【技术】R290 在家用房间空调器中的应用研究

目前，HCFCs 制冷剂、低ODP制冷剂与低 GWP 制冷剂替代，环境友好的制冷剂应用及产业化已经成为国际性课题，R290因为其良好的环保效应逐渐被重视。本期我们就来看一看家用房间空调器R290的研究和应用。

1、R290制冷剂优势

自然工质 R290 与目前家用空调器被广泛使的 R22制冷剂物性比较见下表 。R290制冷剂主要考虑对R22系统的替代，相较于R22，R290制冷剂的ODP值为0，R22 制冷剂的GWP值为1500，是R290 的75倍。R290 的沸点为-42.1 ℃，低于R22，工作范围更宽，在低温条件下更有优势。

2、R290替代研究分析

R290 作为房间家用空调器替代自然工质制冷剂，相较 R22 有优良的热力性能，具体分析如下：

2.1 导热系数（见图 1）

相同温度下 R290 的气体导热系数均比 R22 高，该热力性能物性表示在相同空调系统配置下，可以提高制冷系统相关换热部件的传热能力，当换热能力提高时，空调系统换热部件尺寸可适当缩小，并进一步减少制冷剂充注量确保安全性。

2.2 比热（见图 2）

相同温度下，液体 R290 的比热比 R22 的大，而比容越大，制冷剂冷凝时达到相同过冷度，放出的热量越多，需要冷凝器换热面积要更大。对于 R290 系统，应用时需要优化和改善。

2.3 气化潜热（见图 3）

相同温度下，R290 的气化潜热（kJ/kg）为 R22 的1.8 倍左右，当制冷系统需输出相同制冷量时，使用R290 系统作为循环工质的质量流量或体积流量可以明显减少。

2.4 运动粘度（见图 4）

相同温度下，R290 的运动粘度均比 R22 小很多，粘性低可以减少制冷剂在管路内部流动时液体与管壁、以及流体内部的摩擦，使制冷系统能耗降低。另外制冷剂粘度小，流体在换热管壁内附着液膜厚度薄，故可以减少对换热产生的影响。

2.5 可燃性

相较广泛使用的 R22 制冷剂，R290 工质安全性是影响其推广及产业化的瓶颈因素。针对相关问题，可以通过各种技术提升，如：制冷剂中添加阻燃剂、相关电器件防爆；在工艺改善方面，如：提高制造过程中换热器焊接工艺、安装及管路连接采取洛克林环；在智能化监控方面，如空调系统可以采集数据通过算法判断进行预警处理等，尽量避免 R290 泄漏带来的安全隐患。

在使用环境方面，R290 空气器系统制冷剂充注量尽可能少，保障即使制冷剂泄漏在室内空间后，房间内的R290 气体浓度小于 2.1~9.5 % 爆炸浓度范围。对于可燃制冷剂的充注量，IEC 60335-2-40《热泵、空调器、除湿器的特殊要求》已明确了限定。尽管该标准对R290 的充注量的相关规定合理性有待商榷，需要蒙特利尔议定书缔约方不限成员名额工作组（OEWG）与来自全球各地的政府机构和非政府协会组织代表一起讨论，为 R290全球推广解决好安全性及标准合理性问题。

综上所述，R290 制冷剂具有优良的流动性与传热特性、较低的排气温度、较小的充注量、较小的压力比等优良性能。

3、R290理论计算机运行分析

对采用自然工质 R290 制冷剂的家用空调器系统进行理论分析及计算，设定为理想状态，无传热温差。制冷运行，室内干球温度 27 ℃、室外干球温度 35 ℃；制热运行，室内干球温度 20 ℃、室外干球温度 7 ℃。

3.1 R290 系统循环压焓图（见图 5）

3.2 R290 系统循环温熵图（见图 6）

3.3 制热运行（见表 7）

R290 单位容积制热量远小于 R22，冬季制热运行时质量流量会明显下降，需优化 R290 空调器整机性能以及采用相关技术途径改善制热性能。

4、R290家用空调器生产与应用

4.1 行业标准方面

我国工业和信息化部发布的，涉及房间空调器行业标准，分别为 QB/T 4975-2016《使用可燃性制冷剂生产家用和类似用途房间空调器安全技术规范》，规定了使用可燃性制冷剂生产家用和类似用途房间空调器的安全技术要求、操作程序、安全管理；QB/T 4976-2016《使用可燃性制冷剂房间空调器产品运输的特殊要求》规定了使用可燃性制冷剂的房间空调器出厂后在陆路运输时所涉及的安全要求。

4.2 R290 空调器产线改造及生产

我国是世界上最大的空调器生产国，空调产量已达到约8千万套/年。需要完成房间空调器及制冷设备产品的制冷剂替代工作，格力示范项目，2011年改造完成一条产能10万台/年的生产线；美的示范项目（多边基金资助），2013年改造完成一条产能20万台/年的生产线；美芝 R290 压缩机示范项目，2014 年改造完成一条产能为180万台/年的压缩机生产线。随着R290 制冷剂替代不断深入，制造商越来越多的产线可以用于生产。

4.3 R290 空调器市场推广

环保部对外合作中心联合中国家用电器协会、联合国环境署、联合国工业发展组织、德国国际合作机构，于2015年5月共同发布环保低碳表示，可以在 R290 或CO2 制冷剂的空调器或热泵热水器上使用，鼓励行业制造商推广 R290 房间空调器。

5、结语

由自然工质 R290 可燃性，产品方面充注量限制、市场方面安全性科普、服务方面安装维修能力与水平等，使得 R290 替代 R22 应用及产业化进展比较缓慢，直到欧盟蒙特利尔议定书基加利修正案 2019 年1月1日正式生效实施，使得 R290 替代 R22，HCFC 制冷剂淘汰这一项有利于全球可持续发展的伟大工程加快推进进程，但同时充满挑战。R290 产品的市场化关系到中国的履约目标，关系到保护臭氧层，应对气候变化，关系到企业长远发展，无论企业和全行业都责无旁贷。