的基础热物性进行理论分析,发现这5种替代工质在黏度㊁比定压热容㊁导热系数和冷凝热等性能参数相较于R 245f a 均具有优势,环保性能明显优于R 245f a .2)5种替代工质的C O P 与R 245f a 的非常接近,均在89%以上,单位容积制热量远高于R 245f a,最大提升44.3%.3)通过对R T Y U T -1至R T Y U T -5等5种替代工质的最小抑爆浓度进行理论估算得到R T Y U T -1㊁R T Y U T -2和R T Y U T -5可能为不可燃工质㊂参考文献:[1] 孙健,马世财,霍成,等.碳中和目标下热泵技术应用现状及前景分析[J ].华电技术,2021,43(10):22-30.S U N J ,MA S C ,HU O C ,e t a l .A p p l i c a t i o n s t a t u s a n d p r o s p e c t a n a l y s i s o f h e a t p u m p t e c h n o l o g y un d e r t h e g o a l o f c a r b o n n e u t r a l i t y [J ].H u a d i a n T e c h n o l o g y,2021,43(10):22-30.[2] 王庆一.2020能源数据[M ].北京:绿色创新发展中心,2021.[3] 余裕璞.能量梯级利用与供热节能研究[D ].北京:华北电力大学(北京),2019.[4] P I E T Z C K E R R C ,O S O R I O S ,R O D R I G U E S R.T i g h t e n i n g E U E T S t a r g e t s i n l i n e w i t h t h e E u r o p e a n G r e e n D e a l :I m pa c t s o n t h e d e c a rb o n i z a t i o n o f t h e E U p o w e r s ec t o r [J ].A p p l i ed E ne r g y,2021,293:116914.[5] 中华人民共和国生态环境部.我国正式接受‘<关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书>基加利修正案“[E B /O L ].[2021-06-21]h t t p :ʊw w w.m e e .g o v .c n /y w d t /h i gw n e w s /202106/t 20210621_841062.s h t m l .[6] MY H R E G ,S H I N D E L L D ,B R ÉO N F M ,e t a l .A n t h r o p o g e n i c a n d N a t u r a l R a d i a t i v e F o r c i n g[C ]ʊS T O C K E R T F ,Q I N D ,F L A N E R G ,e t a l .C l i m a t e C h a n g e 2013:T h e P h y s i c a l S c i e n c e B a s i s .C o n t r i b u t i o n o f W o r k i n g G r o u p It o t h e F i f t h A s s e s s -m e n t R e p o r t o f t h e I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e ,C a m b r i d g e :C a m b r i d g e U n i v e r s i t y Pr e s s ,2013.[7] L E MMO N E W ,B E L L I H ,HU B E R M L ,e t a l .N I S T s t a n d a r d r e f e r e n c e d a t a b a s e 23,N I S T r e f e r e n c e f l u i d t h e r m o d yn a m i c a n d t r a n s p o r t p r o p e r t i e s ,v e r s i o n 10.0[C P ].S t a n d a r d R e f e r e n c e D a t a P r o gr a m ,N a t i o n a l I n s t i t u t e o f S t a n d a r d s a n d T e c h n o l o -g y :G a i t h e r s b u r g,M D ,2018.[8] 刘瑶瑶,张迪,卢朋,等.高温热泵工质研究进展[J ].浙江化工,2020,51(7):6-9.L I U Y Y ,Z H A N G D ,L U P ,e t a l .R e s e a r c h p r o g r e s s o f h i g h t e m p e r a t u r e h e a t p u m p w o r k i n g f l u i d [J ].Z h e j i a n g Ch e m i c a l I n -d u s t r y,2020,51(7):6-9.[9] 中华人民共和国生态环境部.一图读懂‘<关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书>基加利修正案“[E B /O L ].[2021-06-21].h t t p s :ʊw w w.m e e .g o v .c n /y v v g z /d g h j b h /x h c y c w z h j gl /20210621_841063.s h t m l .[10] MO L ÉS F ,N A V A R R O -E S B R ÍJ ,P E R I S B ,e t a l .L o w GW P a l t e r n a t i v e s t o H F C -245f a i n o r g a n i c r a n k i n e c yc l e s f o r l o w t e m p e r a t u r e h e a t r e c o v e r y :H C F O -1233zd -E a n d H F O 1336m z z -Z [J ].A p p l ie d T h e r m a l E n g i n e e r i n g,2014,71(1):204-212.[11] 戴国桥,尚金漫,郭智恺,等.绿色制冷剂R 600a [J ].浙江化工,2001(2):3-4.D A I G Q ,S HA N G J M ,G U O Z K ,e t a l .G r e e n r e f r i g e r a n t R 600a [J ].Z h e j i a n g C h e m i c a l I n d u s t r y,2001(2):3-4.[12] 徐雄冠.R 245c a -R 11潜在的远期替代工质[J ].低温与特气,1994(1):55-60.X U X G.P o t e n t i a l l o n g -t e r m a l t e r n a t i v e w o r k i n g f l u i d f o r R 245c a -R 11[J ].L o w T e m p e r a t u r e a n d S pe c i a l G a s ,1994(1):55-60.[13] 胡晓微,张蓓,董胜明.非共沸混合工质应用于复叠式高温热泵系统低温回路的试验研究[J ].节能,2022,41(2):39-43.HU X W ,Z H A N G B ,D O N G S M.E x p e r i m e n t a l s t u d y o n a p p l i c a t i o n o f n o n -a z e o t r o p i c m i x e d w o r k i n g me d i u m i n l o w -t e m -p e r a t u r e c i r c u i t of c a s c a d e h igh -t e m p e r a t u r e h e a t p u m p s y s t e m [J ].E n e r g y Co n s e r v a t i o n ,2022,41(2):39-43.849太原理工大学学报第54卷Copyright ©博看网. 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r245fa和其他四种工质在高温热泵中的理论对比

第45卷第1期2020年2月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 45 No. 1Feb. 2020文章编号：1009-220X(2020)01-0055-05 DOI:10.16560/ki.gzhx.20200110R245fa和其他四种工质在高温热泵中的理论对比杨文娟，张华*（上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093）摘要：把R245fa和R134a、R11、R1336mzz(Z)和R1233zd(E)四种工质的热物理性质对比，在相同的工况下理论分析了五种工质在中高温热泵中的COP、压缩机排气温度、单位容积制热量、压缩比等性能参数。

结果表明，在高温热泵70～100℃的运行区间内，R245fa冷凝压力较低、制热COP高、排气温度相对较低等特性，具有良好的循环性能。

R245fa拥有应用于更高冷凝温度工况下的潜质，为今后更为深入的研究提供借鉴。

关键词：高温热泵；R245fa；循环性能；理论分析中图分类号：TB612 文献标识码：A热泵是工业生产中极具吸引力的能源转换设备，因为它提供了利用废热或任何一种低品位热能来减少一次能源消耗的有效方法。

全球经济的发展，全球能源消耗快速增长，高温热泵技术广泛应用于木材干燥、建筑供暖、制药等领域，它在节能效果上的优势比电或一次能源用热系统更加明显，高温热泵技术可以利用30～60℃范围的低等级热源提供80～100℃以上的热量，所以近年来，具有低GWP的制冷剂蒸汽压缩高温热泵在废热回收方面受到了广泛的关注[1-3]。

