吳琦琦 郭憲民 張新玉

(天津商業(yè)大學(xué) 天津市制冷技術(shù)重點實驗室,天津 300134)

1 概述

R32以其ODP=0，GWP較低、潛熱值較高、充注量相對較低的優(yōu)勢，成為了現(xiàn)制冷劑替代品的優(yōu)選[1,2]。但R32系統(tǒng)排氣溫度過高的問題會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且降解潤滑油的化學(xué)性質(zhì)，所以需要控制壓縮機(jī)的排氣溫度，而經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣能夠改善這個問題。

經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)分為兩種：帶閃發(fā)器的補(bǔ)氣(FTVI)系統(tǒng)將閃發(fā)器氣態(tài)出口制冷劑補(bǔ)入壓縮機(jī)補(bǔ)氣口，帶過冷器的補(bǔ)氣(ICVI)系統(tǒng)將過冷器出來的氣態(tài)制冷劑補(bǔ)入壓縮機(jī)補(bǔ)氣口，Wang[3]測試了ICVI和FTVI系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在制冷模式下，室外溫度越高，性能表現(xiàn)越好，在制熱模式下，室外溫度越低，性能提升越明顯；Heo[4]實驗研究了FTVI對雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)兩級熱泵性能的影響，當(dāng)室外溫度為-15 ℃時，COP提高了10%，制熱量提高了25%；He[5]將ICVI運(yùn)用到高溫?zé)岜美?，發(fā)現(xiàn)隨著補(bǔ)氣壓力從0.82 MPa升高到0.98 MPa，補(bǔ)氣質(zhì)量流量由7.3%增加到22.61%，制熱量提高了7%，所以經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣不僅能夠降低排氣溫度，還能改善系統(tǒng)性能。

Xu[6]實驗研究了R32在FTVI熱泵系統(tǒng)中的性能，相比于沒有補(bǔ)氣系統(tǒng)，帶有閃發(fā)器的R32補(bǔ)氣系統(tǒng)換熱量最大提高了25%，COP最大提高了11%，但FTVI系統(tǒng)的閃蒸器氣態(tài)制冷劑出口可能會夾帶液體，對壓縮機(jī)造成影響；Cho[7]實驗研究了R32在ICVI系統(tǒng)中的性能，在室外溫度為7 ℃～15 ℃范圍內(nèi)，相比于沒有補(bǔ)氣系統(tǒng)，帶有過冷器的R32補(bǔ)氣系統(tǒng)制熱量提高了7.8%～13.9%，COP提高了1.1%～4.7%，但I(xiàn)CVI系統(tǒng)會向壓縮機(jī)補(bǔ)入過熱蒸汽，影響壓縮機(jī)腔內(nèi)溫度。兩種R32經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣方式各有優(yōu)缺點，但很少有文章實驗比較R32經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)間的性能，而課題組已完成了R32FTVI系統(tǒng)性能的研究和ICVI系統(tǒng)部分性能的研究[8-11]，本文將在前期基礎(chǔ)上，在相同實驗工況下，通過實驗研究R32ICVI系統(tǒng)性能，并將兩種經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)性能進(jìn)行對比。

2 實驗裝置

實驗采用R32制冷劑，系統(tǒng)在原有FTVI系統(tǒng)實驗臺的基礎(chǔ)上修改實驗臺，新的實驗裝置如圖1所示。該裝置通過閥門的關(guān)閉，可將FTVI系統(tǒng)切換成ICVI系統(tǒng)，ICVI系統(tǒng)制冷劑流動路程：制冷劑從壓縮機(jī)出來，通過四通閥、室內(nèi)換熱器、干燥過濾器后分為兩路，一路通過手動節(jié)流閥、經(jīng)濟(jì)器(過冷器)，進(jìn)入壓縮機(jī)補(bǔ)氣口；一路通過經(jīng)濟(jì)器(過冷器)、膨脹閥、室外換熱器、四通閥、汽液分離器，回到壓縮機(jī)。實驗樣機(jī)壓縮機(jī)類型為全封閉渦旋式，排氣量為53.5 cm3/rev，室內(nèi)外換熱器均為管翅式換熱器，翅片類型為波紋片。

本實驗補(bǔ)氣管路制冷劑質(zhì)量流量通過質(zhì)量流量計(精度為±1.5%)測量，室內(nèi)換熱器制熱量計算采用空氣焓值法，空氣側(cè)質(zhì)量流量通過焓差性能實驗室內(nèi)風(fēng)量測量裝置測量，空氣側(cè)焓值通過溫度、壓力查詢得到，溫度由Pt100鉑電阻(精度±0.1 ℃)測量，壓力傳感器精度為±0.25%。實驗系統(tǒng)溫度、壓力測點布置見圖1，溫度傳感器為T型熱電偶(精度為±0.1 ℃)，壓力傳感器精度為±0.25%。系統(tǒng)耗功量通過綜合電量變送器(精度為±0.5%)測量，由制熱量和耗功量可計算系統(tǒng)COP。

