摘要：R410A具有很好的傳熱性能，R410A的蒸發(fā)傳熱系數(shù)和冷凝傳熱系數(shù)高于R407C，在很多應(yīng)用場合R410A的傳熱性能還優(yōu)R22。

　　一、R407C和R410A的傳熱性能比較

　　R410A具有很好的傳熱性能，R410A的蒸發(fā)傳熱系數(shù)和冷凝傳熱系數(shù)高于R407C，在很多應(yīng)用場合R410A的傳熱性能還優(yōu)R22。蒸發(fā)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，R410A在光滑水平管內(nèi)的傳熱系數(shù)比R407C高50% 左右;與R22蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果相比，R410A的傳熱系數(shù)要比R22高10%～50%。使用具有微型肋片的水平管，R410A的傳熱系數(shù)比光滑管提高了80%～150%。板式換熱器的蒸發(fā)試驗(yàn)也證實(shí)了R410A傳熱性能的優(yōu)越，在相同條件下R410A的傳熱系數(shù)比R22的傳熱系數(shù)要高0～15%。

　　冷凝試驗(yàn)則顯示，在光滑管內(nèi)R410A的冷凝傳熱系數(shù)比R407C冷凝傳熱系數(shù)高20%。在光滑管外，R410A的冷凝傳熱比R407C的冷凝傳熱高35%～50%，比R22高約11%～17%;然而R407C的傳熱系數(shù)卻比R22低24%～37%。在具有微型肋片的管外，R410A的冷凝傳熱系數(shù)比R407C高35%～55%，比R22高3%～7%，相反，R407C的傳熱系數(shù)比R22低33%～52%。R407C傳熱性能較差的事實(shí)還可以用現(xiàn)有設(shè)備的制冷劑替換試驗(yàn)結(jié)果來說明，在一臺100kW制冷量螺桿式水制冷機(jī)組試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)R407C在管殼式冷凝器中的傳熱系數(shù)比R22小25%～51%。

　　R407C的傳熱系數(shù)低，其與它的非共沸性有關(guān)：一是在等壓蒸發(fā)或冷凝時(shí)存在著較大的相變溫度梯度，二是汽液兩相之間存在著明顯的濃度差。R407C在蒸發(fā)或者冷凝時(shí)，不但要克服冷凝液層的熱阻，還要克服相變溫度梯度和汽液濃度差對傳熱帶來的負(fù)面影響。相變溫度梯度是指在一定壓力下混合物由飽和蒸汽變成飽和液態(tài)的溫度差，R407C在大氣壓下的相變溫度梯度約為7K。相變溫度梯度的存在直接降低了R407C的傳熱性能。等壓冷凝時(shí)，隨著冷凝過程的推進(jìn)，R407C汽液平衡要求的冷凝溫度越來越低，對于恒壁溫冷凝，用于推動(dòng)蒸汽冷凝的有效溫壓將越來越小，傳熱效率降低。同理，相變溫度梯度對于蒸發(fā)過程也同樣有降低傳熱效率的作用。

　　R407C三種組分的汽液濃度差是由組分間的相對揮發(fā)性不同造成的，高沸點(diǎn)組分R134a不易揮發(fā)，低沸點(diǎn)組分R32和R125比R134a易揮發(fā)。汽液兩相共存時(shí)，沸點(diǎn)高的R134a在液相中的濃度就高于它的汽相濃度，而沸點(diǎn)低的R125和R32在汽相中的濃度高于液相濃度。

　　圖1定性顯示了R407C在冷凝時(shí)三種組分的濃度變化情況。

　　在圖1中，設(shè)想管壁有薄層冷凝液，在冷凝液與主流蒸汽之間存在著混合蒸汽擴(kuò)散層。由于R134a沸點(diǎn)較高，比其它兩個(gè)組分都更容易被冷凝下來，R134a蒸汽在液汽介面附近的濃度就低于主流蒸汽的濃度，因此，在擴(kuò)散層蒸汽流中，發(fā)生著組分R134a從主流蒸汽指向液汽介面的擴(kuò)散過程。相反，組分R32和R125的沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性強(qiáng)，不易被冷凝，在接近介面的蒸汽流中，R32和R125的濃度就高于各自在主流蒸汽中的濃度，因而在擴(kuò)散層形成了從液汽介面指向主流蒸汽的濃度梯度。擴(kuò)散層構(gòu)成了非共沸制冷劑冷凝時(shí)的額外熱阻。介面處蒸汽的飽和冷凝溫度隨著當(dāng)?shù)貪舛鹊脑黾佣M(jìn)一步降低，也增加了冷凝過程的阻力。

