1、极化冷冻机油添加剂的节能性分析发布者：马素贞,杨伟,刘传聚 发布时间：2006-3-23 （同济大学暖通空调及燃气研究所 上海 200092）摘 要 本文分析了极化冷冻机油添加剂（PROA）的节能机理，讨论了目前对极化冷冻机油添加剂研究中存在的一些争议。并结合工程实例对实际运行的冷水机组进行了现场测试，对添加前后系统能耗进行了比较分析，结果表明，极化冷冻机油添加剂具有一定的节能效果。关键词 极化冷冻机油添加剂；节能；冷水机组；现场测试 Energy Efficiency Analysis of Polarized Refrigerant Oil AdditiveBy Ma Suzhen，Liu
2、 Chuanju and Yang weiTongji University，Shanghai ，200092，ChinaAbstract This paper analyzes the energy efficiency mechanism of Polarized Refrigerant Oil Additive (PROA). Some disputes in study on PROA recently are discussed. Then the performance and energy consumption of the system before and after tr
3、eatment are compared by a field test. And the result shows that it can save energy for the system with PROA.Keywords Polarized Refrigerant Oil Additive (PROA)；energy efficiency；chiller ；field test 1 引言随着社会和经济的发展，空调的应用越来越多，随之而来的是空调能耗越来越高，空调用电量也越来越多，空调成为构成电力负荷高峰的重要因素。因此，降低电力空调的能耗，提高其能效比是目前空调节能的重点工作，也是
4、缓解我国能源供需矛盾的一个有效途径。据文献1介绍，极化冷冻机油节能添加剂（PROA）是利用“ 极性活化分子”技术以改善制冷系统效率的专利冷冻机油添加剂。它可以提高冷水机组的效率，降低运行成本。1996 年经美国能源部推荐推广至民用，被试机组达到了良好的节能效果。极化冷冻机油节能添加剂适用于各类压缩机：活塞式、涡旋式、螺杆式和离心式制冷机组等。国内外一些极化冷冻机油添加剂公司声称，对冷水机组来说，添加之后能耗可以降低 5%20%，平均为 12.3%2-3，有的甚至更高。如果确实有这样显著的节能效果，那么每年就可以节约可观的能源，这完全符合我国能源的可持续发展战略。但目前对制冷剂添加剂的节能效果到
5、底有多少尚未有定论。2 冷冻机油添加剂节能机理提高热交换器的传热效率是提高空调制冷设备能效比的一个主要途径。蒸发器和冷凝器是制冷系统的主要热交换设备，经过长时间的运行后，冷冻油在换热管壁上形成油膜，妨碍了正常热传递效应，影响制冷效果，增加了电能消耗（图 1）。因此消除换热器管壁上的油膜，可以提高热交换器的换热效果，从而有效降低能耗。冷冻机油添加剂（PROA）利用系统中残留的润滑油作为活性极化分子的载体，静电附着在蒸发器和冷凝器的金属表面，置换阻碍热传递的油膜。把绝热的制冷剂油分子层替换成导热的添加剂分子层，这样增强了蒸发器或冷凝器表面的热传导效果，提高了空调和制冷单元的效率，有利于节能（图 2
6、）。此外，由于 PROA 在金属表面形成一层极其细微的分子薄膜，从而提高了整个系统运转部件的润滑性能，降低了压缩机的噪音及磨损程度，延长制冷装置使用寿命。43 目前对冷冻机油添加剂节能性的研究和争议极化冷冻机油添加剂 CS-PROA（Compress shield Polarized Refrigerant Oil Additive）是一种氯化 -石蜡活性剂，它是由美国国防系统研究开发的一项高科技节能产品，1990 年获美国专利。图 1.油分子积聚在金属表面阻碍传热 图 2. CS-PROA 分子置换油分子目前市场上有几种冷冻机油添加剂，它们的性质和换热机理基本上是相似的。有一点不同的是，有的