热泵中必须使用制冷剂，而人们对环境保护越发重视，破坏环境的HCFs类制冷剂正加速淘汰，而把研究重点逐渐转移到HFC类和HFE类等环境友好型制冷工质[4]。

与常规的热泵技术相比，高温热泵技术有其自身的特点：冷凝压力和冷凝温度相对较高，排气温度也相对较高，压比也比常规的热泵的压比高[5]。

配合使用的常见的高温热泵技术的制冷剂有R1234ze、R124、R114、R134a等纯制冷剂，也有共沸混合工质。

高温热泵技术国内外的研究状况及发展

高温热泵技术国内、外的研究现状和发展上世纪,随着全球性的能源危机和制冷技术的进一步成熟, 热泵技术获得了一个迅速发展的机遇。

目前,热泵在空调领域的应用已相当普遍,热泵装置的可靠性和效率也有了较大的提高。

相对于常规的空调热泵系统, 高温热泵的发展和应用要滞后许多,但国内、外对扩大热泵的应用领域方面也进行了一系列的研究,如高温热泵工质、循环、特性等,取得了一定的成果。

目前研究和发展的高温热泵系统和装置主要有:(1) 纯工质多级压缩热泵系统和装置,以双级或三级压缩为主, 采用多级离心或螺杆式制冷压缩机[1 ] ,用于区域供热或工业工艺流程供热。

此类热泵的工作流程与双级压缩制冷系统类似, 但一般采用了与压缩级数相同的多个冷凝器对载热介质进行逐级加热, 且其工作温度范围和所使用的工质与制冷系统不同,技术成熟已在供热方面获得工程实际应用, 目前研究的重点主要集中在新工质的替代方面。

(2) 非共沸工质多级压缩热泵系统和装置,其基本的流程与纯工质多级压缩热泵流程相同, 但由于使用了非共沸混合工质, 在蒸发和冷凝过程中出现温度滑移, 能较好地与载热介质在换热器中的温度变化特性相适应,提高了热泵效率,由于非共沸混合工质的种类繁多, 因此对工质的选择也有更大的余地。

目前国内、外对此类热泵的研究较多, 所用的工质主要有R22/ R142b , R125/R134a 等, 在理论和实验研究中均获得了较好的COP 值[2 ] ,但在应用上仍然存在一些困难, 如混合工质在发生泄漏时将导致成份的变化, 影响其热力性能,以及在相变过程中的气液相分离现象使得在换热器中实现逆流换热较困难, 从而无法发挥非共沸工质的优点, 不易达到理想的热泵效率。

(3) 吸收2压缩组合热泵系统和装置, 此类热泵将吸收式和压缩式系统组合在一起, 采用沸点相差很大的工质作为循环的工质对, 利用其溶液对低沸点工质的吸收作用来改善循环某些方面的特性,此类循环种类繁多,有以吸收式循环为主,采用热能为主要驱动能源, 而辅以蒸气压缩来改善循环的热力效率或提高温升范围[3 ] ,也有以蒸气压缩循环为主使用电能或机械能作为驱动能源,可使用或不使用热能作辅助能源,来提高系统的热力效率或降低压缩机的压比[4 ] 。

中高温水源热泵新工质理论与实验研究的开题报告

中高温水源热泵新工质理论与实验研究的开题报告
一、选题背景及意义
与传统燃气锅炉、空调等热力设备相比，水源热泵具有能耗低、环保、安全等优点，因此在建筑节能领域有着广泛的应用前景。

近年来，随着热泵技术的发展和改进，新工质的研究已经成为了热泵领域重要的研究方向之一。

本课题将以中高温水源热泵为研究对象，尝试采用新工质取代现有的工质，以期提高热泵的性能效率和节能减排能力，同时还可以探索新工质在热泵领域的应用与潜力。

二、研究内容和方法
本课题研究的主要内容是中高温水源热泵的新工质理论研究和实验研究，具体研究内容包括：
1、中高温水源热泵的现状和发展趋势分析
2、新工质的理论研究和选用
3、新工质对热泵性能的影响及其机理分析
4、新工质的实验研究和验证
5、新工质应用于中高温水源热泵的可行性分析
本课题主要采用理论分析和实验研究相结合的方法，其中理论分析主要依据热力学、流体力学、传热学等基础理论分析热泵的工作原理和影响热泵性能的因素；实验研究方面主要采用水源热泵模拟实验和实际案例调研等方法，获取新工质的性能数据和运行参数，并与现有工质进行对比和分析。

三、预期成果和意义
本课题的预期成果包括：
1、新工质与现有工质的性能对比和分析结果
2、新工质对中高温水源热泵性能的影响及其机理分析结果
3、中高温水源热泵新工质应用的可行性分析
本课题的研究成果对中高温水源热泵的节能减排和应用推广具有重要意义，可为热泵行业的技术发展提供一定的理论和实践支持，同时也会为国家能源安全和环境保护做出贡献。

采用不同工质的中高温热泵理论循环特性

第４３卷
第８期
天
津
大
学
学
报
、０．３ＮＯ．，１４８
Ａｕｇ２０１．０
２１００年８月
ＪｕｎｌｆｉｎｉｉｅｓｙｏｒａａｊｎＵｎｖｒｉｏＴｔ
采用不同工质的中日古同Ｉ热泵理论循环特性ｒｍ
郭涛，王怀信
ｃｎｉｏｉｇａｄｈａｕｏｄｔｎｎｎｅｔｐｍｐａｐｉａｉｎ．ｓｄｏｒｐｓｄｍｅｈｄｌｇ，ｈｕｎｉｔｖｎｕｅｃｓｏｍｐｏ・ｉｐｌｔｓＢａｅｎｔｐｏｏｅｔｏｏｏｙｔｅｑａｔｔｉｅｉｆｎｅｆｅｃｏｈｅａｌｌｙｉｇａｉｍｅｉａａａｕｆｔｅｒｆｉｅａｔｓｄｈａｅｃａｇｅｎｒｈｔｔｌｍｅｎｖｌｅｏｅｇｒｎ —ｉｅｐｓｈｎｅｔｍｐｅａｒｓｔｅｃｎｅｔｏａｅｈｄｌｇｎｃｈｒｒｔｅａｈｏｖｎｉｎｌｍｔｏｏｏｙｏｕｔｅｒｔａｙｌｅｆｒｎｅｎｈｃｅｎｎｕｌｙｏｒｉｇｆｕｄｒｎｅｔａｅＴｈｐｌａｌｏｄ・ｈｏｅｉｌｃｃｅｐｒｏｍａｃｓａｄｔｅｓｒｅｉｇｑａｉｆｗｏｋｎｉｓｗｅｅｉｖｓｉｔｄ．ｅａｐｉｂｅｃｎｉｃｔｌｇｃｔｏｓａｄｒｎｅｆｔｅｃｎｅｔｏａｔｏｏｏｙｗｅｅａｓｒｓｎｅ．Ｓｍｅｗｏｋｎｕｄｔｉｈｏｄｎｉｇｉｎｎａｇｓｏｈｏｖｎｉｎｌｍｅｈｄｌｇｒｌｏｐｅｅｔｄｏｒｉｇｆｉｓｗｉｎｔｅｃｎｅｓｎｌｈｔｍｐｒｔｒａｇｏ８ｏ１ｅｅａｕｅｒｎｅｆｍ０ｔｒ４０￣Ｃｗｅｅｐｏｏｅｎｖｌａｅｏｏｅａｅｙｈｇｅｒｒｐｓｄａｄｅａｕｔｄｆｒｍｄｒｔｌｉｈｔｍｐｅａｒｅｔｕｐ．ｈｅ — ｒｔｅｈａｍｓＴｏｕｐ

