為了建設(shè)資源節(jié)約，環(huán)境友好型社會(huì)，國(guó)家鼓勵(lì)使用可再生能源和熱回收。中高溫?zé)岜米鳛橐环N高效節(jié)能，清潔環(huán)保并符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的能源開發(fā)和節(jié)能技術(shù)，廣泛應(yīng)用在地?zé)嵛菜?，石油開采和輸送以及化工，食品，鋼鐵，制藥等行業(yè)的工藝流程中。中高溫?zé)岜每衫?5~60的廢熱源，提供溫度在60以上的熱水，直接供暖或者工藝加熱，大大減少能源的浪費(fèi)，又避免了排放廢水的溫度過高以及對(duì)環(huán)境的不利影響。中高溫?zé)岜玫年P(guān)鍵技術(shù)之一就是選取適合的制冷工質(zhì)。

　　常用工質(zhì)由于本身的性質(zhì)和壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)關(guān)系，很難制取70以上的熱水。因此需要從新的制冷工質(zhì)中進(jìn)行選取。早期曾以CFC11，CFC114為研究工質(zhì)。但因其對(duì)環(huán)境污染較大，現(xiàn)已經(jīng)被禁止使用。中高溫?zé)岜霉べ|(zhì)選取一般遵循以下原則。

　?。?）冷凝壓力在2.4MPa以下；（2）蒸發(fā)壓力在0.1MPa以上；（3）熱力學(xué)指標(biāo)良好，臨界溫度高；（4）油溶性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（5）對(duì)環(huán)境危害小，無(wú)毒，無(wú)污染；（6）具有較高的COP.依據(jù)以上原則，日本神戶制鋼以R22/R142b組成的非共沸混合物為工質(zhì)實(shí)驗(yàn)，供水溫度可以達(dá)到85以上。Gianfranco比較了幾種工質(zhì)，發(fā)現(xiàn)R-236fa的臨界溫度較高，適用于在高溫?zé)岜弥?，但目前正處于不斷的?shí)驗(yàn)階段。在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)研究了制冷工質(zhì)命名為HTR01，HTR02的中高溫?zé)岜?。天津大學(xué)高溫?zé)岜醚芯拷M已經(jīng)研究出ZHR系列的中高溫?zé)岜霉べ|(zhì)。從熱工性能進(jìn)行了計(jì)算，得出ZHR系列工質(zhì)適合中高溫?zé)岜?。其中ZHR02能夠滿足產(chǎn)生70左右熱水的要求，無(wú)毒，不可燃，綜合性能良好，可直接充罐于R22壓縮機(jī)中。該工質(zhì)已申請(qǐng)國(guó)家專利并已公開。本文對(duì)以ZHR02為制冷工質(zhì)的中高溫?zé)岜孟到y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究作全面分析。

　　2ZHR02的基本性質(zhì)與中高溫?zé)岜迷O(shè)計(jì)參數(shù)2.1ZHR02的基本性質(zhì)。

　　中高溫環(huán)保工質(zhì)ZHR02為一種綜合性能較好的非共沸混合工質(zhì)，表1列出ZHR02的基本物性。ZHR02的GWP，ODP均相對(duì)較低，綜合環(huán)保性能良好。進(jìn)一步對(duì)ZHR02進(jìn)行的材料相容性試驗(yàn)，油溶性實(shí)驗(yàn)，可燃性試驗(yàn)表明，ZHR02工質(zhì)能直接充罐于R22壓縮機(jī)中，油溶性符合要求，安全可靠。

　　2.2中高溫?zé)岜迷O(shè)計(jì)參數(shù)。

　　選取ZHR02為中高溫?zé)岜霉べ|(zhì)，設(shè)計(jì)工況：蒸發(fā)溫度為25，冷凝溫度為75，過熱度，過冷度都為5，壓縮機(jī)指示效率為0.65.由于非共沸工質(zhì)存在滑移溫度，計(jì)算中，蒸發(fā)溫度選取蒸發(fā)壓力下工質(zhì)的露點(diǎn)溫度，冷凝溫度選取冷凝壓力下工質(zhì)的泡點(diǎn)溫度。理論計(jì)算數(shù)據(jù)見表2.Pe：蒸發(fā)壓力，MPa；Pc：冷凝壓力，MPa；te：蒸發(fā)器中工質(zhì)的溫度滑移，；tc：冷凝器中工質(zhì)的溫度滑移，；n：壓縮比；qh：?jiǎn)挝毁|(zhì)量制熱量，kJ/kg；qv：?jiǎn)挝蝗莘e制熱量：kJ/kg 3；COP：性能系數(shù)。

