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R1234yf/R134a应用于汽车空调系统的性能研究

更新时间:2009-03-28

0 引 言

近年来,能源与环保问题成为世界各国政府及民众关注的焦点。全世界汽车每年油耗量约占全世界石油消耗总量的20%,而汽车排放的尾气更是占到了大气污染的30%~60%[1]。因此,节能与环保已成为汽车行业的首要任务,国家“863”、“十二五”计划中也把发展自主节能与新能源汽车摆在了首要战略位置[2]。目前我国采用的汽车空调制冷剂主要是R134a,R134a属于HFC类物质,虽然对臭氧层没有破坏作用,但其GWP值达1300[3]。美国环保部已经收到将R134a从其SNAP汽车空调制冷剂清单中去除的申请,并准备在2021年开始实施[4]。因此,汽车空调制冷剂的替代形势十分严峻。杜邦公司和霍尼韦尔公司共同开发的新型制冷工质R1234yf为丙烯的衍生物,具有极短大气寿命,且ODP为0,GWP值很低,但其潜热与蒸发压力偏低,且具有轻微的可燃性。在R1234yf中掺混R134a可提高系统整体性能,降低可燃性,保证兼容性。

在土地使用调查中大多采取地表调查方式、RS技术与分析化验方法,用于耕地等级调整测定中要展开特殊目的的继续开发与基层,方可有效迎合迅速精准的测定地区耕地等级调整的需求。

本文中以R1234yf和R134a混合工质为主要研究对象,通过理论分析和实验测试结果分析,为R1234yf和R134a混合工质在新能源汽车空调系统中的应用提供参考依据。

1 理论分析

1.1 可行性分析

目前,作为产品化的R134a替代制冷剂,杜邦公司推出的Opteon® XP10(R513a)混合制冷剂是由R1234yf与R134a按照质量百分比56 ∶44混合而成的,对比R134a,该制冷剂GWP降低了56%,其部分热力学参数如表1所示。

 

1 R513a部分热力学参数

  

摩尔质量/g·mol-1沸点/℃(1atm)临界压力/MPa临界温度/℃ODPGWP108.4-29.23.76696.50573

2006年7月4日欧盟颁布了汽车空调系统排放物法规DIRECTIVE2006/40/EC,法规中明确表明:从2011年1月1日起,禁止新设计的车型采用GWP值高于150的制冷剂,从2017年1月1日起,所有新生产的汽车禁止采用GWP值高于150的制冷剂[5]。因此,R513a制冷剂只能够作为过渡产品使用,本文中在R513a的基础上,建立R1234yf与R134a的质量混合比为89 ∶11的新型混合制冷剂。根据计算,该混合制冷剂的GWP值为148,满足欧盟设定的GWP小于150的要求。

(2)三种制冷剂在制冷工况下压缩机排气压力相差不大,而R134a的压缩机排气温度比混合制冷剂高7%~22%。因此,在冷凝器侧R134a的换热性能要高于混合制冷剂,管路系统不需要过多变化。

1.2 模拟计算与结果分析

1.2.1 模拟计算

威尼托,拥有享誉世界的美丽水城威尼斯,是罗密欧与朱丽叶的浪漫故乡。这里到处都充满文艺气息,处处美景,更盛产美酒,拥有着古老的葡萄酒文化,更是目前意大利葡萄酒最重要的生产地区之一。

选取VB.net编程语言进行混合制冷剂计算程序的设计,调用函数、查询状态点以及相关计算可以在计算程序编写中完成。在循环理论计算的过程中,循环的过冷度为10 ℃,过热度为3 ℃,等熵效率设定为0.75。

为了更长远的可持续发展,2018年前三季度,不符合环保要求的黄金企业进行减产、关停整改,各重点产金省、重点产金企业矿产金均出现不同程度的下跌。黄金行业已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化产业结构、转换增长动力的关键时期。各大黄金集团积极推进科技创新,加强对行业关键、共性技术难题的研发和攻关,如大型成矿区带成矿规律研究,低品位、难选冶资源利用,超深部矿体开采,无(低)氰提金技术等,为行业持续发展提供牢固的技术支撑。

《汽车空调制冷装置试验方法》(QC/T 657-2000)[6]和《汽车用空调器》(GBT 21361-2008)[7]规定了制冷实验状态下汽车空调的蒸发器和冷凝器进口的空气状态应当符合表2的要求。

