1、HFOs制冷剂制冷剂在螺杆冷水机组上的应用测在螺杆冷水机组上的应用测试及研究试及研究Dunham-Bush Since 1894-目录目录|Content1项目背景项目背景2测试方案测试方案3结果及分析结果及分析4总结总结项目背景项目背景-研究研究HFO制冷剂应用的原因制冷剂应用的原因2016年年10月全球达成基加利修正案月全球达成基加利修正案美国从2019年开始第一阶段削减，从2017年底至2018年对替代市场会产生影响；欧盟将会持续遵循F-Gas法规；加拿大和澳大利亚已经起草HFC削减方案，日本还在评估之前的法规是否能够满足基加利修正案；发展中国家被分为两个小组，中国中国HFC在在2024
2、年冻结，年冻结，2029年实施第一阶段年实施第一阶段；采用2020-2022年的平均使用量作为基线；发展中国家在讨论加快削减进程。项目背景项目背景-R134a的低的低GWP制冷剂替代选项制冷剂替代选项ASHRAE 标号标号制冷剂类别制冷剂类别R-134aHFCR-1234yfHFOR-1234ze(e)HFOXP10(R-513A)R-515AHFOR-134a/R-1234yf(44/56)HFO227ea/R-1234ze(e)(12/88)组成组成(质量百分比质量百分比)单一工质1300单一工质1单一工质1GWP100 (AR5)标准沸点标准沸点()573403-26-29.45-18.
3、97-29.2-19临界温度临界温度()101.0694.7109.3696.5108.2临界压力临界压力(bar)40.66.6541206.333.86.8261091.936.34.9837.67.135.6525C时蒸气压力时蒸气压力 (bar)25C液相密度液相密度 (kg/m3)1163.11170.91185.1ASHRAE安全等级安全等级温度滑移温度滑移(K)A10KA2L0KA2L0KA1共沸 0KA1共沸 0K R-1234yf和R-1234ze(e)是为微弱可燃制冷剂，其中R-1234yf已经被欧美等发达地区广泛地应用在汽车空调作为商用空调中R-134a的替代，R-513
4、A是直接替代方案的选择，GWP值比R-134a减少56% R-1234ze(e)GWP1，但沸点只有-19，所以不用应用于蒸发温度低于-19 的场合项目背景项目背景-HFO替代替代R-134a理论分析理论分析临界温度临界温度沸点沸点ASHRAE能效能效COP滑移温度滑移温度制冷剂制冷剂组分组分GWP能力能力分类分类R134a-101.1109.4-26.1-19.013001A1100%76%100%101%-R1234zeA2L44% R134aR513AR515A96.5-29.6-19.0573403A1A1101.8%98%-56% R1234yf88% R1234ze12% R227
5、ea108.776%100%P-T曲线222018161412108两者在相同温度下的对应饱和压力差值非常接近。在饱和温度-2565之间，XP10(R-513A)对比R-134a压力变化在0.150.6bar之间，并且温度越低时，两者的压力差值越小。R-134aXP10 (R-513A)64饱和温度饱和温度()20项目内容项目内容-研究技术方案研究技术方案设计制造两台水冷螺杆冷水机组，分别测试R134a、R1234ze、R513A的性能样机测试安排在顿汉布什研发中心水冷试验台上进行，该试验台分别通过AHRI和国家认证；项目内容项目内容-测试机组配置测试机组配置全重力降膜全重力降膜式蒸发器式蒸发
6、器第第代立式全封代立式全封双螺杆压缩机双螺杆压缩机- 全重力降膜蒸发- 传热效率提升20%以- 降低制冷剂充注达301981年诞生于美国顿汉布什获有48项项北美发明专利冷凝器冷凝器强化螺纹管Cross Flow 强化外壁传热Subcooling 技术项目内容项目内容-研究主要内容研究主要内容 样机分别测试标准工况、分析膨胀阀、温度、压力传感器的通用性；部分负荷、变工况、最大负荷、低温工况、变流量等工况条件下的性能；整理分析三种制冷剂的测试数据，分析HFO制冷剂理论性能与实际测试性能的差异，确认HFO替代R134a的可行性。 分析冷冻油及密封材料的相容性；项目内容项目内容-性能试验台性能试验台水
7、冷机组全性能测试站台水冷机组全性能测试站台工厂配有6个水冷机组测试站台；测试设备及流程获得美国AHRI认证，测试能力覆盖50RT-3000RT；所有水冷机组出厂前模拟客户满负荷工况进行性能测试。结果及分析结果及分析-性能参数对比性能参数对比（R134a为基准）为基准）GBQR134a587.8105.25.6R513A587.0108.45.4Diff-0.1%3.0%R1234ze450.077.0Diff-23.4%-26.8%4.6%PCOPIPLVChargeTe-3.0%-3.3%-2.9%-3.6%0.3%5.86.76.47.05.4%204.06.17198.05.95192.
