本發(fā)明涉及一種環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)及其應(yīng)用，具體涉及一種可以提供60-70℃熱源的熱泵系統(tǒng)的環(huán)保節(jié)能型混合工質(zhì)。
背景技術(shù)：
在建筑能耗中，生活熱水和空調(diào)的能耗占主要部分，其中城市居民用熱水耗能約占總能耗的20%，而各種商業(yè)建筑熱水的能耗約占總能耗的10% ~40 %。目前，我國商用建筑中的熱水主要來自燃煤、氣、油鍋爐以及電站鍋爐；城市居民用熱水主要來自電熱水器、燃?xì)鉄崴骱吞柲軣崴?。燃用煤、氣、油等化石燃料提供熱水，既耗能又會排放出大量的CO2。電熱水器將電能轉(zhuǎn)化為熱能，雖然環(huán)保，卻有能耗高、效率低等缺點。熱泵技術(shù)正是解決這一難題的重要手段，利用熱泵技術(shù)將廢氣或廢水中的低品位能轉(zhuǎn)化為高品位能，使其達(dá)到居民或商用供熱（熱水）的要求。相比電熱水器，采用熱泵技術(shù)僅需輸入一部分高品位能（電能）即可獲得高品位能和吸取的低品位能之和的能量，因此可以節(jié)約大量高品位能，同時也可以降低溫室氣體和有害氣體的排放，保護(hù)環(huán)境。
熱泵工質(zhì)是熱泵技術(shù)中，通過輸入電能來提高低品味能的重要載體，選擇環(huán)保性能、熱力學(xué)性能以及安全性能較好的工質(zhì)是實現(xiàn)熱泵技術(shù)節(jié)能、減排的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的熱泵工質(zhì)多采用CFCs和HCFCs類工質(zhì)，由于含有氯離子，破環(huán)臭氧層而被禁止生產(chǎn)和使用。目前，HFCs類工質(zhì)成為了主要的替代工質(zhì)，如1,1,1,2-四氟乙烷（R134a），這一類物質(zhì)雖然不破壞臭氧層，但大部分具有較高的溫室氣體潛能，因此屬于過渡型工質(zhì)。
除了環(huán)保性能外，工質(zhì)的熱力學(xué)性能對于熱泵系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率起著關(guān)鍵作用。考慮到一般商業(yè)或居民用熱源溫度在60-70℃左右，因此熱泵工質(zhì)的臨界溫度不能低于90℃，以防止較大的節(jié)流和換熱損失?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)中提出的或已經(jīng)商用的熱泵工質(zhì)往往存在GWP（溫室效應(yīng)潛能）值偏高、或具有可燃性、或容積制冷量較小、或溫度滑移較大、或冷凝溫度較低等缺點，因此需要開發(fā)具有較高冷凝溫度和制熱系數(shù)、更好地與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容性以及具有更佳環(huán)保性能的熱泵工質(zhì)顯得尤為急迫。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)，用于熱泵系統(tǒng)中提供60-70℃熱源，該種工質(zhì)的環(huán)境性能和使用性能優(yōu)于R134a；該混合工質(zhì)可在使用R134a的系統(tǒng)中不改變?nèi)魏尾考苯犹娲褂玫?，是一種低替代成本的熱泵工質(zhì)。
本發(fā)明提供了一種環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)，由下列質(zhì)量百分比的原料混合而成：
1,1,1,3,3-五氟丙烷：1% ~ 15%；
二甲醚：9% ~99%；
丙烷：0% ~ 90%；
其中各組元質(zhì)量百分比和為100%。
進(jìn)一步地，所述環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)由下列質(zhì)量百分比的原料混合而成：
1,1,1,3,3-五氟丙烷：1% ~ 15%；
二甲醚：85% ~99%；
其中各組元質(zhì)量百分比和為100%。
進(jìn)一步地，所述環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)由下列質(zhì)量百分比的原料混合而成：
1,1,1,3,3-五氟丙烷： 10% ~ 15%；
二甲醚： 85% ~ 90%；
其中各組元質(zhì)量百分比和為100%。
進(jìn)一步地，所述環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)由下列質(zhì)量百分比的原料混合而成：
1,1,1,3,3-五氟丙烷：10% ~ 13%；
二甲醚：70% ~80%；
丙烷：7% ~ 20%；
其中各組元質(zhì)量百分比和為100%。
進(jìn)一步地，所述環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)由下列質(zhì)量百分比的原料混合而成：
1,1,1,3,3-五氟丙烷：10% ~ 13%；
二甲醚：73% ~80%；
丙烷：10% ~ 15%；
其中各組元質(zhì)量百分比和為100%。
本發(fā)明提供了上述的環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)在熱泵系統(tǒng)中替代R134a的應(yīng)用。所述的熱泵系統(tǒng)不改變?nèi)魏卧O(shè)備部件，能直接充灌所述混合工質(zhì)以替代R134a。
所述的應(yīng)用過程中，將所述的環(huán)保節(jié)能型熱泵用混合工質(zhì)在熱泵系統(tǒng)中替代R134a時，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T23137-2008《家用和類似用途熱泵熱水器》設(shè)定的名義工況為：熱源入口溫度20℃，熱源出口溫度15℃，熱匯入口溫度17℃，熱匯出口溫度65℃。
本發(fā)明提供的混合制冷劑適用于熱泵系統(tǒng)，尤其適合提供60-70℃商用與居民用熱水的熱泵系統(tǒng)。當(dāng)在熱泵系統(tǒng)中替代R134a時，所述熱泵系統(tǒng)可以不改變?nèi)魏卧O(shè)備部件，直接充灌所述混合制工質(zhì)。
本發(fā)明的有益效果：
(1)環(huán)境性能優(yōu)良，ODP（臭氧破壞潛能）值為0，GWP（溫室效應(yīng)潛能）值小于120；
