新型空調(diào)節(jié)能環(huán)保材料在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

傅程華，黃培庭

（福建省高速公路有限責(zé)任公司泉州管理分公司，福建 泉州 362008）

目前，高速公路使用的空調(diào)，其制冷劑大多是氟利昂，而氟利昂被認(rèn)為是破壞地球臭氧層的元兇。氟利昂對(duì)臭氧層造成破壞，其造成的溫室效應(yīng)是二氧化碳的2 000倍。為有效保護(hù)臭氧層，我國(guó)政府已簽署了《蒙特利爾議定書(shū)》《京都議定書(shū)》《巴黎氣候變化協(xié)定》，并且在2009年哥本哈根世界氣候大會(huì)上承諾從當(dāng)年開(kāi)始用17年時(shí)間全面完成氟利昂替代工作。

根據(jù)《蒙特利爾議定書(shū)》，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家將分別于2020年和2030年全面禁止使用制冷劑。中國(guó)HCFCs的控制目標(biāo)如圖1所示，到2013年，凍結(jié)國(guó)家層面HCFCs消費(fèi)量在2009年和2010年的平均值上，到2015年，在此基礎(chǔ)上削減10%，第一階段目標(biāo)已經(jīng)順利完成。此外，中國(guó)HCFCs的控制目標(biāo)到2020年要削減35%，到2025年削減67.5%，到2030年在基準(zhǔn)線(xiàn)水平上削減97.5%，保留基準(zhǔn)線(xiàn)水平的2.5%用于滿(mǎn)足維修領(lǐng)域的需求至2040年。

現(xiàn)今，節(jié)能環(huán)保成為重中之重的問(wèn)題，人們倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，用以減少現(xiàn)有能源消耗，提倡開(kāi)發(fā)環(huán)保型新能源，造福社會(huì)。本文主要對(duì)空調(diào)新型制冷劑環(huán)保天然冷媒與傳統(tǒng)氟利昂制冷劑進(jìn)行比較分析，并在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

圖1 中國(guó)氟利昂控制目標(biāo)

1 環(huán)保天然冷媒與R22兩種空調(diào)制冷劑試驗(yàn)對(duì)比

本次在福建省高速公路泉州北征管所選取兩組空調(diào)進(jìn)行測(cè)試，每組空調(diào)為相同型號(hào)，在相同環(huán)境、相同設(shè)置的條件下進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，其中對(duì)兩組空調(diào)中的一臺(tái)進(jìn)行環(huán)保天然冷媒更換，另一臺(tái)仍采用普通的R22制冷劑，通過(guò)安裝電度表統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)期間的用電量、鉗形電流表查看瞬間電流狀況來(lái)測(cè)試比較。

1.1 兩組空調(diào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比

監(jiān)控大廳兩臺(tái)空調(diào)（第一組）的數(shù)據(jù)和收費(fèi)車(chē)道兩臺(tái)空調(diào)（第二組）的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 兩組空調(diào)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比

1.2 兩組空調(diào)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

第一組監(jiān)控大廳空調(diào)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表2 監(jiān)控大廳空調(diào)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

節(jié)電率：節(jié)能比為32%；室外環(huán)境溫度為32℃。第二組收費(fèi)車(chē)道空調(diào)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

表3 收費(fèi)車(chē)道空調(diào)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

節(jié)電率：節(jié)能比為16%；室外環(huán)境溫度為33℃。

2 環(huán)保天然冷媒與R22的參數(shù)對(duì)比

環(huán)保天然冷媒制冷性能優(yōu)越，尤其是在高溫環(huán)境下，制冷表現(xiàn)突出，更具節(jié)能優(yōu)勢(shì)，是R22的最佳替代方案。環(huán)保天然冷媒與R22的參數(shù)對(duì)照情況如表4所示，二者的熱工性能對(duì)比如圖2～圖9所示。

表4 鈴鈁環(huán)保天然冷媒與R22物化參數(shù)對(duì)比

圖2 飽和蒸壓力對(duì)比

圖3 飽和液體密度對(duì)比

圖4 飽和氣體比容對(duì)比

3 環(huán)保天然冷媒的特征及優(yōu)勢(shì)

3.1 壓力低、壓比小，效率高

在20℃以下的低溫區(qū)段，即家用空調(diào)制冷劑蒸發(fā)時(shí)兩種制冷劑的壓力線(xiàn)基本重合；而在家用空調(diào)常用的冷凝段，也即在30℃以上的中溫段，天然冷媒的壓力與R22的壓力開(kāi)始拉開(kāi)距離，鈐鈁天然冷媒壓力較R22壓力略低，該特點(diǎn)可以保證天然冷媒在不影響壓縮機(jī)進(jìn)氣閥工作的前提下有效地降低壓縮比，提高壓縮機(jī)的工作效率，并且家用空調(diào)器采用天然冷媒替代R22，部件耐壓方面無(wú)需進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 密度小，用量省

在飽和液態(tài)時(shí)，天然冷媒比R22的密度小很多，比如在0℃時(shí)，天然冷媒的飽和液體密度僅為R22的41.45%，所以在相同的內(nèi)容積下，鈐鈁天然冷媒系統(tǒng)的充注量要比R22小得多。試驗(yàn)表明，在系統(tǒng)相同容積下，天然冷媒的最佳充注量?jī)H為R22的37%～45%。

圖5 汽化潛熱對(duì)比

圖6 比熱容對(duì)比

圖7 粘滯系數(shù)對(duì)比

圖8 導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比

圖9 絕熱系數(shù)對(duì)比

3.3 汽化潛熱大，冷量足

當(dāng)家用空調(diào)器可能達(dá)到的制冷劑溫度為-20℃～70℃時(shí)，在相同溫度條件下天然冷媒的汽化潛熱是R22的1.8倍以上，因?yàn)殁j鈁天然冷媒的蒸汽比容較小，導(dǎo)致質(zhì)量流量低，其可通過(guò)汽化潛熱來(lái)彌補(bǔ)。

