基于R290與R22空調(diào)器的對(duì)比應(yīng)用研究

黃浩強(qiáng)，許晨

（1.廣州市輕工高級(jí)技工學(xué)校，廣東 廣州 510220；2.上海申克機(jī)械有限公司，上海 519070）

對(duì)于HCFCs的替代，以我國(guó)和歐盟部分國(guó)家為代表的碳?xì)浠衔锾娲肪€，主張用碳?xì)浠衔锉椋≧290）、氨等天然物質(zhì)作為制冷劑。R290是一種純天然的環(huán)保制冷劑，具有良好的熱力性能且適應(yīng)性強(qiáng)，近年來被越來越多的國(guó)家所關(guān)注和接受，逐步成為替代HCFC-22的優(yōu)選物質(zhì)應(yīng)用于房間空調(diào)器等領(lǐng)域。筆者通過對(duì)R290理化特性的分析和對(duì)實(shí)際運(yùn)行機(jī)組的測(cè)試，采集實(shí)際數(shù)據(jù)分析空調(diào)的運(yùn)行情況，剖析與評(píng)估其性能和節(jié)能環(huán)保等情況。

1 R290與R22的特性對(duì)比

（1）基本物理性質(zhì)。R290制冷劑，取自天然成分丙烷，其ODP為0，GWP為3，既不損害臭氧層，也基本無溫室效應(yīng)，是一種對(duì)環(huán)境完全友好的環(huán)保制冷劑。R290的基本物理特性較好，如標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)、臨界點(diǎn)等參數(shù)都與R22制冷劑十分接近，這為R290替代R22提供了先天條件，制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)上只需對(duì)原R22制冷系統(tǒng)稍加改動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)替代。

（2）制冷劑飽和液體和干飽和氣體的密度對(duì)比。R290在不同溫度（-30～60℃）下的飽和液體的平均密度約為R22的41%，而R290在不同溫度（-30～60℃）下的干飽和氣體的平均密度約為R22的48%。由于制冷劑液態(tài)密度的大小直接影響工質(zhì)的充灌量，所以在相同的容積下R290的充灌量要小很多。從理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，在相同的系統(tǒng)體積和工況條件下，使用R290制冷劑的最佳充注量約為R22的40%～45%。

（3）飽和氣體比熱容。在相同的制冷負(fù)荷下，由于R290的飽和蒸汽比熱容比R22大，所以R290的吸排氣溫度比R22低，可有效減少壓縮機(jī)壓縮過程氣體與氣缸之間的熱交換，降低能耗。

（4）汽化潛熱。在家用房間空調(diào)器中可能達(dá)到的制冷劑溫度范圍在-20～70℃之間，通過理論數(shù)據(jù)分析對(duì)比，在相同溫度下，R290的汽化潛熱是R22的1．8倍以上，說明R290制冷劑的單位質(zhì)量制冷量比R22高出很多，也意味著在相同制冷量的條件下，R290制冷劑的流量比R22少得多。

（5）粘滯系數(shù)。R290 在同溫度下的飽和液態(tài)動(dòng)力粘滯系數(shù)和飽和氣態(tài)動(dòng)力粘滯系數(shù)分別比R22平均低42%和34%，粘滯系數(shù)的減少一方面可減少流體與管壁及流體內(nèi)部的摩擦損失，另一方面也可以減少傳熱時(shí)的附面層厚度，從而增大傳熱系數(shù)。由此可見，R290與R22在許多特性上非常接近，而在密度、比熱容、粘度和汽化潛熱等方面均優(yōu)于R22，在同等條件下，R290的充注量較R22大幅減少，能耗降低，同時(shí)也適合使用小管徑的換熱器，整體性能優(yōu)于R22，是替代R22制冷劑的極佳選擇。

