制冷剂更新换代：R134a、碳氢化合物和R404A的优劣分析

制冷剂更新换代：R134a、碳氢化合物和R404A的优劣分析

随着环保要求的不断提高，传统制冷剂如R12和R22因对臭氧层的破坏而面临淘汰。本文将探讨几种主要的替代制冷剂，包括R134a、碳氢化合物和R404A，分析它们的优缺点和实际应用情况。

R134a：R12的首选替代物

R12（二氯二氟甲烷）曾广泛应用于商用制冷装置，但由于其对臭氧层的破坏，成为首批需要替代的制冷剂之一。在众多新制冷剂中，R134a（1,1,1,2-四氟乙烷）因其对臭氧层无影响且开发超过20年，成为R12的主要替代品。R134a的温度-压力特性与R12相似，改进了全球变暖潜能值（GWP），安全等级为Al，已成功应用于家用电冰箱、空调器、汽车空调系统及商用制冷装置。

然而，R134a在相同冷凝温度和蒸发温度下存在压比增高、能效比及制冷量下降的问题，导致冷却速度变慢。此外，R134a与R12使用的矿物油不相容，需要更换聚二醇或聚酯油作为润滑油，这些油吸湿性较强，加之R134a吸水性大于R12，对系统干燥度要求更高，增加了成本转换费用。虽然R134a的臭氧消耗潜能值（ODP）为零，但仍有GWP值，因此只能作为一种过渡性替代物。

碳氢化合物：理想的天然制冷剂

碳氢化合物（如丙烷、异丁烷等）是一种天然制冷剂，其ODP值和GWP值均为零，具有良好的热力学性能。若用其替代R12，系统所用材料及润滑油均不需更换，大大减少了成本转换费用，且效率较高。目前在德国，90%的冷藏箱和冻结箱采用碳氢化合物作为制冷剂，全欧洲新生产的家用冷藏箱和冻结箱中也有25%采用碳氢化合物作为制冷剂。

但是，碳氢化合物具有可燃性等不利因素，使其应用受到一定限制。

R404A：长期替代R502的混合制冷剂

R404A是一种对大气臭氧层无破坏的，可长期替代R502的混合制冷剂。R404A是HFC125、HFC143a和HFC134a按44:52:4的重量比组成的近共沸混合物，它在低温下（-40℃~-10℃）具有与R502相近的制冷性能，适用于商用低温制冷装置。在同工况下压缩机的压力比增大，容积效率下降。但压缩机的等熵压缩排气温度有所下降，这将有利于改善压缩机工作的可靠性。

比如对应用于法国泰康商用风冷冷凝机组在低溢下对其性能进行测试表明：在较高环境温度和较低蒸发温度时，R404A的制冷量和COP值均低于R502，而在较低环境温度和较高蒸发温度时，R404A的性能略优于R502。当环境温度为32℃时，两者性能十分接近，其制冷量和COP之差均小于3%。随着环境温度的进一步下降，这种趋势会更加明显。

此外，R404A的制冷系统采用过冷循环可以比R502取得更好的效果，因此建议有条件的场合，如水冷冷凝机组中，在制冷系统中加装过冷器，在风冷冷凝机组中可加装气液交换器（回热器），这样可以改善R404A机组的经济性。