7、产品含氯元素，有的不含。生产含氯添加剂的厂家声称，氯元素增加了添加剂的润滑性，即与金属的亲合力，从而增强了置换油膜的能力；不含氯的厂家声称，氯对系统的性能有副作用，氯具有吸湿性吸水后，会在系统中生成酸，从而对系统造成腐蚀。此外，他们还指出，氯会破环大气中的臭氧层，加剧“臭氧危机”2 。置疑之一，添加剂可与所有制冷剂和冷冻油配合使用。根据厂家规定，设备不同需用的润滑油也不同。冷冻机油生产商和摩擦学专家都不相信会有提高所有冷冻油/制冷剂系统性能的添加剂。文献5研究了冷冻机油添加剂 PROATEQ 对 R134a/POE 及 R123/环烃矿物油的沸腾换热特性的影响及添加剂对润滑油的置换能力。研究结
8、果表明，前者换热特性增强明显，但后者添加前后变化不大。置疑之二，国内外一些极化冷冻机油添加剂公司声称，对冷水机组来说，添加之后能耗可以降低 5%20%，平均为 12.3%，有的甚至更高。Oak Ridge National Laboratory(ORNL)、Intertek Testing Services (field test)、theUniversity of Florida 和 the Florida Solar Energy Center 分别做了测试2，结果均表明添加后系统的效率或性能几乎没有显著提高。为了评价“CS-PROA 分子可以置换油膜从而增强换热效果”这一说法，就必须搞清
9、油膜的影响是否显著。ORNL 研究表明，冷凝器的换热效率提高 10%，系统的效率才提高 1%；同样蒸发器的效率提高 25%，系统的效率才提高 1%。另一方面，厂家声称，添加后提高了压缩机的润滑能力从而节能。但是压缩机著名制造商 Copeland Corp 发现压缩机由于摩擦损失造成的能耗不过占总能耗的 4%，因此即使压缩机的摩擦损失减小 25%，总效率也只是增加 1%。因此，两种方式的节能加起来，总能耗也只是降低 5-7%（摩擦损失的4%+换热效率损失的 1-3%），最有可能的节能效果是 0-3%。 4 冷冻机油添加剂节能效果测试与评价上海某电子有限公司对冷水机组进行了添加 CS-PROA 的
10、节能改造，作者对该机组添加前后的性能参数进行了现场测试，并根据上海市能源标准化技术委员会、上海市的 SJB0012004 制冷机组及热泵机组节能效果评价方法对添加前后的实际节能效果给出了评价。4.1 上海某电子集团公司冷冻机房概况该公司的冷冻机房共有 10 台特灵公司 1997 年生产的离心式冷水机组，在当时的负荷条件下实际运行 5 台。选用 2 号冷水机组进行添加剂节能效果试验，该机组的额定制冷量为 4037kW（1150 冷吨），压缩机额定功率为 790kW，制冷剂为 R123，润滑油为 Trane 油，每年平均运行3000h。2005 年 9 月 29 日，向该机组中加入了极化冷冻机油节
11、能添加剂。我们分别于 2005 年 9 月 27 日、2005 年 11 月 9 日和 2006 年 2 月 27 日对该机组进行了现场测试。4.2 测试方案2005 年 9 月 27 日 9 月 28 日，我们进行了添加前的测试；11 月 9日11 月 10 日，我们进行了添加后的测试。两次测试前后的负荷率相接近，且都保证了运行工况的稳定。两次测试均连续进行 24 小时，采样间隔周期取为 1 小时，测试期间并无明显异常的数据出现。在冷冻水进水管上使用便携式超声波流量计进行流量测量，在冷冻水进出水管上使用标准水银温度计进行水温测量。压缩机的电压和电流在压缩机配备的电压表和电流表上直接读取。4.
