地源热泵空调系统中载冷剂的选择

1 如表 所示，因为丙稀乙二醇比乙烯乙二醇的比热大，所以在保证系统制冷量的
前提下，丙稀乙二醇需要的流量会小。但这并不表示会降低泵功率或者改善传热，因
为丙稀乙二醇的粘度比乙烯乙二醇要大的多，这也就意味着，使用丙稀乙二醇的地源
热泵系统需要一个更大功率的水泵。甚至因为传热的损失导致系统需要一个更大的制
冷盘管。
除了冰点温度的区别以外， 载冷剂的其他物理特性也都与水的物性有很大的区别。
表 1：表中载冷剂流体温度是 4.4℃
解决方案
冰点
水
0°C)
乙烯乙二醇(25%) -11.7°C
丙 稀 乙 二 醇 (30%) 12.8°C
比热 4.2 kJ/kg-°K 3.77 kJ/kg-°K 3.85 kJ/kg°K
粘度 1.5 mPa-sec 3.2 mPa-sec 5.2 mPa sec
图1：
如图 1 所示, 丙稀乙二醇提供的防冻保护稍逊于乙烯乙二醇.因此,丙烯乙二醇需 要采用较高的浓度来获得与乙烯乙二醇相同的冰点. 当我们使用乙烯乙二醇的时候, 防冻液和水的混合物的浓度只需要达到乙烯乙二醇质 量浓度的 25%, 此时所获得的冰点可以保证整个地源热泵系统安全的运行。如果采用 丙稀乙二醇则需要 30％的质量浓度才能满足要求。
7.2
6
116
154
5.45
水侧 压力 降 kPa 20.6 23.5
在载冷剂中增加防冻液的负面的影响可以通过测试变风量空调器的制冷盘管的性
2 能来获得。采用变风量空调器作为试验装置，表 所示的性能是该变风量空调器中制
6
118 / ,
5663L/S
冷盘管的性能。该盘管为 排管，翅片数为 片 英寸 这个盘管通过风量
另外，保持载冷剂中防冻液的浓度最小，正如先前所提到的，最好使用质量浓度 25 ％的乙烯乙二醇作为防冻液，因为如果使用丙稀乙二醇，载冷剂的质量浓度要 30％才 能达到设计的冰点。
，
7.2 ,
133KW
进水温度 ℃时 总制冷量
。
4.76L/S
如果单独用水做载冷剂（不含任何防冻液），这个盘管需要流量为
温度
7. 2℃的载冷剂水提供所需的制冷量。在这个流量下，载冷剂通过管道的压力降是
20.6kPa 。
116KW
如果在系统中加入乙烯乙二醇作为载冷剂，则系统的制冷量为
，系统的
13
23.5kPa
地源热泵空调系统是一种利用含有大量能源的土壤（地下水）作为吸热或排热的 热交换器，实现空气调节的系统；当多数热泵在制热模式时，就从土壤（地下水）中 吸收热量；当多数热泵在制冷模式时，就将热量排放在土壤（地下水）中。土壤（地 下水）提供了一个绝好的免费的能量存储的源泉。
在地源热泵应用中,地热换热器的流体温度经常降到水的冰点以下。在这种情况下 就不能再使用纯水作为载冷剂，这时，地源热泵空调系统普遍采用的载冷剂是水和防 冻液的混合物。这种混合物降低了载冷剂溶液的冰点,从而保证系统在运行过程中, 载 冷剂温度在冰点以上不会发生冻结。除了一些特殊的情况外，最常用的防冻液是乙烯 乙二醇（ethylene glycol）和丙稀乙二醇(propylene glycol)。
133
乙烯乙二醇（25％） 7.2 6
116
Hale Waihona Puke Baidu
25
7.2 8
133
乙烯乙二醇（ ％）
25
7.2 6
133
乙烯乙二醇（ ％）
乙烯乙二醇（25％） 4.4 6
133
乙烯乙二醇（25％） 3.3 6
133
压力降
kPa
l/s
160
4.76
154
5.45
208
5.45
162
7.62
160
5.31
160
4.22
压力降 kPa 20.6 23.5 29.3 42.8 22.5 19.2
25
75
对于大多数的地源热泵系统，首选的载冷剂应该是 ％的乙烯乙二醇和 ％水
的混合物。它提供给系统较高性能的防冻保护，对系统各个部件的传热影响也是最小
的。乙烯乙二醇的运行寿命长，而且性能稳定，无腐蚀性。合理的使用这种载冷剂对
系统盘管，系统管路，冷水机组的各个部件都很安全。
考虑载冷剂的口服毒性的时候（例如，食品安全或者药品安全）丙稀乙二醇较普
制冷量下降了 ％。载冷剂流体在空气处理机盘管的压力降为
，比先前增加
14 了 ％。
载冷剂混合液体较低的比热和较高的粘度是导致制冷量的损失和压力降的增大
的直接原因。通过盘管的选型和系统设计可以使损失的制冷量得到一定程度的恢复。 3:
表
解决方案
进口 盘管 制冷量 空气侧 流量 水侧
温度 排数
℃
水
7.2 6
地源热泵空调系统应用中载冷剂的选择
孙烨 上海交通大学
:
,
摘 要 本文介绍了地源热泵空调系统设计中载冷剂的特性和选型原理 为地源热泵的系统设计提供
了参考.
