环保工质R32替代R22理论分析和测试

　　目前,有关R22的替代品研究,国际上有两条不同的技术路线[1]:一条是以美日为代表,支持开发HCFCs替代物,如R134a、R407C、R410A等,但是,混合工质高额的专利成本,使得国内大多企业都望而却步;另一条是以德国和北欧一些国家为代表,主张采用天然工质为替代物,如R717、R290、CO2等,从这些替代品中可以发现,天然工质替代品由于具有易燃性或者超高制冷循环压力的缺点,限制了其推广应用。目前,R22大部分常用的替代品都是混合工质,而这些混合工质中大部分含有R32,研究者研究能否用纯工质R32来替代R22,既可以解决天然工质的易燃性和超高压性,又能解决混合工质高昂的成本费。文中从热力学性质、环保、安全等方面来探讨纯制冷工质R32替代R22的可行性。

　　1 理论分析

　　1.1 热工性能分析

　　在美国ARI Standard 520标准规定的空调工况下(蒸发温度为712e,冷凝温度为5414e,过热度为1111e,过冷度为813e),压缩机等熵效率为0175时,通过热力学计算,得到R22常见替代物和R32的热工性能,具体如表1所示。

　　由表1显示的数据可知, R32与R410A的热力学性质比较接近,而R410A是目前R22呼声较高的替代品。与R410A比较,R32的能效比(COP)约高513%,单位容积制冷量约大1217%,但是,排气压力和排气温度稍高,尤其是排气温度要高2416e。与R22比较, R32的能效比(COP)约低812%,排气压力约是R22的116倍,排气温度要高2118e。但是,R32的单位容积制冷量要比R22大5515%。尽管R32在排气温度和排气压力方面存在一定的劣势,但其较大的单位容积制冷量,必然使得相同制冷能力的R32机器的体积比R410A和R22都要小,尤其是相对于R22要小很多,从而可减少机器的制造成本。

　　文献[2]给出了在直径为1816mm铜管,翅片高度为112mm,蒸发温度在7e条件下,R22、R32、R125以及R134a蒸发换热性能对比实验结果。在热流密度一定时,R32的蒸发沸腾传热系数最高, R134a最低。在热流密度为50kW /m2时,R32的沸腾传热系数要比R22高近30%,且随着热流密度的增加沸腾传热系数增加的比例随之上升。由于R407C和R410A也是由R125、R32以及R134a按比例混合而成,也就是说R32的蒸发沸腾传热系数要比R407C和R410A都要高,较高的沸腾传热系数必然使蒸发器配置的面积要更小。基于对R32的热工性能分析可知,相对于R22,R32具有最大的容积制冷量以及优良的传热性能,其缺点是较高的排气压力和排气温度。对于高排气压力和排气温度,目前已有相关的措施可以解决,因此,从热工性能来讲,R32作为R22的替代品是可行的。

　　1.2 环保性和安全性分析

　　目前,衡量制冷工质的环保特性,主要是通过其ODP值和GWP值来进行衡量。目前,对ODP值较高的制冷剂已经进行了淘汰,现主要是对GWP值较高的制冷剂进行淘汰。以CO2(GWP值为1)为基准,当前广推的R22替代工质R410A的GWP值为2100,比R22(GWP值1810)还高290。然而,R32的GWP值仅为675,相对于R22,R32的GWP值可降低6217%[3]。因此,从对CO2减排率来看, R32作为R22替代是可行的。