　　表2為ZHR02，R134a，R114三種工質(zhì)理論循環(huán)性能比較。從壓力方面看，R134a排氣壓力*大，ZHR02工質(zhì)的壓力略大于R114，但都小于常規(guī)熱泵系統(tǒng)設(shè)備可承受的壓力上限；從性能系數(shù)方面看，三種工質(zhì)COP相差不大，節(jié)能顯著；ZHR02單位容積制熱量是R134a的1.22倍，是R114的3.15倍，其有利于壓縮機(jī)的小型化。

　　ZHR02壓比較小，直接充罐于R22壓縮機(jī)中性能良好，排氣溫度小于120. ZHR02為非共沸混合工質(zhì)，在蒸發(fā)器和冷凝器中的相變滑移溫度分別為8.95，7.09，這與水源在兩器中的溫度變化相匹配，可以有效減小蒸發(fā)器和冷凝器的溫差傳熱不可逆損失，提高系統(tǒng)的可用能效率。

　　整個(gè)實(shí)。

　　驗(yàn)臺(tái)由四個(gè)系統(tǒng)組成，即工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，水路循環(huán)系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)以及測(cè)量裝置系統(tǒng)，工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)由殼管式蒸發(fā)器，殼管式冷凝器，半封閉整體式螺桿壓縮機(jī)，干燥過濾筒，電子膨脹閥等組成；水路循環(huán)系統(tǒng)由水泵，膨脹水箱，混水箱，電動(dòng)閥，截止閥等組成；溫度測(cè)試采用Pt100鉑電阻溫度計(jì)，測(cè)量誤差為！0.5，分別布置在各個(gè)設(shè)備的制冷劑和水側(cè)的進(jìn)出口處；采用電磁流量計(jì)進(jìn)行換熱器水側(cè)流量的測(cè)試。所有測(cè)量?jī)x表均配合安捷倫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)采集。自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合水系統(tǒng)可以使高溫?zé)岜脵C(jī)組在設(shè)定工況運(yùn)。

　　實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，首先開啟深水井泵使系統(tǒng)充滿實(shí)驗(yàn)臺(tái)全部水系統(tǒng)，直到溢流水箱溢流為止，并排盡系統(tǒng)中集存的空氣，調(diào)整相關(guān)閥門到測(cè)試狀態(tài)；分別開啟熱源側(cè)，使用側(cè)兩系統(tǒng)循環(huán)水泵，并再次排盡空氣，使流量穩(wěn)定在粗調(diào)流量值上，波動(dòng)幅度！2%；檢查電路系統(tǒng)完全無(wú)誤后，開啟熱泵機(jī)組，開啟與被測(cè)熱泵機(jī)組相匹配的混水泵，調(diào)節(jié)兩電動(dòng)閥使兩系統(tǒng)溫度達(dá)到設(shè)定工況值。各溫度讀數(shù)對(duì)額定工況的*大偏差為！0.5，待各測(cè)溫點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)便自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并記錄。

　　4實(shí)驗(yàn)工況與結(jié)果分析。

　　4.1實(shí)驗(yàn)工況。

　　本實(shí)驗(yàn)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器，冷凝器的進(jìn)出口水溫度，模擬了GB/T#水源高溫?zé)岜脵C(jī)組征求意見稿中規(guī)定的中高溫?zé)岜脵C(jī)組的多種工況：名義工況，*大工況，*小工況和變工況。

　　實(shí)驗(yàn)工況見表3.變工況測(cè)試工況為：（1）保持冷凝器進(jìn)出口水溫度和流量在名義工況值下，蒸發(fā)器進(jìn)口水溫T3從28~53以8為間隔變化；（2）保持蒸發(fā)器進(jìn)出口水溫度和流量在名義工況值下，冷凝器進(jìn)口水溫T1以8~10為間隔變化。