(2)添加阻燃成分1,1,1,3,3-五氟丙烷，可以削弱混合制冷劑的可燃性，提高安全性，增加制冷劑的充灌量；
(3)蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、壓比和單位容積制冷量等均與R12相當(dāng)，溫度滑移較小，COPh（制熱循環(huán)性能系數(shù)）值和單位質(zhì)量制熱量均優(yōu)于R134a；
(4)在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，可以不改變?nèi)魏尾考?，直接充灌于原使用R134a的熱泵系統(tǒng)。
具體實施方式
本發(fā)明提供的制冷劑，其制備方法是將R245fa，DME和R290按照其相應(yīng)的質(zhì)量配比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
上述組分中的1,1,1,3,3-五氟丙烷(阻燃劑)，分子量為134.05 g.mol-1，標(biāo)準(zhǔn)沸點為-42.1℃， 臨界溫度為96.7℃，臨界壓力為3.651 MPa, GWP值為858。
上述組分中的二甲醚，其分子量為46.07 g.mol-1，標(biāo)準(zhǔn)沸點為-24.78℃，臨界溫度為127.15℃，臨界壓力為5.337 MPa，GWP值為0。
上述組分中的丙烷，分子量為44.10 g.mol-1，標(biāo)準(zhǔn)沸點為-34.55℃，臨界溫度為102.15℃，臨界壓力為4.251 MPa， GWP值為3.3。
下面列出幾種實施例來說明本發(fā)明的具體實施過程，但本發(fā)明并非僅限于以下幾種實施例，凡包含本發(fā)明組元、配比，以及與本發(fā)明中的混合制冷劑篩選思路均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。
實施例1: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷和二甲醚按照5:95的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例2: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷和二甲醚按照7:93的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例3: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷和二甲醚按照9:91的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例4: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷和二甲醚按照11:89的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例5: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷和二甲醚按照13:87的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例6: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷, 二甲醚和丙烷按照10:70:30的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例7: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷, 二甲醚和丙烷按照10:80:10的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例8: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷, 二甲醚和丙烷按照13:70:17的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
實施例9: 將1,1,1,3,3-五氟丙烷, 二甲醚和丙烷按照13:80:7的質(zhì)量百分比在液相狀態(tài)下進(jìn)行物理混合。
現(xiàn)將上述實施例的性能與R134a進(jìn)行比較，說明本發(fā)明的特點和效果。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T23137-2008《家用和類似用途熱泵熱水器》設(shè)定的名義工況為：熱源入口溫度20℃，熱源出口溫度15℃，熱匯入口溫度17℃，熱匯出口溫度65℃。
1、環(huán)保性能
表1比較了上述實施例與R12的環(huán)保性能。GWP值以CO2作為基準(zhǔn)值，并取1.0。
表1環(huán)保性能比較
從表中的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的ODP值均為0，且GWP值均小于120，與R134a相比具有較為顯著的環(huán)保性能。
2、溫度滑移和熱力性能
表2溫度滑移表
從表2可見，混合工質(zhì)為非共沸混合物，但各實施例的溫度滑移均較小，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
在熱泵工況下(設(shè)定過熱度10℃，過冷度5℃)，上述實施例與R134a的熱工參數(shù)(即: 蒸發(fā)壓力pe、冷凝壓力pcon、壓比π=pcon/pe)及相對熱力性能(相對COPR、相對單位質(zhì)量制冷量qm、相對單位容積制冷量qv) 的比較見表3。
上述相對熱力性能是指各實施例熱力性能與R134a熱力性能的比值。
表3熱工參數(shù)及熱力性能的比較
從表3可見，在所選取的熱泵工況下，上述各實施例的冷凝壓力與R134a相當(dāng)，壓比略低于R134a，仍可直接充灌于原使用R134a的系統(tǒng)中；系統(tǒng)工質(zhì)的充灌量相當(dāng)；各實施例的容積制熱量與R134a相當(dāng)，且COPh值均大于R134a，具有節(jié)能效果。
綜合來看，本發(fā)明實施例中所得的工質(zhì)，具有優(yōu)異的環(huán)保性能，較高的安全性和經(jīng)濟性，可以作為R134a的長期替代工質(zhì)。