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1、第10卷 第3期制 冷 与 空 调 2 0 1 0年6月REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING76278收稿日期:2010203222通信作者:张龙,Email :制冷剂R32在空调应用上的理论分析张龙 刘煜 (珠海格力电器股份有限公司)摘 要 从理论上对制冷剂R32的环保性、 循环性能和安全性进行分析,得出R32在循环性能上与常用制冷剂相当,满足普通家用空调器使用安全要求,环保性优于常用制冷剂,因此对于常用制冷剂来说是一种可行性很高的替代品。关键词 R32;L CCP;制冷剂;空调;制冷Theory analysis about application of r
2、efrigerant R32 on air2conditioningZhang Long Liu Yu (Gree Electric Appliances ,Inc.of Zhuhai)ABSTRACT Discusses the application of refrigerant R32from three aspects:the first isnon2pollution ,R32has lowerOD P, GW PandL CCP;the second is characteristics of cycle ,every parameter is equivalent with th
3、e normal refrigerant ;the last is security ,R32can ful2fill the BS EN6033522240. So refrigerant R32is one feasibility refrigerant to substituteR22and R410A.KEY WORDS R32;L CCP;refrigerant ;air2conditioning ;refrigeration1834年,帕金斯提出蒸汽压缩制冷循环。随着这种制冷设备的投入使用,一些实际的制冷剂也陆续被开发出来。当时 “易获得性” 是制冷剂选择的重要原则,因此早期的制冷
4、剂几乎多数是可燃的或有毒的,或者两者兼而有之。随着制冷设备应用的日益广泛,须要开发出安全、 稳定、 热工性能良好、 无毒且不燃的制冷剂。因此在20世纪一系列CFCs和HCFCs陆续得到了广泛的应用,逐渐替代了已使用100年之久的早期制冷剂。1985年英国南极考察队发现的 “臭氧空洞” 引起了世界性的震惊。研究发现,含有氯、 溴或另一种相似的原子参与臭氧变氧的化学反应,从而造成了臭氧空洞,并且给出臭氧耗损潜能OD P用以评价化学品分解臭氧的能力。 蒙特利尔议定书 规定了禁止使用破坏臭氧层物质的时间表。发达国家在2010年全面禁止使用HCFCs(如R22) ,发展中国家2030年禁止使用。随后科学
5、家发现CFCs和HCFCs产生的温室效应对全球气候有非常大的影响,并给出全球变暖潜能GW P和寿命期气候性能L CCP来评价制冷剂。目前虽然没有得出此类物质的淘汰时间表,但是新型环保制冷剂的开发已经势在必行。笔者从理论上对R32制冷剂在空调中使用的可行性进行分析。1 制冷剂R32物性分析表1列出了常用的制冷剂和部分公认的环保制冷剂的基本热物性、 环保性及安全性相关参数。对于可燃性制冷剂还给出了燃烧下限、 自动点燃温度、 最小点燃能量、 燃烧速度和燃烧热等相关参数(对于常用的不可燃制冷剂和CO2则没有列出此类参数)。1. 1 环保性1)GW P 从表1可以看出,R32的GW P值为675,高于R
6、290。但是其ODP值为0,而且GW P值相对于制冷第3期张龙 等:制冷剂R32在空调应用上的理论分析77 表1 部分制冷剂基本物性、 环保性和安全性参数制冷剂R22R410AR290R32R744 摩尔质量/ (g/ mol)86.4772.5844.152.0244.01 常温工况密度/ (kg/ m3)3.531.802.131.80 标准沸点NB P/- 40.80- 51.40- 42.10- 51.70- 78.40 临界温度tc/96.1070.596.7078.1031.00 临界压力pc/ MPa4.994.814.255.787.38基本热物性OD P0.050000GW
7、P(100)1 8102 100206751 大气寿命120.0414.90 50环保性燃烧下限(质量)L FL/ (kg/ m3)0.0380.306 燃烧下限(体积分数)L FL/ %2.114.4 燃烧极限差(UFL - L FL)/ %7.814.9 自动点燃温度A I T/470648 可燃性 最小点燃能量MI E/ mJ0.2530100 燃烧速度BV/ (cm/ s)466.7 燃烧热HOC/ (MJ/ kg)50.39.4TLV2TWA/10- 61 0001 0002 5001 0005 000毒性 安全等级A1A1A3A2A1剂R22和R410A分别降低了约62.7%和67
8、.8%。2)大气寿命 虽然R32的大气寿命高于R290,但是相对于R22来说,大气寿命缩短了59.2%(大气寿命越短 表示对气候影响的时间越短)。3)L CCPGW P值只反应制冷剂直接泄漏到大气中产 生的温室效应,而L CCP还考虑了以下2个因素: 生产该化合物及其原料的消耗(如电能和各种 燃料)所伴随的影响; 生产过程中排放的作为温 室气体的任何副产品。因此L CCP是对温室效应 的综合评价。根据日本冷冻空调工业协会(J RA2IA)公布的R1234yf , R290, R32,R410A和R744 五种制冷剂在4kW和12.5kW空调中的L CCP 值和制冷运行能量消耗对比中可知,R32