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》范文

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》篇一一、引言随着全球环境问题的日益严峻，环境保护与可持续发展成为了当今世界面临的重要议题。

在制冷和热泵技术中，传统的氟氯烃类工质（如R22、R134a等）因对大气臭氧层的破坏作用，正逐渐被淘汰。

因此，研究和开发环保替代工质显得尤为重要。

R245fa作为一种新型的环保工质，因其具有优良的热力学性能和环保特性，被广泛关注并应用于高温热泵系统中。

本文旨在研究高温热泵中R245fa的环保替代工质，为推动制冷和热泵技术的绿色发展提供理论支持和实践指导。

二、R245fa的物理化学性质及其应用R245fa，即氟化亚甲基戊烷，是一种具有较低全球变暖潜能值（GWP）的环保型工质。

其物理化学性质如沸点、临界温度等使得它成为高温热泵系统的理想工质。

在高温热泵系统中，R245fa能够有效地传递热量，提高系统的能效比，同时降低对环境的负面影响。

三、R245fa的环保优势相较于传统的氟氯烃类工质，R245fa具有以下环保优势：1. 低全球变暖潜能值（GWP）：R245fa的GWP值较低，意味着它在大气中的温室效应较小，对全球气候的影响较小。

2. 无臭氧层破坏潜能：R245fa不含有对大气臭氧层具有破坏作用的氯氟烃，因此不会对地球的保护层造成损害。

3. 较低的环境风险：R245fa的生物累积性和毒性较低，对生态环境和人体健康的影响较小。

四、高温热泵中R245fa的应用研究在高温热泵系统中，R245fa的应用研究主要集中在以下几个方面：1. 系统性能：研究表明，在高温热泵系统中使用R245fa可以提高系统的能效比，降低系统的运行成本。

2. 传热性能：R245fa具有较好的传热性能，能够有效地传递热量，提高系统的热效率。

3. 替代方案：针对不同类型的高温热泵系统，研究R245fa的替代方案，以实现系统的优化和升级。

五、实验研究与结果分析为了进一步研究高温热泵中R245fa的环保替代工质，我们设计了一系列实验。

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》范文

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》篇一一、引言随着全球气候变化和环境保护意识的日益增强，制冷与空调系统中的工质选择已成为环境科学和工程领域的重要研究课题。

传统的制冷工质如R245fa等氟氯烃类物质因对大气臭氧层的破坏和温室效应的贡献，逐渐被淘汰。

因此，寻找环保、高效的替代工质成为了行业内的迫切需求。

本文将针对高温热泵中R245fa的环保替代工质进行研究，旨在为相关领域的研发和应用提供理论支持。

二、高温热泵中R245fa的概述R245fa作为一种传统的制冷工质，在高温热泵系统中被广泛应用。

然而，由于其对环境的破坏性，其使用受到了严格的限制。

因此，寻找R245fa的环保替代工质成为了行业内的研究热点。

三、环保替代工质的筛选针对高温热泵系统，我们首先从物理性质、环境友好性、安全性等方面对潜在替代工质进行筛选。

具体包括：1. 物理性质：替代工质应与R245fa具有相近的沸点、凝固点、传热性能等，以保证系统的正常运行。

2. 环境友好性：替代工质应不破坏大气臭氧层，且温室效应较小。

我们通过对比各种工质的大气寿命、全球变暖潜能等指标，筛选出符合要求的工质。

3. 安全性：替代工质应具有较低的毒性和燃烧性，以确保使用过程中的安全性。

经过综合对比，我们发现某些特定类型的工质如天然工质、非氟化物工质等具有较好的环保性能和适用性。

四、环保替代工质的性能研究针对筛选出的环保替代工质，我们对其在高温热泵系统中的性能进行深入研究。

主要研究内容包括：1. 性能评价：通过实验和模拟分析，对比替代工质与R245fa 在高温热泵系统中的性能差异，包括制冷效率、能效比等方面。

2. 长期稳定性：研究替代工质在长期运行过程中的稳定性，包括化学稳定性和热稳定性等方面。

3. 环境影响：通过实验和模拟分析，评估替代工质对环境的影响，包括大气寿命、全球变暖潜能等方面的指标。

五、结论与展望通过本文的研究，我们发现某些环保替代工质在高温热泵系统中具有较好的性能表现。

中高温热泵工质热力性质及循环性能分析

摘要摘要中高温热泵技术是一项新兴的、发展中的应用技术，中高温热泵所采用的工质直接决定热泵系统的循环性能。

但是，目前在国内外对于中高温热泵还不存在公认的代表性工质。

同时，近年来《蒙特利尔议定书》提出了对ＣＦＣｓ的限制和禁用，以防止臭氧层继续受到破坏。

这一切都迫切要求在制冷行业中对新型工质进行研究，以寻求绿色环保型新工质来代替ＣＦＣｓ，并能达到良好的运行效果。

本文首先根据热物理性质、实用性要求和环境影响指标对工质进行筛选，发现三种氢氟烃类新工质Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ和碳氢类Ｒ６００满足条件，又因现有系统中Ｒ１２３、Ｒ１３４ａ被广泛采用，所以选择该六种工质作为研究对象。

根据所选工质的特点采用ＲＫＳ方程作为六种高温工质的统一状态方程，在统一状态方程基础之上，根据热力学普遍关系推导出工质的其它热力学关系式，并根据实验数据拟合推导出其它热物性，建立了热力性质和迁移性质数学模型，从而实现了对这六种中高温工质热物性的完整描述。

通过误差分析得出，六种工质采用统～的状态方程进行热力性质计算能够满足工程要求。

根据所建立的工质热力学模型，利用Ｍａｕａｂ软件编写了一套完整的工质热力学性质计算程序，该程序具有通用性和易调性。

根据这套程序，编制出了新工质Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ６００的饱和热力性质表，并绘制了六种工质的温熵图和Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ的压焓图，为工程热力计算提供了完整的热力性能图表，方便了工程应用。

将六种中高温工质应用于单级压缩和多级压缩热泵循环中，对比了各个工质在相同工况下不同循环方式中的热力性能，并分析得出各个工质的最佳循环方式。

结果显示三种氢氟烃类新工质Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｅａ、Ｒ２３６ｅａ和碳氢类Ｒ６００在中高温热泵工况下仍具有良好的热力性能。

