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摘 要 本文开展了对R290工质在冰箱系统中应用的研究。R290具有零ODP值和低GWP值，可作为R134a和R404a的长期替代物。在商用制冷系统中进行了灌注式替代试验，测试了毛细管长度、充注量以及替代后系统各方面性能的差异。试验结果表明，R290具有高容积制冷量、高质量制冷量、高COP的优点，可以作为R134a和R404a的长期替代物。
关键词 R290；工质替代；性能试验
中图分类号：TB6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0084-01
随着社会发展和人民生活水平的提高，对于商业制冷这一领域的需求会越来越多，包括冷库、低温制冷机组、超市展示柜、运输用冷藏冷冻设备等。商业制冷系统中，以R134a和R404a为主要使用工质。R134a因温室效应指标较高已被列为被淘汰的行列；R404A的GWP较大，也面临着二次替代。天然工质丙烷（R290）因为热力特性优良，被认为是较有潜力的替代工质而被广泛关注。
1 R290替代R134a、R404a的可行性
通过R290与R134a、R404a基本物性比较，可以发现R290具有较好的综合性能，优势具体包括：1）环保性；2）优良的热力学特性，与R134a相比，R290具有低饱和蒸汽压、低粘度、高导热系数等热力优点；与R404a相比，R290具有饱和蒸汽压与之相当，临界压力高、无滑移温度等优点。R290的缺点是易燃易爆，但对2000L以下的冰箱系统因充注量少，且其易燃性低于冰箱普遍使用的R600a，所以技术和生产上已基本不存在问题。
2 R290冰箱性能匹配
为了探讨R290替代R134a、R404a后的系统运行特性，研究选取立式展示柜LC-391作为对象。
在试验在原有蒸发器与冷凝器的基础上，使用相应制冷量R290压缩机，调整充注量及毛细管，使系统满足相应的要求。
2.1 毛细管匹配
1）R290汽化潜热、容积制冷量均大于R134a，相同条件下R290制冷系统蒸发温度要低的多，所以毛细管应换大直径或缩短长度已提高蒸发温度。LC-391为中背压系统，蒸发温度为-10℃左右，R290系统优化后的毛细管长比R134a系统缩短50%。
2）R290沸点低，可以做为低温工质使用，低背压状态下蒸发温度可以达到-46℃以下（-50℃左右）。替代R134a需要换小直径毛细管或加长毛细管。R290沸点与R404a相近，替代R404a时毛细管可以不变，直接替换。
2.2 充注量匹配
R290单位质量制冷量约为R134a的190%，约为R404a的210%，且R290换热系数比R134a和R404a更高，因此，在两器及压缩机参数基本相同的情况下，R290的充注量要少的多。在进行LC-391的R290系统充注量测试时，以蒸发器末端润湿为准，调整的充注量。可以发现，采用灌注式替代，R290的充注量是R134a的40%左右，是R404a的38%左右。
2.3 R290替代对其它系统特性的影响
2.3.1 冷却速度
R290容积制冷量及换热系数均比较大，不但可以降低系统的蒸发温度，同时可以降低冷却速度和压缩机运转率。R290替代R134a对比冷却速度试验以LC-391为例，试验是将负载由41℃降到6.6℃，R134a系统的降温时间是21h，而R290系统的降温时间是13h。可见R290替代R134a时冷却速度提高了30%左右。冷却速度的提高，即运转率的降低在节能的同时可以大大的延长压缩机的使用寿命。
2.3.2 排气温度
R290气体质量热容比较R134a和R404a大，排气温度及排气压力就会高。如图3所示试验结果可见R290的排气温度较R134a高5%，较R404a高16%。R290替代R134a及R404a时要加强冷凝器及压缩机的散热。例如LC-391系统的替代，原R134a系统冷凝风机强化吹冷凝器为主，使用同种方式冷却R290系统，排气温度不但高，而且压缩机出现频繁保护现象，所以R290系统的风机要改为吸风方式，强化冷却压缩机，排气温度可以降低20℃左右。
2.3.3 COP
COP是评价一个制冷剂整机性能的重要参数，COP越高，相对功耗越小，长期替代优势越大，从保护环境的角度来讲，更具有重要的意义。R290压比小于R134a和R404a，R404a压比最大，所以也就决定了三种工质中R290的COP最高，其对应的压缩机最容易做到高效机型。目前中背压R290压缩机国内很少，但COP已经做到1.6以上。低背压R290压缩机COP是1.5左右，而R404a一般只做到1.2-1.3左右。
2.3.4 价格
一种制冷剂是否能广泛使用除了受其本身性能影响，制冷剂本身及其相应的零部件价格也是决定性因素。R290替换过程中价格的差异主要体现在压缩机的价差。因为R290压缩机在国内生产的还很少，仅有一两家有此技术，所以价格相对较高。目前的价格是R134a的135%左右。但随着R290工质应用的普及，压缩机无论在数量还是生产技术上都会日趋成熟，其价格也会逐步降低以适应市场需求。
3 结论
碳氢工质R290具有良好的热力学及环保特性，是R134a和R404a的良好替代工质。通过对立式展示柜LC-391系统进行灌注式替代后发现：R290系统毛细管是R134a的50%；与R404a相同，可以直接替代；R290系统工质充注量为R134a的40%，是R404a的38%；经过优化后R290系统的冷却速度较R134a提高了30%，较R404a提高了35%；R290排气温度较R134a和R404a高，需要强化冷凝器及压缩机的散热；R290的COP高，有利于节能，但目前价格偏高，限制了其大范围的推广。
参考文献
[1]曹德胜，史琳.制冷剂使用手册[M].2003.
