R32在变频风冷冷热水机组上的应用分析

[摘 要]本文在分析R22替代物的现状、存在问题的前提下，提出在变频风冷冷热水机上使用R32替代R410A的设想，从R32的热物理性质、热工性能、安全性等几个方面，与现有的R410A系统进行比较，认为R32可以应用到变频风冷冷热水机组上。

[关键词]R32；风冷热泵；变频，排气温度

中图分类号：TU831.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0201-01

2007年9月，《蒙特利尔议定书》第19次缔约方会议通过了加速淘汰HCFCs的调整案，规定发达国家在2020年完成HCFCs淘汰；发展中国家2013年冻结在2009―2010年的平均水平，2015年开始削减， 2025年要削减67.5%，2030―2040年只允许2.5%的维修量。目前我国是世界上最大的HCRC-22（R22）生产国和使用国，预计2013 年的冻结用量（基线水平） 为13.81万吨。必须尽快明确替代路线，研究合适的替代技术[1]。

目前国际国内主要的R22的替代物有R134a，R410A等。R32与R22以及R410A的热物理性质较为接近，且GWP值适中，充装量仅为R22的0.6倍，CO2减排比例可达77.6%，比R410A优越，综合环境性能较好。R32的可燃性是R22替代物可燃性工质中最弱的，属于A2L类，运输过程中认为是“不可燃”的。总之， R32是一种统筹兼顾减排、安全、节能和市场诸方面要求的、很有前景的替代R22的制冷剂。

以下从多个方面，对R32制冷剂在变频风冷冷热水机上的应用进行分析。

1 热工性能

R410A是由R32与R125按照质量百分比1：1混合而成，特性方面具有相近性[3]。

图1给出了R32与R410A的饱和蒸汽压力随温度变化的关系曲线[4]，从图中可以看出在一定工况范围内，相同温度条件下R32的饱和蒸汽压力均比R410A高，但相差不大，只比R410A约高3%，与现有R410A系统管路及换热器的承压要求基本相当，可直接应用于现有的R410A风冷冷热水机上。

2 系统选型设计

2.1 压缩机选型

选用带喷气增焓技术的R32变频压缩机应用在风冷冷热水机上，通过实验得出以下两点：

1） R32制冷剂系统能力比R410A系统高出约12%；

2） 带喷气增焓压缩机系统能力比普通系统能力约高出20%。

由以上两点可以看出，相同系统，带喷气增焓变频压缩机R32系统能力比普通变频压缩机R410A系统能力约高出30%。压缩机选择有以下两种方式：

1） 可选用排量较小的压缩机；

2） 采用相同排量的变频压缩机，运行较低的频率，可获得较高的能效。

由于采用较小排量的变频压缩机，或者是运行较低频率，因此选配较小功率压缩机变频模块，从而减小电控设计难度。

2.2 风侧换热器选型

通过相关资料查R32物性参数可以得出[5]，

1） R32的饱和状态的黏度小，一方面可以减少流体与管壁以及流体内部的摩擦损失：另一方面可以减小传热时管壁附面层厚度，从而提高传热系数。另外还可以减小制冷剂流动过程的阻力损失。

2） R32制冷剂的导热系数远高于R410A，在换热器中传热系数越大，可提高系统的换热性能。

介于以上两点，可用Φ5管径换热器代替目前的Φ7、Φ8、Φ9换热器。

2.3 水侧换热器选型

由于板式换热器的传热效率最高，对数温差最大。在相同的系统中采用板式换热器比其它换热器系统制冷剂充注量约减少20%。

3 排气温度

R32冷媒系统相对于R410A具有较低的压缩比，较高的COP以及很好的容积制热量，但是R32系统的排气温度较高。由于定频压缩机的排气量是不可调节的，在冷凝器压力高、压缩比大或是在一些特定工况下，容易排气温度过高，影响压缩机的可靠性。因此，应用R32变频压缩机，可以通过以下几点来提高系统的可靠性：

1）当冷凝压力过高，通过降低压缩机运行频率，减少压缩机排气量，降低排气温度；

2）当冷凝压力高或系统工作环境温度过高，提高冷凝侧风量，降低压力，降低排气温度；

3）当压缩机排气温度过高，通过喷液降低压缩机吸气温度，降低排气温度。

4 结论

1） R32系统具有较高的能效比，在与具有较高IPLV的变频技术相结合，可以系统在节能方面进一步得到提高。

2） R32具有较低的黏度、较高的导热系数，以及较高的汽化潜热，可考虑采用管径较小的换热器。

3） R32系统制冷剂充注量本身比R410A系统冷媒充注量要少，在变频风冷热冷水机上应用板式换热器作为蒸发器，可大大降低系统制冷剂充注量。

参考文献

[1] 汪训昌.《蒙特利尔议定书》缔约方第19次会议第XIX/6号决定及相关决议的解读与述评[J].暖通空调. 2009（01）.

[2] 日本大金公司.保护地球环境共创美好未来.中国工商制冷行业HCFCs替代技术第二次专家委员会.

[3] 朱明善，史琳.在家用/商用空调中用R32替代R22的探索[J].制冷与空调. 2009（06）.

[4] 张萍，陈光明.R410A替代R22制冷系统的实验与分析[J].工程热物理学报.2008（05）.

[5] 韩晓红，徐英杰，仇宇，闵旭伟，高赞军，陈光明.制冷剂R32的循环性能实验研究[J].制冷与空调.2010（02）.