R410A風冷式單元機特性研究

李逸進

【摘要】本文介紹了R134a、R407C和R410A三種R22替代冷媒的相關特性及應用情況，并在R22原型機基礎上，制作了R410A實驗樣機，對兩種冷媒的風冷式單元機特性作針對性實驗研究。結果表明，R410A具有比R22更大的單位容積制冷量、低流動阻力的優良特性，其兩器設計流路應比R22多；但其運行壓力較高，系統設計時應充分考慮安全性問題。

【關鍵詞】R410A；單位容積制冷量；低流動阻力；流路；分路數

在目前的空調產品中，R22作為傳統的空調器用冷媒，仍被廣泛使用。但R22由于存在對臭氧層的破壞作用，將根據蒙特利爾條約逐漸被替換。而且，由于R22被限制生產，其價格將越來越高，從而導致空調產品的成本也水漲船高。因此，開發高效的新型冷媒空調器，越顯重要。

目前，R22的替代冷媒主要有R134a、R407C、R410A，此外，諸如R32、R290之類的冷媒也在部分廠家的研究范圍內。但由于R32有一定可燃性，R290的可爆炸性，不僅對空調產品本身提出更高的要求，就連企業研發使用的實驗室也要求十分苛刻，從而一定程度上遏制了上述兩種冷媒的被推廣速度和范圍。

R134a（異四氟乙烷，C2H2F4）是最早被人們選定的作為R22的替代品，其ODP（消耗臭氧潛能值）為0，GWP（全球升溫潛能值）較低，曾被認為是R22的理想替代品。但是，R134a由于單位容積制冷量較?。s為R22的0.6倍），導致R134a系統的壓縮機較大；由于R134a的傳熱系數與R22相比也偏低（大概下降10%），導致R134a系統的換熱器面積需增大；以上問題的存在導致R134a系統的成本大大增加。此外，R134a由于分子更小，容易出現系統泄漏，而且其吸水性極強（約是R22的20倍），系統中出現“鍍銅現象”也更加明顯。因此，R134a最終得不到大范圍推廣。由于其運行壓力低，故目前多數是在高溫制冷工況及要求壓力較低的汽車空調領域得到一定應用。

R407C（HFC32、HFC125、HFC134）的熱力性質與R22非常接近，而且其ODP（消耗臭氧潛能值）為0，GWP（全球升溫潛能值）與R22相當。在許多情況下，只需對R22系統稍作改進，就可以使用R407C，故R407C一度被認為是R22的理想替代冷媒。然而，由于R407C作為一種非共沸三元混合冷媒，在相變換熱過程中存在高達6.3℃的溫度滑移，為空調系統，特別是滿液式空調系統的性能匹配、壓力控制以及冷媒充注均帶來困難，最終使得R407C的應用范圍難以有所突破，近年來的青睞程度明顯下降。

R410A（HFC32、HFC125）是一種二元混合冷媒，但由于其溫度滑移在0.2℃之內，被認為是近共沸冷媒。其ODP（消耗臭氧潛能值）為0，GWP（全球升溫潛能值）為1725。由于對臭氧層不存在破壞作用，而且其具有單位容積制冷量大、傳熱系數大、流動阻力小的優良特性，目前被認為是最理想的新型環保冷媒。

表1 R410A、R22基本特性對照表

下文以一臺10PH風冷式單元機為實驗樣機，研究R410A的系統特性。

1、實驗樣機

采用一臺10PH的R22風冷式單元機原型機，更換相同匹數的壓縮機及相關系統配件，形成實驗樣機。其系統原理如圖1。

圖1 實驗樣機系統原理圖

2、首次測試結果及分析

對機組進行首次測試，發現制冷量及功率均比原型機偏低。制冷量從26.5kw下降到23.3kw，降幅12%；功率從10.3kw降低到9.6kw，降幅6.7%；能效比從2.57下降到2.43，降幅5.4%。相關測試數據見如表2。

3、系統優化及測試結果分析

從首次測試數據看，整機性能較差，測試效果不理想?；赗410A熱力特性與R22存在較大差異，對系統的兩器進行流路調整（如圖2所示）。其中，蒸發器從9進9出改成5進5出，冷凝器從16進16出改成8進8出。同時，在測試過程中進一步調節冷媒的充注量至系統達到最佳匹配狀態。

圖2 兩器流路布置圖

（a-R22蒸發器，b-R410A蒸發器；c-R22冷凝器，d-R410A冷凝器）

優化后的系統，各項測試指標均發生明顯改善。與原型機相比，制冷量從26.5kw提高到28.7kw，升幅8%；功率從10.3kw降低到9.7kw，降幅5.8%；能效比從2.57提升到2.96，升幅15%；冷媒量從9kg減少到7.8kg，減少13%。相關測試數據如表2所示。

表2 測試數據

4、結論

根據以上研究性測試，我們得到如下結論：

1、R410A冷媒的熱力特性與R22存在較大差異，將R22系統改進成R410A系統不僅僅涉及壓縮機及相關系統配件的更換，還需要對機組的兩器流路及冷媒充注量進行優化性調整，方能最大限度發揮R410A冷媒的制冷優勢。

2、R410A的流動阻力較小，兩器的流路分路數應該比R22多（一般可設計成R22的1.7～2倍）；同時，分路數減少有利于流速的提高，兩器換熱效果更佳。

3、R410A具有比R22更大的單位容積制冷量，同樣匹數的系統，R410A的冷媒充注量應該比R22少。

4、R410A的壓力比R22高（大約是R22的1.5～1.6倍），為確保安全性，系統及兩器的耐壓能力應特別考慮。但由于R410A系統的冷媒充注量比R22系統偏小，同時R410A具有低流動阻力的優勢，因此，同樣匹數的系統，R410A系統的管徑可以設計得更小一些，同時也具有使用小管徑換熱器的優勢。同樣壁厚的管子，管徑小的耐壓能力更高，這在一定程度上彌補了R410A壓力高的缺陷。

5、由于R410A冷媒運行壓力較高，使得其應用范圍目前仍以小型機組較為多見，如何利用好R410A冷媒大單位容積制冷量、低流動阻力的優良特性，將其應用推廣到大型制冷系統上，是未來值得研究的工作。

參考文獻：

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