R32定頻空調(diào)系統(tǒng)的可靠性分析

熊碩 王銘坤

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

R32定頻空調(diào)系統(tǒng)的可靠性分析

熊碩 王銘坤

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

2015年大部分國(guó)家都在淘汰HCFCs產(chǎn)品的生產(chǎn)和進(jìn)口，目前都在采用R410A機(jī)型進(jìn)行替換。但由于R410A的溫室效應(yīng)潛值依然很高，是R32的2.5倍，故R410A冷媒后續(xù)也將會(huì)被替代。由于R32冷媒的物理性質(zhì)與R410A相當(dāng)，熱力學(xué)性質(zhì)及環(huán)保性方面都比R410A要好，所以R32是目前比較理想的替代品。本文從R32冷媒對(duì)空調(diào)器可靠性的影響方面出發(fā)，對(duì)R32和R410A兩種冷媒的差異進(jìn)行比較，通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了更換R32可能導(dǎo)致的可靠性問(wèn)題并提出了相應(yīng)的解決方案，為后續(xù)R32產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供一些參考。

R32；壓力；排氣溫度；吸氣溫度；干度；流速

1 引言

目前，大部分發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都在淘汰HCFCs產(chǎn)品的生產(chǎn)和進(jìn)口，許多國(guó)家比如印尼、馬來(lái)西亞、泰國(guó)等都出臺(tái)了2015年及以后不允許銷售R22產(chǎn)品的規(guī)定。迫使各空調(diào)廠家都在開(kāi)發(fā)R410A機(jī)型的產(chǎn)品來(lái)替代銷售，同時(shí)也在積極對(duì)R32冷媒在空調(diào)上的應(yīng)用進(jìn)行基礎(chǔ)研究和各方面的可靠性驗(yàn)證。期望能夠發(fā)揮R32冷媒熱力學(xué)特性好的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避R32作為替換冷媒存在的局限性，比如冷媒壓力偏高、流速慢、排氣溫度高等問(wèn)題，為后續(xù)進(jìn)一步的替換R410A作技術(shù)儲(chǔ)備。本文從理論和試驗(yàn)驗(yàn)證兩方面分別對(duì)R32冷媒在定頻空調(diào)器上應(yīng)用需要注意的可靠性問(wèn)題進(jìn)行了分析，并針對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出了切實(shí)可行的解決方案，對(duì)今后的R32空調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

2 對(duì)R32空調(diào)的壓力參數(shù)進(jìn)行分析

對(duì)于定頻空調(diào)器而言，由于整機(jī)的保護(hù)措施相對(duì)變頻空調(diào)較少，所以為了保證整機(jī)管路系統(tǒng)和關(guān)鍵元器件的壽命，對(duì)系統(tǒng)的壓力和溫度參數(shù)的控制尤為重要。在進(jìn)行R32冷媒替換時(shí)，我們需要重點(diǎn)考量這兩方面的變化。

2.1 理論分析

采用制冷方面的軟件對(duì)R32和R410A兩種冷

媒的飽和蒸氣壓力進(jìn)行對(duì)比，它們的壓力隨溫度變化的關(guān)系曲線如圖1所示。由于R410A是由50%比例的R32和50%比例的阻燃?xì)怏w組成的，所以從圖1看到的結(jié)果為：兩種氣體在相同溫度的情況下壓力值極為接近。由此可以得出：采用R32替換R410A冷媒時(shí)，壓力的變化對(duì)整機(jī)的可靠性影響不大，元器件可以通用。

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以一款KFR-35機(jī)型為例，同一套機(jī)型在相同的實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別灌注R32和R410A冷媒并把系統(tǒng)調(diào)整到最佳狀態(tài)，對(duì)比測(cè)試的結(jié)果如表1所示。從制冷和制熱測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，兩種冷媒的壓力較為接近，但是R32冷媒的壓力略高，此結(jié)果與理論分析一致。

3 對(duì)R32空調(diào)的排氣溫度進(jìn)行分析

3.1 對(duì)排氣溫度的變化進(jìn)行理論分析

醫(yī)學(xué)心理學(xué)是心理學(xué)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的一門(mén)新學(xué)科，是研究心理活動(dòng)與病理過(guò)程相互影響的心理學(xué)分支，既具有自然學(xué)科性質(zhì)，又具有社會(huì)學(xué)科性質(zhì)。其任務(wù)是將心理學(xué)的知識(shí)和方法應(yīng)用于醫(yī)療實(shí)踐，探討和解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的各種心理學(xué)問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)醫(yī)療實(shí)際課題的探討推動(dòng)心理學(xué)基礎(chǔ)理論研究。隨著現(xiàn)代生物—心理—社會(huì)新醫(yī)學(xué)模式的需要，各醫(yī)學(xué)高等院校相繼開(kāi)設(shè)了醫(yī)學(xué)心理學(xué)課程，并且將其列入執(zhí)業(yè)醫(yī)師資格考試內(nèi)容和全科醫(yī)師培訓(xùn)課程，各醫(yī)學(xué)院校逐漸認(rèn)識(shí)到這門(mén)新興課程的重要性[1]。但由于受多方面因素的影響，在醫(yī)學(xué)心理學(xué)教學(xué)實(shí)踐中還存在很多問(wèn)題和困難。