关键词: 地源热泵, 系统设计,载冷剂,选型,
Abstract : This paper introduce the heat transfer fluid selection principle in the geothermal heat
如果选一个新的盘管来安装，增加新盘管的面积可以获得所需要的制冷量。在表 3 所示的这个例子中，把盘管的排数从 6 排增加到 8 排，系统的制冷量达到设计的 133kw 的制冷量。但是,水侧的阻力也增加了，这会导致水泵功率的增加，水泵要选大。 还有一个方案是增大通过盘管的载冷剂的流量来获得所需要的制冷量。在如表 3 的例 子中， 制冷剂的流量增大到了 7.62L/S,这个方案的运用，避免了空气侧阻力的增加， 但是却导致了一个更高的水侧阻力，需要比前一个方案选择更大功率的水泵。
最后，降低进入盘管的载冷剂的温度导致供奉温度降低，空气处理机组，变风量 末端，和送风管道都会相应的减小，风机的功率消耗也相应减小了。
在载冷剂中增加冷冻液造成的传热损失对冷水机组的制冷量和制冷效率都会产生 负面的影响。系统性能的降低是由于载冷剂混合物较低的比热和较高的粘度。如表 1 所示,应该在系统选型过程中选择较低粘度的载冷剂，在系统普遍采用的温度下，乙烯 乙二醇的粘度比丙稀乙二醇的粘度要小。
实际上，最好的方法是降低进入盘管载冷剂的温度来获得设计的制冷量。使用最 初的盘管，把进入盘管载冷剂的温度从 7.2℃降低到 4.4℃就能获得的设计的制冷量。 这种方案没有影响空气侧的压力降，载冷剂的流量比前三种方案都要低。较低的载冷 剂流量弥补了在载冷剂中增加冷冻液的影响。降低了液侧的压力降和水泵的功率。 为了产生一个更低的载冷剂温度，需要使冷水机组工作更长的时间，消耗的功率也会 增加。关键是要平衡好各个方面的关系。不仅要获得设计的制冷量，而且要降低安装 成本和系统能耗，最省钱的办法是降低进入盘管的载冷剂温度。 尽量的降低进入盘管的载冷剂的温度，例如表 3 所示，把温度降低到 3.3℃.能够获得 更大的收益。传热性能的改善使得流量比最初的盘管设计要低，水侧压力降也降低了。 这比纯粹用水做载冷剂的系统，泵所消耗的功率也更低。 从另一个方面讲，进盘管的载冷剂温度较低，使得盘管选型时的翅片数减少来替代降 低载冷剂的流量的收益，这样的话，盘管的成本降低了，空气侧的阻力也降低了。风 机功率也随之降低。
遍的采用。因为丙稀乙二醇是食品安全级产品，仅仅是所要求的载冷剂温度下传热效
果较差，因此，丙稀乙二醇不能完全被乙烯乙二醇替代。在这种应用种也可以考虑其
他的一些载冷剂，例如丙二醇。 2
表：
解决方案
进水 盘管 制冷量 空气侧 流量
温度 排数
压力降
℃
kw
kPa
L/S
水
7.2 6
133
160
4.76
(25%) 乙烯乙二醇
pump application system design which provide the professional reference to the geothermal heat
pump system design.
Key word: geothermal heat pump ; system application; heat transfer fluid; selection.