R32定頻空調系統的可靠性分析

熊碩 王銘坤

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

R32定頻空調系統的可靠性分析

熊碩 王銘坤

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

2015年大部分國家都在淘汰HCFCs產品的生產和進口，目前都在采用R410A機型進行替換。但由于R410A的溫室效應潛值依然很高，是R32的2.5倍，故R410A冷媒后續也將會被替代。由于R32冷媒的物理性質與R410A相當，熱力學性質及環保性方面都比R410A要好，所以R32是目前比較理想的替代品。本文從R32冷媒對空調器可靠性的影響方面出發，對R32和R410A兩種冷媒的差異進行比較，通過理論分析及實驗驗證，得出了更換R32可能導致的可靠性問題并提出了相應的解決方案，為后續R32產品的開發提供一些參考。

R32；壓力；排氣溫度；吸氣溫度；干度；流速

1 引言

目前，大部分發達國家和發展中國家都在淘汰HCFCs產品的生產和進口，許多國家比如印尼、馬來西亞、泰國等都出臺了2015年及以后不允許銷售R22產品的規定。迫使各空調廠家都在開發R410A機型的產品來替代銷售，同時也在積極對R32冷媒在空調上的應用進行基礎研究和各方面的可靠性驗證。期望能夠發揮R32冷媒熱力學特性好的優點，規避R32作為替換冷媒存在的局限性，比如冷媒壓力偏高、流速慢、排氣溫度高等問題，為后續進一步的替換R410A作技術儲備。本文從理論和試驗驗證兩方面分別對R32冷媒在定頻空調器上應用需要注意的可靠性問題進行了分析，并針對相關問題提出了切實可行的解決方案，對今后的R32空調產品的設計具有一定的指導作用。

2 對R32空調的壓力參數進行分析

對于定頻空調器而言，由于整機的保護措施相對變頻空調較少，所以為了保證整機管路系統和關鍵元器件的壽命，對系統的壓力和溫度參數的控制尤為重要。在進行R32冷媒替換時，我們需要重點考量這兩方面的變化。

2.1 理論分析

采用制冷方面的軟件對R32和R410A兩種冷

媒的飽和蒸氣壓力進行對比，它們的壓力隨溫度變化的關系曲線如圖1所示。由于R410A是由50%比例的R32和50%比例的阻燃氣體組成的，所以從圖1看到的結果為：兩種氣體在相同溫度的情況下壓力值極為接近。由此可以得出：采用R32替換R410A冷媒時，壓力的變化對整機的可靠性影響不大，元器件可以通用。

2.2 實驗驗證

以一款KFR-35機型為例，同一套機型在相同的實驗臺分別灌注R32和R410A冷媒并把系統調整到最佳狀態，對比測試的結果如表1所示。從制冷和制熱測試的結果來看，兩種冷媒的壓力較為接近，但是R32冷媒的壓力略高，此結果與理論分析一致。

3 對R32空調的排氣溫度進行分析

3.1 對排氣溫度的變化進行理論分析

醫學心理學是心理學與醫學相結合的一門新學科，是研究心理活動與病理過程相互影響的心理學分支，既具有自然學科性質，又具有社會學科性質。其任務是將心理學的知識和方法應用于醫療實踐，探討和解決醫學領域中的各種心理學問題，并通過對醫療實際課題的探討推動心理學基礎理論研究。隨著現代生物—心理—社會新醫學模式的需要，各醫學高等院校相繼開設了醫學心理學課程，并且將其列入執業醫師資格考試內容和全科醫師培訓課程，各醫學院校逐漸認識到這門新興課程的重要性[1]。但由于受多方面因素的影響，在醫學心理學教學實踐中還存在很多問題和困難。

對于空調器來說，壓縮機的排氣溫度取決于壓力比，吸排氣阻力損失，吸氣終了溫度和壓縮過程指數。但由于壓縮機的壓縮過程近似可以看作絕熱壓縮，則壓縮機的排氣溫度的關系式可以簡化為：

其中：T2為排氣終了溫度，T1為吸氣終了溫度，P2為排氣壓力，P1為吸氣壓力，K為絕熱指數（與冷媒有關，近似可以看為定值）。通過飽和氣體熱物性質表查詢可以得到。

由上述公式和表2的參數可以推導出：在相同工況的情況下，由于R32與R410A的壓力基本相當，但是因為R32的絕熱指數較高，所以在氣缸排氣口處R32機型的的氣體溫度會比R410A高。同時，由于現有R410A與R32壓縮機電機的設計差異不大，所以在兩者發熱量相當的前提下，R32整機的排氣溫度比R410A機型高，此點從實驗驗證的結果（表1）也得到了有效驗證。

3.2 對排氣溫度的影響因素進行理論分析

由于空調器的壓縮過程可以近似看作絕熱壓縮，且對于同一款空調器使用相同冷媒時，空調器的排氣溫度可以看作主要受吸氣溫度和壓比的影響。

對上述公式進一步進行變換可以得出：

如果我們假設壓比是定值，那么排氣終了溫度與吸氣終了溫度呈線性關系，假設吸氣終了溫度是定值，那么排氣終了溫度與壓縮比呈指數關系，如圖2所示。

3.3 降低R32空調器排氣溫度的方法

經過理論分析和試驗驗證得出：對于同能效的系統，R32系統的排氣溫度比R410A系統要高出10～20℃。過高的排氣溫度對整機的使用壽命有較大的影響，特別是對壓縮機的可靠性影響最大。因為過高的排氣溫度會加速潤滑油的劣化，降低潤滑油的粘度，導致軸承與氣缸的磨損加大而降低壓縮機的壽命。

