自 2017 年法院裁定美国环境保护署 (EPA) 无权逐步淘汰 HFC以来，HVACR 行业一直在争论如何在舒适制冷设备中更换 R-410A.在那项裁决之后，EPA 承诺发布关于 HFC 的逐步淘汰指南，但当这没有立即发生时，许多州开始实施自己的 HFC 逐步淘汰计划。加利福尼亚州一直是这项运动的领导者，提议从 2023 年 1 月 1 日起将所有新的固定式空调系统(住宅和商业)的 GWP 限制为 750。科罗拉多州和纽约州等其他州正在寻求采用重要的新替代品政策(SNAP) 计划规则 20 和 21 用于各种最终用途，包括新的离心式和容积式冷却器，但目前不追求单一设备。
为了赶上这个期限，原始设备制造商开始探索 R-410A 的低 GWP 替代品，R-32 和 R-454B 是一些选择使用的制冷剂中的两种。(R-454B 将在后续文章中介绍。)然而，两者都是 A2L 制冷剂，这意味着它们具有轻度易燃性，并且型号代码不允许它们用于许多类型的冷却设备。原始设备制造商希望对代码的更改将使其能够及时使用以满足加利福尼亚州的最后期限，这并不遥远。
R-32 的操作特性
Arkema 全球市场经理 Scot Swan 表示，R-32 是 R-410A 的一种有吸引力的替代品，因为它在成本、性能和低环境影响之间实现了极好的平衡。此外，它已经在亚洲和欧洲广泛使用，因此它也有可能成为美国替代 R-410A 的热门选择。
“今天，R-32 已在美国获得批准，可用于一些应用，例如便携式空调、PTAC 和窗式空调，”他说。“在全球范围内，它已被更多应用采用，并正在成为暖通空调中最流行的制冷剂。它已在系统中广泛采用，并在许多其他国家安全有效地运行了好几年。”事实上，大金估计，在整个行业中，使用 R-32 的全球销量已超过 1 亿台。
阿科玛产品支持经理 John Maiorana 表示，与 R-410A 相比，R-32 具有多项优势，包括更高的容量和更低的质量流量。它也是一种单组分流体，这意味着混合气体如 R-410A 或 R-454B(R-410A 的另一种潜在替代品)不存在滑移或分馏问题。此外，单组分制冷剂具有一种压力/温度关系，这让技术人员更容易熟悉其特性，他补充道。
“根据设备设计师的不同，使用 R-32 可以实现高达 10% 的容量增益和 8% 以上的效率增益，而与 R-410A 或 R-454B 相比，制冷剂充注量减少了，”他说说。“这意味着可以使用较小的热交换器来传输等效的 Btu。此外，还引入了新的 R-32 压缩机设计，它们与 R-410A 压缩机的设计和占地面积非常匹配，但提供了更高的容量并消除了过去对高排放压力而无需注入液体的任何担忧。”
大金是一家宣布打算在其管道和无管道轻型住宅、轻型商业和应用产品中用 R-32 取代 R-410A 的原始设备制造商，其北美公司包括 Goodman Mfg. Co.、Daikin North America LLC 和Daikin Applied Americas Inc. 大金应用美洲公司总经理/低 GWP 项目负责人 Philip Johnston 解释说，这样做的原因是没有其他制冷剂的整体性能优势超过 R-32，因此，没有其他制冷剂带来相同的客户和经济效益。
“让我们从实际角度考虑这个问题：客户购买设备容量来冷却和加热他们的空间，并选择他们是否想要最低或更高的效率水平，”他说。“在提供额定容量的给定单元中，我们可以使用 R-32 使压缩机电机运行得更慢，这意味着更低的功耗。而对于 R-454B，电机必须运行得更快才能达到额定容量，这会转化为额外的功耗，从而对效率产生负面影响。”
在某些应用变速系统中测试 R-32 和 R-454B 时，大金记录了 R-32 高达 11% 的效率优势。Johnston 说，R-454B 可以通过使用更高效的电机和更大的热交换器来弥补其效率损失，但这些技术更新可能会给用户带来成本。
R-32 的另一个好处是其操作特性类似于 R-410A。以冷凝系统压力为例;Johnston 说，如果冷凝温度为 115°F，则 R-32 的压力为 416 psia，而 R-410A 的压力为 407 psia，导致压差仅为 9 psi。他说，虽然 R-32 的排气温度在插入测试中可能会更高，但 OEM 只需重新选择膨胀装置即可满足压缩机制造商设定的限制，以确保设备可靠。
“对于必须平衡前期成本和生命周期运营成本的业主和运营商来说，R-32 是一个赢家，具有环境效益的红利，”他说。“由于 R-32 是一种单组分制冷剂，其成分和质量在回收过程中不会发生变化，并且可以轻松回收和再循环。R-32 还可能比共沸混合物更容易重复使用，共沸混合物可能需要额外的步骤来确保成分和质量。”
充电和 R-32
