R32與R410A對(duì)變頻空調(diào)器APF影響的對(duì)比分析

徐志亮 熊軍 陳紹林 劉德清 劉燦賢

TCL空調(diào)器（中山）有限公司 廣東中山 528427

1 引言

隨著全球氣候變暖問(wèn)題的持續(xù)惡化，減少影響氣候的制冷劑排放越來(lái)越迫切。目前歐盟已經(jīng)開(kāi)始措施限制和削減氫氟烴類(lèi)制冷劑的生產(chǎn)和使用；作為R410A制冷劑一個(gè)組元的R32逐漸得到國(guó)內(nèi)學(xué)者及業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。本文著重對(duì)目前應(yīng)用較多的環(huán)保型制冷劑R410A及具有更好環(huán)境效益的R32的循環(huán)特性進(jìn)行理論對(duì)比分析和實(shí)驗(yàn)研究，并指出應(yīng)用R32制冷劑系統(tǒng)降低成本的優(yōu)勢(shì)及匹配存在的問(wèn)題。

2 R32與R410A冷媒特性分析

2.1 R32、R410A熱工性能對(duì)比

從表1可以看出，R32的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力分別是R410A的1.06倍和1.03倍。R32的單位制冷量是R410A的1.52倍，R32的容積制冷量是R410A的1.13倍，在相同的制冷系統(tǒng)條件下，R32比R410A在高能效方面更具有優(yōu)勢(shì)。R32的排氣溫度比R410A要高，R32在相同冷凝溫度和蒸發(fā)器溫度條件下與R410A相比，排氣溫度提高15℃左右，排氣壓力提高3.5%左右，吸氣壓力提高6%左右，過(guò)熱度與R410A相比可以更低。在冷凍機(jī)油的選擇、壓縮機(jī)的開(kāi)發(fā)以及系統(tǒng)的可靠性方面更確保安全。排氣溫度的抑制方面，通過(guò)對(duì)排氣溫度的排氣或者吸氣過(guò)熱度的檢測(cè)就可以在不降低壓縮機(jī)可靠性的范圍內(nèi)通過(guò)降低壓縮機(jī)吸氣的干度來(lái)抑制。一般來(lái)說(shuō)，由于冷媒更換，選擇冷凍機(jī)油時(shí)，要對(duì)確保空調(diào)系統(tǒng)的回油性的相溶性、冷媒系統(tǒng)中不會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管堵塞、腐蝕、油泥的化學(xué)穩(wěn)定性、防止壓縮機(jī)磨耗的潤(rùn)滑性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化及通用性，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新國(guó)內(nèi)幾大壓縮機(jī)廠家實(shí)現(xiàn)了1匹和1.5匹R32和R410A壓縮機(jī)采用的冷凍油的通用化。

2.2 R32、R410A冷媒的可燃性及毒性分析

R32冷媒的可燃性是較溫和的。在25℃和101.325kPa條件下，完全燃燒且燃燒生成物均處于氣相狀態(tài)時(shí)所放出的熱量。TLVTWA為慢性毒性指標(biāo)，該數(shù)值越大，表明毒性越低。

R32是一種毒性和R22相當(dāng)?shù)模蹩扇夹缘闹评鋭?。關(guān)于R32的可燃性分析，文獻(xiàn)[2]指出低GWP值的R22替代物往往具有很強(qiáng)的可燃性，而選擇長(zhǎng)期替代物時(shí)又要求GWP盡可能的低，折中方案即為GWP值適中，而可燃性最小，關(guān)于弱可燃的最新分類(lèi)，ASHARE34-2010按照毒性和可燃性將制冷劑分成六類(lèi)，具體分類(lèi)方式和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[3]。其中，R32就屬于表中的A2L類(lèi)。表2中：LFL、HOC和BV均在23℃和101.3kPa的條件下測(cè)得；OEL：職業(yè)接觸限值（Occupational Exposure Limit）；BV：可燃?xì)怏w與空氣混合物濃度的函數(shù)，當(dāng)制冷劑濃度達(dá)到一定濃度時(shí)，燃燒速度達(dá)到最大值。而燃燒速度的分級(jí)依據(jù)是最大燃燒速度。

3 R32與R410A性能試驗(yàn)對(duì)比分析

為了對(duì)比R32與R410A制冷劑在變頻空調(diào)器中的效果，實(shí)驗(yàn)測(cè)試在焓差實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)選用1.5匹變頻三級(jí)能效空調(diào)器，測(cè)試步驟為：首先匹配R410A系統(tǒng)，調(diào)試系統(tǒng)最佳充灌量和毛細(xì)管長(zhǎng)度下的額定制冷性能，然后再進(jìn)行中間制冷、額定制熱、中間制熱、低溫制熱工況測(cè)試。待測(cè)試完畢后將系統(tǒng)中的R410A制冷劑排放干凈，重新抽真空（保證一個(gè)小時(shí)以上）后再緩慢充入R32冷媒，制冷系統(tǒng)的其他部件均保持不變（蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)），先進(jìn)行額定制冷工況下的制冷劑充灌量和毛細(xì)管長(zhǎng)度，調(diào)試R32制冷劑額定制冷工況下性能，保證能力和能效滿足要求后，然后再測(cè)試與R410A相同工況下的性能。