對于同一款機型，從上面對壓縮機排氣終了溫度的影響度的分析結果來看，控制排氣溫度的重點在于控制吸氣終了溫度。降低吸氣終了溫度可以通過降低吸氣溫度或者降低吸氣干度來實現，但是降低吸氣溫度的幅度是很有限的，此方法對于降低排氣溫度的效果有限。

為了達到解決問題的目的，通過人為控制吸氣干度的方法，在同一款機型上對排氣溫度的變化進行測試，得出排氣溫度隨吸氣干度的變化曲線如圖3所示。從圖3曲線可以看出：吸氣干度與排氣溫度基本呈線性曲線，所以通過降低吸氣干度來減低排氣溫度是非常有效的控制方法。但是如果吸氣干度減低的幅度太大，會引起潤滑油粘度的下降，從而導致壓縮機的軸承與氣缸的滑動不良，進而影響壓縮機的可靠性。所以雖然降低吸氣干度是控制排氣溫度的有效手段，但是我們在系統設計時也應該在排氣溫度和潤滑油的粘度中選取一個平衡，根據空調器具體的情況選擇合適的干度限值。

表1 R32與R410A機型壓力、排氣溫度比較

表2 R32與R410A冷媒絕熱指數比較

表3 相同機型僅流路不同時性能方面的差異

圖1 R32與R410A的飽和蒸氣壓力隨溫度變化的關系曲線[1]

圖2 R32與吸氣溫度和壓比的相關函數曲線

圖3 排氣溫度隨吸氣干度的變化曲線[3]

4 對R32空調的流速進行分析

4.1 理論分析

R32冷媒比R410A的密度要低，在相同兩器的情況下，R32冷媒的灌注量要少，且R32冷媒使用的壓縮機比R410A的排量小，所以R32冷媒的體積流量要小。根據下面公式：

系統某截面的制冷劑線性速度=單位時間體積流量/截面面積

可以得出：在內、外機連接管的管徑和長度相同的情況下，R32空調器制冷劑線性流速小于R410A，相應的壓損也較小。故R32冷媒進入蒸發器的分流器組件時，由于流速的降低導致流體在經過分液頭噴射孔口的雷諾數也相應降低，致使流體經過噴射后仍達不到霧狀流的狀態，氣液兩相不能均勻地混合，此時極易造成流體的分液不均。

蒸發器分液不均不僅影響整機系統的性能，還會導致空調器在凝露工況時內機風場溫度不均勻，進而致使內機風道中結露嚴重，甚至有小水珠被吹出來，影響消費者的舒適性。為了解決此問題，可以通過適當提高流程長度，增加流速，提高換熱系數來解決。

4.2 實驗驗證

以一款09K機型為例，在空調器及壓縮機完全相同僅流路不同的情況下，分別進行額定制冷和凝露實驗，在系統分別調整到最佳的狀態時，測試的實驗數據如表3所示。

從表3的數據顯示，整機系統更換R32冷媒后、蒸發器仍采用原R410A機型四進四出的流路時，各流路出現分液不均的現象，特別是在凝露工況下，各路溫差最大達到7.9℃，風道中結露嚴重。更改為三進三出流路后蒸發器在各工況下的溫度點都比較均勻，各流路的分液較均勻，額定制冷的能力提高了51W，凝露現象也得到了很大改善。

5 結論

R32冷媒作為R410A的替代制冷劑，越來越被大家所重視。雖然R32的主要物性參數與R410A非常接近，但是在冷媒替換的時候，我們需要在設計上對它們的差異進行充分驗證和研究才能確保空調器的可靠運行。本文從影響空調器可靠性的因素出發，對兩種冷媒的差異進行分析，得出如下結論：

（1）在相同溫度的情況下R32與R410A的壓力極為接近，關鍵元器件可以通用。

（2）在相同工況下，R32比R410A的排氣溫度要高。

（3）降低吸氣干度（吸氣干度＜1），使壓縮機帶濕壓縮機時，可以有效降低R32機型的排氣溫度。但是吸氣干度降低也會引起潤滑油粘度的降低，所以在設計時需要控制吸氣干度在一定的限值，在排氣溫度和壓縮機壽命之間選取一個平衡。

（4）在相同兩器的情況下R32冷媒比R410A的流速要低，為了保證性能和分液的均勻性，R32的流程要比R410A要長，分路要少。

[1] 魏鵬，姜勝磊，黃昌鐸. R32制冷劑在定頻空調系統中的應用. 家電科技,2014,06(6):80-81.

[2] 廉樂明，譚羽非，吳家正，朱彤. 工程熱力學(第五版).北京:中國建筑工業出版社,2007.

[3] 張利，陸穎翀. 吸氣干度對R32壓縮機可靠性影響研究. 2013年中國家用電器技術大會論文集,2013增刊:703-706.

Reliability analysis of R32 fixed frequency air-conditioning system

XIONG Shuo WANG Mingkun
(GREE Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

Most of the countries in 2015 in the elimination of HCFCs product production and the import, are replaced by R410A model in. But because of the greenhouse effect of R410A potential value is still high, which is 2.5 times of R32, so R410A refrigerant follow-up will be replaced. Because of the physical properties of R32 refrigerant and quite R410A, thermodynamic properties and environmental aspects are better than R410A, so R32 is a relatively ideal substitute. This article from the R32 refrigerant effect on air conditioner reliability starting, compared difference of R32 and R410A two kinds of refrigerant, through theoretical analysis and experimental verification, obtained the replacement of R32 may lead to reliability problems and put forward corresponding solutions, to provide some reference for the follow-up development of R32 products.

R32；Pressure；Exhaust temperature；The suction temperature；Dryness；Current speed