销售副总裁 Shane Angle 表示，当设备和组件针对流体使用进行优化时，R-32 能够以类似和/或更高的效率水平提供更多容量，但它的 GWP 确实比 R-454B 更高艾默生空调的技术服务。
“R-32 (675) 的 GWP 高于 R-454B (466)，但仍远低于 R-410A (2088)，”他说。“此外，R-32 和 R-454B 已在世界其他地区的许多应用中成功使用，并且这两种制冷剂均已根据艾默生标准进行了进一步评估，可用于未来各种全球应用的压缩机解决方案。”
事实上，对于针对 R-32 优化的新系统，电荷水平可能比 R-410A 低 40%，约翰斯顿说。在某些未更改管道和热交换器的应用整体设备的插入测试中，费用减少了大约 20%。
“不仅每磅的实际 GWP 约为 R-410A 的三分之一，而且更少的制冷剂意味着在产品生命周期内泄漏更少，因此，实际上，R-32 的直接 GWP 收益约为是 R-410A 的四分之一，”他说。
至于用 R-32 为系统充注，Johnston 指出，作为一种单组分制冷剂，系统可以在气相或液相中加满，而不必担心成分变化。他指出，R-454B 的滑移率为 2.7°F/1.5K，因此不建议重新填充 R-454B，因为可能会发生成分变化。此外，在填充R-454B时，必须将钢瓶倒置以进行液相填充。
需要注意的是，作为一种轻度易燃的制冷剂，R-32(或 R-454B)不能改装到现有的 R-410A 或 R-22 系统中。Angle 说，冷却设备必须专门设计用于轻度易燃制冷剂，因为它需要具有在使用不可燃 (A1) 制冷剂的系统中不适用的保护和缓解功能。
工具和培训
为了安全使用 R-32 等 A2L 制冷剂，技术人员需要一些新工具和测试仪器以及培训。
“气体/泄漏探测器和回收机是技术人员需要购买的主要工具更换器，”Maiorana 说。“回收钢瓶也需要适当的标签，技术人员需要接受 OEM 专门针对他们正在使用的系统进行培训。除了易燃性之外，维修 R-32 系统与维修现有的 R-410A 系统没有区别。”
约翰斯顿强调，对于技术人员来说，确保他们使用的回收机被批准用于 A2L 制冷剂也非常重要。
Angle 说，培训可能是即将过渡到轻度易燃制冷剂的最重要考虑因素，承包商及其技术人员应接受有关 A2L 流体的安全处理、运输、储存、安装和回收的教育。他们还应该了解与使用轻度易燃 A2L 制冷剂相关的州和地方建筑规范的状态。
“AHRI 成立了一个安全制冷剂过渡工作组，以评估和解决整个供应链在安全制冷剂过渡到低 GWP 制冷剂的过程中的差距，”他说。“他们的一个重点是 A2L 制冷剂的安全处理、运输和储存，他们在这方面的评估计划在未来几个月内完成。”
除了 AHRI，大金等制造商计划提供自己的培训计划，涵盖 A2L 制冷剂的安全处理和安装，而阿科玛正与 ACCA 合作开展同样的工作。约翰斯顿指出，ASHRAE、北美卓越技术员 (NATE) 和其他机构也在为承包商和技术人员制定新的培训和测试计划，以学习如何安全处理 A2L 制冷剂。
准备安装
剩下的唯一问题是，含有 R-32 的设备什么时候上市?基本上，这一切都归结为采用允许在舒适冷却设备中使用 R-32 的规范和标准。
最近出现了一些变化，因为美国环保署最近刚刚发布了新的 SNAP 规则 23，该规则认为 R-32 可以用于许多类型的新型住宅和轻型商用冷却设备。具体来说，规则制定是“建议根据使用条件，为通常大于房间大小的独立空调(例如，屋顶机组、水源热泵和地源热泵)找到可接受的 R-32泵)和分体式系统，它们是住宅和轻型商用空调和热泵最终用途的一部分。”
至于安全标准，ASHRAE 15-2019 和 UL 60335-2-40(第三版)已经认可 A2L 制冷剂用于人类舒适应用，但统一和国际规范没有。鉴于 2021 年代码周期已经结束，而 2024 年的新代码开发周期正在进行中，一些州正在寻求修改其法律以允许使用 A2L 制冷剂。例如，华盛顿州已经这样做了，加利福尼亚也希望这样做。
“州、城市或市政当局等司法管辖区需要采用参考 ASHRAE 和 UL 标准的最新模型建筑规范，”约翰斯顿说。“我们需要根据这些标准开发产品并培训我们的销售团队和客户。我怀疑某些产品会在加州 2023 年 1 月的最后期限前推出。”
而这些新产品将使用R-32，大金认为这是R-410A的最佳替代品。
“纯净的单组分 R-32、单个碳分子、一种广泛使用的商品制冷剂，是替代 R-410A 的最平衡和理想的制冷剂解决方案，因为它的性能优于 R-410A，”约翰斯顿说。“R-32 为我们的承包商客户和最终用户提供了最佳条件，因为它具有令人难以置信的热力学特性，可以提高能源效率并缩小设备尺寸——这对每个最终用户来说都是真正的价值，无论是低收入部门还是环保部门意识。”