12、3 测试数据整理及结果分析按照 SJB0012004制冷机组及热泵机组节能效果评价方法 中的方法，对测得的数据进行分析整理：1 冷水机组的实际制冷量 Q（2-1）式中： 冷水流量 ；冷水出水温度 ；冷水进水温度 ；冷水密度 ； 水的比热容 。考虑到测试工况条件参数的变化，对添加后的冷量变化进行可比性修正：（2-3）式中： 当 （蒸发温度） 1，则 1 （45）；当 （冷凝温度） 1，则 1 （11.2）；2 冷水机组的性能系数 COP 为：（2-3）式中，P压缩机的平均有效功率，kW。3 添加 CS-PROA 后系统的节能率为：节能率（COP 后COP 前）COP 后100 （2-4）数据整理
13、结果见表 1。表 1 添加前后各性能参数的变化情况2-冷水机组 冷冻水进水水温 冷冻水出水水温 冷冻水量 m3/h 制冷量kW 电流 A 压缩机功率 kW COP 修正 COP 添加前 11.2 5.8 537 3383.1 66.9 755.16 4.48 4.48 添加后 11.4 6.0 523 3294.9 69.1 777.10 4.24 4.24 添加后制冷量减小了 88.2kW，变化率为-2.6；电流平均值增加了 2.2 A，变化率为 3.3%；压缩机功率增大了 21.9kW，变化率为 2.9；COP减小 0.24，变化率为-5.7 。 从表 1 可以看出，添加冷冻机油添加剂之后
14、，2 号冷水机组的制冷量减小了 2.6， COP 降低了 5.7，压缩机的运行电流增加了 3.3。这些数据都表明，添加后系统的性能反而降低了，能耗增加了。国内外一些极化冷冻机油添加剂测试实例表明，对冷水机组来说，添加之后能耗可以降低 5%20%，平均为 12.3%。但笔者在实际的现场测试中，却出现了能耗增加的结果。针对出现的问题，笔者从各方面进行了分析。第一，可能是由于添加量不够。根据文献1，2 号冷水机组的理论添加量为 575 盎司（16.3kg），最小添加量可以是 308 盎司(8.7kg)，但实际添加了 288 盎司(8.2kg)。笔者认为，如果冷冻机油添加剂确实具有节能效果，那么添加剂
15、的添加量会影响系统的节能率。据该公司的运行管理人员介绍，2 号冷水机组添加 CSPROA 过程中，电流迅速增加，管理人员担心压缩机烧坏，因此，中断了冷冻机油添加剂的添加。此外，添加后电流由原来的 87升高到 93；添加后油压升高很多，手动调低油压后，又发生了低油压关机事故。第二，可能是压缩机内部构件出现了堵塞、油的性能发生变化或杂质含量太高等。第三，冷冻机油添加剂的节能效果并不显著。经过对各构件的细致检查和各方面的认真分析后，认为可能得原因是：氟利昂过滤网堵塞，造成了过度压降。因此，在对堵塞的过滤网进行清洗之后，我们于 2006 年 2 月 27 日又对其做了一次测试，测试结果见表 2。表 2
16、 添加前后各性能参数的变化情况（清洗过滤网之后）2-冷水机组 冷冻水进水水温 冷冻水出水水温 冷冻水量 m3/h 制冷量kW 电流 A 压缩机功率 kW COP 修正 COP 添加前 11.2 5.8 537 3383.1 66.9 755.16 4.48 4.48 添加后 11.2 6.2 575 3354.2 62.3 713.66 4.70 4.57 添加后制冷量减小了 28.9kW，变化率为-0.8；电流平均值减小了 4.6 A，变化率为-6.9% ；压缩机功率降低了 41.5kW，变化率为-5.5；COP增大了 0.09，变化率为 2。 从表 2 可以看出， 2 号冷水机组的制冷量变
17、化很小，COP 升高了 2，压缩机的运行电流减小了 6.9。这些数据表明，添加后系统的性能提高了，能耗降低了。5 结论为提高制冷设备的效率，尝试了对冷水机组添加冷冻机油添加剂。本文通过初步的理论分析和现场测试，得到如下结果：（1）冷冻机油添加剂可以增强蒸发器与冷凝器表面的热传导效果，提高空调和制冷单元的效率，从而降低运行成本。（2）我们的现场实测结果表明，COP 提高了 2，压缩机运行电流降低了6.9。因此某些厂商宣称的节能效果并没有在该项目中得到验证。可以说，添加剂的节能效果，目前还需要大量严密的实验来验证。此外，对添加剂的研究还有很多工作要做，比如影响冷冻机油添加剂节能效果的因素，冷冻机油
18、添加剂与制冷剂、润滑油与压缩机和制冷系统所用材料的相容性等问题，这都有待我们进一步去研究。参考文献1 刘玉萍，姜宪国. 极化冷冻机油添加剂（CS-PROA）J上海节能，2004，6：29302 www.energyideas.org/documents/ Factsheets/PTR/CompressShield.pdfProduct & Technology Review3 孟祥进. 极性制冷剂 FRIFGAD 的节能原理及应用效果J. 制冷，2001，20（ 1）：65664 刘玉萍，姜宪国. 空调节能添加剂的应用J. 上海节能，2005，3：54585 http:/www.bfrl.nist.gov/pdf/NISTIR7132.pdf Effect of Refrigerant Oil Additive on R134 and R123 Boiling Heat Transfer Performance and Related Issues for GSA 马素贞，女，1983 年 7 月生，在读硕士研究生 200092 上海市同济大学暖通空调及燃气研究所（021）65982382 Email：
