混合制冷剂R12,R134a和实验设计所用的混合工质R290／R600的性能

混合制冷剂R12,R134a和实验设计所用的混合工质R290／

R600的性能 预测统计模型开发

摘要:在本文中，作为R12和R134a替代品的油气混合制冷剂R290／R600（79

/ 21重量%），对其性能进行了分析。R12，R134a，制冷剂混合物R290／R600在不同的冷凝和蒸发温度以及在不同压缩机转速环境下进行了实验。此外，统计模型采用了实验技术的设计，用来对制冷系统的参数的预测，如预测制冷量和性能系数，功率消耗。开发的模型利用F-测试对上述这些参数是否足够进行检查。蒸汽压缩制冷系统的各种制冷剂R12，R134a和R290/R600的性能进行了比较。结果显示，制冷剂混合物R290／R600的性能系数高于R12和R134a 19.3-27.9 %，并且发现，由79%的丙烷于21%丁烷进行混合的烃类混合物可作为R12和R134a的替代品。

关键词：设计；建模；碳氢化合物；能量消耗；HFC；制冷剂。

1. 引言

由于热泵和空调系统对臭氧层的消耗和全球变暖等环境问题, 氯氟烃（CFC）和 氢氟烃（HFC）和它们的混合制冷剂，因其高臭氧消耗潜能值（ODP）和全球变暖潜能值（GWP）含氯氟烃已经在大多数国家于1996年被禁止。R134a已经发展成为一个替代R12的制冷剂。制冷剂R134a的使用导致气候变化，因为其较高的全球变暖潜能，蒙特利尔议定书和京都议定书已订阅要求完全取消对氟氯化碳和氢氟碳化合物的使用。Granryd在2001年关于在制冷系统和热泵设备中使用碳氢化合物作为工作流体所产生的问题做过研究。发现碳氢化合物（HC）是环保的天然制冷剂，它们具有零ODP和GWP。大量研究和出版物表示碳氢化合物可作为替代R12的制冷剂，碳氢化合物（HC）的制冷剂有一些积极的特点，比如ODP值为零的特点，GWP很小，无毒性，与矿物油，通常在制冷系统采用的材料都具有良好的相容性等优势。使用碳氢化合物作为制冷剂主要缺点是极易引燃，如果采取安全措施以防止这种易燃制冷剂泄漏，那么碳氢化合物仍可以像其他安全的制冷剂进行使用。

R134a，R12，丙烷，正丁烷和异丁烷的热力学性质，如表1所示。从表中可以明显看出纯碳氢化合物的热力学性质与R12和R134a的不相符。图1表示R134a，R12，丙烷，丁烷以及丙烷丁烷混合物的饱和蒸气压的变化情况与温度的关系。从图中很明显的看出R290／R600（79 / 21重量%）的混合物的蒸气压力曲线与R12和R134a的蒸气压力曲线很接近，从而可以代替R12和R134a。制冷剂的热力学性质是由NIST REFPROP数据库（2002）提供。

表1. 制冷剂热力性质

图1. 制冷剂蒸气压力曲线

R290/R600（79/21％重量）是一种非共沸混合制冷剂，由不同的蒸气，液体按比例组合而成。在给定的压力下，非共沸制冷剂需要一个温度范围来冷凝或蒸发，并且它的露点温度总是比相应的泡点温度高，这将导致混合物的相变。R290／R600（79 / 21重量%）混合物的温度滑移发生在10.43°C，101 kPa. R290 / R600（79 / 21重量%）混合制冷剂被控制在液体状态，以确保它的有效。烃类混合物的比容超过氟氯化碳和氢氟碳化合物。HC制冷剂带电量大约是CFC制冷剂三的分之一。

2.文献综述

许多研究已集中在CFC12的替代品的研究。这种由79%丙烷和21%正丁烷按照质量比例混合组成的新制冷剂，表现出比其他丙烷/丁烷混合物更好的性能。以下是最近的一些研究评论。理查德森和巴特（1995）在蒸汽压缩式制冷系统研究290／HC HC 600A混合物性能。在这项研究中，它表明，丙烷和丙烷/异丁烷混合物可以在未修饰的R12系统中使用，并且在同一操作条件下给出比R12的较好的COP。另据报道，在50%和50%的混合物丙烷丁烷与R12有非常相似的饱和特性，但cop似乎提高之后丙烷的比例也会增加。荣格等人.（1996）测试了混合物R290/ R600a中R290的成分为0.2?0.6质量份的性能，并与R12进行了比较。据悉，该混合物的cop分别从从1.7%增加到2.4%。R290/R600a混合物中R290的质量分数为0.6时，与R-12相比，显示一个3%向 4%提高能源效率和更快的冷却速度比。巴斯（1998）研究了冰箱/冰柜里不同混合物HC600a／HC290的性能。60 / 40%和70 / 30%（异丁烷和丙烷）是最好的整体混合物。kuijpers等人.（1988）从理论上表明，21 / 79重量%的丙烷/丁烷混合物，可以用来替代CFC-12。该组合物的蒸发压力和容积制冷量堪比CFC-12。哈马德＆Alsaad（1999）在原版的R12家用冰箱进行了进行了四比丙烷，正丁烷和异丁烷的实验研究。调查显示，由50%的丙烷，38.3%的丙烷和11.7%的异丁烷组成的烃类混合物表现出比其他烃类混合物更好的性能。荣格等人的实验结果.（2000）表明，60%质量分数的丙烷和异丁烷组成的混合物，比起R12，具有更高的COP，更快的冷却速度，更短的压缩时间，更低的压缩圆顶温度。Akash公司对液化石油气（质量分数分别为30%丙烷，55%的丁烷，15%的异丁烷）进行了性能测试，结果显示该系统的制冷量和COP堪比R12。Fatouh和kafafy（2006）在一个单一的蒸发器家用冰箱使用60%的丙烷和40%商业丁烷混合成的液化石油气进行了实验。冰箱实验结果显示，长度5米，60g的毛细管使用液化石油气和长度4米，100g的毛细管使用R134a的制冷效果相当。液化石油气的冰箱的实际COP高于R134a冰箱约7.6%。boumaza（2010）对天然工质进行了评估作为替代CFC和HCFC的空调制冷剂。bolaji（2010）进行了使用R152a、R32在家用冰箱中替代R134a的实验。

在这项工作中，这种R290／R600（79／21 重量%）新制冷剂的良好的环保性能被提出，为证明它是一个很有前途的替代品，在与R12，R134a的对比实验中进行了使用设计的实验技术。实验设计（DOE）是用来识别那些对系统性能的最高和最低的影响水平和因素的标准统计技术。对结果的统计分析允许测定结果的意义，从而获得涉及变量和结果的数学方程。DOE技术被用在许多领域如焊接，研磨，加工等。在这项工作中，已尝试开发预测和比较与制冷剂R12R，134a、

R290／R600制冷系统性能的一个统计模型。

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