　　組合多種運(yùn)行工況，并測(cè)試各工況下機(jī)組系統(tǒng)各處的測(cè)量值，計(jì)算各工況下性能系數(shù)，制熱量等參數(shù)。。

　　熱泵的性能系數(shù)計(jì)算公式為。

　　COPh=Qc/P（1）

　　Qc=Cmc（T2-T1）（2）

　　式中，COPh：熱泵試驗(yàn)機(jī)組性能系數(shù)；Qc：制熱量，kW；P：壓縮消耗功率，kW；mc：冷凝器側(cè)循45第7期制冷技術(shù)Refrigeration環(huán)水流量，kg/s；me：蒸發(fā)器側(cè)循環(huán)水流量，kg/s；C：水的比熱容，J/（kg.）；T1，T2：冷凝器側(cè)循環(huán)水進(jìn)，出水溫度，。

　　4.2結(jié)果與分析。

　　冷凝器進(jìn)口水溫度為62時(shí)，蒸發(fā)器水流量為48.3m 3 /h，冷凝器水流量為64.3m 3 /h時(shí)，制熱量，COP，冷凝器出口水溫隨蒸發(fā)器進(jìn)口溫度的變化曲線。

　　從圖中可以看出，ZHR02工質(zhì)在變工況運(yùn)行時(shí)，制熱量隨著蒸發(fā)器進(jìn)口水溫的升高而大大增加。當(dāng)蒸發(fā)器進(jìn)口水溫為28，53時(shí)，制熱量分別為487.38kW和786.70kW，制熱量增加了61%；COP從3.7升高到5.21，增加了40.8%.冷凝器出口水溫從68升高到72，名義工況下制熱量，COP，冷凝器的出口水溫分別為612. 85kW，4.35，70.名義工況下穩(wěn)定運(yùn)行，完全滿足國(guó)標(biāo)要求。

　　蒸發(fā)器進(jìn)口水溫度38時(shí)，蒸發(fā)器水流量為48.3m 3/h，冷凝器水流量為64.3m 3/h時(shí)，制熱量，COP，高低壓壓力以及冷凝器出口水溫隨冷凝器進(jìn)口溫度的變化曲線。

　　從圖中可以看出，ZHR02工質(zhì)在變工況下運(yùn)行時(shí)，制熱量隨冷凝溫度進(jìn)口水溫的升高而大大降低。當(dāng)冷凝器進(jìn)口水溫為38，67時(shí)，制熱量分別為660.57和605.52kW，降了8.3%，COP從6.9降低到3.93，降低了43.0%.高壓壓力小于2.5MPa，傳統(tǒng)設(shè)備壓力完全可以滿足安全要求。名義工況下制熱量，COP分別為620.62kW，4.41.名義工況下穩(wěn)定運(yùn)行完全滿國(guó)標(biāo)要求。

　　ZHR02*高出水溫度為75. 5結(jié)論。

　　本文對(duì)以ZHR02為工質(zhì)中高溫?zé)岜脵C(jī)組搭建了測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了蒸發(fā)器進(jìn)口水溫，冷凝器進(jìn)口水溫參數(shù)（國(guó)標(biāo)規(guī)定的進(jìn)出口水溫度范圍）對(duì)系統(tǒng)性能的影響，得出以下主要結(jié)論：（1）以ZHR02為工質(zhì)，名義工況下理論計(jì)算制熱量值略大于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。原因如下：（a）測(cè)量?jī)x器讀數(shù)有誤差。（b）散熱損失。蒸發(fā)器，冷凝器和系統(tǒng)管路保溫不夠，與環(huán)境換熱有損失。

　?。╟）ZHR02直接充罐于R22壓縮機(jī)中，熱量有偏差。

　?。?）通過中高溫?zé)岜霉べ|(zhì)ZHR02進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，證明采用工質(zhì)ZHR02適合做中高溫?zé)岜弥评鋭?，機(jī)組在名義工況下運(yùn)行穩(wěn)定，COP達(dá)4.3，*高壓力小于2.4MPa，可以利用高溫?zé)嵩粗迫?5以上的熱水，*高出水溫度為75.（3）設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)組還存在若干不足，通過系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)組循環(huán)性能會(huì)更優(yōu)。