2 R290空調(diào)應(yīng)用

（1）空調(diào)應(yīng)用環(huán)境。為研究R290空調(diào)實(shí)際使用情況，我們選取了聯(lián)合國(guó)南亞R290示范項(xiàng)目作為研究對(duì)象，在辦公大樓安裝R290空調(diào)器，用于辦公室的空氣調(diào)節(jié)。該項(xiàng)目位于南亞，安裝地點(diǎn)具有明顯的熱帶雨林氣候特征，全年高溫多雨，無四季之分，年降水量1900mm，年平均氣溫28℃。我們選取面積與結(jié)構(gòu)基本相同的2間辦公室作為測(cè)試環(huán)境，長(zhǎng)4m、寬3m、面積約12m2，墻體外側(cè)鋪有80mm厚的保溫板，分別安裝R290空調(diào)和R22空調(diào)。

（2）測(cè)試機(jī)組情況。兩臺(tái)空調(diào)器（R290和R22）同為單冷定頻分體式房間空調(diào)器，使用單相220～240V/50Hz的交流電，額定制冷量分別為2650W和2840W，額定輸入功率分別為736W和890W，額定電流分別為3．35A和4．0A，能效比分別為 3．6 和 3．19，制冷量充注量分別為280g和680g，適用面積同為12～14m2。

（3）機(jī)組測(cè)試。由于機(jī)組均在設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，難以設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)工況，只能通過測(cè)量?jī)x器，對(duì)兩臺(tái)空調(diào)器實(shí)際運(yùn)行的電壓、電流、功率、工作壓力和溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力性能分析與對(duì)比。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到以下數(shù)據(jù)如表1。

利用表1的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過制冷劑熱力性質(zhì)表查出制冷循環(huán)的各狀態(tài)參數(shù)，繪出制冷實(shí)際循環(huán)的壓焓圖如表2。

表1 R290和R22空調(diào)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照表

表3 R22和R290制冷循環(huán)性能參數(shù)對(duì)比

表2 R290和R22對(duì)應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

利用表2的數(shù)據(jù)分別對(duì)R290和R22制冷循環(huán)進(jìn)行熱力性能計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比如表3。

從表1和表3可以看出，兩種空調(diào)在運(yùn)行環(huán)境相同條件下，R290空調(diào)除了單位容積制冷量qv和實(shí)際制冷量Q0略小于R22空調(diào)外，其它各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于R22空調(diào)。如壓縮比、吸排氣溫度均少于R22空調(diào)，這些因素都有利于制冷效率的提高。R290機(jī)組實(shí)際制冷量比R22機(jī)組少7．0%，而實(shí)際制冷功耗又比R22機(jī)組少17．1%，制冷系數(shù)則比R22機(jī)組提高了12．2%。由此可得出，在相同工作環(huán)境和獲取同等制冷量條件下，R290空調(diào)比R22空調(diào)節(jié)能約11%，熱力完善度比R22空調(diào)高出12．9%，充分證明R290空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于R22空調(diào)。

（4）R290空調(diào)的長(zhǎng)期使用情況。從這批R290空調(diào)投入運(yùn)行開始，我們通過多方渠道對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，四年后，我們對(duì)這批R290空調(diào)進(jìn)行了實(shí)地回訪。從整體上看，R290空調(diào)在安全性、結(jié)構(gòu)防腐等方面的設(shè)計(jì)非常成功，運(yùn)行期間沒有發(fā)生任何安全事故，蒸發(fā)器完好如新。因當(dāng)?shù)乜諝庵袧穸群望}分很大，冷凝器上有海鹽析出，翅片有少許腐蝕，經(jīng)檢漏測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)制冷劑泄漏。

R290制冷劑是一種對(duì)環(huán)境友好且制冷性能優(yōu)良的新型環(huán)保制冷劑，其理化特性與R22十分接近，是HCFC制冷劑替代的首選。通過聯(lián)合國(guó)南亞R290示范項(xiàng)目應(yīng)用，R290空調(diào)在相同工作條件下，壓縮比和吸排氣溫度較低，有利于提高壓縮機(jī)的效率，熱力完善度較高，在節(jié)能方面優(yōu)勢(shì)明顯，比R22空調(diào)器平均節(jié)能約11%，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，完全符合“節(jié)能環(huán)保”的理念。在運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性方面，通過結(jié)構(gòu)、安全等特殊設(shè)計(jì)，在沒有任何維護(hù)情況下，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行4年，期間沒有發(fā)生任何安全事故，充分證明R290空調(diào)器在使用中安全性和可靠性是有保障的。