R290作为R22替代制冷剂在家用空调中的研究
R290替代R22的解决方案综述及展望_肖庭庭
文章编号： 1005 － 0329 （ 2015 ） 03 － 0075 － 08
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Ｒ290 替代 Ｒ22 的解决方案综述及展望
1 1 李征涛 ， 董 肖庭庭 ， 2 浩 ， 陈 1 1 1 坤 ， 于文远 ， 王一恒
（ 1． 上海理工大学， 上海 200093 ；2． 上海天祥质量技术服务有限公司， 上海 200120 ） 摘 要： Ｒ290 与 Ｒ22 的标准沸点、 作为一种兼顾环保、 节能的制冷剂， 凝固点、 临界点等基本物理性质非常接近， 具备
EEＲ 提 高 约 原 Ｒ22 系 统 的 50% ～ 55% 之 间， 20% 。 Zhou Guobing 等在一台制冷量为 3． 2kW、 EEＲ
［ 11 ］ 为 2． 4 的 Ｒ22 空调器中进行 Ｒ290 替代实验 ， 结 果表明 Ｒ290 最佳灌注量为 Ｒ22 系统的 44% ， 制冷
量较 Ｒ22 降低 4． 7% ～ 6． 7% ， 但 EEＲ 增加 8． 5% 。 上述研 究 表 明， 在 Ｒ22 空 调 器 中 直 接 进 行 Ｒ290 灌注 式 替 代 实 验 时， 制 冷 量 普 遍 降 低， 而 EEＲ 增加， 但如果通过系统优化， 制冷量及性能 系数可以得到保持， 甚至更佳， 且充注量减少过 ， ， 半 排气 温 度 也 更 低 从 性 能 方 面 证 实 了 采 用 Ｒ290 替代 Ｒ22 具有一定的可行性。 3 减少 Ｒ290 制冷剂灌注量的研究
Overview and Prospect of Solution to Ｒ290 as a Substitute for Ｒ22 LI Zhengtao1 ， DONG Hao2 ， CHEN Kun1 ， YU Wenyuan1 ， WANG Yiheng1 XIAO Tingting1 ，
房间空调器中制冷剂R290、R32替代R22的仿真研究
第 ２期２（０第１８３７年卷６总月１４３期） 制 冷
１９
速了全球 变 暖， 在 未 来 会 被 淘 汰［２］， 而 又 由 于 其 在中国制冷剂市场所占比例过大，其的替代物十分 受关注。其中，Ｒ２９０ （ＯＤＰ＝０，ＧＷＰ＝２０）［１］由 于其对大气臭氧层没有破坏作用，同时对全球温室 效应影响十分小，以及其优良的热力性能，受到许 多研究者的青睐［３］，而且目前在欧洲，Ｒ２９０已被 用于家用空调和汽车空调［３］。而 Ｒ３２ （ＯＤＰ＝０， ＧＷＰ＝６７０）［１］也因为其不会破坏臭氧层且对温室 效应的影响较小，还有其良好的热物理和安全性 质［１］ （可燃性低、安全性好、热导率高、热稳定 性好），而被不少学者欢迎，认为进行其替代 Ｒ２２ 的研究 具 有 一 定 的 意 义［４－５］，另 外 在 日 本，Ｒ３２ 已被应用于空调、热泵系统［６］。同时就目前而言， 房间空调器依旧占有相当大的比重，房间空调器中 ＨＣＦＣｓ的使用 也 在 很 大 程 度 上 影 响 着 臭 氧 层 和 全 球温室效应，故而对房间空调器中制冷剂替代的研 究具有一定的现实意义。
（１华中科技大学，武汉 ４３００７４；２武汉商学院，武汉 ４３００５６）
［摘要］ 制冷剂 Ｒ２９０和 Ｒ３２是 Ｒ２２的主要替代物，受到了许多研究者的青睐。本文先建立了小型房间空调 器制冷系统模型。然后在该模型的基础上，对 Ｒ２９０、Ｒ３２替代 Ｒ２２时，制冷系统性能 （包括冷凝压力、蒸 发压力、吸气压力、排气温度、压缩机功耗、制冷量、ＣＯＰ） 的变化进行了研究。结果表明，Ｒ２９０和 Ｒ３２ 在房间空调器中替代 Ｒ２２有着较大的潜力。 ［关键词］ 制冷剂替代；Ｒ２２；Ｒ２９０；Ｒ３２；仿真 ［中图分类号］ ＴＢ６１＋２ 文献标示码：Ａ ｄｏｉ：１０３９６９／ＪＩＳＳＮ１００５－９１８０２０１８０２００４
r290新型制冷剂作为一种新型制冷剂是必然趋势
R290新型制冷剂作为一种新型制冷剂是必然趋势R290新型制冷剂作为一种新型制冷剂是必然趋势摘要：论述了当前使用的制冷剂以及其存在的问题，指出现行制冷剂对臭氧层的破坏作用及引起的温室效应，将严重影响环境的可持续发展。
分析了R290的性能特点，总结出R290制冷剂替代R22是必然的趋势以及确保R290的安全使用和生产应采取的措施。
关键词： R290 新型制冷剂趋势目前制冷空调行业中使用的制冷剂多为CFC（氯氟烃的统称）和HCFC（含氢氯氟烃）。
这些物质由于对臭氧层具有破坏作用并产生温室效应。