對(duì)于空調(diào)器來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)的排氣溫度取決于壓力比，吸排氣阻力損失，吸氣終了溫度和壓縮過(guò)程指數(shù)。但由于壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程近似可以看作絕熱壓縮，則壓縮機(jī)的排氣溫度的關(guān)系式可以簡(jiǎn)化為：

其中：T2為排氣終了溫度，T1為吸氣終了溫度，P2為排氣壓力，P1為吸氣壓力，K為絕熱指數(shù)（與冷媒有關(guān)，近似可以看為定值）。通過(guò)飽和氣體熱物性質(zhì)表查詢可以得到。

由上述公式和表2的參數(shù)可以推導(dǎo)出：在相同工況的情況下，由于R32與R410A的壓力基本相當(dāng)，但是因?yàn)镽32的絕熱指數(shù)較高，所以在氣缸排氣口處R32機(jī)型的的氣體溫度會(huì)比R410A高。同時(shí)，由于現(xiàn)有R410A與R32壓縮機(jī)電機(jī)的設(shè)計(jì)差異不大，所以在兩者發(fā)熱量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，R32整機(jī)的排氣溫度比R410A機(jī)型高，此點(diǎn)從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果（表1）也得到了有效驗(yàn)證。

3.2 對(duì)排氣溫度的影響因素進(jìn)行理論分析

由于空調(diào)器的壓縮過(guò)程可以近似看作絕熱壓縮，且對(duì)于同一款空調(diào)器使用相同冷媒時(shí)，空調(diào)器的排氣溫度可以看作主要受吸氣溫度和壓比的影響。

對(duì)上述公式進(jìn)一步進(jìn)行變換可以得出：

如果我們假設(shè)壓比是定值，那么排氣終了溫度與吸氣終了溫度呈線性關(guān)系，假設(shè)吸氣終了溫度是定值，那么排氣終了溫度與壓縮比呈指數(shù)關(guān)系，如圖2所示。

3.3 降低R32空調(diào)器排氣溫度的方法

經(jīng)過(guò)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證得出：對(duì)于同能效的系統(tǒng)，R32系統(tǒng)的排氣溫度比R410A系統(tǒng)要高出10～20℃。過(guò)高的排氣溫度對(duì)整機(jī)的使用壽命有較大的影響，特別是對(duì)壓縮機(jī)的可靠性影響最大。因?yàn)檫^(guò)高的排氣溫度會(huì)加速潤(rùn)滑油的劣化，降低潤(rùn)滑油的粘度，導(dǎo)致軸承與氣缸的磨損加大而降低壓縮機(jī)的壽命。

對(duì)于同一款機(jī)型，從上面對(duì)壓縮機(jī)排氣終了溫度的影響度的分析結(jié)果來(lái)看，控制排氣溫度的重點(diǎn)在于控制吸氣終了溫度。降低吸氣終了溫度可以通過(guò)降低吸氣溫度或者降低吸氣干度來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是降低吸氣溫度的幅度是很有限的，此方法對(duì)于降低排氣溫度的效果有限。

為了達(dá)到解決問(wèn)題的目的，通過(guò)人為控制吸氣干度的方法，在同一款機(jī)型上對(duì)排氣溫度的變化進(jìn)行測(cè)試，得出排氣溫度隨吸氣干度的變化曲線如圖3所示。從圖3曲線可以看出：吸氣干度與排氣溫度基本呈線性曲線，所以通過(guò)降低吸氣干度來(lái)減低排氣溫度是非常有效的控制方法。但是如果吸氣干度減低的幅度太大，會(huì)引起潤(rùn)滑油粘度的下降，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)的軸承與氣缸的滑動(dòng)不良，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的可靠性。所以雖然降低吸氣干度是控制排氣溫度的有效手段，但是我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該在排氣溫度和潤(rùn)滑油的粘度中選取一個(gè)平衡，根據(jù)空調(diào)器具體的情況選擇合適的干度限值。

表1 R32與R410A機(jī)型壓力、排氣溫度比較

表2 R32與R410A冷媒絕熱指數(shù)比較

表3 相同機(jī)型僅流路不同時(shí)性能方面的差異

圖1 R32與R410A的飽和蒸氣壓力隨溫度變化的關(guān)系曲線[1]

圖2 R32與吸氣溫度和壓比的相關(guān)函數(shù)曲線

圖3 排氣溫度隨吸氣干度的變化曲線[3]

4 對(duì)R32空調(diào)的流速進(jìn)行分析

4.1 理論分析

R32冷媒比R410A的密度要低，在相同兩器的情況下，R32冷媒的灌注量要少，且R32冷媒使用的壓縮機(jī)比R410A的排量小，所以R32冷媒的體積流量要小。根據(jù)下面公式：

