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【摘要】本文提出了未来自动售货机中制冷系统可使用的環保冷媒方向，分析了将现有HFC-134a（GWP=1300）切换为HFO-1234yf（GWP =4）的可能性，并简介了针对此方向所进行的大量实验后的分析数据。
【关键词】自动售货机；节能减排；HFC-134aHFO-1234yf
近些年，冰箱冷柜、空调、自动售货机等制冷设备所使用冷媒的GWP值被广泛关注，随着欧盟对环境政策的推进，各加盟国根据欧盟指令对汽车空调温室气体排放进行了规划限制。在DuPont公司和Honeywell公司大量的研发工作下，GWP仅有4的新冷媒HFO-1234yf被开发出来，以汽车空调为中心，各种各样使用HFO -1234yf冷媒的制冷空调被研发出来。
自从通用汽车公司2013年发布部分车型开始使用HFO-1234yf冷媒以来，HFO-1234yf开始逐渐用于替代HFC-134a（GWP=1300）。目前的自动售货机主要使用冷媒为HFC-134a，为满足环保要求，部分自动售货机也使用自然冷媒CO2（GWP=1），但对于饮料自动售货机，HFO-1234yf以其低GWP且与HFC-134a性能相似切换简单的特点更加适用。
一般的饮料自动售货机保管饮料的仓室分为加热室和制冷室，根据季节来变更冷热室的分配比例，从而满足客户因季节的不同而对冷热饮的需求变化，因此一般机器都是制冷和加热同时进行，所以在自动售货机中使用热泵系统可以大幅减少耗电量。相对于冷柜，自动售货机不仅要制冷，同时还有热泵，这就要求自动售货机冷热系统必须有很高的效率，常温条件下在制冷运行时冷凝温度处于40℃左右，而处于热泵运行时为了让饮料可以达到约55℃，换热器必须加热到70℃以上，这么高的冷凝温度是在其他使用场合所没有的。
如图1所示，根据REFPROP计算模拟的压焓图所示，在冷凝温度70℃前后（纵轴约2MPa）的高温范围，随着压力上升，HFO-1234yf比HFC-134a潜热的减少更加显著，加热能力也更为底下，制冷系统效率更低。因此在这种制冷和热泵两种运行模式使得冷凝温度有很大差异的运行条件下，如何保证HFO-1234yf与HFC-134a有同等的效率就是我们迫切需要解决的课题。为了解决这个课题，需要在制冷模式和热泵模式各种不同条件下分别测定冷热系统的运行效率，在经过大量的实验后从中选择最适合的一种匹配方式。
图1 HFO-1234yf和HFC-134a的P-H图
图2是自动售货机用热泵系统示意图，其中实线表示冷媒流路，根据制冷和热泵的不同需求，通过电磁阀的开闭调整冷媒通路。根据图1所示，因为随着冷凝温度的升高，HFO-1234yf比HFC-134a潜热减少的更加显著，为了保证热泵运转时加热室的温度，流经换热器的风量必须进行调整，这种调整可通过风扇的ON-OFF编组得以实现。
图2 制冷系统回路图
制冷系统进行能力测试时，根据表1测试条件，将制冷系统装入空箱体，将测定装置一同装入空箱体，让制冷系统一直处于运转状态，调节测定装置的加热丝启停或水温度与流量，使得箱内的温度处于稳定状态，根据测定装置加热量或内部流体的温度与流量可计算出制冷或热泵系统的制冷加热能力，从而确定制冷运行时的COP和热泵运行时的COPc、COPh，通过调整毛细管长度和冷媒充注量，寻找在满足制冷和加热能力的同时COP、COPc、COPh的最适点。
表1 制冷系统测试条件
制冷系统调整后的制冷能力和COP对比如表2所示，制冷运转时HFO-1234yf比HFC-134a的效率略微低些，热泵运转时HFO-1234yf比HFC-134a的效率略高，热泵运转时的效率提升值比制冷运转时的效率下降值大，通过以上的实验结果可确认HFO-1234yf系统和HFC-134a系统可达到极相似的性能。
表2 制冷系统能力对比
在同等的压力下，HFO-1234yf比HFC-134a的冷凝温度更高，这种特性随着温度的升高逐渐变大，根据这种特性，在冷凝压力更高的热泵运转模式下HFO-1234yf会带来更高的效率，也就是COPh会有很大提升。
将HFO-1234yf制冷系统装入饮料自动售货机中进行耗电量测试，测试结果表明，在制冷模式运行下，HFO-1234yf比HFC -134a系统的耗电量增加5%，在热泵模式运行下HFO-1234yf比HFC-134a系统耗电量降低6%，根据这个测定结果，按照一年185日热泵模式运转180日制冷模式运转推算HFO-1234yf系统和HFC-134a系统耗电量几乎相同。
HFO-1234yf的GWP值仅有4，相对于HFC-134a（GWP1300）降低了99.7%，在大幅降低GWP的同时，HFO-1234yf使用于饮料自动售货机时可保证与HFC-134a相同的耗电量，所有用于HFC-134a的节能技术也可直接应用于HFO-1234yf，因此在今后的环境政策对应时，在自动售货机中用HFO-1234yf冷媒取代HFC-134a冷媒是一个简单有效的措施。
参考文献
[1]Barbara MINOR，et al.，"HFO-1234yf Performance in a Beverage Cooler"，International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue，2010-7-12/15，Purdue University.p.2422-2428
