R32制冷劑應(yīng)用的文獻(xiàn)綜述

冀凱

摘要：目前制冷空調(diào)行業(yè)使用的替代制冷劑主要是HFCs以及碳?xì)浠衔镱?lèi)制冷劑（HCs）。文章對(duì)目前R32冷媒的文獻(xiàn)進(jìn)行匯總分析?？偨Y(jié)了相關(guān)文獻(xiàn)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)未來(lái)R32冷媒應(yīng)用提出意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：R32；壓縮機(jī)；研究現(xiàn)狀；文獻(xiàn)

目前制冷空調(diào)行業(yè)使用的替代制冷劑主要是HFCs以及碳?xì)浠衔镱?lèi)制冷劑（HCs），研究工作主要是尋找低臭氧層消耗（ODP）、低溫室效應(yīng)（GWP）的含HCFCs或HFCs的混合制冷劑，其中對(duì)HCs純質(zhì)及其混合工質(zhì)的研究也是熱點(diǎn)。R290制冷劑由于受灌注量的約束，在2P以上空調(diào)應(yīng)用還面臨較大困難，而R32因其A2L級(jí)別的可燃性和較好的熱力學(xué)性質(zhì)現(xiàn)在被廣泛關(guān)注，本文對(duì)R32在空調(diào)和壓縮機(jī)上應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，為我司開(kāi)發(fā)R32壓縮機(jī)做好相關(guān)準(zhǔn)備。

1研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段針對(duì)R32的研究工作主要概括為四個(gè)方面：1）R32熱物性和制冷循環(huán)特性研究；2）R32壓縮機(jī)冷凍油匹配；3）R32壓縮機(jī)性能表現(xiàn)；4）壓縮機(jī)排氣溫度的控制方法；5）R32的可燃性與預(yù)防研究。

1.1 R32熱物性和制冷循環(huán)特性研究

由于R32是R410A的一個(gè)組份，故各文獻(xiàn)大多通過(guò)兩者進(jìn)行比較分析，并得出R32的相關(guān)結(jié)論：

西安交通大學(xué)、清華大學(xué)先后對(duì)R32的飽和蒸氣壓、飽和氣體導(dǎo)熱系數(shù)、飽和液體黏度等熱物性參數(shù)進(jìn)行了深入研究，提供了R32熱力性質(zhì)的計(jì)算式。

R32和R410A的飽和蒸汽壓力線比較接近。R32飽和蒸汽壓力略高，但現(xiàn)有空調(diào)管路的設(shè)計(jì)可以滿足使用要求。

飽和液態(tài)時(shí)R32比R410A的密度小，而液態(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R32的充灌量要小。史敏等再5P單元機(jī)上進(jìn)行R32和R410A充灌量對(duì)比實(shí)驗(yàn)， R32的充灌量是R410A的60%左右。

在相同的蒸發(fā)器負(fù)荷下，R32的排氣溫度比R410A的高，在ARI520工況下（54.4/7.4℃）R32的排氣溫度約比R410A高20度。

1.2 R32冷凍機(jī)油匹配

用R410A的冷凍機(jī)油直接使用在R32上會(huì)帶來(lái)粘度降低和互溶性差的問(wèn)題。趙蕾等采用不同型號(hào)的酯類(lèi)POE 油進(jìn)行壓縮機(jī)加速壽命試驗(yàn)，認(rèn)為需要加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┎拍軡M足替代的要求，并對(duì)添加劑的原理進(jìn)行分析。

1.3 R32壓縮機(jī)性能表現(xiàn)

文獻(xiàn)列出了美國(guó)ARI 520標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)工況理論計(jì)算結(jié)果，表明R32的熱工性能比R410A好，能效（COP）約高5.3%、冷量約大12.7%、排氣壓力約0.4bar、但排氣溫度約高24℃。 R32的高排氣溫度可能會(huì)造成電機(jī)燒毀。

黃玉優(yōu)對(duì)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子變頻壓縮機(jī)的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明：相同條件下，R32 變頻壓縮機(jī)的制冷量比R410A 提高7.5%～10%，COP 提高2%～5%。，壓縮機(jī)排氣溫度隨頻率的升高而升高。相同頻率下，R32 的排氣溫度要明顯高于R410A，而且，隨頻率的升高排氣溫度的增幅也不斷增加。但排氣溫度總體是隨著頻率的下降而降低的。黃玉優(yōu)采用8.9cc的壓縮機(jī)進(jìn)行測(cè)試，頻率在70Hz以下時(shí)，排氣溫度可以保持在100℃以下。