人们迫切需要研发一种可替代现有制冷剂的安全绿色环保型制冷剂。
一、当前使用的制冷剂及其存在的问题制冷剂的发展经历了三个阶段[1]：第一阶段，从1830年到1930年，主要采用NH3、CO2、H2O等作为制冷剂，它们有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了约100年的时间。
第二阶段，从1930年到1990年，主要采用CFCs和HCFCs制冷剂，使用了约60年。
第三阶段，从1990年至今，进入了以HFCs（含氟烃）为主的时期。
由于行业发展的惯性，目前使用较多的制冷剂是CFCs和HCFCs。
同时也造成了一定的危害：海平面上升，全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化，沿海地区可能会遭受淹没或海水入侵，海滩和海岸遭受侵蚀，土地恶化，海水倒灌并影响沿海养殖业。
影响农业和自然生态系统，全球气温和降雨形态的迅速变化，可能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化，造成大范围的森林植被破坏和农业灾害。
加剧洪涝、干旱及其他气象灾害，全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害――过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温，造成大规模的灾害损失。
影响人类健康，气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率，增加传染病。
高温会给人类的循环系统增加负担，热浪会引起死亡率的增加。
使皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，使传染病的发病率增加。
使用环保制冷剂R290替代R22的性能研究
使用环保制冷剂R290替代R22的性能研究周长智;欧阳大妹【摘要】使用天然环保制冷剂R290可以在臭氧损耗和全球变暖等环境问题上发挥至关重要的作用,而R22由于其对臭氧层的巨大危害而迫切需要被淘汰.本文从环境性能、热物性、安全性、制冷剂性能等方面对比分析了R290作为R22的替代制冷剂的潜在可能性.在制冷剂性能的对比分析中,通过分析计算,从制冷剂体积容量(VRC)、性能系数(COP)等方面出发.总的来说,在真实的应用中,R290由于其出色的环境和热物理性能可以更好的替代R22.%The use of natural refrigerants R290 can play a crucial role in ozone depletion and environmental problems such as global warming,and R22 due to its huge harm to the ozone layer and the urgent need to be eliminated from the environmental performance,thermal properties,safety,and other aspects of a comparative analysis of the refrigerant to R290 as R22 the alternative refrigerant potential.In the comparative analysis of refrigerant performance,through analysis and calculation,the refrigerant volume (VRC),the coefficient of performance (COP) and other aspects.In general,in a real application,R290 due to its excellent physical and thermal environment Can a better alternative to R22.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2017(000)014【总页数】2页(P103-104)【关键词】R290;R22;COP;制冷系统【作者】周长智;欧阳大妹【作者单位】广东美的暖通设备有限公司,广东佛山,523811;广东美的暖通设备有限公司,广东佛山,523811【正文语种】中文在过去的几十年里，由于安全性方面的考虑，可燃碳氢化合物制冷剂被禁止应用在常规的制冷和空调上。
