R32制冷剂在变频风冷冷热水机组上应用研究

R32制冷剂在变频风冷冷热水机组上应用研究

周毅强 

深圳麦克维尔空调有限公司  518111

摘要：R32在常温下为气体状态，在自身压力作用下可转换为液体，是一种拥有零臭氧损耗潜势的制冷剂，在现代变频式设备中应用范围较广。本文基于R32制冷剂应用于变频风冷冷热水机组，对其应用现状进行了研究，在当前阶段制冷设备的投入使用数量逐年增加，要进一步加强R32的使用效率，发挥其环保性能。

关键词：R32；变频风冷冷热水机组；应用研究

前言：制冷剂是传递热量的载体，当前阶段R32制冷剂在市场中使用范围非常广泛，在国家节能减排政策不断推进过程中，对R32的重视程度不断增加。全球气候持续变暖会对人类造成巨大的伤害，温室效应给全球带来了巨大的警醒。要进一步对R32的性能加强研究，使其逐步替代R410A，以发挥其环保性能。

1R32变频风冷冷风机热水机组的设计

1.1系统原理（产品设计概念及参数）

本产品采用变频EVI压缩机和变频风机，能够提高热水机组性能，同时噪声小，产品设计具有增加地暖功能，可以满足单制热项目需求，为保持水箱内电加热温度，还增加了除菌控制逻辑系统，水恒温可达65℃，产品内置峰谷运行模式，时段可调。产品目标市场为学校、酒店、洗浴、会所、工厂等对热水需求较多的场所。以MHA200E6与MHA200E6LH为例，产品主要规格参数如表1所示。

表 1 产品主要规格参数

1.2运行模式

常规制热运行模式为压缩机-四通换向阀-翅片管换热器-（电磁阀-4）-（单向阀-5）-（膨胀阀-2）-壳管式换热器-四通换向阀-气液分离器-压缩机。

喷气制热运行模式为压缩机-四通换向阀-翅片管换热器-（电磁阀-3）-（膨胀阀-1）-（单向阀-1）-闪蒸器-（单向阀-4）-（膨胀阀21）-壳管式换热器-四通换向阀-气液分离器-压缩机。在闪蒸器与单向阀-4间与最后循环到压缩机之前位置还加入了球阀-1与电磁阀-1。

喷液式制热运行模式为压缩机-四通换向阀-翅片管换热器-（电磁阀-4）-（单向阀-5）-（膨胀阀-2）-壳管式换热器-四通换向阀-气液分离器-压缩机。在翅片管换热器与电磁阀-4间到压缩机之间位置还加入了球阀-2与电磁阀-2。

1.3风侧换热系统选型

风侧换热系统中以翅片管换热为主要方向。常规情况下翅片是以铝材料为主，厚度大概在0.15-0.25㎜之间，每节间距在2㎜左右，制冷剂在换热器管内流动。风侧换热传热效率较高，所占用空间较小。制冷剂侧主要状态为当入口处与出口处压力一致时，入口处温度大于出口处温度，比焓小于出口，密度小于出口，导热系数小于出口，定压比热容小于出口，动力粘度小于出口，普朗特数小于出口。空气侧主要状态为入口温度小于出口，密度大于出口，电压比热容一致，动力黏度小于出口，普朗特数大于出口[1]。

1.4水侧换热系统选型

水侧换热器系统是干式壳管式换热器，制冷剂依旧在管内流动，载冷剂在壳内部流动。水侧换热系统表现为在温度一致的情况下，比焓升高时，密度会逐渐降低，导热系数以及动力粘度也会逐渐降低。制冷剂侧的主要状态为入口与出口压力值一致，温度一致，密度入口大于出口，导热系数制冷剂为液体状态时入口大于出口，为气体状态时入口小于出口，动力黏度与导热系数一致，普朗特数入口大于出口。载冷剂侧状态为入口处温度比出口温度低，密度小于出口温度，导热系数小于出口，定压比热容大于出口，动力黏度小于出口，普朗特数小于出口。

1.5节流设备选型

目前，市场中最常见的节流机构主要有三种类型，分别是毛细管、热力膨胀和电子膨胀阀。将以上三种节流机构进行对比分析发现，毛细管价格相对低廉，制造以及安装过程比较简单，在机组运行时不易磨损和泄露，同时具备无运动件，但是其流量相对较小，且不能进行人为调节。电子膨胀阀节流机构与热力膨胀机构具有相似性，但是相对而言，电子膨胀阀反应和动作速度比热力膨胀阀优越，在适应温度范围、调节范围以及控制精度等多个方面具体运行时都要优于热力膨胀阀。在机组安装电子膨胀阀时，需要根据外部环境实际对其热度值进行调节，以便于发挥其性能效果，增加机组运行的稳定安全性。以上三种节流设备中使用范围最为广泛的是电子膨胀阀。

