基于R290與R22空調器的對比應用研究

黃浩強，許晨

（1.廣州市輕工高級技工學校，廣東 廣州 510220；2.上海申克機械有限公司，上海 519070）

對于HCFCs的替代，以我國和歐盟部分國家為代表的碳氫化合物替代路線，主張用碳氫化合物丙烷（R290）、氨等天然物質作為制冷劑。R290是一種純天然的環保制冷劑，具有良好的熱力性能且適應性強，近年來被越來越多的國家所關注和接受，逐步成為替代HCFC-22的優選物質應用于房間空調器等領域。筆者通過對R290理化特性的分析和對實際運行機組的測試，采集實際數據分析空調的運行情況，剖析與評估其性能和節能環保等情況。

1 R290與R22的特性對比

（1）基本物理性質。R290制冷劑，取自天然成分丙烷，其ODP為0，GWP為3，既不損害臭氧層，也基本無溫室效應，是一種對環境完全友好的環保制冷劑。R290的基本物理特性較好，如標準沸點、凝固點、臨界點等參數都與R22制冷劑十分接近，這為R290替代R22提供了先天條件，制冷系統設計上只需對原R22制冷系統稍加改動，就可以實現替代。

（2）制冷劑飽和液體和干飽和氣體的密度對比。R290在不同溫度（-30～60℃）下的飽和液體的平均密度約為R22的41%，而R290在不同溫度（-30～60℃）下的干飽和氣體的平均密度約為R22的48%。由于制冷劑液態密度的大小直接影響工質的充灌量，所以在相同的容積下R290的充灌量要小很多。從理論分析和實驗證明，在相同的系統體積和工況條件下，使用R290制冷劑的最佳充注量約為R22的40%～45%。

（3）飽和氣體比熱容。在相同的制冷負荷下，由于R290的飽和蒸汽比熱容比R22大，所以R290的吸排氣溫度比R22低，可有效減少壓縮機壓縮過程氣體與氣缸之間的熱交換，降低能耗。

（4）汽化潛熱。在家用房間空調器中可能達到的制冷劑溫度范圍在-20～70℃之間，通過理論數據分析對比，在相同溫度下，R290的汽化潛熱是R22的1．8倍以上，說明R290制冷劑的單位質量制冷量比R22高出很多，也意味著在相同制冷量的條件下，R290制冷劑的流量比R22少得多。

（5）粘滯系數。R290 在同溫度下的飽和液態動力粘滯系數和飽和氣態動力粘滯系數分別比R22平均低42%和34%，粘滯系數的減少一方面可減少流體與管壁及流體內部的摩擦損失，另一方面也可以減少傳熱時的附面層厚度，從而增大傳熱系數。由此可見，R290與R22在許多特性上非常接近，而在密度、比熱容、粘度和汽化潛熱等方面均優于R22，在同等條件下，R290的充注量較R22大幅減少，能耗降低，同時也適合使用小管徑的換熱器，整體性能優于R22，是替代R22制冷劑的極佳選擇。

2 R290空調應用

（1）空調應用環境。為研究R290空調實際使用情況，我們選取了聯合國南亞R290示范項目作為研究對象，在辦公大樓安裝R290空調器，用于辦公室的空氣調節。該項目位于南亞，安裝地點具有明顯的熱帶雨林氣候特征，全年高溫多雨，無四季之分，年降水量1900mm，年平均氣溫28℃。我們選取面積與結構基本相同的2間辦公室作為測試環境，長4m、寬3m、面積約12m2，墻體外側鋪有80mm厚的保溫板，分別安裝R290空調和R22空調。

（2）測試機組情況。兩臺空調器（R290和R22）同為單冷定頻分體式房間空調器，使用單相220～240V/50Hz的交流電，額定制冷量分別為2650W和2840W，額定輸入功率分別為736W和890W，額定電流分別為3．35A和4．0A，能效比分別為 3．6 和 3．19，制冷量充注量分別為280g和680g，適用面積同為12～14m2。

（3）機組測試。由于機組均在設備安裝現場運行，難以設置標準工況，只能通過測量儀器，對兩臺空調器實際運行的電壓、電流、功率、工作壓力和溫度等參數進行測試，并進行制冷循環的熱力性能分析與對比。經現場測試得到以下數據如表1。

利用表1的實測數據，通過制冷劑熱力性質表查出制冷循環的各狀態參數，繪出制冷實際循環的壓焓圖如表2。

表1 R290和R22空調實測數據對照表

表3 R22和R290制冷循環性能參數對比

表2 R290和R22對應的狀態參數

3 結語

利用表2的數據分別對R290和R22制冷循環進行熱力性能計算，并對結果進行對比如表3。

從表1和表3可以看出，兩種空調在運行環境相同條件下，R290空調除了單位容積制冷量qv和實際制冷量Q0略小于R22空調外，其它各項指標均優于R22空調。如壓縮比、吸排氣溫度均少于R22空調，這些因素都有利于制冷效率的提高。R290機組實際制冷量比R22機組少7．0%，而實際制冷功耗又比R22機組少17．1%，制冷系數則比R22機組提高了12．2%。由此可得出，在相同工作環境和獲取同等制冷量條件下，R290空調比R22空調節能約11%，熱力完善度比R22空調高出12．9%，充分證明R290空調的經濟性優于R22空調。

（4）R290空調的長期使用情況。從這批R290空調投入運行開始，我們通過多方渠道對其進行監測，四年后，我們對這批R290空調進行了實地回訪。從整體上看，R290空調在安全性、結構防腐等方面的設計非常成功，運行期間沒有發生任何安全事故，蒸發器完好如新。因當地空氣中濕度和鹽分很大，冷凝器上有海鹽析出，翅片有少許腐蝕，經檢漏測試，未發現制冷劑泄漏。

R290制冷劑是一種對環境友好且制冷性能優良的新型環保制冷劑，其理化特性與R22十分接近，是HCFC制冷劑替代的首選。通過聯合國南亞R290示范項目應用，R290空調在相同工作條件下，壓縮比和吸排氣溫度較低，有利于提高壓縮機的效率，熱力完善度較高，在節能方面優勢明顯，比R22空調器平均節能約11%，具有良好的經濟和社會效益，完全符合“節能環保”的理念。在運行穩定性和安全性方面，通過結構、安全等特殊設計，在沒有任何維護情況下，連續穩定運行4年，期間沒有發生任何安全事故，充分證明R290空調器在使用中安全性和可靠性是有保障的。