风冷冷热水机组 R290替代 R22的试验研究
（ 上海理工大学 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
坤
摘
要： 分析了 Ｒ ２ ９ ０替代 Ｒ ２ ２存在的优势 ， 采用某企业生产 的 Ｒ ２ ２家用空调 外机 与套管换热 器作 为原型机 ， 分别 灌
注Ｒ ２ ２和 Ｒ ２ ９ ０ ， 灌注 Ｒ ２ ９ ０的 同时更换大排量压缩 机 ， 调整节 流装置最 佳 ， 优化灌 注量 ， 试 验参 照 Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ８ ４ ３ ０ ． ２ —２ ０ ０ ８ 名义工况进行 。结果表 明 ： Ｒ ２ ９ ０系统灌 注量仅 为 Ｒ ２ ２的 ４ ４ ． ７ ％， 制 冷及制热 名义工 况下 Ｒ ２ ９ ０能力 及能效 比均不低 于 Ｒ ２ ２ ， 但Ｒ ２ ９ ０系统排气温度及压缩 比明显低 于 Ｒ ２ ２ 。Ｒ ２ ９ ｏ可以替代 Ｒ ２ ２用于风冷冷热 水机组 ， 相应 的压缩 机排量 应增
R290小型家用空调器的性能匹配分析
R290小型家用空调器的性能匹配分析摘要：本文以小型家用空调器的性能匹配为研究内容，主要介绍在小型家用空调器中使用替代R22的性能是否匹配，并通过实验研究的方式，对、最佳充灌量和单双毛细管匹配情况进行分析。
研究结果表明，相较于原机，的最佳充灌量仅需原机的50%，其冷量却与原机大致相同。
关键词：R290；小型家用空调器；性能匹配引言：科学研究结果表明，卤代烃中的氯气，是导致臭氧层空洞的重要原因，且这种看法已经成为了一种共识，为此，世界多个国家签订了蒙特利尔议定书，禁止使用氯氟烃和制冷剂。
而正面临着被淘汰的局面。
为此，选择合适的化学物质替代R22极为关键。
而作为纯天然制冷剂的一种，在物质性上与较为相似，用其替代具有一定的可行性。
1.热力学性质比较1.基本物性确保在基本物性上与大致相符，是用替换的关键。
如果前者具有与后者相似的物性，在热力设计时就无需对机械结构设计进行过大的调整。
在查阅资料后得知，二者的基本物性趋于一致，差距极小。
如：的沸点-42.07℃；凝固点-187℃；临界温度96.8℃；临界压力4.254MPa。
的沸点-40.78℃；凝固点-160℃；临界温度96.2℃；临界压力4.974MPa。
此外，二者在饱和蒸汽压和压力温度曲线变化也大致相同，为此，在应用替换时，仅需适当调整原机组即可，简言之，就是在抽出后，将灌入其中。
在对比潜热后发现，在相同条件下，的潜热好于，这种情况，可以改善前者饱和蒸汽密度较小的不足。
此外，相较于，的热物理性质更为显著，具体表现为，其导热系数高于，这项参数的大小，与系统传热效果息息相关，简言之，就是导热系数越高，系统传热效果越好，反之则亦然。
此外，的粘性系数和绝热指数均小于，因此，使用对进行替代，可以减小流动阻力，降低压缩排气温度，系统总体能耗也会保持在非常低的水平。
1.循环性能比较将单级制冷循环理论作为依据，以标准空调工况为条件，比较和的性能指标，得出了如下的结果：第一，的蒸发压力为0.62；的蒸发压力为0.59；第二，的冷凝压力为 2.15；的冷凝压力为 1.89；第三，R22的压比为3.47；的压比为3.20；第四，的排气温度为1.1℃；的排气温度为84.2℃；第五，的制冷量为149.8kJ/kg；的制冷量为215.8kJ/kg。
R290新型制冷剂作为一种新型制冷剂是必然趋势
R290新型制冷剂作为一种新型制冷剂是必然趋势摘要：论述了当前使用的制冷剂以及其存在的问题，指出现行制冷剂对臭氧层的破坏作用及引起的温室效应，将严重影响环境的可持续发展。
分析了r290的性能特点，总结出r290制冷剂替代r22是必然的趋势以及确保r290的安全使用和生产应采取的措施。
关键词： r290 新型制冷剂趋势目前制冷空调行业中使用的制冷剂多为cfc（氯氟烃的统称）和hcfc（含氢氯氟烃）。
这些物质由于对臭氧层具有破坏作用并产生温室效应。
人们迫切需要研发一种可替代现有制冷剂的安全绿色环保型制冷剂。
一、当前使用的制冷剂及其存在的问题制冷剂的发展经历了三个阶段[1]：第一阶段，从1830年到1930年，主要采用nh3、co2、h2o等作为制冷剂，它们有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了约100年的时间。
第二阶段，从1930年到1990年，主要采用cfcs和hcfcs制冷剂，使用了约60年。