8、05.98-5.9%-3.1%-1.4%-7.2%Tc36.0044.336.0943.035.5041.1Disc T-2.9%结果及分析结果及分析-冷量比较冷量比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下冷量比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下冷量比较R134a t=7R134a t=7R134a t=15R134a Evap_lvg=5R134a t=7600580560540520500480460440420700.0680.0660.0640.0620.0600.0580.0560.0540.0520.0500.0R134a Evap_lvg=10800.0780.0760.0740.07
9、20.0700.0680.0660.0640.0620.0600.0222426283032222426283032222426283032蒸发温度相对稳定下，随着冷凝温度上升，机组冷量下降，相同工况下，R134a冷量最高，R513A冷量稍低，R1234ze冷量下降较多。结果及分析结果及分析-功率比较功率比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下功率比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下功率比较R134a t=7R134a t=7R134a Evap_lvg=10R134a t=15R134a116.0106.096.086.076.066.0R134a t=1512011010090Evap_lvg
10、=5116.0106.096.086.076.066.0R134a t=7R513A Evap_lvg=10807022273260222426283032222426283032蒸发温度相对稳定下，随着冷凝温度上升，机组功率上升，相同工况下，R513A功率最高，R134a稍低，R1234ze功率最低。结果及分析结果及分析-COP比较比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下COP比较比较8.29.28.78.27.77.26.76.25.77.26.76.25.75.24.74.2R134a t=7R134a t=15R134a Evap_lvg=15R513A E
11、vap_lvg=15R134a t=7R134a Evap_lvg=5R134a t=77.77.26.76.25.75.2R134a t=15R513a Evap_lvg=5222426283032222426283032222426283032蒸发温度相对稳定下，随着冷凝温度上升，机组COP下降，相同工况下，R1234ze能效最高，其次是R134a，R513A相对较低结果及分析结果及分析-排温比较排温比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下排气温度比较定蒸发器出水，变冷凝器进水温度下排气温度比较48484644424038363432304846444240383634323046444240
12、3836343230R134a t=7R134a t=7R134a Evap_lvg=10R134a t=15R134a t=15R134aEvap_lvg=5R513A Evap_lvg=10222732222426283032222426283032蒸发温度相对稳定下，随着冷凝温度上升，机组排气温度上升，相同工况下，R134a排气温度最高，其次是R513A，R1234ze相对较低。结果及分析结果及分析-传热比较传热比较水侧流量对水侧流量对K值影响：变蒸发器水流速，定两器水温值影响：变蒸发器水流速，定两器水温109.598.587.57R1234ze6.56制冷剂侧恒定流量，变蒸发器水侧R1
