制冷劑應(yīng)用知識手冊-制冷劑和制冷系統(tǒng)
制冷劑的許多性質(zhì)都會(huì)對其使用性能產(chǎn)生影響。這些性質(zhì)也會(huì)對其用于哪種制冷系統(tǒng)特別是哪種壓縮機(jī)產(chǎn)生影響。多數(shù)商用制冷系統(tǒng)是吸收式或蒸氣壓縮式。吸收式制冷機(jī)用水作為制冷劑,溴化鋰作為吸收劑,也可用其他物質(zhì)如水和氨。以水為制冷劑的制冷機(jī)因其冷凍水溫度的限制(必須高于0℃),只能用于商用空調(diào)工況。
一、壓縮機(jī)
蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)利用壓縮機(jī)提升制冷劑焓值(壓力和溫度)。使用工況決定了要求的提升能力(常稱為壓比)(見圖3-換熱器性能)。風(fēng)冷系統(tǒng)要求的壓比比水冷系統(tǒng)高,因?yàn)轱L(fēng)冷系統(tǒng)的冷凝溫度更高。供冷溫度低的系統(tǒng)也要求比較大的壓比。制冷量(單位為冷噸)正比于制冷劑流量(單位為cfm/ton).
正位移壓縮機(jī)的壓比高流量小。其例子包括往復(fù)式、渦旋式和螺桿式壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)壓比低流量大。
分子量小的制冷劑一般用于壓比高流量小的場合。換句話說,用于正位移壓縮機(jī)很好。例子包括R-22、R-410A和R-134a。以R-410A為例,圖12顯示其分子量小。圖13顯示R-410A易于獲得高壓比的能力。兩個(gè)圖顯示出R-410A每冷噸制冷量只需要約1.5cfm/ton的流量,非常適合用于正位移壓縮機(jī)。
分子量大的制冷劑要求大流量,提供的壓比比較小。示例包括R-11和R-123。圖13顯示這兩種制冷劑特別適合于離心壓縮機(jī)。兩種制冷劑的每冷噸流量約為17cfm/ton。
R-134a常用同時(shí)用于正位移壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)。盡管它可用于任何種類的正位移壓縮機(jī),但還是多用于螺桿壓縮機(jī),因?yàn)槁輻U壓縮機(jī)的流量稍偏大。R-134a的每冷噸流量約為3cfm/ton。
二、換熱器
蒸發(fā)器和冷凝器都是換熱器。制冷劑進(jìn)出換熱器傳遞能量的能力將影響系統(tǒng)的總體性能。換熱量正比于面積和溫差等。如果一種制冷劑的換熱性質(zhì)差,要么必須增加面積(增加許多銅管成本),要么增大溫差。增大溫差意味著增大壓縮機(jī)壓比,導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗增加。在商用空調(diào)中,制冷機(jī)的溫差可以小到0.5到1℃,故即使溫差少量增大,性能差別都會(huì)很大。
例如,R-123的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0476Btu/h?ft?℉,而R-134a的導(dǎo)熱系數(shù)是0.0521Btu/h?ft?℉。導(dǎo)熱的增強(qiáng)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以在減少換熱器銅管成本,或者是降低壓縮機(jī)壓比提高性能之間作出選擇。
三、管路和壓力損失
所有制冷劑不管是蒸氣還是液體狀態(tài),流過制冷回路時(shí)都會(huì)產(chǎn)生壓降。壓降可能是在部件之間的連接管道或是在一個(gè)部件內(nèi)(如壓縮機(jī)流道)。當(dāng)壓力變化時(shí),制冷劑的溫度也會(huì)改變,改變多少依賴于制冷劑本身。溫度變化通常對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響,考慮到在吸氣和排氣管路上的壓降。要保持蒸發(fā)器和冷凝器中的恰當(dāng)壓力,壓降(溫度變化)將會(huì)增加壓縮機(jī)的壓比。而且,對于多數(shù)制冷劑來說,吸氣管路的壓降造成的溫度變化比排氣管路壓降造成的溫度變化更加顯著。