文獻(xiàn)對(duì)R32在熱泵熱水器上的性能表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)?？傮w趨勢(shì)相同，R32 的充注量?jī)H為R410A充注量的74%左右。在各種實(shí)驗(yàn)條件下， R32 空氣源熱泵熱水器的能效比不低于R410A 系統(tǒng)。

1.4 壓縮機(jī)排氣溫度的控制方法

矢島龍三郎提出利用膨脹閥控制壓縮機(jī)吸氣干度，同時(shí)使用R32專(zhuān)用的潤(rùn)滑油來(lái)降低排氣溫度。同時(shí)提出預(yù)測(cè)排氣溫度的方法。但是該方法假設(shè)壓縮機(jī)效率為100%，沒(méi)有給出壓縮機(jī)優(yōu)化的因素。

文獻(xiàn)提出采用噴液冷卻的方式降低壓縮機(jī)排氣溫度，并對(duì)性能的影響進(jìn)行測(cè)試。

1.5 R32的可燃性與預(yù)防研究

R32具有可燃性，處于“不可燃”與“弱可燃”的邊緣，其燃燒下限（LFL）0.306（kg/m3），是2類(lèi)可燃制冷劑中LFL最高（即可燃性最低）的。R32不僅其燃燒下限（LFL）最高，最不燃燒，而且即使一旦燃燒后其所釋放的燃燒熱（HOC）也最小，也就是說(shuō)它的燃燒強(qiáng)度最低，被ASHRAE34、ISO 5149和EN 378-1列為弱可燃“2”。由于R32燃燒速度約為0.067m/s，因而被ISO817標(biāo)準(zhǔn)列為“A2L”類(lèi)。按美國(guó)交通部運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)DOT173.115和聯(lián)合國(guó)（UN）危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)定，在運(yùn)輸過(guò)程中它被認(rèn)為是“不可燃”的。

文獻(xiàn)中對(duì)R32的不同冷量的機(jī)組與最大充注量的關(guān)系進(jìn)行了描述，從中可以看出在10KW以下的制冷產(chǎn)品R32的充注量完成滿足安全標(biāo)注限定要求。

2總結(jié)

總結(jié)上述文獻(xiàn)情況，主要有以下三點(diǎn)意見(jiàn)：

（1） R32成為下一代家用空調(diào)制冷劑在技術(shù)上的困難主要是排氣溫度高。筆者認(rèn)為專(zhuān)用壓縮機(jī)的開(kāi)發(fā)和空調(diào)兩器管路優(yōu)化帶來(lái)的成本上升和生產(chǎn)困難是該技術(shù)路線最大的絆腳石。而家用空調(diào)壓縮機(jī)采用變頻技術(shù)通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)控制排氣溫度是較理想的技術(shù)路線。

（2）在R32壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)方面，各文獻(xiàn)主要通過(guò)R32和R410A冷媒物性的對(duì)比來(lái)提出問(wèn)題。筆者認(rèn)為冷凍機(jī)油的匹配是壓縮機(jī)優(yōu)化的基礎(chǔ)，合理選擇冷凍機(jī)油并進(jìn)行前期測(cè)試是十分必要的。而根據(jù)冷媒物性對(duì)比的差異可以得出溫度對(duì)泵體間隙的影響、冷媒密度對(duì)吸排氣尺寸影響等設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

（3）壓縮機(jī)自身電機(jī)發(fā)熱、冷媒在壓縮機(jī)內(nèi)溫升的研究現(xiàn)在還比較少。通過(guò)改善電機(jī)、優(yōu)化流體通路來(lái)降低排氣溫度必將是重要的課題之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳偉，祁影霞，張華.HCFCs制冷劑替代物研究進(jìn)展及性能分析[J].低溫與超導(dǎo)，2011，39（12）：41-44.

[2]朱明善，史琳. 在家用/商用空調(diào)中應(yīng)用R32替代R22的探索.制冷與空調(diào)，2010，10（3）：31-34.

（作者單位：沈陽(yáng)中航三洋制冷設(shè)備有限公司）