R32与R410A对变频空调器APF影响的对比分析
2018-12-03徐志亮熊军陈绍林刘德清刘灿贤
徐志亮 熊军 陈绍林 刘德清 刘灿贤
TCL空调器（中山）有限公司 广东中山 528427
1 引言
随着全球气候变暖问题的持续恶化，减少影响气候的制冷剂排放越来越迫切。目前欧盟已经开始措施限制和削减氢氟烃类制冷剂的生产和使用；作为R410A制冷剂一个组元的R32逐渐得到国内学者及业内人士的关注。本文着重对目前应用较多的环保型制冷剂R410A及具有更好环境效益的R32的循环特性进行理论对比分析和实验研究，并指出应用R32制冷剂系统降低成本的优势及匹配存在的问题。
2 R32与R410A冷媒特性分析
2.1 R32、R410A热工性能对比
从表1可以看出，R32的蒸发压力和冷凝压力分别是R410A的1.06倍和1.03倍。R32的单位制冷量是R410A的1.52倍，R32的容积制冷量是R410A的1.13倍，在相同的制冷系统条件下，R32比R410A在高能效方面更具有优势。R32的排气温度比R410A要高，R32在相同冷凝温度和蒸发器温度条件下与R410A相比，排气温度提高15℃左右，排气压力提高3.5%左右，吸气压力提高6%左右，过热度与R410A相比可以更低。在冷冻机油的选择、压缩机的开发以及系统的可靠性方面更确保安全。排气温度的抑制方面，通过对排气温度的排气或者吸气过热度的检测就可以在不降低压缩机可靠性的范围内通过降低压缩机吸气的干度来抑制。一般来说，由于冷媒更换，选择冷冻机油时，要对确保空调系统的回油性的相溶性、冷媒系统中不会产生毛细管堵塞、腐蚀、油泥的化学稳定性、防止压缩机磨耗的润滑性等进行评价。为了提高产品的标准化及通用性，通过技术创新国内几大压缩机厂家实现了1匹和1.5匹R32和R410A压缩机采用的冷冻油的通用化。
2.2 R32、R410A冷媒的可燃性及毒性分析
R32冷媒的可燃性是较温和的。在25℃和101.325kPa条件下，完全燃烧且燃烧生成物均处于气相状态时所放出的热量。TLVTWA为慢性毒性指标，该数值越大，表明毒性越低。
R32是一种毒性和R22相当的，弱可燃性的制冷剂。关于R32的可燃性分析，文献[2]指出低GWP值的R22替代物往往具有很强的可燃性，而选择长期替代物时又要求GWP尽可能的低，折中方案即为GWP值适中，而可燃性最小，关于弱可燃的最新分类，ASHARE34-2010按照毒性和可燃性将制冷剂分成六类，具体分类方式和分类标准见表2[3]。其中，R32就属于表中的A2L类。表2中：LFL、HOC和BV均在23℃和101.3kPa的条件下测得；OEL：职业接触限值（Occupational Exposure Limit）；BV：可燃气体与空气混合物浓度的函数，当制冷剂浓度达到一定浓度时，燃烧速度达到最大值。而燃烧速度的分级依据是最大燃烧速度。
3 R32与R410A性能试验对比分析
为了对比R32与R410A制冷剂在变频空调器中的效果，实验测试在焓差实验室进行，实验样机选用1.5匹变频三级能效空调器，测试步骤为：首先匹配R410A系统，调试系统最佳充灌量和毛细管长度下的额定制冷性能，然后再进行中间制冷、额定制热、中间制热、低温制热工况测试。待测试完毕后将系统中的R410A制冷剂排放干净，重新抽真空（保证一个小时以上）后再缓慢充入R32冷媒，制冷系统的其他部件均保持不变（蒸发器、冷凝器、压缩机），先进行额定制冷工况下的制冷剂充灌量和毛细管长度，调试R32制冷剂额定制冷工况下性能，保证能力和能效满足要求后，然后再测试与R410A相同工况下的性能。
从表3的对比数据看出，在制冷系统其他部件都相同的情况下，R32直接替代R410A系统，R32冷媒的充灌量为R410A的75%，R32所需的毛细管长度比R410A要长。额定制冷性能对比，R32的制冷量比R410A提升0.9%，能效提升4.7%。因为R32的单位制冷量比R410A大，从而在达到相同的制冷量的情况下，R32可以降低频率，从而降低系统的功率，达到提升能效的目的。R32冷媒比R410A需要更高的排气温度才能发挥它的性能优势，额定制冷下R32的排气温度比R410A高了接近9度。中间制冷性能对比，R32在低频下其性能与R410A并没有很大的优势，能力和能效提升不明显。
从表4的对比数据看出，无论是R32还是R410A，由于制热频率比较高，系统的循环量较大，制冷和制热都采用一根毛细管来进行节流，以达到降低成本的目的。额定制热性能对比，R32的制热量比R410A提升4.2%，能效提升3.6%。表明R32在压缩机运行频率较高的情况下性能优势明显，制热量提升幅度较大。同时R32冷媒比R410A在高频下需要更高的排气温度才能发挥它的性能优势，额定制热下R32的排气温度比R410A高了接近8度。中间制热性能对比，R32在低频下其性能与R410A相比并没有很大的优势，能力和能效相对R410A还略有下降。在低温制热工况下，R32冷媒在高频下同样表现出较好的性能优势，低温制热量比R410A提升3.9%。整机APF能效R32比R410A提升2.5%。
在制冷系统相同的情况下，R32冷媒易实现变频空调的高能效，将上述空调器室外机采用的铜线电机改为铝线电机，电机功率增加10w，整体APF为3.55，满足国家变频三级能效的要求。成本方面，铝线电机比铜线电机便宜5元左右，从而达到降成本的目的，为产品在市场上提供强大的竞争能力。
表1 R32与R410A热工性能对比
表2 ASHRAE34-2010以毒性和可燃性为界限的安全分类
表3 R32与R410A制冷性能对比
表4 R32与R410A制热性能对比
4 结论
在变频机上将R32冷媒替代R410A冷媒，可以正常替代应用，同时系统匹配设计时需要重点关注以下几个方面：
（1）冷媒量和毛细管流量的调节，在保证压缩机排气温度满足系统正常工作的前提下，相对R410A系统，R32的最佳充灌量为R410A的75%左右，制冷系统节流部件需要比R410A更长的毛细管，应根据不同的系统匹配进行最优进行调试，从而使能效比达到最佳。
（2）R32系统在进行中间制热测试时，同频率下R32系统能力和能效略低于R410A系统，需要提升压缩机运行频率1～2Hz，以此弥补制热量比R410A系统低的现象。
（3）R32制冷量、制热量及COP比R410A高，换热效果好，所以在原有的R410A系统上能进行相应的优化，例如室内外侧换热器铜管直径的减少、铜线电机改为铝线电机的调整等，从而实现高能效低成本化，有利于提高企业的产品竞争力。