第三阶段，从1990年至今，进入了以hfcs（含氟烃）为主的时期。
由于行业发展的惯性，目前使用较多的制冷剂是cfcs和hcfcs。
同时也造成了一定的危害：海平面上升，全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化，沿海地区可能会遭受淹没或海水入侵，海滩和海岸遭受侵蚀，土地恶化，海水倒灌并影响沿海养殖业。
影响农业和自然生态系统，全球气温和降雨形态的迅速变化，可能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化，造成大范围的森林植被破坏和农业灾害。
加剧洪涝、干旱及其他气象灾害，全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害――过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温，造成大规模的灾害损失。
影响人类健康，气候变暖有可能加大疾病危险和死亡率，增加传染病。
高温会给人类的循环系统增加负担，热浪会引起死亡率的增加。
使皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，使传染病的发病率增加。
正因为现行的制冷剂对环境的巨大的破坏作用，促使着人们积极的寻求能够与环境的可持续发展相适应的新型替代制冷剂。
R290 空气源热泵机组的实验研究与对比
四通阀
压 缩 机
风机 气液分离器
管束式套 管换热器
进水 出水
表 3 名义制冷工况下 R290 和 R22 的理论循环性能
制冷剂
R290
R22
单位质量制冷量 kJ/kg
单位质量制热量 kJ/kg
单位理论压缩功 kJ/kg
吸气比容
m3/kg
蒸发器负荷
kW
冷凝器负荷
kW
压缩机理论功率 kW
排气温度
℃
冷凝压力
4247.10
5782.00
临界密度 / kg/m3
218.50
424.00
空气中燃烧体积浓度 / %
2.1~9.5[9]
14~31[10]
注：临界参数来源于 NIST REFPROP VERSION 7.1
CHF2Cl
86.47 0.055 1600 −40.81 96.15 4990.00 523.84 /
制冷剂
表 1 R290 与其它常见制冷剂的基本特性对比
R290
R32
R22
R134a
分子式
C3H8
CH2F2
分子量
44.09
52.02
ODP 值（R11=1）
0
0
GWP 值（100 年 R744=1） <20
680
标准沸点 / ℃
−42.09
−51.65
临界温度 / ℃
96.68
78.11
临界压力 / kPa
kPa
蒸发压力
kPa
压缩比
能效比 EER
272.50 327.44 49.50 0.0913 2984.1 VR290 3585.8 VR290 542.09 VR290 49.7 1447.0 508.1 2.848 5.50
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R290作为R22替代制冷剂在家用空调中的研究
【摘要】本文分析了R290的基本物性、环保性和安全性，指出R290存在可燃可爆性，并会引起光雾污染；通过与R22进行比较，表明在家用空调中R290是一种节能、环保、安全而且节约材料的长期替代R22的制冷剂。
【关键词】R290 物性环境影响安全性光雾反应
随着人们对生态环境的越发重视，传统制冷剂在环境保护方面的缺陷越发明显，替代制冷剂的探究已经成为制冷空调行业的一个焦点问题。
近年来常用的制冷剂为混合工质R407C和R410A。
这些制冷剂的ODP均为0，R410A的GWP 也很低，但它们都存在些问题，R410A的工作压力约为R22的1.6倍，为了适应这样的高压，需要将之前R22空调的系统及设备重新改造；R407C是混合非共沸制冷剂，GWP比较高，容易发生温度滑移，如果发生泄漏，系统的换热性能将会发生明显的改变，管内剩余的制冷剂不能循环使用，必须排出重新灌注，降低了效率。
因此，寻找在制冷特性上与之相似，但ODP=0、没有毒性、来源广泛、经济实惠的替代工质是近20年来制冷界急需解决的问题。
1 R290的物性研究