但与传统汽车空调不同,新能源汽车空调不是发动机皮带轮传动,同时车内外换热器所处的工作环境也不同,因此,参考表2的规定,同时考虑到汽车实验台的结构,本文中选取的实验环境工况如表3所示。模拟过程中设定的冷凝温度和蒸发器温度如表4所示。

 

2 汽车空调蒸发器和冷凝器进口空气状态

  

空气状态干球温度湿球温度蒸发器进口27±1.019.5±0.5冷凝器进口35±1.0—

 

3 制冷工况下蒸发器侧与冷凝器侧空气温度

  

工况说明蒸发器侧干球温度/℃相对湿度/%风量/kg·min-1冷凝器侧干球温度/℃风量/kg·min-11c过渡工况27455.530282c内循环工况25455.53831.83c高温工况38458.24331.8

 

4 制冷工况下冷凝温度和蒸发温度设定

  

工况冷凝温度蒸发温度1c40-22c45-43c5510

从制冷量上来看,使用混合制冷剂替代R134a完全能够满足原R134a的设计要求;而从电气设计上来考虑,在使用混合制冷剂对R134a进行直接替换,压缩机的功率需求相对来说更高。

图1~图4为循环模拟计算的结果,从图中可以看出,R134a的排气温度最高,其次是混合1,最后是混合2;对于排气压力而言,三种制冷剂在不同工况下的差异并不明显;由于R134a的气化潜热高于R1234yf,因此对于理论循环计算出来的单位质量制冷量,R134a比混合1和混合2要高16%~26%,因为R1234yf排气温度较低,在排气压力差异不大的情况下,混合1和混合2的单位质量压缩功要比R134a低,从理论制冷系数上来看,R134a比混合1和混合2要高3%~4%。

对获取到的33661个肉鸡IP进行分析定位发现,其中33555个肉鸡IP位于中国。对国内的肉鸡IP定位进行汇总分析,得出以下部分肉鸡在国内部分省份的分布情况。位于江苏和浙江的肉鸡IP较多,分别为5961个和5899个。从地理分布上看,肉鸡IP多位于沿海城市,我国的沿海城市从北到南依次为山东省、江苏省、浙江省、福建省和广东省,这五个省份的肉鸡数量均位列前十。

  

图1 制冷工况排气温度(模拟结果)

  

图2 制冷工况排气压力(模拟结果)

  

图3 单位质量制冷量(模拟结果)

  

图4 制冷工况EER(模拟结果)

从模拟计算的结果可以看出,混合制冷剂中R1234yf的比例越大,混合制冷剂的制冷性能系数越低,但是这种差异从数值比例上来看并不是特别明显。同时,由于R1234yf较低的饱和压力,混合1和混合2的压缩机排气温度和排气压力较低,从汽车空调结构安全性上来考虑,混合制冷剂的优势明显。

2 实验系统

本实验将发动机风道与乘员舱风道置于两个可控的人工环境室中,人工环境室可以对车外热交换器与车内热交换器进行独立的进风温湿度控制。在风道中有整流孔板以确保空气能够均匀通过蒸发器和车外换热器,由于不同工况下汽车空调换热器的测试风量不同,因此在乘员舱风道和发动机舱风道中设有风量喷嘴,调整环境风机的转速,结合风量喷嘴前后的压差传感器和空气温湿度传感器,能够实时控制通过汽车空调换热器的风量,同时也能够通过换热器前后的空气焓值来计算换热量,从而得出制冷量。实验原理如图5所示。

3 实验结果分析

3.1 排气温度与排气压力

制冷工况下三种制冷剂的压缩机排气温度和排气压力的差异如图6和图7所示。与模拟所得的结果类似,就压缩机排气压力而言,三种制冷剂的差异并不明显,但R134a的排气温度明显高于混合1和混合2,且混合制冷剂中的R134a组分越多,排气温度也越高,混合制冷剂的压缩机排气温度要比R134a低7%~22%。

排气温度高意味着冷凝器的传热温差大,换热效果更好,因此,R134a在冷凝器中的换热表现要比混合制冷剂好。由于混合制冷剂的排气压力与R134a的差距并不是很明显,因此从管路设计上来看,使用混合制冷剂直接替代R134a并不需要对汽车空调系统管路提出更多的要求,反而因为其更低的压力,提高了汽车空调系统的安全性与可靠性,同时制冷剂年平均泄漏量也会有所减少。

  

图5 汽车空调系统性能测试实验原理示意1—风量喷嘴;2—循环风机;3—整流孔板;4—蒸发器;5—视液镜;6—车外换热器;7—气液分离器;8—压缩机;9—质量流量计