　　R410A的傳熱系數(shù)較高的一個(gè)重要原因在于它的準(zhǔn)共沸性。，R410A雖然由兩種組分(R32和R125)組成的混合物，但是這兩種組分沒有明顯的揮發(fā)性差別，在蒸發(fā)或者冷凝過程中，R410A的汽相組分濃度和液相組分濃度很相近，相變溫梯度小于0.2K。反映在R410A的熱力學(xué)工程圖上，汽液兩相區(qū)的等溫線與等壓線幾乎是平行的，所以，R410A熱力學(xué)特性和物理特性非常接近于共沸制冷劑或純制冷劑。作為準(zhǔn)共沸混合物，R410A在蒸發(fā)和冷凝時(shí)的傳熱機(jī)理與純制冷劑相似，沒有明顯的組分?jǐn)U散現(xiàn)象，相變溫度梯度對傳熱效率的影響極小，這就使得R410A的傳熱系數(shù)高于非共沸制冷劑R407C。R410A的傳熱系數(shù)高于R22的主要原因在于它具有更加有利的傳熱控制物理量，如具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的粘性系數(shù)。

　　二、R410A與R407C的性能系數(shù)比較

　　R410A的優(yōu)良傳熱性能，有利于提高空調(diào)制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)。R410A還具有提高性能系數(shù)的另外兩個(gè)有利條件：較低的流動(dòng)力和較高的壓縮效率。

　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，R410A的流動(dòng)壓降比R407C和R22都要小，而R407C的壓降接近于R2的值。例如，在光滑管內(nèi)蒸發(fā)流動(dòng)時(shí)，R410A的壓降比R22要小30%，在板式蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，R410A的壓力損失比R22低15%～35% ，在光滑管內(nèi)冷凝時(shí)，R410A的壓降比R22小35%～50%。制冷劑流動(dòng)所需的壓降越小，壓縮機(jī)消耗在壓降上的無用功越小，越有利于提高性能系數(shù)。

　　在制冷劑壓縮效率方面，R410A的壓縮效率高于R22和R407C。R410A在往復(fù)式壓縮機(jī)測試臺上測得的等熵壓縮效率和輸氣效率均分別比R22的高5%左右;在渦旋壓縮機(jī)試驗(yàn)臺上測得的等熵壓縮效率和輸氣效率分別比R22的高2%～15%和3%～10% 。與R410A相對比，R407C在往復(fù)式壓縮機(jī)測試臺上測得的壓縮效率與R22的值相近;但是在一套小型空調(diào)系統(tǒng)上測得的壓縮機(jī)容積效率和等熵效率分別比R22低3%～7%和6%～14%。相比之下，R410A的壓縮效率比R407C高5%～20%。

　　研究表明，在R22的兩種替代制冷劑中，使用R410A可以實(shí)現(xiàn)比R407C更高的系統(tǒng)性能系數(shù)。壓縮機(jī)測試臺上得到的數(shù)據(jù)顯示，R410A的性能系數(shù)超R407C的10% 以上;在優(yōu)化設(shè)計(jì)的空調(diào)制冷系統(tǒng)中R410A性能系數(shù)高的結(jié)論進(jìn)一步得到證實(shí)，R410A的性能系數(shù)分別比R407C和R22的高10%和5%。

　　R410A的性能系數(shù)優(yōu)勢還在已投入運(yùn)行的R22空調(diào)制冷系統(tǒng)的替代試驗(yàn)中得到證實(shí)。針對正在運(yùn)行的3種不同R22系統(tǒng)，采用置換制冷劑和渦旋壓縮機(jī)的方法，使用相同的蒸發(fā)器和冷凝器，在相同的工況下進(jìn)行實(shí)地運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示采用R410A所得到的性能系數(shù)高于R22和R407C的值：在9.2kW制冷量的家用空調(diào)替換試驗(yàn)中，R410A產(chǎn)生的性能系數(shù)比R22的值高5% ;對屋頂式27kW空調(diào)的對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，R410A的性能系數(shù)比R22和R407C的分別高3% 和11% ;對35kW水制冷機(jī)組的替換試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，R410A的性能系數(shù)比I122和R407C的分別高5%和6%。

　　目前，越來越多的節(jié)能型R410A空調(diào)已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入市場銷售，部分空調(diào)產(chǎn)品的性能系數(shù)超過6。