第19卷第6期圖用卒窒词2019年6月REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING38-41制冷剂替代-本栏目投稿邮箱：--zldt@新型替代制冷剂的应用与分析张晓丹郎贤明刘忠赏（松下压缩机（大连）有限公司）摘要阐述新型替代制冷剂在各领域的应用情况，试验对比分析R1234yf,R513A和R32等新型替代制冷剂和目前广泛应用的高GWP制冷剂用于涡旋式压缩机的性能。
指出新一代制冷剂大多涉及可燃性、高压力、高排气温度、高成本等问题，目前还没有一种理想制冷剂可以广泛应用于各个领域，需要进行更进一步的研究。
关键词替代制冷剂；涡旋式压缩机;GWP；HFOsApplication and analysis on new alternative refrigerantsZhang Xiaodan Lang Xianming Liu Zhongshang(Panasonic Appliances Compressor(Dalian)Co.,Ltd.)ABSTRACT The applications of new alternative refrigerants in various fields are summarized.The performance of several kinds of new alternative refrigerants,such as R1234yf,R513A,R32and so on,are compared with the widely used refrigerants with high GWP applied to scroll compressor by test.It's pointed out that there are some problems for mostnew alternative refrigerants,such as the flammability,the higher pressure,the higher discharge temperature and the higher cost.There is no ideal refrigerant that can be widelyused in various fields,thus further research is needed.KEY WORDS alternative refrigerants；scroll compressor；GWP；HFOs1新型替代制冷剂发展背景19世纪中叶，工程热力学在流体相变的研究和发现使工程师可以利用流体的压缩和汽化过程实现人工制冷，由此开始了人工制冷剂的发展⑷O 伴随人类文明进程，制冷空调行业主要从安全性、环保性、制冷/热性能和经济性等方面评价和推动制冷剂变革。
J.M.Calm M和邹冠星等⑶认为制冷剂至今已发展到第四代，第一代和第二代制冷剂包括易制取的二氧化碳（CO?）、氨（NH3）、二氧化硫（SO2）等天然制冷剂以及CFCs和HCFCs人工合成制冷剂。
这些制冷剂大多具有毒性、可燃性、高ODP等安全或破坏臭氧层缺陷，因而被HFCs制冷剂（第三代制冷剂）取代。
由于R22使用最为广泛，HFCs制冷剂的研制主要围绕替代R22展开，具有ODP为0且安全、无毒、稳定性好等特性。
单工质HFCs热力性能低于R22,因此在第三代制冷剂发展中出现了具有高热力性能的R407C和R410A等混合制冷剂，但混合工质饱和压力较高，多数存在温度滑移，一旦系统泄漏将导致制冷剂成分发生不可逆变化，无法回收再利用。
另外, HFCs制冷剂的ODP为0,但GWP大多高于1500o 新型替代制冷剂在继承第三代制冷剂优良特性的基础上，更加注重环保性，具有低的总当量变暖影响值（TEWI）o TEW/是直接影响和间接影响的总和⑷，而制冷剂自身GWP是TEWI 的主要直接因素。
《蒙特利尔议定书》基加利修正案的颁布旨在控制高GWP的HFCs制冷剂使用与排放页，加速推动了第四代制冷剂的推广与使用。
收稿日期：2018-10-30,修回日期：2018-11-27作者简介：张晓丹，硕士，工程师，主要从事涡旋式压缩机设计及制冷剂替代方面的研究。
第6期张晓丹等:新型替代制冷剂的应用与分析•39•第四代现有制冷剂包括二氧化碳（co2）和氨（NH3）等，此外霍尼韦尔和杜邦联合研制了R1234yf不饱和氟化烯桂（HFO）制冷剂，HFOs制冷剂的研制使人工合成制冷剂的使用得以延续。
R1234yf制冷剂尽管GWP较低⑷，但热力性能比R134a要略低且具有微可燃性，除直接替代R134a用于车辆空调，在很多领域应用受限，进而衍生出一批HFOs混合制冷剂。
以HFOs为主的新型替代制冷剂在发达国家已逐渐开始被使用，我国还处于探索阶段。
如前所述,评估制冷剂的TEWI除考虑GWP还应综合考虑运行能耗等间接因素。
笔者采用涡旋式压缩机对HFOs等新型替代制冷剂进行测试，分析不同制冷剂的使用情况，并与R22,R134a和R410A等制冷剂进行对比。
2试验设备及系统原理全部试验在压缩机性能试验室进行。