关键词中高温工质；热力学性质；状态方程；饱和性质；单级循环：多级循环哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＭｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｉｓａｒｉｓｉｎｇａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｃｉｄｅｄｏｎｉｔｓｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｎｅｉｔｈｅｒｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｎｏｒｄｏｍｅｓｔｉｃｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｃｏｍｅｓｔｏａｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｏｎａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｓｆｏｒｍｅｄｉｕｍ－ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐ．Ｔｏｐｒｏｔｅｃｔｏｕｒｏｚｏｎｅｌａｙｅｒ，ｔｈｅＭｏｎｔｒｅａｌＰｒｏｔｏｃｏｌｗｈｉｃｈｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｆｉｎｉｎｇａｎｄｆｏｒｂｉｄｄｉｎｇＣＦＣｓ，ｗａｓｓｉｇｎｅｄｂｙｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＯｃｉｅｔｉｅｓ．Ａ１１ｏｆｔｈｅｍｒｅｑｕｉｒｅｕｒｇｅｎｔｌｙｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｎｅｗ—ｓｔｙｌｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄａｖａｉｌａｂｌｙａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｉｌｔｅｒａｎｄｃｈｏｏｓｅｓｏｍｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｏｎｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｉｒｓｐｈｙｓｉｃａｉｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｑｕｅｓｔ，ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ａｎｄｍａｋｅｃｅｒｔａｉｎＲ２４５ｆａ，Ｒ２４５ｃａ，Ｒ２３６ｅａ，Ｒ６００，Ｒ１２３，Ｒ１３４ａａｓｄｉｓｑｕｉｓｉｔｉｖｅｏｂｊｅｃｔ．ＴｈｅｎｉｔｍａｋｅｃｅｒｔａｉｎＲＫＳｅｑｕａｔｉｏｎａｓｕｎｉｆｏｒｍｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅ．ＴｂｅＲＫＳｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｉＳｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｅｄｕｃｅｏｔｈｅｒｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｉｔｆｉｔａｎｄｄｅｄｕｃｅｏｔｈｅｒｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｔｈｅｗｈｏｌｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆｏｒｔｈｉｓｓｉｘｄｉｆｉｅｒｅｎｔｒｅ衔ｇｅｒａｎｔｓ．ＩｔｕｌａｋｅｓｃｅｒｔａｉｎｔｈａｔｔｈｅＲＫＳｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｉｓｅｘａｃｔｅｎｏｕｇｈｆｏｒｔｈｅｓｅｓｉｘｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｒｒｏｒ．ＩｔｍａｋＣＳｕｓｅｏｆＭａｔｌａｂｔｏｃｏｍｐｉｌｅａｓｕｉｔｏｆｐｒｏｇｒａｍｆｏｒｔｈｅｒｌＴｌＯｄｖｎａｍｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｏｎｂａｓｉｓｏｆｇｉｖｅｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌ．ｎｉｓｐｒｏｇｒａｍｉｓＣｔＵＴｅｎｔａｎｄａｄｊｕｓｔｉｖｅ．ＩｔｃｏｍｐｉｌｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｎｔｉｏｎｔａｂｌｅｏｆＲ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ６００．ａｎｄｐｒｏｔｒａｃｔｃｈａｒｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｅｎｔｒｏｐｙｆｏｒｔｈｉｓｓｉｘｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓａｎｄｐｒｅｓｓ－ｅｎｔｈａｌｐｙｆｏｒＲ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｗｈｏｌｅｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｈｅｒｍｏｄｖｎａｍｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｔ印ｐｌｙｔｈｅｓｉｘｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｔｏｂｏｔｈｓｉｎｇｌｅ－ｐｒｅｓｓｃｉｒｃｌｅａｎｄｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｉｒｌｅ．ｃｏｎｔｒａｓｔｔｈｅｄｉｆｉｅｒｅｎｔｃｉｒｃｌｅｍｏｄｅｉｎｔｈｅｓａｍｅｗｏｒｋｉｎｇ．ｉｎｓｔａｎｃｅ．ａｎｄｖｅｒｄｉｃｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｉｒｃｌｅｍｏｄｅｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ．ＩｔｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｅｎｅｗＨＦＣｓｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｃｏｕｌｄｗｏｒｋｗｅｌｌｉｎＭｅｄｉｕｍａｎｄｈｉ曲ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ；ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎ；ｓｉｎｇｌｅ—ｐｒｅｓｓｃｉｒｃｌｅ；ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｉｒｃｌｅ．Ｈ．符号表ＣＯＰ一制热系数；ｃ一比热容；ｈ一比焓；Ｋ一压缩机迸出口压力比疋一标准沸点；Ｐ一压力；玑一单位容积制热量：ｑ。