在低温段，R290的饱和蒸汽压曲线与R22基本重合，在中高温段，曲线拉开距离，这样的特点保证在不影响压缩机进气阀的同时，降低了压缩比，提高了工作效率，并且由于两种制冷剂的饱和压力线接近，在替代R22时，不需要对制冷系统做过多的改动；R290分子量比R22小得多，粘度也比R22小，使制冷系统的回路阻力损失减小，可降低能耗；R290在0℃的汽化潜热为376.33kJ/kg，比R22大一倍左右，这说明在相同制冷量下，采用R290可减少工质的循环量；R290和R22均为饱和液态的时候，R290的密度要比R22小得多，在相同的体积流量时，R290的质量流量要小，虽然制冷量减小，但这并不表明工质的效果差，因为制冷性能系数（COP）是指单位功耗所需要的制冷量，所以还要进一步考虑功耗；R22的饱和气态导热系数与饱和液态导热系数都要明显小于R290，可改善压缩机的散热条件，并且导热系数越大，蒸发器和冷凝器的传热系数就越大，这样不仅可以降低能耗还能提高系统性能；R290排气压力和排气温度均低于R22，压力比也比较低，这对减少压缩过程气体与气缸间的热交换、减少不可逆损耗、改善压缩机输气系数和提高压缩机效率有重要作用，也可抵消由于容积制冷量小带来的不利影响。
同时还可改善冷凝器的工作状况，减少传热的不可逆损失，降低能耗；R290有非常好的溶油性，不用像R22其它制冷剂那样更换润滑油，可以节省溶油方面的费用。
2 R290的环境影响
淘汰R22的决定主要是从环保性能方面进行考虑的，R22（俗称氟利昂）因在空调温区内具有优越的物理特性和热力循环性能，在制冷空调领域得到了广泛应用，但由于其会引起温室效应和臭氧层的破坏，因此按照《蒙特利尔议定书》
和《京都议定书》的规定将被停止生产和禁用。
因此，在考虑R22替代制冷剂环境影响方面重点注意以下三个方面，即制冷剂在大气中的存在时间，对臭氧层破坏值（ODP）和全球变暖系数（GWP）。
R290的ODP和GWP均为0，R22的ODP为0.055，GWP更是高达1600，并且R22能在大气中存活13年之久，而R290在大气中存活的时间不到1年，与R22相比，R290在保护臭氧层和控制温室效应方面有着巨大的优势。
3 R290的安全性分析
制冷剂的安全性主要是指制冷剂的毒性和可燃性，R290的毒性和现在常用R22制冷剂是完全相当的，都是无毒制冷剂。
在燃烧性和爆炸性方面，由于R290具有可燃性，因此，与R22相比，R290的安全性令人担心。
文献[4]指出，R290的可爆性需要2个必要条件同时发生，即与空气的混合浓度在2.5%～8.9%和810℃的起爆温度，这两种小概率事件同时发生的概率几乎是零。
因此，在系统的设计和运行中采取相应的保护措施，R290在系统中的循环仍然是安全的。
R290替代R22的另一个问题就是光雾反应值比HFCs高，很容易导致光雾污染。
光化学烟雾是碳氢化合物和氮的氧化物，在强烈阳光紫外线的照射下发生一系列光化学反应，产生许多具有很强氧化性的物质，如醛、酸、臭氧、酮、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应的一次和二次混合污染物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。
光化学烟雾形成的几本特征：
2NO（g）+O2（g）-->2NO2（g）
NO2（g）-->NO（g）+O（g）
O（g）+O2（g）-->O3（g）
继洛杉矶之后，德国、日本、澳大利亚、英国和中国等地先后发生了光雾污染的事件。
近10几年来，光雾污染已经成为了世界各大工业科技发达城市的主要大气环境问题。
4 结语
制冷剂R290综合环境性能优越，ODP值为0，GWP值为0，在大气中存货的时间短，而且热力性质优于R22，其热工性能好，价格低廉，因此R290在家用空调中具备替代R22的极大的潜能。
虽然R290具有可燃性和可爆性，但在家用空调系统中，R290的充灌量不大，在空调系统循环周期中各个环节的安全性是可以控制和解决的。
R290比HFCs更容易造成光雾污染，但作为自然界的天
然物质，并不存在严重的环保危害，即使是光雾反应，而且用作家用空调的制冷剂，对环境的影响更是微乎其微，因此R290的安全性可以解决。
总之，在家用空调中R290是一种节能、环保、安全而且节约设备材料的长期替代R22的制冷剂。
参考文献：
[1]何国庚，刘璇斐.R290在小型空调器中替代R22的优势与问题及解决措施[J].制冷与空调，2008，8（2）：58～62.
[2]王松岭，论立勇，谢英柏，范忠瑶.用R290与R152a混和制冷剂替代R22[J].天然气工业，2005，25（7）：115～118.
[3]童明伟，吴治娟，董茂林.R290的可燃爆炸性试验及在制冷机组中的试用[J].重庆大学学报，2002，25（1）：36～39.
[4]杨菁.光化学烟雾的形成机理及防治措施[J].安阳师范学院学报，2007，5.。