系統(tǒng)某截面的制冷劑線性速度=單位時(shí)間體積流量/截面面積

可以得出：在內(nèi)、外機(jī)連接管的管徑和長(zhǎng)度相同的情況下，R32空調(diào)器制冷劑線性流速小于R410A，相應(yīng)的壓損也較小。故R32冷媒進(jìn)入蒸發(fā)器的分流器組件時(shí)，由于流速的降低導(dǎo)致流體在經(jīng)過(guò)分液頭噴射孔口的雷諾數(shù)也相應(yīng)降低，致使流體經(jīng)過(guò)噴射后仍達(dá)不到霧狀流的狀態(tài)，氣液兩相不能均勻地混合，此時(shí)極易造成流體的分液不均。

蒸發(fā)器分液不均不僅影響整機(jī)系統(tǒng)的性能，還會(huì)導(dǎo)致空調(diào)器在凝露工況時(shí)內(nèi)機(jī)風(fēng)場(chǎng)溫度不均勻，進(jìn)而致使內(nèi)機(jī)風(fēng)道中結(jié)露嚴(yán)重，甚至有小水珠被吹出來(lái)，影響消費(fèi)者的舒適性。為了解決此問(wèn)題，可以通過(guò)適當(dāng)提高流程長(zhǎng)度，增加流速，提高換熱系數(shù)來(lái)解決。

4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以一款09K機(jī)型為例，在空調(diào)器及壓縮機(jī)完全相同僅流路不同的情況下，分別進(jìn)行額定制冷和凝露實(shí)驗(yàn)，在系統(tǒng)分別調(diào)整到最佳的狀態(tài)時(shí)，測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3的數(shù)據(jù)顯示，整機(jī)系統(tǒng)更換R32冷媒后、蒸發(fā)器仍采用原R410A機(jī)型四進(jìn)四出的流路時(shí)，各流路出現(xiàn)分液不均的現(xiàn)象，特別是在凝露工況下，各路溫差最大達(dá)到7.9℃，風(fēng)道中結(jié)露嚴(yán)重。更改為三進(jìn)三出流路后蒸發(fā)器在各工況下的溫度點(diǎn)都比較均勻，各流路的分液較均勻，額定制冷的能力提高了51W，凝露現(xiàn)象也得到了很大改善。

5 結(jié)論

R32冷媒作為R410A的替代制冷劑，越來(lái)越被大家所重視。雖然R32的主要物性參數(shù)與R410A非常接近，但是在冷媒替換的時(shí)候，我們需要在設(shè)計(jì)上對(duì)它們的差異進(jìn)行充分驗(yàn)證和研究才能確?？照{(diào)器的可靠運(yùn)行。本文從影響空調(diào)器可靠性的因素出發(fā)，對(duì)兩種冷媒的差異進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

（1）在相同溫度的情況下R32與R410A的壓力極為接近，關(guān)鍵元器件可以通用。

（2）在相同工況下，R32比R410A的排氣溫度要高。

（3）降低吸氣干度（吸氣干度＜1），使壓縮機(jī)帶濕壓縮機(jī)時(shí)，可以有效降低R32機(jī)型的排氣溫度。但是吸氣干度降低也會(huì)引起潤(rùn)滑油粘度的降低，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要控制吸氣干度在一定的限值，在排氣溫度和壓縮機(jī)壽命之間選取一個(gè)平衡。

（4）在相同兩器的情況下R32冷媒比R410A的流速要低，為了保證性能和分液的均勻性，R32的流程要比R410A要長(zhǎng)，分路要少。

[1] 魏鵬，姜?jiǎng)倮?，黃昌鐸. R32制冷劑在定頻空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用. 家電科技,2014,06(6):80-81.

[2] 廉樂(lè)明，譚羽非，吳家正，朱彤. 工程熱力學(xué)(第五版).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[3] 張利，陸穎翀. 吸氣干度對(duì)R32壓縮機(jī)可靠性影響研究. 2013年中國(guó)家用電器技術(shù)大會(huì)論文集,2013增刊:703-706.

Reliability analysis of R32 fixed frequency air-conditioning system

XIONG Shuo WANG Mingkun
(GREE Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

Most of the countries in 2015 in the elimination of HCFCs product production and the import, are replaced by R410A model in. But because of the greenhouse effect of R410A potential value is still high, which is 2.5 times of R32, so R410A refrigerant follow-up will be replaced. Because of the physical properties of R32 refrigerant and quite R410A, thermodynamic properties and environmental aspects are better than R410A, so R32 is a relatively ideal substitute. This article from the R32 refrigerant effect on air conditioner reliability starting, compared difference of R32 and R410A two kinds of refrigerant, through theoretical analysis and experimental verification, obtained the replacement of R32 may lead to reliability problems and put forward corresponding solutions, to provide some reference for the follow-up development of R32 products.

R32；Pressure；Exhaust temperature；The suction temperature；Dryness；Current speed