试验室可进行HCFCs,HFCs和HFOs制冷剂测试，压缩机测试范围为2〜15hp（l hp=0.735kW）,包括空调、热泵、冷冻冷藏用定速和变频涡旋式压缩机。
压缩机性能测试系统原理如图1所示，与空调、热泵及中温冷冻冷藏压缩机测试系统不同，测试低温样机时在试验设备中增加喷射管路，以实现向压缩机喷射制冷剂的功能，通过膨胀阀及电磁阀进行流量及通断控制，达到调节喷射制冷剂流量、控制排气温度的目的；在进行其他样机测试时将喷射管路截止,其余测试过程不变。
冷凝器压缩机干燥过滤器视油镜1压缩机性能试验系统示意图蒸发器气液分离器图3新型替代制冷剂测试与分析3.1R1234yf,R513A与R134a对比R134a的ODP为0,安全无毒、不可燃，GWP 为1430,饱和蒸气压力较低，主要用于车辆空调, R134a具有较高的定压比热容,排气温度低于R22和R410A等制冷剂，除应用于冷水机组，更适用于高温烘干热泵。
在新一代低GWP制冷剂中, R1234yf和R513A主要用于替代R134a,三者物性参数如表1所示。
表1R1234yf,R513A和R134a的物性参数「押制冷剂R1234yf R513A R134a类型HFOs HFOs HFCs化学分子式cf3cf=ch2R1234yf/R134a（质量分数56/44）CH2FCH3标准沸点/°c-29.5-29.2-26.1临界温度厂C94.796.5101.1临界压力/MPa 3.38 3.77 4.06安全分类A2L Al Al GWP46311430 ODP000摩尔质量114108.4102.0 R1234yf的饱和蒸气压力和定压比热容与R134a相近，主要替代R134a用于车辆空调。
笔者采用电动大巴用卧式涡旋式压缩机分别测试R1234yf和R134a制冷剂，在ARI工况下R1234yf 的制冷能力低于R134a约7%,能效比降低5%左右，主要是因为R1234yf的饱和焙值低于R134a,导致系统运行时性能系数较低。
此外，R1234yf压缩机排气温度比R134a低，饱和蒸气压力略低于R134a,有利于提高压缩机及系统运行的可靠性。
如图2所示,R1234yf和R134a的饱和蒸气压力在57°C以下基本重合，但用于高温烘干热泵（70乜以上）时，两者压力差距明显,R1234yf系统能力比R134a低很多，加上R1234yf价格高，因此不推荐图2R1234yf,R513A和R134a饱和蒸气压力曲线g、*R田r懈富・40・调金常窒制第19卷在商用设备中应用。
R513A 是R1234yf 和R134a 的混合制冷剂，高温饱和蒸气压力更接近于R134a, 且属于不可燃制冷剂，价格相对较低,现阶段适用于替代R134a 应用于冷水机组、热泵等产品。
采用热泵专用涡旋式压缩机对R513A 和R134a 测试，如图3所示。
以R134a 各工况制热能 力为基线，在冷凝温度70 °C 以下,R513A 的制热能力高于R134a 0在蒸发温度10 °C/冷凝温度60 °C 工况下,R513A 的制热能力比R134a 高1%〜2%。
在蒸发温度10 °C/冷凝温度85 °C （高温烘干热泵）工况下,R513A 的制热能力比R134a 低1%〜2%。
虽然R513A 应用于高温烘干热泵时的 能力和能效比略低于R134a,但压缩机排气温度比R134a 低5〜10 °C ,这一特点有利于提高压缩机及 系统高负荷运行时的可靠性。
642<、去衩廉蟲聚=嗨寸mm冲v e g a0-2-4-10 -5 05 10 15 20 25蒸发温度/ °C图3 R513A 和R134a 热泵专用涡旋式压缩机制热能力对比3.2 R32,R452E 与 R410A 对比在替代R22应用于家用、商用空调时，R290和R32与R410A 被一并提出。
R290为3类可燃易爆制冷剂，R32为A2L 类弱可燃制冷剂。
R410A 为非可燃制冷剂，安全无毒.ODP 为零, GWP 为2 100。
微可燃甚至可燃制冷剂的使用开 始被正视，国内外相关标准对可燃性制冷剂的使用也做出了规定。
目前家用空调器低GWP 制冷剂大部分采用R32,而对于制冷剂充注量较大的中 小型商用空调，日本、欧洲等国家和地区逐步采用R32作为替代制冷剂。
R32的热力性质与R410A 相近E9], GWP 为 675,被认为可以直接充注于R410A 系统，且充注量低于R410A,是目前替代R410A 应用于部分家 用空调、小型冷水机组等产品的解决方案之一。
笔者根据GB/T 18429^2018（（全封闭涡旋式制冷剂压缩机》[诃，分别对R32和R410A 进行高温名义工况测试。
R32的制冷能力和输入功率比R410A 高5%左右，能效比相当，质量流量相当于R410A 的70%,可降低充注量，减少TEWI 直接 影响。
R32替代R410A 最大的缺点在于压缩机排气温度过高。
R32与R410A 涡旋式压缩机在各工况下的排气温度差值如图4所示，在低蒸发温度区 域，R32与R410A 排气温度相差20 °C 以上。
为满足压缩机及系统高温运行可靠性，与R410A 相比,R32压缩机在低蒸发温度区域的运行范围相应缩小。
如果采用R32替代R410A 应用于热泵领域,应考虑降低排气温度，扩大运行范围，并降低涡旋 腔润滑油温度，提高压缩机可靠性。