根据实验经验,对于混合工质性能实验,制冷工况下压缩机转速设定为4000 r/min。实验工况如表3所示。

  

图6 制冷工况排气温度(实验结果)

3.2 制冷量与压缩机功率

制冷量和压缩机功率对比见图8和图9。

(3) 精轧电机实际运行工况测试:发现两个水冷却器芯子,其中有一个芯子进出水温没有温差,均为22 ℃,冷水进同样温度冷水出,说明这个水冷却器芯子内回程短路,即冷却水进去没通过热交换直接流出,结构本身制造中出问题。实际绕组温升最高也证明了这点。

由图8可知,两种混合制冷剂的制冷量均高于R134a,工况温度越低,差异越明显,制冷量的差异为2%~7%,并不是很明显。由图9可知,对比压缩机功率,两种混合制冷剂明显要高于R134a,且随着工况温度的上升,这种差异越来越大,混合制冷剂的压缩机功率要比R134a高3%~9%。

  

图7 制冷工况排气压力(实验结果)

  

图8 制冷量(实验结果)

  

图9 制冷压缩机功率(实验结果)

1.2.2 模拟结果分析

3.3 性能系数

但需要强调的是船舶发生保安事件后立即和船旗国政府主管机关和船公司先联系,不要随意寻求国际援助,一旦发出,可能需要付出高昂费用甚至导致公司破产。

  

图10 制冷性能系数(实验结果)

使用混合制冷剂来直接替代汽车空调系统中的R134a会降低系统的制热性能系数,但是这种性能系数的降低不超过6.5%,在可接受的范围内。

4 结 论

参考文献

本文中选用上述两种不同配比的混合制冷剂和R134a进行对比实验研究,为了表述方便,将R1234yf与R134a配比为56 ∶44的混合制冷剂定义为混合1,将R1234yf与R134a配比为89 ∶11的混合制冷剂定义为混合2。

(3)R134a的制冷性能系数较高于混合制冷剂,使用混合制冷剂来直接替代汽车空调系统中的R134a会降低系统的性能系数,但是这种性能系数的降低不超过6.5%,在可接受的范围内。因此,本文中的混合制冷剂可以成为R134a的替代品。

(1)通过参考国内外学者对R1234yf制冷剂以及其混合制冷剂的研究,确定研究对象为R1234yf与R134a按照56 ∶44和89 ∶11这两种配比而成的混合制冷剂。

[1] BHATTI M S. Global warming impact of automotive air conditioning systems[C].Brasil:SAE Brasil 98 VII International Mobility Technology Conference and Exhibit: 982929,1998.

图10对比了制冷工况下三种制冷剂的性能系数,从整体来看,R134a在制冷工况下具有相对较高的性能系数。在制冷工况下,混合制冷剂与R134a的性能系数相差并不是很大,甚至在制冷内循环工况下,混合1的制冷性能系数比R134a更高。在制冷高温工况下,R134a的制冷性能系数比混合1高出2%,比混合2高出3.4%,在制冷内循环工况和制冷过渡工况下,制冷性能系数的差异性在1%左右。对于所有工况来说,两者的性能系数差异并不大。

[2] 陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2004.

[3] UNEP.2010 report of the refrigeration, air conditioning and heat pumps technical options committee[R]. 2010.

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[4] 孙西峰.汽车空调替代制冷剂的比较[J].制冷与空调,2015(5): 60-67.

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[5] The European Parliament and The Council. Directive 2006/40/ EC of the European Parliament and of the Council of 17 May 2006 relating to emissions from air conditioning systems in motor vehicles and amending Council Directive 70/156/EEC[Z]. Official Journal of the European Union,2006:12-18.

[6] QC/T 657-2000,汽车空调制冷装置试验方法[S].北京:中国标准出版社,2000.

[7] GBT 21361-2008,汽车用空调器[S].北京:中国标准出版社,2008.

从春季开始注意防治病虫害,特别是鸢尾锈病,用25%粉锈宁可湿性粉剂1000-1500倍液,每7d喷1次,实行少量多次喷洒药剂。在栽植过程中,要及时摘除病叶,注意排水、通风。鸢尾虫害主要是蛴螬、蚜虫等,蛴螬咬食根茎造成植株死亡,可用40%氧化乐果稀释1500倍进行喷洒防治。

 
王莹,王芳,方海翔,陈亚杰,赵佳,徐敬萱
《能源工程》 2018年第02期
《能源工程》2018年第02期文献

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