9、的L CCP 值最低,主要原因在于能源消耗较低,制冷运行时 能源消耗比R410A低约3%6%。 因此,综合上述因素来看,虽然R32并非各种 环保参数都是最优值,但是相对于目前常用的制 冷剂来说在环保方面有着非常突出的优势。1. 2 安全性1)TLV2TWA 该值是用来评价受过训练的操作人员在该物 质长期暴露下的慢性毒性,数值越大表示毒性越 小。R32的毒性和现有常用制冷剂相当。2)燃烧性 目前常用制冷剂均为不可燃,但是目前知道 的低GW P制冷剂均带有一定燃烧性。从表1可以看出,在燃烧下限、 自动点燃温度、 最小点燃能量、 燃烧速度和燃烧热方面R32均要优于R290,相对燃烧性更低。综上所述,
10、R32的安全性为A2(无毒可燃) ,比常用制冷剂的安全性A1(无毒不燃)差,但是优于R290的安全性A3(无毒易燃易爆)。2 R32的循环性能分析由于R410A的组分中有50%是R32,因此从基本的物性参数上看,R32同R410A相差不大,完全可以满足空调的使用要求。但是除此之外,新的环保制冷剂还须要具有良好的循环性能,例如性能系数、 容积制冷量、 排气温度等各参数与常用制冷量相当或优于常用制冷剂。表2所示为制冷工况(蒸发温度7.2,吸气温度35,冷凝温度54.4,过冷温度46.1)下,几种制冷剂的理论循环性能参数;表3是在制热工况(蒸发温度2,吸气温度7,冷凝温度40,过冷温度34)下,几种
11、制冷剂的理论循环性能参数。表2 制冷工况下理论循环性能制冷剂R22R410AR290R32蒸发压力/ MPa0.6250.9580.5841.018冷凝压力/ MPa2.1453.3511.8823.473压力比3.433.53.223.412等熵压缩功/ (kJ/ kg)35.5639.1263.153.68单位制冷量/ (kJ/ kg)170.7169.3310.5257.4EER4.84.334.924.79容积制冷量/ (kJ/ m3)3 940.95 446.93 438.96 176.9排气温度/101.9102.884.2211778 制 冷 与 空 调第10卷 表3 制热工况下
12、理论循环性能制冷剂R22R410AR290R32 蒸发压力/ MPa0.5310.850 10.500 50.866 5 冷凝压力/ MPa1.533 52.398 11.365 92.478 3 压力比2.892.822.7292.86 等熵压缩功/ (kJ/ kg)27.10329.52948.03241.053 单位制热量/ (kJ/ kg)195.042201.396344.400298.421COP7.206.827.177.27 容积制热量/ (kJ/ m3)4 290.46 212.13 677.56 804.0 排气温度/62.3162.9848.9777.14由表2和表3可以
13、看出:R32的高低压力与R410A相当,而且由于R32本身就是R410A的组分 之一,因此系统元器件的使用上与R410A系统的通 用性比较好。R32的单位制冷量比R22的和R410A的分别高出50.8%和52% ,单位制热量则 分别高出53%和48.2%;但是单位制冷量和单位制 热量比R290的分别低17%和13.4%。R32的COP值与R22的相当,比R410A的高;R32的容 积制冷量和容积制热量最高,比R410A的分别要高 出13.4%和9.5%,因此对于同样制冷量的空调来 说,R32的充注量要小于R410A的,而且在压缩机 的优化设计上可以采用更小排量的压缩机。R32 的排气温度较高,
14、冷凝压力较高,因此与R410A相 似,并不适合在高温工况( T3工况)下使用,而在低 温工况可以有较好应用。总的来说,R32在循环性 能上可以满足空调的使用要求。3 R32的安全性分析 根据欧盟标准EN6033522240家用和类似用途电器安全:电力驱动蒸气压缩式热泵、 空调和除湿机特殊要求 中的规定,可燃制冷剂的充注量和房间通风情况及机组形式有关。对于室内无通风而且不是整体式单元机的机型(如分体机)等,当制冷剂充注量M满足下面条件时:4L FL M26L FL室内机制冷剂最大充注量可以按照下式计算:Mmax= 2.5L FL5/4h0A1/2因此对于充注量为M的制冷设备最小的使用面积为Ami
15、n=M/ (2.5L FL5/4h0) 2式中:L FL为可燃制冷剂的燃烧下限(见表1) ;h0为空调安装高度(落地式为0.6m ,挂壁式为1.8m ,窗机为1.0m ,天井机为2.2m)。对某公司R410A产品的统计分析得出单位制冷量的制冷剂充注量为0.2850.456kg/ kW。根据前面对于R32循环性能的分析可以得出其充注量在0.2470.395kg/ kW范围内。如果按照200W/ m2的冷量需求来算,房间单位面积R32的充注量为0.049 40.079kg/ m2。表3给出了EN6033522240标准对于R290和R32的充注量要求。表4给出了按照200W/ m2的冷量需求计算时
16、室内机可能的制冷剂充注量。表3 R290和R32最大充注量制冷剂L FL/ (kg/ m3)h0/ m房间面积/ m2471015203050R2900.0380.60.050.070.080.100.110.140.181.00.080.110.130.160.190.230.301.80.150.200.240.290.340.410.532.20.180.240.290.340.410.510.65R320.3060.60.680.901.081.321.531.872.411.01.141.511.802.202.543.124.021.82.052.713.243.974.585.617.242.22.503.313.964.855.606.868.85表4 R32可能充注量R32可能充注量房间面积/ m2471015203050按200W/ m2需求0.1980.3160.3
