R32與R410A對變頻空調(diào)器APF影響的對比分析

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題的持續(xù)惡化，減少影響氣候的制冷劑排放越來越迫切。目前歐盟已經(jīng)開始措施限制和削減氫氟烴類制冷劑的生產(chǎn)和使用；作為R410A制冷劑一個組元的R32逐漸得到國內(nèi)學(xué)者及業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。本文著重對目前應(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)行理論對比分析和實驗研究，并指出應(yīng)用R32制冷劑系統(tǒng)降低成本的優(yōu)勢及匹配存在的問題。

2 R32與R410A冷媒特性分析

2.1 R32、R410A熱工性能對比

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。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，過熱度與R410A相比可以更低。在冷凍機油的選擇、壓縮機的開發(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，通過對排氣溫度的排氣或者吸氣過熱度的檢測就可以在不降低壓縮機可靠性的范圍內(nèi)通過降低壓縮機吸氣的干度來抑制。一般來說，由于冷媒更換，選擇冷凍機油時，要對確?？照{(diào)系統(tǒng)的回油性的相溶性、冷媒系統(tǒng)中不會產(chǎn)生毛細(xì)管堵塞、腐蝕、油泥的化學(xué)穩(wěn)定性、防止壓縮機磨耗的潤滑性等進(jìn)行評價。為了提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化及通用性，通過技術(shù)創(chuàng)新國內(nèi)幾大壓縮機廠家實現(xiàn)了1匹和1.5匹R32和R410A壓縮機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的可燃性，而選擇長期替代物時又要求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，ASHARE34-2010按照毒性和可燃性將制冷劑分成六類，具體分類方式和分類標(biāo)準(zhǔn)見表2[3]。其中，R32就屬于表中的A2L類。表2中：LFL、HOC和BV均在23℃和101.3kPa的條件下測得；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，燃燒速度達(dá)到最大值。而燃燒速度的分級依據(jù)是最大燃燒速度。

3 R32與R410A性能試驗對比分析

為了對比R32與R410A制冷劑在變頻空調(diào)器中的效果，實驗測試在焓差實驗室進(jìn)行，實驗樣機選用1.5匹變頻三級能效空調(diào)器，測試步驟為：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、低溫制熱工況測試。待測試完畢后將系統(tǒng)中的R410A制冷劑排放干凈，重新抽真空（保證一個小時以上）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），先進(jìn)行額定制冷工況下的制冷劑充灌量和毛細(xì)管長度，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，然后再測試與R410A相同工況下的性能。

從表3的對比數(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)管長度比R410A要長。額定制冷性能對比，R32的制冷量比R410A提升0.9%，能效提升4.7%。因為R32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，額定制冷下R32的排氣溫度比R410A高了接近9度。中間制冷性能對比，R32在低頻下其性能與R410A并沒有很大的優(yōu)勢，能力和能效提升不明顯。

從表4的對比數(shù)據(jù)看出，無論是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)管來進(jìn)行節(jié)流，以達(dá)到降低成本的目的。額定制熱性能對比，R32的制熱量比R410A提升4.2%，能效提升3.6%。表明R32在壓縮機運行頻率較高的情況下性能優(yōu)勢明顯，制熱量提升幅度較大。同時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，額定制熱下R32的排氣溫度比R410A高了接近8度。中間制熱性能對比，R32在低頻下其性能與R410A相比并沒有很大的優(yōu)勢，能力和能效相對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，低溫制熱量比R410A提升3.9%。整機APF能效R32比R410A提升2.5%。

在制冷系統(tǒng)相同的情況下，R32冷媒易實現(xiàn)變頻空調(diào)的高能效，將上述空調(diào)器室外機采用的銅線電機改為鋁線電機，電機功率增加10w，整體APF為3.55，滿足國家變頻三級能效的要求。成本方面，鋁線電機比銅線電機便宜5元左右，從而達(dá)到降成本的目的，為產(chǎn)品在市場上提供強大的競爭能力。

表1 R32與R410A熱工性能對比

表2 ASHRAE34-2010以毒性和可燃性為界限的安全分類

表3 R32與R410A制冷性能對比

表4 R32與R410A制熱性能對比

4 結(jié)論

在變頻機上將R32冷媒替代R410A冷媒，可以正常替代應(yīng)用，同時系統(tǒng)匹配設(shè)計時需要重點關(guān)注以下幾個方面：

（1）冷媒量和毛細(xì)管流量的調(diào)節(jié)，在保證壓縮機排氣溫度滿足系統(tǒng)正常工作的前提下，相對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)行中間制熱測試時，同頻率下R32系統(tǒng)能力和能效略低于R410A系統(tǒng)，需要提升壓縮機運行頻率1～2Hz，以此彌補制熱量比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、銅線電機改為鋁線電機的調(diào)整等，從而實現(xiàn)高能效低成本化，有利于提高企業(yè)的產(chǎn)品競爭力。