作者简介
王烁，从事自动售货机冷热系统开发工作，现在富士冰山自动售货机有限公司担任冷热系统性能主管工程师。
【关键词】自动售货机；节能减排；HFC-134aHFO-1234yf
近些年，冰箱冷柜、空调、自动售货机等制冷设备所使用冷媒的GWP值被广泛关注，随着欧盟对环境政策的推进，各加盟国根据欧盟指令对汽车空调温室气体排放进行了规划限制。在DuPont公司和Honeywell公司大量的研发工作下，GWP仅有4的新冷媒HFO-1234yf被开发出来，以汽车空调为中心，各种各样使用HFO -1234yf冷媒的制冷空调被研发出来。
自从通用汽车公司2013年发布部分车型开始使用HFO-1234yf冷媒以来，HFO-1234yf开始逐渐用于替代HFC-134a（GWP=1300）。目前的自动售货机主要使用冷媒为HFC-134a，为满足环保要求，部分自动售货机也使用自然冷媒CO2（GWP=1），但对于饮料自动售货机，HFO-1234yf以其低GWP且与HFC-134a性能相似切换简单的特点更加适用。
一般的饮料自动售货机保管饮料的仓室分为加热室和制冷室，根据季节来变更冷热室的分配比例，从而满足客户因季节的不同而对冷热饮的需求变化，因此一般机器都是制冷和加热同时进行，所以在自动售货机中使用热泵系统可以大幅减少耗电量。相对于冷柜，自动售货机不仅要制冷，同时还有热泵，这就要求自动售货机冷热系统必须有很高的效率，常温条件下在制冷运行时冷凝温度处于40℃左右，而处于热泵运行时为了让饮料可以达到约55℃，换热器必须加热到70℃以上，这么高的冷凝温度是在其他使用场合所没有的。
如图1所示，根据REFPROP计算模拟的压焓图所示，在冷凝温度70℃前后（纵轴约2MPa）的高温范围，随着压力上升，HFO-1234yf比HFC-134a潜热的减少更加显著，加热能力也更为底下，制冷系统效率更低。因此在这种制冷和热泵两种运行模式使得冷凝温度有很大差异的运行条件下，如何保证HFO-1234yf与HFC-134a有同等的效率就是我们迫切需要解决的课题。为了解决这个课题，需要在制冷模式和热泵模式各种不同条件下分别测定冷热系统的运行效率，在经过大量的实验后从中选择最适合的一种匹配方式。
图1 HFO-1234yf和HFC-134a的P-H图
图2是自动售货机用热泵系统示意图，其中实线表示冷媒流路，根据制冷和热泵的不同需求，通过电磁阀的开闭调整冷媒通路。根据图1所示，因为随着冷凝温度的升高，HFO-1234yf比HFC-134a潜热减少的更加显著，为了保证热泵运转时加热室的温度，流经换热器的风量必须进行调整，这种调整可通过风扇的ON-OFF编组得以实现。
图2 制冷系统回路图
制冷系统进行能力测试时，根据表1测试条件，将制冷系统装入空箱体，将测定装置一同装入空箱体，让制冷系统一直处于运转状态，调节测定装置的加热丝启停或水温度与流量，使得箱内的温度处于稳定状态，根据测定装置加热量或内部流体的温度与流量可计算出制冷或热泵系统的制冷加热能力，从而确定制冷运行时的COP和热泵运行时的COPc、COPh，通过调整毛细管长度和冷媒充注量，寻找在满足制冷和加热能力的同时COP、COPc、COPh的最适点。
表1 制冷系统测试条件
制冷系统调整后的制冷能力和COP对比如表2所示，制冷运转时HFO-1234yf比HFC-134a的效率略微低些，热泵运转时HFO-1234yf比HFC-134a的效率略高，热泵运转时的效率提升值比制冷运转时的效率下降值大，通过以上的实验结果可确认HFO-1234yf系统和HFC-134a系统可达到极相似的性能。
表2 制冷系统能力对比
在同等的压力下，HFO-1234yf比HFC-134a的冷凝温度更高，这种特性随着温度的升高逐渐变大，根据这种特性，在冷凝压力更高的热泵运转模式下HFO-1234yf会带来更高的效率，也就是COPh会有很大提升。
将HFO-1234yf制冷系统装入饮料自动售货机中进行耗电量测试，测试结果表明，在制冷模式运行下，HFO-1234yf比HFC -134a系统的耗电量增加5%，在热泵模式运行下HFO-1234yf比HFC-134a系统耗电量降低6%，根据这个测定结果，按照一年185日热泵模式运转180日制冷模式运转推算HFO-1234yf系统和HFC-134a系统耗电量几乎相同。
HFO-1234yf的GWP值仅有4，相对于HFC-134a（GWP1300）降低了99.7%，在大幅降低GWP的同时，HFO-1234yf使用于饮料自动售货机时可保证与HFC-134a相同的耗电量，所有用于HFC-134a的节能技术也可直接应用于HFO-1234yf，因此在今后的环境政策对应时，在自动售货机中用HFO-1234yf冷媒取代HFC-134a冷媒是一个简单有效的措施。
参考文献
[1]Barbara MINOR，et al.，"HFO-1234yf Performance in a Beverage Cooler"，International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue，2010-7-12/15，Purdue University.p.2422-2428
作者简介
王烁，从事自动售货机冷热系统开发工作，现在富士冰山自动售货机有限公司担任冷热系统性能主管工程师。