13、34aR513A流量，蒸发器的总换热系数K值，R134a最高，其次是R513A，R1234ze相对较低。5.550.81.31.82.32.8结果及分析结果及分析-传热比较传热比较水侧流量对水侧流量对K值影响：变冷凝器水流速，定两器水温值影响：变冷凝器水流速，定两器水温1211109制冷剂侧恒定流量，变冷凝器水侧流量，冷凝器的总换热系数K值，R134a最高，其次是R513A，R1234ze相对较低。8R134aR513a7R1234ze65123456结果及分析结果及分析-传热比较传热比较工质侧流量对工质侧流量对K值影响：值影响：定冷凝器进水温度，冷凝器定冷凝器进水温度，冷凝器 K值随不同蒸发
14、器出水比较值随不同蒸发器出水比较8.78.27.77.26.78.78.27.77.26.7R134a Cond t=30R513A Cond t=30R1234ze Cond t=30R134a Cond t=26R513A Cond t=26R1234ze Cond t=264681012141646810121416冷凝器水侧定流量，随着蒸发器出水温度升高，制冷剂侧流量加大，冷凝器的总换热系数K值上升，R134a最高，其次是R513A，R1234ze相对较低结果及分析结果及分析-传热比较传热比较工质侧流量对工质侧流量对K值影响：值影响：定冷凝器进水温度，蒸发器定冷凝器进水温度，蒸发器K值
15、随不同蒸发器出水比较值随不同蒸发器出水比较10.09.59.08.58.010.09.59.08.58.07.57.06.56.05.55.07.5R134a Cond t=267.06.56.05.55.0R134a Cond t=30R513A Cond t=30R1234ze Cond t=30R513A Cond t=26R1234ze Cond t=264681012141646810121416冷凝器水侧定流量，随着蒸发器出水温度升高，制冷剂侧流量加大，蒸发器的总换热系数K值R134a和R1234ze上升，R513A呈下降趋势；R134a K值最高。结果及分析结果及分析-管路压降比
16、较管路压降比较排气管压降（排气管压降（Kpa）比较）比较吸气管压降（吸气管压降（Kpa）比较）比较14.512.510.58.57.56.55.54.53.52.51.50.5R1234zeR134aR1234zeR134aR513AR513A6.54.52.50.52040608010020406080100GB标准工况下的四个负荷点，吸气管路压降，R513A相对较高，其次是R134a，R1234ze最低。GB标准工况下的四个负荷点，排气管路压降，R513A相对较高，R1234ze和R134a接近，满负荷下R134a最低。总结总结 性能对比：R513A 满负荷冷量与R134a接近，冷量降低0
17、.1%，功率上升3%，COP 下降3%；IPLV下降3.3%。R1234ze 满负荷冷量下降23%，功率则下降27%，COP上升4%；IPLV上升约5%。满负荷下压缩机计算输气效率R1234ze最高，比R134a高3%，R513A最低，较R134a低4%左右。 制冷充注量R513a 充注量减少3%，而R1234ze减少6%。 传热方面冷凝器侧：R134a的的K值最高值最高，随管内流速变化，R1234ze值最小值最小。蒸发器侧：R134a的的K值最高，值最高，R1234ze值最小，值最小，R513A的K值随制冷剂侧流量增大而下降， 管路压降及排温变化R513A吸排气管路压降比R134a稍高，但不影响机组的运行范围，替代R134a对机组的响应最小R513A排气温度和R134a很接近，R1234ze的排气温度最低总结总结 加大压缩机研发力度，加大压缩机研发力度，改进压缩效率，优化永磁变频压缩技术改进压缩效率，优化永磁变频压缩技术 研究研究新型传热技术新型传热技术，提高，提高HFOs制冷剂传热性能制冷剂传热性能 研究开发研究开发更高效的降膜蒸发更高效的降膜蒸发技术，节省制冷剂充注技术，节省制冷剂充注 润滑油润滑油与与HFOs制冷剂制冷剂兼容兼容性试验，确保机组安全可靠运行性试验，确保机组安全可靠运行 制作样机，继续测试制作样机，继续测试NEXT