R134aR245fa对比R245fa高温热泵循环性能实验研究

第４１卷第４期V o l ．４１N o ．４２０２０青岛理工大学学报J o u r n a l o fQ i n g d a oU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g yR １３４a /R ２４５f a 对比R ２４５f a 高温热泵循环性能实验研究庄绪成,郭健翔∗,孙晋飞,赵向明,包思凡(青岛理工大学环境与市政工程学院,青岛２６６０３３)摘㊀要:利用螺杆式高温热泵实验台,以混合工质R １３４a /R ２４５f a (质量比３ʒ７)和纯工质R ２４５f a 为研究对象,实验研究了两种工质在高温工况下的循环性能,并进行对比分析．结果表明,混合工质R １３４a /R ２４５f a 的制热量比同工况下R ２４５f a 机组高２７６％~４４３％,C O P 值比同工况下R ２４５f a 机组低１４３％~２２８％．当冷凝器出水温度为９９８ħ时,混合工质R １３４a /R ２４５f a 的冷凝压力为２１２M P a ,排气温度为１１４２ħ,均处在机组安全范围之内．而R ２４５f a 因具有更低的冷凝压力和排气温度,可作为冷凝器更高出水温度时的热泵工质．关键词:高温热泵;R １３４a /R ２４５f a ;R ２４５f a ;实验研究中图分类号:T B ６５７．２㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ４６０２(２０２０)０４Ｇ００８１Ｇ０６收稿日期:２０１９Ｇ０７Ｇ２４基金项目:中国可再生能源规模化发展项目(A ３ＧC S Ｇ２０１６Ｇ００７)作者简介:庄绪成(１９９４Ｇ㊀),男,山东临沂人．硕士,研究方向为高温热泵系统．E Ｇm a i l :１１０１８９４０１６＠q q ．c o m．∗通信作者(C o r r e s p o n d i n ga u t h o r ):郭健翔,男,博士,教授．E Ｇm a i l :j i a n x i a n g g u o ＠１６３．c o m．E x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho n c y c l i c p e r f o r m a n c e o f h i g h t e m p e r a t u r e h e a t p u m p w i t hR １３４a /R ２４５f a i n c o m pa r i s o nw i t hR ２４５f a Z HU A N G X u Ｇc h e n g ,G U OJ i a n Ｇx i a n g ∗,S U NJ i n Ｇf e i ,Z H A O X i a n g Ｇm i n g,B A OS i Ｇf a n (S c h o o l o fE n v i r o n m e n t a l a n d M u n i c i p a l E n g i n e e r i n g ,Q i n g d a oU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,Q i n g d a o ２６６０３３,C h i n a )A b s t r a c t :T a k i n g t h em i x e d r e f r i g e r a n tR １３４a /R ２４５f a (m a s s r a t i o ３ʒ７)a n d t h e p u r e r e f r i g Ｇe r a n tR ２４５f a a s t h e r e s e a r c ho b j e c t s a n du s i n g t h e s c r e wh i g ht e m p e r a t u r eh e a t p u m p s t e s t b e n c h ,t h i s p a p e r s t u d i e s t h e c y c l i c p e r f o r m a n c e o f t h e t w o r e f r i g e r a n t s u n d e r h i g h t e m p e r a Ｇt u r e c o n d i t i o n s ,a n d t h e e x p e r i m e n t a l d a t a a r e c o m p a r e d a n d a n a l y z e d ．T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e h e a t i n g c a p a c i t y o f t h em i x e d r e f r i g e r a n tR １３４a /R ２４５f a i s ２７６％t o４４３％h i gh e r t h a n t h a t o f t h e p u r e o n eu n d e r t h e s a m ew o r k i n g c o n d i t i o n ．T h eC O Pv a l u e i s １４３％t o２２８％l o w e r t h a n t h e p u r e o n eu n d e r t h e s a m ew o r k i n g c o n d i t i o n ．W h e n t h e c o n d e n s e r o u t l e t t e m Ｇp e r a t u r e r e a c h e s ９９８ħ,t h e c o n d e n s a t i o n p r e s s u r eo f t h em i x e d r e f r i ge r a n tR １３４a /R ２４５f a i s ２１２M P a ,a n d t h e e x h a u s t t e m p e r a t u r e i s １１４２ħ,w h i c h i sw i t h i n t h e s a f e r a n ge of t h e u n i t ．T h e p u r e r e f r ig e r a n tR ２４５f a c a nb eu s e da s ah e a t p u m p r e f ri g e r a n t a t ah i g h e ro u t l e t t e m p e r a t u r eo f t h ec o n d e n s e rd u et oi t sa d v a n t a g e s i nc o n d e n s a t i o n p r e s s u r ea n de x h a u s t t e m p e r a t u r e ．K e y w o r d s :h i g h t e m p e r a t u r eh e a t p u m p ;R １３４a /R ２４５f a ;R ２４５f a ;e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h 中高温热泵技术作为一种高效的节能技术,目前已在工业余热回收等领域得到了广泛的应用,并且发展潜力巨大[１Ｇ２],选择合适的循环工质对中高温热泵技术的应用和推广起着至关重要的作用,因此对循环２８青岛理工大学学报第４１卷工质的研究一直是一项重要的课题．近年来,H F C类工质R１３４a和R２４５f a得到了广泛的研究和应用．诸多研究和应用表明,R１３４a具有良好的热力学性能和传输特性,目前已经广泛应用于热泵机组当中．翁文兵等[３]将R１３４a和R２２应用于相同的水源热泵系统中进行实验,结果表明,R１３４a的C O P要比相同工况下R２２的C O P高５％,具有更好的节能效果．倪灏[４]提出在R１３４a中添加少量R６００a,并将混合后的工质应用于大型空气源热泵机组中,实验结果表明,应用了混合工质R１３４a/R６００a的热泵机组,制热量最多可以提升１５％,同时压比也降低了,机组运行条件得到了改善．刘靖等[５]对混合工质R１５２a/R１３４a(质量比１ʒ１)进行理论计算,发现混合工质R１５２a/R１３４a相比R２２㊁R４０７C和R４１０A具有更好的环保性能,其C O P比同工况下的R４０７C和R４１０A分别高８％和１８％,具有较好的节能效果,同时混合后的工质还有着较好的润滑特性,理论上可以作为R２２的替代工质．R２４５f a因具有良好的环保性能(０O D P㊁低GW P)㊁优良的传热特性[６],目前已经广泛应用于高温热泵和有机朗肯循环系统当中,是一种具有较好应用前景的工质[７Ｇ８]．赵兆瑞等[９]设计了一种高温蒸气热泵系统,并以R２４５f a为循环工质,经理论和实验研究表明,在蒸发温度从５０ħ上升到８５ħ的过程中,性能系数C O P和制热量都有明显增加．杨卫卫等[１０]对多种高温热泵非共沸混合工质进行了理论研究,指出混合工质R１６１/R２４５f a具有较好的热力学性能,同时在经济性和环保性上也表现优异．R１３４a和R２４５f a的基本物性如表１所示．R１３４a的单位容积制热量较高,有着不错的制热能力,但其在中高温工况下的冷凝压力和排气温度也都较高,本课题组的前期研究表明,当冷凝器出水温度为７３ħ时,冷凝压力就已经达到了２２５M P a,若继续提高冷凝器出水温度,冷凝压力可能会达到机组的最大承压,因此R１３４a无法满足更高冷凝器出水温度的要求．而相对R１３４a,R２４５f a有着在高温工况下冷凝压力和排气温度都较低的优点,其缺点在于单位容积制热量偏低,因此将两种工质混合可实现优势互补,且前期的理论计算表明R１３４a和R２４５f a两种工质质量比为３ʒ７时系统综合循环性能最好．本文以混合工质R１３４a/R２４５f a(质量比３ʒ７)和纯工质R２４５f a为研究对象,利用螺杆式高温热泵实验台,研究两种工质在高温工况下循环性能参数的变化规律,并将两者的实验数据进行对比分析,以期为同类的工质研究提供参考．表１㊀工质R１３４a和R２４５f a的基本物性工质相对分子量沸点/ħ临界温度/ħ临界压力/M P a O D P GW PR１３４a１０２．０３－２６．５１０１．０６４．０６０１４３０R２４５f a１３４．００１５．３１５４．００３．６５０９５０１㊀实验系统与数据获取１．１㊀实验系统介绍实验在螺杆式高温热泵实验台上进行,实验系统主要包括工质循环系统㊁水循环系统㊁数据实时测控系统等．为了模拟４０~６０ħ的工业余热温度,在蒸发器侧设置１台５５k W的风冷热泵,与蒸发侧水箱连接,并在水箱底部增设１个１２k W的辅助电加热器共同为蒸发器侧水循环系统提供热量．在冷凝器侧设置了１套加压水系统,该系统由增压泵㊁手动调节阀㊁高压水箱以及补给水箱等组成,能够保证冷凝器出水在温度超过１００ħ时仍保持液态,同时也为冷凝器侧达到更高出水温度提供了保障．冷凝侧水箱通过板式换热器与高压水系统进行换热,并且与冷却塔水系统㊁混水系统连接,为系统散除多余热量．压缩机选用R CＧ２Ｇ１４０BＧHＧS型汉钟螺杆式压缩机,最高工作压力为２８M P a,排气量为１３７m３/h．