R32制冷劑應用的文獻綜述

冀凱

摘要：目前制冷空調行業使用的替代制冷劑主要是HFCs以及碳氫化合物類制冷劑（HCs）。文章對目前R32冷媒的文獻進行匯總分析。總結了相關文獻的研究現狀，并對未來R32冷媒應用提出意見。

關鍵詞：R32；壓縮機；研究現狀；文獻

目前制冷空調行業使用的替代制冷劑主要是HFCs以及碳氫化合物類制冷劑（HCs），研究工作主要是尋找低臭氧層消耗（ODP）、低溫室效應（GWP）的含HCFCs或HFCs的混合制冷劑，其中對HCs純質及其混合工質的研究也是熱點。R290制冷劑由于受灌注量的約束，在2P以上空調應用還面臨較大困難，而R32因其A2L級別的可燃性和較好的熱力學性質現在被廣泛關注，本文對R32在空調和壓縮機上應用的相關文獻進行分析，為我司開發R32壓縮機做好相關準備。

1研究現狀

現階段針對R32的研究工作主要概括為四個方面：1）R32熱物性和制冷循環特性研究；2）R32壓縮機冷凍油匹配；3）R32壓縮機性能表現；4）壓縮機排氣溫度的控制方法；5）R32的可燃性與預防研究。

1.1 R32熱物性和制冷循環特性研究

由于R32是R410A的一個組份，故各文獻大多通過兩者進行比較分析，并得出R32的相關結論：

西安交通大學、清華大學先后對R32的飽和蒸氣壓、飽和氣體導熱系數、飽和液體黏度等熱物性參數進行了深入研究，提供了R32熱力性質的計算式。

R32和R410A的飽和蒸汽壓力線比較接近。R32飽和蒸汽壓力略高，但現有空調管路的設計可以滿足使用要求。

飽和液態時R32比R410A的密度小，而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R32的充灌量要小。史敏等再5P單元機上進行R32和R410A充灌量對比實驗， R32的充灌量是R410A的60%左右。

在相同的蒸發器負荷下，R32的排氣溫度比R410A的高，在ARI520工況下（54.4/7.4℃）R32的排氣溫度約比R410A高20度。

1.2 R32冷凍機油匹配

用R410A的冷凍機油直接使用在R32上會帶來粘度降低和互溶性差的問題。趙蕾等采用不同型號的酯類POE 油進行壓縮機加速壽命試驗，認為需要加入適當的添加劑才能滿足替代的要求，并對添加劑的原理進行分析。

1.3 R32壓縮機性能表現

文獻列出了美國ARI 520標準的空調標準工況理論計算結果，表明R32的熱工性能比R410A好，能效（COP）約高5.3%、冷量約大12.7%、排氣壓力約0.4bar、但排氣溫度約高24℃。 R32的高排氣溫度可能會造成電機燒毀。

黃玉優對滾動轉子變頻壓縮機的性能進行實驗測試，試驗結果表明：相同條件下，R32 變頻壓縮機的制冷量比R410A 提高7.5%～10%，COP 提高2%～5%。，壓縮機排氣溫度隨頻率的升高而升高。相同頻率下，R32 的排氣溫度要明顯高于R410A，而且，隨頻率的升高排氣溫度的增幅也不斷增加。但排氣溫度總體是隨著頻率的下降而降低的。黃玉優采用8.9cc的壓縮機進行測試，頻率在70Hz以下時，排氣溫度可以保持在100℃以下。

文獻對R32在熱泵熱水器上的性能表現進行評價。總體趨勢相同，R32 的充注量僅為R410A充注量的74%左右。在各種實驗條件下， R32 空氣源熱泵熱水器的能效比不低于R410A 系統。

1.4 壓縮機排氣溫度的控制方法

矢島龍三郎提出利用膨脹閥控制壓縮機吸氣干度，同時使用R32專用的潤滑油來降低排氣溫度。同時提出預測排氣溫度的方法。但是該方法假設壓縮機效率為100%，沒有給出壓縮機優化的因素。

文獻提出采用噴液冷卻的方式降低壓縮機排氣溫度，并對性能的影響進行測試。

1.5 R32的可燃性與預防研究

R32具有可燃性，處于“不可燃”與“弱可燃”的邊緣，其燃燒下限（LFL）0.306（kg/m3），是2類可燃制冷劑中LFL最高（即可燃性最低）的。R32不僅其燃燒下限（LFL）最高，最不燃燒，而且即使一旦燃燒后其所釋放的燃燒熱（HOC）也最小，也就是說它的燃燒強度最低，被ASHRAE34、ISO 5149和EN 378-1列為弱可燃“2”。由于R32燃燒速度約為0.067m/s，因而被ISO817標準列為“A2L”類。按美國交通部運輸標準DOT173.115和聯合國（UN）危險貨物運輸規定，在運輸過程中它被認為是“不可燃”的。

文獻中對R32的不同冷量的機組與最大充注量的關系進行了描述，從中可以看出在10KW以下的制冷產品R32的充注量完成滿足安全標注限定要求。

2總結

總結上述文獻情況，主要有以下三點意見：

（1） R32成為下一代家用空調制冷劑在技術上的困難主要是排氣溫度高。筆者認為專用壓縮機的開發和空調兩器管路優化帶來的成本上升和生產困難是該技術路線最大的絆腳石。而家用空調壓縮機采用變頻技術通過控制轉速來控制排氣溫度是較理想的技術路線。

（2）在R32壓縮機的設計方面，各文獻主要通過R32和R410A冷媒物性的對比來提出問題。筆者認為冷凍機油的匹配是壓縮機優化的基礎，合理選擇冷凍機油并進行前期測試是十分必要的。而根據冷媒物性對比的差異可以得出溫度對泵體間隙的影響、冷媒密度對吸排氣尺寸影響等設計要點。

（3）壓縮機自身電機發熱、冷媒在壓縮機內溫升的研究現在還比較少。通過改善電機、優化流體通路來降低排氣溫度必將是重要的課題之一。

參考文獻：

[1]陳偉，祁影霞，張華.HCFCs制冷劑替代物研究進展及性能分析[J].低溫與超導，2011，39（12）：41-44.

[2]朱明善，史琳. 在家用/商用空調中應用R32替代R22的探索.制冷與空調，2010，10（3）：31-34.

（作者單位：沈陽中航三洋制冷設備有限公司）