R290替换R22应用于家用空调的试验研究

　　分析了R290应用于家用空调的优势及可行性，采用某企业生产的R22家用冷风型分体机，直接充注R290制冷剂，在焓差实验室内调整毛细管规格及制冷剂灌注量，使性能达到最佳状态，结果表明:R22系统直接灌注R290制冷剂，灌注量仅为原来的44.7%，但制冷量下降13.64%，能效比稍有提高。为进一步减小灌注量、提高制冷量，采用了平行流换热器作为冷凝器，重新调整灌注量及毛细管规格，结果显示R290灌注量大幅减少，制冷量及能效比显著提高，R290灌注量的减少有利于制冷系统的安全性。

1、前言

　　作为一种天然物质，真空技术网（http://www.chvacuum.com/）认为R290(propane)又称丙烷，具有优良的热力学性质，价格低廉，而且R290与普通润滑油和机械结构材料具有兼容性，臭氧消耗潜能值为零，全球变暖潜能值很小，并不需要合成，可以方便地从石油和天然气中提取，不改变自然界碳氢化合物的含量。R290与R22很接近的基本物性提供了成为替代工质较为完满的解决途径，EHalimic等研究了R290作为替代工质的性能，周国兵等研究了R290在家用空调中的应用，李廷勋等研究了R290替代R22对空调整机性能的影响，均展示了使用R290的优越性。在欧洲，丙烷和异丁烷混合物已成功用于家用冰箱中，在德国，R290已用于家用热水器和空调。本文分析比较了R290针对R22的优越性，对自然工质R290在小型家用分体空调上的使用进行试验，并探讨制冷量偏低和R290灌注量超标问题的解决方案。

2、R290与R22的比较

　　2.1、R290与R22的热物性比较

　　表1列出了R22和R290的一些主要热物性参数。R290的主要物理性质如标准沸点、凝固点、临界压力、临界温度等参数都与R22极其相近，ODP值为0，GWP值为0，具备替代R22的基本条件。

表1 R22和R290的热物性比较

　　另外，与R22相比，R290具有优越的热物理性质:R290导热系数比R22的大，提高了系统的传热效果;R290的粘性系数比R22的小，流动阻力减小;R290的绝热指数比R22的小，使压缩机排气温度降低，容积效率提高，传热不可逆损失减少，使系统能耗降低。随着制冷系统中使用可燃制冷剂安全要求问题的解决，碳氢化合物将成为国内市场上空调制冷系统可以选用的制冷剂。

　　2.2、R290的优越性

　　在实际制冷空调中，R290的优越性集中体现在以下几个方面:

　　(1)R290分子量比R22小很多，粘度亦比R22小，使空调制冷回路阻力损失减少，可降能耗;

　　(2)R290的汽化潜热是R22的1.84倍，这说明在相同制冷量下，采用R290可减少工质的循环量;

　　(3)R290绝热指数低于R22，在相同压缩比时，可减少耗功量，并可使排气温度降低，可提高输气系数，减少压缩过程气体与气缸间的热交换，减少不可逆损耗，排气温度降低，并能够改善冷凝器的工作状况，减少传热不可逆损失，降低能耗;

　　(4)R290导热系数高于R22，可改善压缩机的散热条件，同时提高冷凝器和蒸发器的传热系数，可以使空调制冷系统能耗降低;

　　(5)R290是饱和碳氢化合物，化学性质较稳定，难溶于水。而R22化学性质不够稳定，对有机物的膨润作用较强，密封材料需要采用氯乙醇橡胶，封闭式压缩机的电动机绕组线圈需要采用QF改性缩醛漆色线(E级)或QZY聚脂亚胺漆色线。

　　2.3、R290的经济性

　　R290广泛存在于石油和天然气中，提炼方便，通常作为副产品出现，因而成本较低，价格便宜。R290的价格仅为R22的10%，为R134a的4.7%。R290为非极性化合物，可以与目前广泛使用的矿物油互溶，不需要研制新的润滑油，而且对干燥剂、密封材料液无更高的要求。丙烷还与金属材料、软管材料相容，也就是说，R290可以与R22常用的矿物润滑油溶解，替代R22时无需像R407C或R410A那样必须更换润滑油。

6、结语

　　(1)R22系统可直接灌注R290制冷剂，灌注量仅为原来的44.7%，能力下降13.64%，能效比略有提高，但毛细管及灌注量需进行优化;

　　(2)采用平行流微通道换热器可进一步减小R290灌注量，制冷量及能效比显著提高，R290灌注量的减少有利于提高系统的安全性;

　　(3)R22原型机采用平行流冷凝器和替换R290后，能效比余量较大，但制冷量仍然下降5.8%，可考虑采用较大排量压缩机、优化蒸发器以保证制冷量提升但不增加制冷剂灌注量。