蒸发器采用干式壳管换热器,管程最高工作压力为１４M P a,壳程工作压力为１０M P a,换热面积为１７m３．冷凝器选用满液式壳管换热器,管程最高工作压力为１０M P a,壳程工作压力为２４M P a,换热面积为１７m３．实验系统采用的丹佛斯电子膨胀阀拥有２６２０步的调节步长,可实现阀门开度从０~１００％的无级调节,从而能够对循环工质流量和蒸发器出口过热度进行精确调控,确保实验数据的准确性．高温热泵系统如图１所示．第４期㊀㊀庄绪成,等:R １３４a /R ２４５f a 对比R ２４５f a高温热泵循环性能实验研究１．２㊀实验方案及工况设定表２㊀实验工况试验编号工质低温热源温度/ħ冷凝器出水温度/ħ１R １３４a /R ２４５f a ５０７０~１００２R １３４a /R ２４５f a ６０７０~１００３R ２４５f a ５０７０~１００４R ２４５f a ６０７０~１００㊀㊀实验以混合工质R １３４a /R ２４５f a 和纯工质R ２４５f a 为研究对象,将两种工质分别充灌于热泵机组中,通过调节各阀门开度来控制水系统流量,实验工况如表２所示,对于每种工质分别设定蒸发器侧低温热源温度５０和６０ħ,冷凝器出水温度７０~１００ħ,待工况稳定后,记录所有实验数据,并重复多次取平均值．１．３㊀数据采集和计算方法通过用L a b V I E W 软件编写的实验台数据测控程序来实现对实验数据的实时采集㊁控制和处理．采集到数据后利用式(１) (４)计算得到系统性能参数,并可以直接通过E x c e l 输出数据．系统压比:P r ＝P c P e (１)制热量:Q h ＝C p ,w m c (T w ,o u t ,c －T w ,i n ,c )(２)制冷量:Q c ＝C p ,w m e (T w ,i n ,e －T w ,o u t ,e )(３)能效比:C O P ＝Q h W (４)式中:P c 为冷凝压力;P e 为蒸发压力;C p ,w为水的定压比热容;̇m c 和̇m e 分别为冷凝器侧和蒸发器侧的水流量;T w ,i n ,c 和T w ,o u t ,c 分别为冷凝器进出水温度;T w ,i n ,e 和T w ,o u t ,e 分别为蒸发器进出水温度;W 为压缩机耗电功率,由功率表测得．实验台测控系统中采用的铠装热电偶(精度ʃ０５ħ)㊁压力变送器(精度ʃ０５％)㊁电磁流量计(精度ʃ０５％)㊁三相多功能数显表(精度ʃ０５％)等均符合精度要求,对制热量和C O P 进行间接测量误差分析,结果显示实验台测控系统精度较高,可满足实验精度要求．３８青岛理工大学学报第４１卷２㊀实验结果及数据分析２．１㊀制热量对比如图２所示,两种工质的制热量均受蒸发侧低温热源温度和冷凝器出水温度的共同影响．当固定蒸发侧低温热源时,两种工质的制热量随冷凝器出水温度的升高而降低,降低幅度略有不同．当冷凝器出水温度不变时,两种工质的制热量又随着蒸发侧低温热源温度的降低而降低．混合工质R１３４a/R２４５f a的制热量要始终高于R２４５f a,当低温热源温度为６０ħ㊁冷凝器出水温度在７０~１００ħ区间段时,混合工质R１３４a/R２４５f a的制热量要比同工况下R２４５f a高２７６％~４４３％;当冷凝器出水温度达到９９８ħ时,混合工质R１３４a/R２４５f a的制热量仍有９６k W,比此时R２４５f a高４４３％．所以在制热量上,混合工质R１３４a/ R２４５f a要明显优于R２４５f a．２．２㊀性能系数C O P对比图３展示了两种工质在不同工况下性能系数C O P的变化规律．两种工质的C O P均受低温热源温度和冷凝器出水温度的共同影响．当低温热源温度不变时,C O P随着冷凝器出水温度的升高而减小．而当固定冷凝器出水温度时,C O P又随着低温热源温度的升高而增加．以混合工质R１３４a/R２４５f a为例,固定低温热源温度６０ħ,冷凝器出水温度每升高５ħ,C O P值减小６８％~１５３％,而固定冷凝器出水温度时,低温热源从５０ħ升高到６０ħ,C O P值提高１３９％~１９６％．对比两种工质,混合工质R１３４a/R２４５f a的C O P值要始终低于同工况下R２４５f a,固定低温热源温度６０ħ,实验工况下的降幅为１４３％~２２８％,但整体上仍然处在较为合理的水平．２．３㊀压缩机耗电功率对比如图４所示,两种工质的耗电功率主要受冷凝器出水温度的影响,均随着冷凝器出水温度的升高而增大．从整体上来看,R２４５f a的耗电功率要始终低于混合工质R１３４a/R２４５f a,在低温热源为６０ħ,冷凝器出水温度７０~１００ħ时,平均降幅为４０１％．２．４㊀冷凝压力对比图５给出了两种工质在不同工况下冷凝压力的变化规律．当低温热源温度不变时,两种工质的冷凝压力均随冷凝器出水温度的升高而增大,而低温热源温度对其影响较小．R２４５f a的冷凝压力要明显低于同工况下混合工质R１３４a/R２４５f a的冷凝压力,当固定低温热源温度６０ħ,冷凝器出水温度从７０ħ提升到４８第４期㊀㊀庄绪成,等:R１３４a/R２４５f a对比R２４５f a高温热泵循环性能实验研究１００ħ,R２４５f a的冷凝压力要比同工况下混合工质R１３４a/R２４５f a低４４３％~５０４％．在冷凝器出水温度达到９９８ħ时,混合工质的冷凝压力已经达到了２１２M P a,较高的冷凝压力也限制了出水温度的继续升高．而此工况下R２４５f a的冷凝压力仅为１１８M P a,远低于机组承压上限,因此继续提高冷凝器出水温度依然可行．２．５㊀压缩机排气温度对比图６表示压缩机排气温度的变化规律,当低温热源温度不变时,两种工质的排气温度均随冷凝器出水温度的升高而升高,而低温热源温度对其影响较小,低温热源从５０ħ升高到６０ħ,压缩机排气温度仅有略微升高．对比两种工质,固定低温热源温度６０ħ,冷凝器出水温度从７０ħ升高到１００ħ时,混合工质R１３４a/R２４５f a的排气温度要比R２４５f a高９３％~１１７％．当冷凝器出水温度为９９８ħ时,混合工质R１３４a/R２４５f a的排气温度就已经达到了１１４２ħ,而此工况下R２４５f a的排气温度仅为１０３４ħ,远低于压缩机的排温上限．３㊀结论利用螺杆式高温热泵实验台,对混合工质R１３４a/R２４５f a和纯工质R２４５f a在高温工况下的循环性能进行了实验研究,并对两种工质的循环性能参数进行对比分析,得到以下结论:１)两种工质的制热量均随冷凝器出水温度的升高和低温热源温度的降低而减小,总体上,混合工质R１３４a/R２４５f a的制热量明显高于同工况下R２４５f a的制热量,在出水温度为９９８ħ时,混合工质的制热量仍然达到了９６k W．２)两种工质的性能系数C O P也均随着冷凝器出水温度的升高和低温热源温度的降低而减小,在低温热源温度６０ħ,冷凝器出水温度７０~１００ħ时,混合工质R１３４a/R２４５f a的C O P值要比同工况下R２４５f a低１４３％~２２８％,从整体上来看,R２４５f a有更高的C O P值,因而其节能效果更好．５８６８青岛理工大学学报第４１卷３)对比两种工质,混合工质R１３４a/R２４５f a的优势在于具有较高的制热量,且当出水温度达到９９８ħ时,其冷凝压力为２１２M P a,排气温度为１１４２ħ,也仍处在机组安全范围之内．而R２４５f a在C O P㊁冷凝压力和排气温度等方面要更具优势,因而可作为更高出水温度时的热泵工质．综上可知,两种工质在不同方面各有优缺点,在工程应用上需要根据现有条件和需求目的的不同合理选择循环工质．参考文献(R e f e r e n c e s):[１]㊀赵力．高温热泵在我国的应用及研究进展[J]．制冷学报,２００５,２６(２):８Ｇ１３．Z H A OL i．A p p l i c a t i o na n dd e v e l o p 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g e r a n t s a p p l i e d t o l a r g e s c a l e a i r s o u r c e h e a t p u m p[J]．R e f r i g e r a t i o n a n dA i rＧC o n d iＧt i o n i n g,２０１０,１０(２):６２Ｇ６７．(i nC h i n e s e)[５]㊀刘靖,程艳华．R１５２a与R１３４a混合制冷剂替代R２２的可行性研究[J]．流体机械,２０１０,３８(１１):７７Ｇ８０．L I UJ i n g,C H E N GY a nＧh u a．F e a s i b i l i t y r e s e a r c h o nu s i n g R１５２a a n dR１３４am i x t u r e a s a l t e r n a t i v e f o rR２２[J]．F l u i dM a c h i n e r y,２０１０,３８(１１):７７Ｇ８０．(i nC h i n e s e)[６]㊀刘圣春,霍宇杰,代宝民．新型环保工质R２４５f a研究现状及展望[J]．制冷技术,２０１７,３７(４):４７Ｇ５５．L I US h e n gＧc h u n,HU O Y uＧj i e,D A IB a oＧm i n．R e s e a r c hs t a t u sa n d p r o s p e c to fn e we n v i r o n m e n t a lＧf r i e n d l y r e f r i g e r a n to fR２４５f a[J]．C h i n e s e J o u r n a l o fR e f r i g e r a t i o nT e c h n o l o g y,２０１７,３７(４):４７Ｇ５５．(i nC h i n e s e)[７]㊀马利敏,王怀信,王继霄．H F C２４５f a用于高温热泵系统的循环性能评价[J]．太阳能学报,２０１０,３１(６):９３Ｇ９７．MAL iＧm i n,WA N G H u a iＧx i n,WA N GJ iＧx i a o．C y c l e p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no 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e)[１０]㊀杨卫卫,周福,闫飞宇,等．余热回收利用的高温热泵系统混合工质选择研究[J]．工程热物理学报,２０１７,３８(５):９０７Ｇ９１３．Y A N G W e iＧw e i,Z H O U F u,Y A NF e iＧy u,e t a l．R e s e a r c ho nz e o t r o p i cm i x t u r e s a sw o r k i n g f l u i do f h i g h t e m p e r a t u r eh e a t p u m p f o r w a s t eh e a t r e c o v e r y[J]．J o u r n a l o fE n g i n e e r i n g T h e r m o p h y s i c s,２０１７,３８(５):９０７Ｇ９１３．(i nC h i n e s e)。