关键词 R290；工质替代；性能试验
中图分类号：TB6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0084-01
随着社会发展和人民生活水平的提高，对于商业制冷这一领域的需求会越来越多，包括冷库、低温制冷机组、超市展示柜、运输用冷藏冷冻设备等。商业制冷系统中，以R134a和R404a为主要使用工质。R134a因温室效应指标较高已被列为被淘汰的行列；R404A的GWP较大，也面临着二次替代。天然工质丙烷（R290）因为热力特性优良，被认为是较有潜力的替代工质而被广泛关注。
1 R290替代R134a、R404a的可行性
通过R290与R134a、R404a基本物性比较，可以发现R290具有较好的综合性能，优势具体包括：1）环保性；2）优良的热力学特性，与R134a相比，R290具有低饱和蒸汽压、低粘度、高导热系数等热力优点；与R404a相比，R290具有饱和蒸汽压与之相当，临界压力高、无滑移温度等优点。R290的缺点是易燃易爆，但对2000L以下的冰箱系统因充注量少，且其易燃性低于冰箱普遍使用的R600a，所以技术和生产上已基本不存在问题。
2 R290冰箱性能匹配
为了探讨R290替代R134a、R404a后的系统运行特性，研究选取立式展示柜LC-391作为对象。
在试验在原有蒸发器与冷凝器的基础上，使用相应制冷量R290压缩机，调整充注量及毛细管，使系统满足相应的要求。
2.1 毛细管匹配
1）R290汽化潜热、容积制冷量均大于R134a，相同条件下R290制冷系统蒸发温度要低的多，所以毛细管应换大直径或缩短长度已提高蒸发温度。LC-391为中背压系统，蒸发温度为-10℃左右，R290系统优化后的毛细管长比R134a系统缩短50%。
2）R290沸点低，可以做为低温工质使用，低背压状态下蒸发温度可以达到-46℃以下（-50℃左右）。替代R134a需要换小直径毛细管或加长毛细管。R290沸点与R404a相近，替代R404a时毛细管可以不变，直接替换。
2.2 充注量匹配
R290单位质量制冷量约为R134a的190%，约为R404a的210%，且R290换热系数比R134a和R404a更高，因此，在两器及压缩机参数基本相同的情况下，R290的充注量要少的多。在进行LC-391的R290系统充注量测试时，以蒸发器末端润湿为准，调整的充注量。可以发现，采用灌注式替代，R290的充注量是R134a的40%左右，是R404a的38%左右。
2.3 R290替代对其它系统特性的影响
2.3.1 冷却速度
R290容积制冷量及换热系数均比较大，不但可以降低系统的蒸发温度，同时可以降低冷却速度和压缩机运转率。R290替代R134a对比冷却速度试验以LC-391为例，试验是将负载由41℃降到6.6℃，R134a系统的降温时间是21h，而R290系统的降温时间是13h。可见R290替代R134a时冷却速度提高了30%左右。冷却速度的提高，即运转率的降低在节能的同时可以大大的延长压缩机的使用寿命。
2.3.2 排气温度
R290气体质量热容比较R134a和R404a大，排气温度及排气压力就会高。如图3所示试验结果可见R290的排气温度较R134a高5%，较R404a高16%。R290替代R134a及R404a时要加强冷凝器及压缩机的散热。例如LC-391系统的替代，原R134a系统冷凝风机强化吹冷凝器为主，使用同种方式冷却R290系统，排气温度不但高，而且压缩机出现频繁保护现象，所以R290系统的风机要改为吸风方式，强化冷却压缩机，排气温度可以降低20℃左右。
2.3.3 COP
COP是评价一个制冷剂整机性能的重要参数，COP越高，相对功耗越小，长期替代优势越大，从保护环境的角度来讲，更具有重要的意义。R290压比小于R134a和R404a，R404a压比最大，所以也就决定了三种工质中R290的COP最高，其对应的压缩机最容易做到高效机型。目前中背压R290压缩机国内很少，但COP已经做到1.6以上。低背压R290压缩机COP是1.5左右，而R404a一般只做到1.2-1.3左右。
2.3.4 价格
一种制冷剂是否能广泛使用除了受其本身性能影响，制冷剂本身及其相应的零部件价格也是决定性因素。R290替换过程中价格的差异主要体现在压缩机的价差。因为R290压缩机在国内生产的还很少，仅有一两家有此技术，所以价格相对较高。目前的价格是R134a的135%左右。但随着R290工质应用的普及，压缩机无论在数量还是生产技术上都会日趋成熟，其价格也会逐步降低以适应市场需求。
3 结论
碳氢工质R290具有良好的热力学及环保特性，是R134a和R404a的良好替代工质。通过对立式展示柜LC-391系统进行灌注式替代后发现：R290系统毛细管是R134a的50%；与R404a相同，可以直接替代；R290系统工质充注量为R134a的40%，是R404a的38%；经过优化后R290系统的冷却速度较R134a提高了30%，较R404a提高了35%；R290排气温度较R134a和R404a高，需要强化冷凝器及压缩机的散热；R290的COP高，有利于节能，但目前价格偏高，限制了其大范围的推广。
参考文献
[1]曹德胜，史琳.制冷剂使用手册[M].2003.