從表3的對(duì)比數(shù)據(jù)看出，在制冷系統(tǒng)其他部件都相同的情況下，R32直接替代R410A系統(tǒng)，R32冷媒的充灌量為R410A的75%，R32所需的毛細(xì)管長(zhǎng)度比R410A要長(zhǎng)。額定制冷性能對(duì)比，R32的制冷量比R410A提升0.9%，能效提升4.7%。因?yàn)镽32的單位制冷量比R410A大，從而在達(dá)到相同的制冷量的情況下，R32可以降低頻率，從而降低系統(tǒng)的功率，達(dá)到提升能效的目的。R32冷媒比R410A需要更高的排氣溫度才能發(fā)揮它的性能優(yōu)勢(shì)，額定制冷下R32的排氣溫度比R410A高了接近9度。中間制冷性能對(duì)比，R32在低頻下其性能與R410A并沒(méi)有很大的優(yōu)勢(shì)，能力和能效提升不明顯。

從表4的對(duì)比數(shù)據(jù)看出，無(wú)論是R32還是R410A，由于制熱頻率比較高，系統(tǒng)的循環(huán)量較大，制冷和制熱都采用一根毛細(xì)管來(lái)進(jìn)行節(jié)流，以達(dá)到降低成本的目的。額定制熱性能對(duì)比，R32的制熱量比R410A提升4.2%，能效提升3.6%。表明R32在壓縮機(jī)運(yùn)行頻率較高的情況下性能優(yōu)勢(shì)明顯，制熱量提升幅度較大。同時(shí)R32冷媒比R410A在高頻下需要更高的排氣溫度才能發(fā)揮它的性能優(yōu)勢(shì)，額定制熱下R32的排氣溫度比R410A高了接近8度。中間制熱性能對(duì)比，R32在低頻下其性能與R410A相比并沒(méi)有很大的優(yōu)勢(shì)，能力和能效相對(duì)R410A還略有下降。在低溫制熱工況下，R32冷媒在高頻下同樣表現(xiàn)出較好的性能優(yōu)勢(shì)，低溫制熱量比R410A提升3.9%。整機(jī)APF能效R32比R410A提升2.5%。

在制冷系統(tǒng)相同的情況下，R32冷媒易實(shí)現(xiàn)變頻空調(diào)的高能效，將上述空調(diào)器室外機(jī)采用的銅線電機(jī)改為鋁線電機(jī)，電機(jī)功率增加10w，整體APF為3.55，滿足國(guó)家變頻三級(jí)能效的要求。成本方面，鋁線電機(jī)比銅線電機(jī)便宜5元左右，從而達(dá)到降成本的目的，為產(chǎn)品在市場(chǎng)上提供強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)能力。

表1 R32與R410A熱工性能對(duì)比

表2 ASHRAE34-2010以毒性和可燃性為界限的安全分類(lèi)

表3 R32與R410A制冷性能對(duì)比

表4 R32與R410A制熱性能對(duì)比

4 結(jié)論

在變頻機(jī)上將R32冷媒替代R410A冷媒，可以正常替代應(yīng)用，同時(shí)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

（1）冷媒量和毛細(xì)管流量的調(diào)節(jié)，在保證壓縮機(jī)排氣溫度滿足系統(tǒng)正常工作的前提下，相對(duì)R410A系統(tǒng)，R32的最佳充灌量為R410A的75%左右，制冷系統(tǒng)節(jié)流部件需要比R410A更長(zhǎng)的毛細(xì)管，應(yīng)根據(jù)不同的系統(tǒng)匹配進(jìn)行最優(yōu)進(jìn)行調(diào)試，從而使能效比達(dá)到最佳。

（2）R32系統(tǒng)在進(jìn)行中間制熱測(cè)試時(shí)，同頻率下R32系統(tǒng)能力和能效略低于R410A系統(tǒng)，需要提升壓縮機(jī)運(yùn)行頻率1～2Hz，以此彌補(bǔ)制熱量比R410A系統(tǒng)低的現(xiàn)象。

（3）R32制冷量、制熱量及COP比R410A高，換熱效果好，所以在原有的R410A系統(tǒng)上能進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，例如室內(nèi)外側(cè)換熱器銅管直徑的減少、銅線電機(jī)改為鋁線電機(jī)的調(diào)整等，從而實(shí)現(xiàn)高能效低成本化，有利于提高企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。