1 制冷劑概述
目前,國際上一致看好的R22替代物是混合工質R407C和R410A。其中R410A是HFC 32和HFC 125按照50%:50%的質量百分比組成的二元近共沸混合制冷劑,它的溫度滑移不超過0.2℃(R407C溫度滑移約7℃左右),這給制冷劑的充灌、設備的更換提供了很多方便。另外,由于R410A系統運行的蒸發壓力和冷凝壓力比R22高60%,所以系統性能對壓力損失不敏感,每個回路工質循環流速可以加大,有利于換熱器的強化換熱,這為提高R410A系統的整體能效創造了有力條件。
正是由于R410A具有上述優點,在R22用量較大的單元式空調和熱泵產品中,R410A是其首要的替代品。美國有望在2007年底將R410A產品在單元式空調的應用比例提高到80%,并在2009年底接近99%。
但是R410A和R22物性存在著上述明顯差異而不能在原R22系統中直接充注替代使用,應該對新的R410A系統中的壓縮機、蒸發器、冷凝器、節流機構和系統管路等部件重新設計才能達到系統的Z佳匹配。本文僅以R410A和R22翅片管蒸發器和冷凝器的回路數相對比進行說明。
2 R410A和R22翅片管蒸發器回路數比計算
目前工業空調常用的R22換熱器一般采用的是3/8″內螺紋管,R410A換熱器一般采用的是5/16″內螺紋。無特殊說明,所述的R410A和R22換熱器即分別指這兩種結構的換熱器。
制冷劑在蒸發過程中,其干度不斷增大,密度不斷減小,流速不斷增大,為簡化計算,用換熱器出口和入口的算術平均密度、平均流速來計算回路中的壓降。
值得說明的是,對于相同換熱量和相同排數及相同迎風面積的R22和R410A蒸發器,其設計的蒸發溫度可能稍有不同,但通過計算可知,當蒸發溫度在±2℃范圍內波動時,對計算結果的影響≤4%。
為簡化計算,均以相同的設計蒸發溫度進行計算。
從上式可以看出,對于相同換熱量的R410A和R22蒸發器,R410A和R22回路數比不僅與兩工質的物性參數(制冷劑在盤管中的焓差、密度和單位壓力降對應的飽和溫度降)有關,還與蒸發器盤管內徑和當量摩擦阻力系數有關。
工質在蒸發器中的焓差、密度和單位壓力降對應的飽和溫度降與換熱器的設計工況有關,對于給定換熱器設計工況:蒸發溫度為7.2℃,液體溫度為46℃,過熱度為5℃,R410A和R22物性參數對比。
直膨式空調R223/8″管徑的換熱器回路數為1。從計算結果可知,如R410A換熱器采用5/16″管徑,則其回路數是3/8″管徑R22換熱器回路數的1.14倍。這一結果是由工質物性不同和換熱器結構參數改變兩方面共同作用所致。其中僅由工質物性不同影響的倍率為0.79;由換熱器結構參數不同影響的倍率為1.45。即在換熱器結構參數相同的條件下,如果3/8″管徑R22換熱器直接切換為R410A換熱器,其回路數要減少為R22換熱器的0.79倍;同理,如工質不變,3/8″管徑R22換熱器切換為5/16″管徑換熱器,其回路數要增大1.45倍。
