R32與R410A對變頻空調器APF影響的對比分析

徐志亮 熊軍 陳紹林 劉德清 劉燦賢

TCL空調器（中山）有限公司 廣東中山 528427

1 引言

隨著全球氣候變暖問題的持續惡化，減少影響氣候的制冷劑排放越來越迫切。目前歐盟已經開始措施限制和削減氫氟烴類制冷劑的生產和使用；作為R410A制冷劑一個組元的R32逐漸得到國內學者及業內人士的關注。本文著重對目前應用較多的環保型制冷劑R410A及具有更好環境效益的R32的循環特性進行理論對比分析和實驗研究，并指出應用R32制冷劑系統降低成本的優勢及匹配存在的問題。

2 R32與R410A冷媒特性分析

2.1 R32、R410A熱工性能對比

從表1可以看出，R32的蒸發壓力和冷凝壓力分別是R410A的1.06倍和1.03倍。R32的單位制冷量是R410A的1.52倍，R32的容積制冷量是R410A的1.13倍，在相同的制冷系統條件下，R32比R410A在高能效方面更具有優勢。R32的排氣溫度比R410A要高，R32在相同冷凝溫度和蒸發器溫度條件下與R410A相比，排氣溫度提高15℃左右，排氣壓力提高3.5%左右，吸氣壓力提高6%左右，過熱度與R410A相比可以更低。在冷凍機油的選擇、壓縮機的開發以及系統的可靠性方面更確保安全。排氣溫度的抑制方面，通過對排氣溫度的排氣或者吸氣過熱度的檢測就可以在不降低壓縮機可靠性的范圍內通過降低壓縮機吸氣的干度來抑制。一般來說，由于冷媒更換，選擇冷凍機油時，要對確保空調系統的回油性的相溶性、冷媒系統中不會產生毛細管堵塞、腐蝕、油泥的化學穩定性、防止壓縮機磨耗的潤滑性等進行評價。為了提高產品的標準化及通用性，通過技術創新國內幾大壓縮機廠家實現了1匹和1.5匹R32和R410A壓縮機采用的冷凍油的通用化。

2.2 R32、R410A冷媒的可燃性及毒性分析

R32冷媒的可燃性是較溫和的。在25℃和101.325kPa條件下，完全燃燒且燃燒生成物均處于氣相狀態時所放出的熱量。TLVTWA為慢性毒性指標，該數值越大，表明毒性越低。

R32是一種毒性和R22相當的，弱可燃性的制冷劑。關于R32的可燃性分析，文獻[2]指出低GWP值的R22替代物往往具有很強的可燃性，而選擇長期替代物時又要求GWP盡可能的低，折中方案即為GWP值適中，而可燃性最小，關于弱可燃的最新分類，ASHARE34-2010按照毒性和可燃性將制冷劑分成六類，具體分類方式和分類標準見表2[3]。其中，R32就屬于表中的A2L類。表2中：LFL、HOC和BV均在23℃和101.3kPa的條件下測得；OEL：職業接觸限值（Occupational Exposure Limit）；BV：可燃氣體與空氣混合物濃度的函數，當制冷劑濃度達到一定濃度時，燃燒速度達到最大值。而燃燒速度的分級依據是最大燃燒速度。

3 R32與R410A性能試驗對比分析

為了對比R32與R410A制冷劑在變頻空調器中的效果，實驗測試在焓差實驗室進行，實驗樣機選用1.5匹變頻三級能效空調器，測試步驟為：首先匹配R410A系統，調試系統最佳充灌量和毛細管長度下的額定制冷性能，然后再進行中間制冷、額定制熱、中間制熱、低溫制熱工況測試。待測試完畢后將系統中的R410A制冷劑排放干凈，重新抽真空（保證一個小時以上）后再緩慢充入R32冷媒，制冷系統的其他部件均保持不變（蒸發器、冷凝器、壓縮機），先進行額定制冷工況下的制冷劑充灌量和毛細管長度，調試R32制冷劑額定制冷工況下性能，保證能力和能效滿足要求后，然后再測試與R410A相同工況下的性能。

從表3的對比數據看出，在制冷系統其他部件都相同的情況下，R32直接替代R410A系統，R32冷媒的充灌量為R410A的75%，R32所需的毛細管長度比R410A要長。額定制冷性能對比，R32的制冷量比R410A提升0.9%，能效提升4.7%。因為R32的單位制冷量比R410A大，從而在達到相同的制冷量的情況下，R32可以降低頻率，從而降低系統的功率，達到提升能效的目的。R32冷媒比R410A需要更高的排氣溫度才能發揮它的性能優勢，額定制冷下R32的排氣溫度比R410A高了接近9度。中間制冷性能對比，R32在低頻下其性能與R410A并沒有很大的優勢，能力和能效提升不明顯。

從表4的對比數據看出，無論是R32還是R410A，由于制熱頻率比較高，系統的循環量較大，制冷和制熱都采用一根毛細管來進行節流，以達到降低成本的目的。額定制熱性能對比，R32的制熱量比R410A提升4.2%，能效提升3.6%。表明R32在壓縮機運行頻率較高的情況下性能優勢明顯，制熱量提升幅度較大。同時R32冷媒比R410A在高頻下需要更高的排氣溫度才能發揮它的性能優勢，額定制熱下R32的排氣溫度比R410A高了接近8度。中間制熱性能對比，R32在低頻下其性能與R410A相比并沒有很大的優勢，能力和能效相對R410A還略有下降。在低溫制熱工況下，R32冷媒在高頻下同樣表現出較好的性能優勢，低溫制熱量比R410A提升3.9%。整機APF能效R32比R410A提升2.5%。

在制冷系統相同的情況下，R32冷媒易實現變頻空調的高能效，將上述空調器室外機采用的銅線電機改為鋁線電機，電機功率增加10w，整體APF為3.55，滿足國家變頻三級能效的要求。成本方面，鋁線電機比銅線電機便宜5元左右，從而達到降成本的目的，為產品在市場上提供強大的競爭能力。

表1 R32與R410A熱工性能對比

表2 ASHRAE34-2010以毒性和可燃性為界限的安全分類

表3 R32與R410A制冷性能對比

表4 R32與R410A制熱性能對比

4 結論

在變頻機上將R32冷媒替代R410A冷媒，可以正常替代應用，同時系統匹配設計時需要重點關注以下幾個方面：

（1）冷媒量和毛細管流量的調節，在保證壓縮機排氣溫度滿足系統正常工作的前提下，相對R410A系統，R32的最佳充灌量為R410A的75%左右，制冷系統節流部件需要比R410A更長的毛細管，應根據不同的系統匹配進行最優進行調試，從而使能效比達到最佳。

（2）R32系統在進行中間制熱測試時，同頻率下R32系統能力和能效略低于R410A系統，需要提升壓縮機運行頻率1～2Hz，以此彌補制熱量比R410A系統低的現象。

（3）R32制冷量、制熱量及COP比R410A高，換熱效果好，所以在原有的R410A系統上能進行相應的優化，例如室內外側換熱器銅管直徑的減少、銅線電機改為鋁線電機的調整等，從而實現高能效低成本化，有利于提高企業的產品競爭力。