2R32在变频风冷冷风机热水机组上的研究

2.1制热工况下的应用研究

二级能效的R32 低温型全变频转子式空气源热泵热水机机组MHA200E6LH-FAA：低温条件，名义制热量64KW；标准条件，制热量80KW。在机组启动后，其功率会瞬间升高，制热量迅速增加，能效比也呈现出快速上升的趋势。随着R32在混合制冷剂中的质量分数增加，系统热量会逐渐升高。一般情况下，在机组运行超过一分钟后，其功率会上升至一定高度并基本保持稳定。机组开机前吸气压力与排气压力是基本相等的，在开机以后可见排气压力顺序上升又稍后下降。在研究中可发现，压缩机是保证R32制冷剂循环的唯一动力。系统中制冷剂的流速与流量在不稳定的情况下，会在排气口处累计，导致排气压力相对较大。在流速和流量保持稳定的情况下可见吸气压力有所上升，排气压力会稍有下降，变动并不十分明显。机组功率与室外环境有直接关系，当温度变高时，机组制冷量与能效比会逐渐降低，呈现出反比。而冷凝效应是随着温度升高而升高，冷凝压力在升高过程中，压缩机的压比会变大，机组能效比会随之降低。随着R32质量分数增加，制热量也会显著增加，在其超过4%后，压缩机功率会持续性增加，当前质量分数达到8%时，此时制热效果最好。

2.2喷气模式对机组运行特性的影响

室外温度对机组运行特性产生影响比较明显，具体表现为室外温度较低时，冷凝器换热效果较好，反之效果较差。每当排气温度不断升高，在20-40s内排气温度会持续降低，其最低温可降至1℃。在开启喷气模式时，机组功率会迅速上升，大约在半分钟以内可达到稳定状态。R32制冷剂气体进入到压缩机后流量会瞬间增大，因此机组能效比会突然降低，持续降低到一定数值后，会再度保持稳定。各个工况下的喷气模式下温度不同，但是喷气压力波动性较小，可以及时控制排气温度。每个模式运行周期不超过4分钟，在喷气模式工况下，排气温度会逐渐降低[2]。R32制冷剂在混合冷剂中的质量分数增加，系统制热量会逐渐增加，而R32本身比热容小，冷凝压力较高，最终会导致排气温度降低。

2.3喷液模式对机组运行特性的影响

喷液模式一般是在室外温度过高时才对其进行开启，此时能够及时降低排气温度，增加室内温度。当机组排气温度在不断降低时，关闭喷液制冷，可见排气温度会持续降低，降低到一定程度内会恢复到原始值，整个循环过程在5分钟之内。在室外温度较高的情况下，开启喷液模式，机组功率会持续扩大，关闭喷液后，R32制冷剂流量会迅速降低并保持稳定状态，此时压缩机负荷也会随着制冷剂降低而降低，即可恢复成稳定状态。在单个循环周期内，喷液模式下制冷量是降低状态，功率是升高状态，能效比是下降状态。据此可知，在喷液模式下，随着温度升高，排气压力会降低，当排气温度不断上升时，关闭喷液模式，温度会持续降低到最低值又逐渐回升。在高温制热工况下，采用喷液模式可降低排气温度，机组运行时更加安全可靠，单位时间内，降温效果维持时间较长，压缩机运行时不会形成电流过载等危险状况。

结论：综上所述，R32制冷剂在变频风冷冷热水机组上的应用使能耗逐渐降低，制热效果更好，且不会形成污染源。R32应用于热水机组，提高了机组运行的稳定性与可靠性，这种新型的模块式空气源热泵热水机组具备良好的环保特性与热工性能，同时其价格也相对低廉，在未来变频式热水机组中的应用前景十分广阔。

参考文献：

[1]丁京华,阿斯娜,陈夏辉等.R1234ze/R32混合工质替代R410A热泵热水机组性能研究[J].流体机械,2018,46(10):80-84+54.

[2]刘硕. R32空气源冷热水机组冬夏季工况运行特性的实验研究[D].南京理工大学,2018.