3.4 比熱容高，吸氣排氣溫度低、熱損少，輸氣效率提高

在相同溫度下，天然冷媒的飽和液態(tài)比熱容和飽和蒸汽比熱容均比R22大，如在25℃時(shí)，鈐鈁天然冷媒的飽和液體及飽和氣體的比熱分別為R22的2.41倍和2.55倍。這使得在相同蒸發(fā)器負(fù)荷下，天然冷媒的吸氣溫度比R22的吸氣與排氣溫度均較低，可以減少壓縮機(jī)壓縮過(guò)程氣體與汽缸之間的熱交換，從而減少不可逆損失，降低能耗，提高壓縮機(jī)的輸氣效率。

3.5 粘滯系數(shù)低，阻力小

天然冷媒的氣態(tài)動(dòng)力粘滯系數(shù)和飽和液態(tài)動(dòng)力粘滯系數(shù)均比R22小，如在25℃時(shí)，天然冷媒飽和液態(tài)的動(dòng)力粘滯系數(shù)為R22的60.1%，而在飽和氣態(tài)時(shí)為R22的65.9%。制冷工質(zhì)的粘滯系數(shù)小，不僅可以減少流體與管壁及流體內(nèi)部的摩擦損失，也可以減少傳熱時(shí)的附面層厚度，從而增大制冷劑在換熱器中的傳熱系數(shù)。

3.6 導(dǎo)熱系數(shù)高，換熱快

天然冷媒的飽和液態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)與飽和氣態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)均比R22大，如在25℃時(shí)，天然冷媒的飽和液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)與飽和氣態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)分別為R22的1.14倍和1.67倍。導(dǎo)熱系數(shù)越大，制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器中的傳熱系數(shù)越大，有益于提高制冷系統(tǒng)性能。

3.7 絕熱系數(shù)小，排氣溫度低，容積效率提高

天然冷媒的絕熱系數(shù)比R22的小，如在35℃時(shí)，R22的絕熱系數(shù)為1.440 7，而天然冷媒的絕熱系數(shù)為1.303 5，更低的絕熱系數(shù)使壓縮機(jī)排氣溫度降低，容積效率提高，不可逆?zhèn)鳠釗p失減少，從而降低系統(tǒng)能耗。

3.8 天然冷媒的溶油性

天然冷媒可以與R22常用的礦物潤(rùn)滑油相容，替代R22時(shí)一般無(wú)需像R410A及R407C那樣必須更換潤(rùn)滑油，可大幅降低工質(zhì)替換時(shí)潤(rùn)滑油更換所帶來(lái)的費(fèi)用。但在溫度較高的使用環(huán)境下，黏度較小的天然冷媒與礦物油的過(guò)度溶解性會(huì)使?jié)櫥拖♂專(zhuān)档蜐?rùn)滑油的黏度，會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。因此，在選用礦物油（MO）作為天然冷媒制冷系統(tǒng)的潤(rùn)滑油時(shí)，應(yīng)適當(dāng)選用黏度較高的礦物油（MO）。

3.9 生態(tài)環(huán)保性

R22的臭氧層破壞潛能值（ODP）為0.055，對(duì)“地球的保護(hù)傘”——臭氧層具有破壞作用，而天然冷媒的ODP為0，對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用。如表5所示，R22的全球變暖潛能值（GWP）為1 700，屬于溫室氣體；而天然冷媒的全球變暖潛能值（GWP）不大于3，遠(yuǎn)低于R22的GWP，使其成為完全環(huán)保的制冷劑。

表5 不同冷媒的溫室效應(yīng)指數(shù)和臭氧層破壞指數(shù)

4 各種空調(diào)節(jié)能技術(shù)對(duì)比（見(jiàn)表6）

表6 各種空調(diào)節(jié)能技術(shù)對(duì)比

5 遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

為了更加方便、實(shí)時(shí)地監(jiān)控所轄區(qū)域內(nèi)的溫濕度信息，對(duì)于溫濕度的異常，采取相應(yīng)調(diào)控措施，以達(dá)到高效制冷、節(jié)能減排、發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，人們開(kāi)發(fā)出一套遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，使用嵌入式遠(yuǎn)程報(bào)警和監(jiān)控終端，主要針對(duì)無(wú)人值守和遠(yuǎn)程控制要求的工業(yè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)短信或GPRS遠(yuǎn)程報(bào)警、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程查詢(xún)等功能，廣泛應(yīng)用于機(jī)房報(bào)警、基站監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化控制、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。

通過(guò)監(jiān)控軟件主畫(huà)面，用戶(hù)可以查看無(wú)線(xiàn)通訊狀態(tài)、信號(hào)強(qiáng)度、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)溫濕度報(bào)警等信息；通過(guò)報(bào)表畫(huà)面，用戶(hù)可通過(guò)選擇日期按鈕，查詢(xún)需要查詢(xún)?nèi)掌诋?dāng)日整點(diǎn)的溫濕度信息。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)環(huán)保天然冷媒與傳統(tǒng)R22制冷劑的試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比，認(rèn)為環(huán)保天然冷媒在制冷效果、環(huán)境保護(hù)等方面均有較為出色的表現(xiàn)，具有明顯的節(jié)能效果，為新一代環(huán)保型制冷劑，符合經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展理念要求。為保護(hù)人類(lèi)的生存環(huán)境，提高能源利用效率，在制冷空調(diào)等領(lǐng)域，回歸自然，使用ODP值為0，GWP值小的環(huán)保型制冷劑已成為從業(yè)人員的共識(shí)。