2015年联合国气候变化框架公约《巴黎协定》提出了新的长期的温度目标,即将全球平均温度升高控制在2℃以下,并努力将其限制在相对于工业化前水平的1.5℃,对节能减排提出了全新的迫切要求。化石燃料消耗和温室气体排放是气候变化的直接影响因素,目前冷链约占全球二氧化碳产量的1%,而冷藏系统作为冷链末端设备其耗能以及碳排放又占到了50%以上,因此提升冷藏系统性能、减少碳排放对全球节能减排具有重大意义。本文以5HP压缩冷凝机组和冷风机组成的R404A冷藏系统作为研究对象,在全年工况下分析评价了非共沸制冷剂R407A和R407F直接替代的可行性和变频冷藏系统的性能和节能水平。首先提出了制冷剂充注量优化方法,在32℃、25℃、15℃和5℃工况下,兼顾了机组性能和可靠性,确定了R404A、R407A和R407F的全年最佳充注范围。在此基础上比较了变环境温度工况下R404A、R407A和R407F定频冷藏系统的性能(能效比、制冷量)和可靠性(过冷度、过热度、冷凝温度、蒸发温度和排气温度),评价了R404A、R407A和R407F全年能效,对R407A和R407F替代可行性进行了分析。为进一步提升冷藏系统性能、减少能耗,本文设计了压缩机频率可随负载自动调节的变频冷藏系统,研究了变环境温度工况下频率变化对变频冷藏系统性能的影响。接着在变环境温度工况下分析了变频冷藏系统的性能(能效比、制冷量)和可靠性(过冷度、过热度、冷凝温度、蒸发温度),并评价了变频冷藏系统全年工况下的节能效果。试验结果表明,R404A、R407A和R407F的全年最佳制冷剂充注范围分别为5.77～6.18 kg,5.83～6.13 kg和5.52～6.80 kg。试验工况范围内,R407A和R407F机组的制冷量提升了10.7%～16.7%和15%～20.7%,R407A和R407F机组的全年能效比分别提升了7.7%和12.1%。R407F在低温工况下性能优势更明显,但替代时需要注意排气温度过高的问题。变频冷藏系统低频运行时能效更高,在低环境温度工况下运行时性能更好。变频机组的制冷量和能效比均明显高于定频机组,最高分别可达11.9%和7.7%,省电率最高达到44.48%。本文研究成果可为非共沸工质替代和相同类型制冷设备的全年性能研究提供参考。