3 實驗分析

在室內(nèi)側(cè)回風(fēng)干/濕球溫度為20 ℃/15 ℃工況下，分別測試室外側(cè)進(jìn)風(fēng)干/濕球溫度為7 ℃/6 ℃,2 ℃/1 ℃,-5 ℃/-6 ℃,-7 ℃/-8 ℃,-10 ℃/-11 ℃和-15 ℃/-16 ℃工況下R32ICVI系統(tǒng)性能，并與R32FTVI系統(tǒng)性能進(jìn)行對比，其中，為了避免其他因素的影響，對比數(shù)據(jù)均為補(bǔ)氣系統(tǒng)與其對應(yīng)的無補(bǔ)氣系統(tǒng)的增比/降比。

圖2所示為不同室外溫度對經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)排氣溫度的影響，由圖2可以看出不同室外溫度下，經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)均能降低排氣溫度，ICVI系統(tǒng)排氣溫度降低比例均大于FTVI系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)排氣溫度降比的差越來越小，在室外溫度為7 ℃時，排氣溫度降比差為11.86%，而在室外溫度為-10 ℃時，排氣溫度降比差僅為2.56%，這是由于室外溫度越低，室外換熱器蒸發(fā)壓力會越低，ICVI系統(tǒng)補(bǔ)氣壓力會降低，此時排氣溫度會有所升高。因此，在較低室外溫度(低于-10 ℃)的情況下，兩種補(bǔ)氣系統(tǒng)對于排氣溫度的影響區(qū)別不大。

圖3所示為不同室外溫度對經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)制熱量的影響。從圖3中可得，不同室外溫度工況下，經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)均能提高換熱量，且均隨著室外溫度降低換熱量提高越多，這是因為補(bǔ)氣提高系統(tǒng)吸氣壓力，使得質(zhì)量流量增大，從而換熱量增大。ICVI系統(tǒng)的制熱量增比均大于FTVI系統(tǒng)，當(dāng)室外溫度大于0 ℃時，兩個系統(tǒng)制熱量增比相差不大，為不到10%，但室外溫度在低于-5 ℃的范圍內(nèi)，增比差均大于10%，室外溫度為-10 ℃時，制熱量增比差達(dá)到最大，為16.77%。室外溫度越低，ICVI系統(tǒng)的換熱量越高的原因是在室外溫度越低的工況下，過冷器的效率比閃發(fā)器的效率高，更有效增大蒸發(fā)器焓差，增加換熱量。

圖4所示為不同室外溫度對經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)耗功量的影響。可以看出，不同室外溫度工況下，ICVI系統(tǒng)的耗功量增比均大于FTVI系統(tǒng)，在室外溫度大于-5 ℃范圍內(nèi)，ICVI系統(tǒng)的耗功量增比分別為14.59%,14.67%和21.11%，而FTVI系統(tǒng)最高為10.57%，但兩個補(bǔ)氣系統(tǒng)在室外溫度較低時，耗功量的增量均不大，這是因為影響耗功量的因素有兩個：一是室外溫度降低，制冷劑質(zhì)量流量減少，壓縮機(jī)耗功也會減少；二是室外溫度降低，蒸發(fā)壓力降低，壓縮機(jī)壓比增大，耗功量增大。因此，室外溫度較高時，ICVI系統(tǒng)的耗功量增比遠(yuǎn)大于FTVI系統(tǒng)，室外溫度較低時，兩者相差不大。

圖5所示為不同室外溫度對經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)COP的影響。從圖5中可以看出，當(dāng)室外溫度為-5 ℃時，ICVI系統(tǒng)和FTVI系統(tǒng)的COP增比基本相同，當(dāng)室外溫度繼續(xù)降低，ICVI系統(tǒng)COP增比出現(xiàn)大幅度增長，在室外溫度為-10 ℃，COP增比為21.41%，F(xiàn)TVI系統(tǒng)COP增比增長比較緩慢，這是因為隨著室外溫度越低，兩個經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)耗功量增長相差不大，但I(xiàn)CVI系統(tǒng)的換熱量增長幅度遠(yuǎn)大于FTCI系統(tǒng)，所以室外溫度越低，ICVI系統(tǒng)對提高系統(tǒng)性能的效果越好。但當(dāng)室外溫度大于2 ℃時，兩個系統(tǒng)COP均相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)出現(xiàn)下降的趨勢，這說明當(dāng)室外溫度在2 ℃以上時，可以使用傳統(tǒng)無補(bǔ)氣系統(tǒng)，以此獲得更優(yōu)的系統(tǒng)性能。

4 結(jié)語

本文對R32ICVI系統(tǒng)進(jìn)行了實驗，并對比了R32ICVI系統(tǒng)和FTVI系統(tǒng)性能，得到了以下結(jié)論：

1)在室外溫度較低(低于-10 ℃)的情況下，R32ICVI系統(tǒng)和FTVI系統(tǒng)降低排氣溫度的能力相差不大。2)室外溫度大于2 ℃時，R32ICVI系統(tǒng)和FTVI系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)無補(bǔ)氣系統(tǒng)均出現(xiàn)了COP下降的趨勢，因此在實際運(yùn)用過程中，可以針對不同室外溫度，切換經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣系統(tǒng)和無補(bǔ)氣系統(tǒng)使用。3)室外溫度低于-5 ℃范圍內(nèi)，室外溫度越低，經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣對提高R32熱泵系統(tǒng)性能效果越好，其中ICVI系統(tǒng)的影響更大，在室外溫度為-10 ℃，COP增比達(dá)到21.41%。