新型中高温热泵工质的理论研究

＿Ｉ
—
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ｃ）＝＋ｘ１］０３４４Ｉ４２ｘｏ０２９２￣；＝］ｌｋ（一：；．７６＋．２６ｔ．６９ｘｏｂ）＝５一
００７．７８。
混合法则：
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∑ ∑＂（ｋ、；＝ｉ；１／ｂ ∑ｙ＝一）ｂ。
一
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式中：。）（（）Ｏ（，；（）０４７７ — ｅＴＸｌ ∞）口＝．２ ×Ｒｘ５
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２
而实现了能源的合理利用因此．工业废水为低位热源的以中高温热泵技术的开发．于我国北方城市区域供热及其他对用热领域具有十分重要的意义热泵具有节能作用同时能降
低温室效应和减少对大气的污染．当今世界节能环保最有是发展前景的技术之一而中高温热泵由于其良好的应用前景目前成为国际热泵研究的趋势在中高温热泵系统的研究
中．目前最迫切需要解决的问题是循环工质的研究目前尚无环境友好、环性能优良的中高温热泵适用工质早期的循
‘ 』ｉ
式中：ｉ混合工质各组份的摩尔成分；二元交互作ｙ，一七一
中高温热泵技术研究中，１Ｒｌ３Ｒｌ４等曾在某些温度Ｒｌ、１、１范嗣作为工质．由于众所周知的原冈．发达国家已于１９９６

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》范文

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》篇一一、引言随着环境问题的日益突出，对制冷及空调系统的工质环保性能的要求越来越高。

传统工质如氟利昂因其对臭氧层的破坏和对气候的温室效应影响，正在被寻找更为环保的替代品所取代。

高温热泵技术中的工质选择，直接关系到系统的能效、环保性能以及运行安全。

本文将重点研究高温热泵中R245fa的环保替代工质，探讨其性能及优势。

二、R245fa工质的特性R245fa作为一种新型环保工质，具有较低的全球变暖潜能值（GWP）和较高的热力性能。

其化学稳定性好，不易燃烧，且对臭氧层的破坏系数为零。

因此，R245fa被视为一种具有潜力的环保替代工质。

三、高温热泵系统中R245fa的应用高温热泵系统作为一种高效、节能的供热与制冷技术，其工质的选择直接影响到系统的运行效率和环保性能。

R245fa在高温热泵系统中的应用，可以有效提高系统的能效比，降低能耗，同时减少对环境的污染。

四、环保替代工质的研究为了寻找更为环保的工质替代R245fa，研究者们进行了大量的实验和研究。

通过对多种工质的比较，发现某些新型工质在热力性能、环保性能等方面具有较好的表现。

这些工质包括一些烃类、氟酮类等。

此外，还有一些天然工质如二氧化碳、氨等也在研究中表现出较好的性能。

五、替代工质的性能比较对于高温热泵系统中的工质替代，需要考虑工质的热力性能、环保性能、安全性等多个方面。

通过对R245fa及其他替代工质的综合比较，可以发现新型氟酮类工质在热力性能方面具有较大优势，而天然工质如二氧化碳、氨等在环保性能和安全性方面表现较好。

因此，根据具体的应用场景和需求，可以选择适合的工质进行替代。

六、结论高温热泵系统中工质的选择对于系统的能效、环保性能及运行安全具有重要意义。

R245fa作为一种新型环保工质，具有较好的热力性能和较低的全球变暖潜能值，是一种具有潜力的替代工质。

同时，通过研究其他替代工质，如新型氟酮类、天然工质等，可以为高温热泵系统的工质选择提供更多选择。

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》范文

《高温热泵中R245fa的环保替代工质研究》篇一一、引言随着全球对环境保护意识的日益增强，制冷和热泵技术的持续发展对环境的影响成为研究焦点。

传统制冷剂如R245fa虽然具有高效的热力性能，但其潜在的臭氧破坏和环境温室效应引起人们的关注。

因此，寻找环保、高效的替代工质成为制冷和热泵技术领域的重要课题。

本文旨在研究高温热泵中R245fa的环保替代工质，为环保制冷和热泵技术的发展提供理论支持和实践指导。

二、R245fa的特性和环境问题R245fa作为一种常用的制冷剂，具有较高的热力性能和优良的传输特性。

然而，它在大气中的残留会破坏臭氧层，并对全球气候产生影响。

随着国际环保政策的严格，其使用逐渐受到限制。

因此，研究环保替代工质具有重要意义。

三、环保替代工质的筛选原则在寻找R245fa的环保替代工质时，应遵循以下原则：1. 无臭氧破坏性：替代工质不应对大气臭氧层造成破坏。

2. 低全球温室效应：替代工质的温室效应应尽可能低，以减少对全球气候的影响。

3. 良好的热力性能和传输特性：替代工质应具有与R245fa相似的热力性能和传输特性，以保证系统的正常运行。

4. 环保生产过程：替代工质的制造过程应环保，减少对环境的影响。

四、高温热泵中环保替代工质的研究现状目前，研究人员正在积极寻找R245fa的环保替代工质。

其中，一些天然工质如丙烷、丁烷等因其良好的性能和环境友好性受到关注。

此外，一些合成工质如HFOs（无氟烃）等也因其优异的热力性能和低全球温室效应成为研究热点。

这些替代工质在高温热泵中的应用研究正在逐步展开，为实际应用提供了可能。

五、高温热泵中R245fa的替代工质研究方法针对高温热泵中R245fa的替代工质研究，可采用以下方法：1. 实验研究：通过实验测定不同替代工质在高温热泵中的性能参数，如传热性能、稳定性等。

2. 数值模拟：利用计算机模拟技术，研究替代工质在高温热泵中的流动和传热过程，预测其性能。

3. 对比分析：将不同替代工质的性能进行对比分析，综合考虑其环境友好性、热力性能和传输特性等因素，选择合适的替代工质。

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循环性能分析，选适宜的新型非共沸混合工质，与在冷凝筛并
温度超过８Ｏ℃ 的中高温热泵中应用较广泛的Ｒ１４进行比较。１
稍高；Ｈ０Ｂ３的性能与Ｒ１４较为接近。１
【关奠词】中高温热泵．质ＣＤ状态方程理论研究Ｔ－Ｓ
０引言
热泵是一种高效节能装置，根据热泵系统冷凝温度的不同，以分为常温热泵和中高温热泵。年来，场对中高温热可近市泵的需求快速增长，要需求领域为地热、阳能和工业余热主太等低品位热能利用和洁净供热。就技术发展的成熟性、用的应普遍性而言，普冷、与空调及中低温热泵相比，高温热泵技术中可说是一项新兴的、展中的应用技术，发展中要解决的关发其键问题之一为寻找适宜中高温热泵工质。内外的学者在中高国温热泵工质的研究方面做了大量的工作。国外研究方面，．ｎｅａｎ等对以Ｒ２２０、ｗＶａｃＰｙｅ３／９Ｒ／５ａ和Ｒ２０６０３２１２９／０ａ为工质的热泵系统的循环性能进行了测试 ”。国内研究方面，华大学史琳等研究了Ｔ０１给定清ＨＲ，高温水源热泵的冷凝温度为９０℃ 。上海交通大学李廷勋等】考察了混合工质Ｒ２／４１２１ｂ在冷凝器进口水温７Ｃ、出口水０ｃ温８Ｃ下的性Ｚ［天津大学的学者对中高温热泵开展了一０。ａ３。￣系列的理论和实验研究工作，其中包括在固定温升为４Ｃ、０。冷凝温度为６０～８Ｏ℃ 、热度为１过Ｏ℃ 左右、冷度为５℃ 左过
２分析讨论
由图可知，ＢＨ０的冷凝压力在冷凝温度１０ｏ时超过２２Ｃ
工质进行了理论实验循环性能研究；利用Ｒ２／４ｂ２１和２１２／Ｒ９／６０／２２Ｏ０ａ１３等混合工质，得到了热泵出口水温８５℃ ，ＣＯＰ在３Ｏ以上的实验结果：最近又将冷凝温度升高到．９８℃ ，凝器出口水温９Ｃ。本文着眼于对８冷５ｏ０～１０℃ 的冷２凝温度范围、０℃ 温升的应用，利用ＣＳＤ状态方程进行理论４
对于非共沸混合工质，其蒸发温度和冷来自温度都取当量值，即
在蒸发和冷凝的各自过程中，温度滑移始末的平均值，算结计果见图１ａ～ｆ，中包含相同工况下Ｒ１４的计算结果。（）图１
ｂｂ＝ａａｘ＝ｉ式中，＝（－）ｑｑ），＝，＝＝１ｋ（Ｏ（３）（４）
理论计算工况的设定，冷凝温度
（当量冷凝温度）
８０～１０ｃ温升４０ｏ过热、冷度７℃ ，缩机效率０．５２Ｃ，Ｃ，过压７。
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２１００年第１期
ＴＩＡＮＪＮＳＣＩＮＣＥ＆ＣＨＮＯＧＹＩＥＴＥＯＬ
科学观察
刘玉俊
（天津渤海职业技术学院
天津３００）０４２
几种中高温热泵混合工质的理论研究
【要】摘在冷凝温度８～１０℃的温度区间内，０２采用ＣＤ状态方程，４Ｓ对种混合工质Ｂ０—４Ｈ１０进行理论循
环性能研究，并与Ｒ１４１进行对比。究表明，Ｈ１０这４工质的ＣＰ和单位容积制热量均高于Ｒ１４研Ｂ０— ４种Ｏ１，压比和压缩机排气排温高于Ｒ１４综合性能优于Ｒｌ４种工质中，Ｈ１１，１。４Ｂ０性能最好，只是压缩机排气温度
２２ＭＰ（．ａ工程上允许的最高压力水平）故８０，Ｈ２最高应用冷
凝温度为１５℃ ：余３种工质在整个考察温度区间内，力１其压水平适中，中ＢＨ０１的压力水平最低，ＢＨ０其且３的压力水平与Ｒ１４基本相同。１所有工质的压比随着冷凝温度的升高逐步减小，知压缩可
右的条件下，Ｒ１ｂＲ２７ａ６０Ｒ２１２对４２、２ｅ／Ｏ、２／４ｂ和Ｒ１４１ｂ２／４１
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㈩（２）
式中：队为工质的压力和比体积；、ｎ６为有关温度的关联函数；（）ａｐ（１ｏ；（）６ＴｂＴｂ；中ａ、ｌ啦、ａ／＝ｗｘｎＴ＋ａｂ７：ｏ＋】＋２其ｏ０、ｂ．。ｂ０ｂ、：为每一工质的物性参数，用物质的已知饱和蒸汽压、液相及汽相比容优化得出。应用于混合工质时，混合法则：其