【摘要】本文提出了未來自動(dòng)售貨機(jī)中制冷系統(tǒng)可使用的環(huán)保冷媒方向，分析了將現(xiàn)有HFC-134a（GWP=1300）切換為HFO-1234yf（GWP =4）的可能性，并簡(jiǎn)介了針對(duì)此方向所進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)后的分析數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)售貨機(jī)；節(jié)能減排；HFC-134aHFO-1234yf

近些年，冰箱冷柜、空調(diào)、自動(dòng)售貨機(jī)等制冷設(shè)備所使用冷媒的GWP值被廣泛關(guān)注，隨著歐盟對(duì)環(huán)境政策的推進(jìn)，各加盟國根據(jù)歐盟指令對(duì)汽車空調(diào)溫室氣體排放進(jìn)行了規(guī)劃限制。在DuPont公司和Honeywell公司大量的研發(fā)工作下，GWP僅有4的新冷媒HFO-1234yf被開發(fā)出來，以汽車空調(diào)為中心，各種各樣使用HFO -1234yf冷媒的制冷空調(diào)被研發(fā)出來。

自從通用汽車公司2013年發(fā)布部分車型開始使用HFO-1234yf冷媒以來，HFO-1234yf開始逐漸用于替代HFC-134a（GWP=1300）。目前的自動(dòng)售貨機(jī)主要使用冷媒為HFC-134a，為滿足環(huán)保要求，部分自動(dòng)售貨機(jī)也使用自然冷媒CO2（GWP=1），但對(duì)于飲料自動(dòng)售貨機(jī)，HFO-1234yf以其低GWP且與HFC-134a性能相似切換簡(jiǎn)單的特點(diǎn)更加適用。

一般的飲料自動(dòng)售貨機(jī)保管飲料的倉室分為加熱室和制冷室，根據(jù)季節(jié)來變更冷熱室的分配比例，從而滿足客戶因季節(jié)的不同而對(duì)冷熱飲的需求變化，因此一般機(jī)器都是制冷和加熱同時(shí)進(jìn)行，所以在自動(dòng)售貨機(jī)中使用熱泵系統(tǒng)可以大幅減少耗電量。相對(duì)于冷柜，自動(dòng)售貨機(jī)不僅要制冷，同時(shí)還有熱泵，這就要求自動(dòng)售貨機(jī)冷熱系統(tǒng)必須有很高的效率，常溫條件下在制冷運(yùn)行時(shí)冷凝溫度處于40℃左右，而處于熱泵運(yùn)行時(shí)為了讓飲料可以達(dá)到約55℃，換熱器必須加熱到70℃以上，這么高的冷凝溫度是在其他使用場(chǎng)合所沒有的。

如圖1所示，根據(jù)REFPROP計(jì)算模擬的壓焓圖所示，在冷凝溫度70℃前后（縱軸約2MPa）的高溫范圍，隨著壓力上升，HFO-1234yf比HFC-134a潛熱的減少更加顯著，加熱能力也更為底下，制冷系統(tǒng)效率更低。因此在這種制冷和熱泵兩種運(yùn)行模式使得冷凝溫度有很大差異的運(yùn)行條件下，如何保證HFO-1234yf與HFC-134a有同等的效率就是我們迫切需要解決的課題。為了解決這個(gè)課題，需要在制冷模式和熱泵模式各種不同條件下分別測(cè)定冷熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率，在經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)后從中選擇最適合的一種匹配方式。

圖1 HFO-1234yf和HFC-134a的P-H圖

圖2是自動(dòng)售貨機(jī)用熱泵系統(tǒng)示意圖，其中實(shí)線表示冷媒流路，根據(jù)制冷和熱泵的不同需求，通過電磁閥的開閉調(diào)整冷媒通路。根據(jù)圖1所示，因?yàn)殡S著冷凝溫度的升高，HFO-1234yf比HFC-134a潛熱減少的更加顯著，為了保證熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加熱室的溫度，流經(jīng)換熱器的風(fēng)量必須進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整可通過風(fēng)扇的ON-OFF編組得以實(shí)現(xiàn)。

圖2 制冷系統(tǒng)回路圖

制冷系統(tǒng)進(jìn)行能力測(cè)試時(shí)，根據(jù)表1測(cè)試條件，將制冷系統(tǒng)裝入空箱體，將測(cè)定裝置一同裝入空箱體，讓制冷系統(tǒng)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，調(diào)節(jié)測(cè)定裝置的加熱絲啟?；蛩疁囟扰c流量，使得箱內(nèi)的溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)測(cè)定裝置加熱量或內(nèi)部流體的溫度與流量可計(jì)算出制冷或熱泵系統(tǒng)的制冷加熱能力，從而確定制冷運(yùn)行時(shí)的COP和熱泵運(yùn)行時(shí)的COPc、COPh，通過調(diào)整毛細(xì)管長(zhǎng)度和冷媒充注量，尋找在滿足制冷和加熱能力的同時(shí)COP、COPc、COPh的最適點(diǎn)。

表1 制冷系統(tǒng)測(cè)試條件

制冷系統(tǒng)調(diào)整后的制冷能力和COP對(duì)比如表2所示，制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)HFO-1234yf比HFC-134a的效率略微低些，熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)HFO-1234yf比HFC-134a的效率略高，熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率提升值比制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率下降值大，通過以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可確認(rèn)HFO-1234yf系統(tǒng)和HFC-134a系統(tǒng)可達(dá)到極相似的性能。

表2 制冷系統(tǒng)能力對(duì)比

在同等的壓力下，HFO-1234yf比HFC-134a的冷凝溫度更高，這種特性隨著溫度的升高逐漸變大，根據(jù)這種特性，在冷凝壓力更高的熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)模式下HFO-1234yf會(huì)帶來更高的效率，也就是COPh會(huì)有很大提升。

將HFO-1234yf制冷系統(tǒng)裝入飲料自動(dòng)售貨機(jī)中進(jìn)行耗電量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，在制冷模式運(yùn)行下，HFO-1234yf比HFC -134a系統(tǒng)的耗電量增加5%，在熱泵模式運(yùn)行下HFO-1234yf比HFC-134a系統(tǒng)耗電量降低6%，根據(jù)這個(gè)測(cè)定結(jié)果，按照一年185日熱泵模式運(yùn)轉(zhuǎn)180日制冷模式運(yùn)轉(zhuǎn)推算HFO-1234yf系統(tǒng)和HFC-134a系統(tǒng)耗電量幾乎相同。

HFO-1234yf的GWP值僅有4，相對(duì)于HFC-134a（GWP1300）降低了99.7%，在大幅降低GWP的同時(shí)，HFO-1234yf使用于飲料自動(dòng)售貨機(jī)時(shí)可保證與HFC-134a相同的耗電量，所有用于HFC-134a的節(jié)能技術(shù)也可直接應(yīng)用于HFO-1234yf，因此在今后的環(huán)境政策對(duì)應(yīng)時(shí)，在自動(dòng)售貨機(jī)中用HFO-1234yf冷媒取代HFC-134a冷媒是一個(gè)簡(jiǎn)單有效的措施。

參考文獻(xiàn)

[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

作者簡(jiǎn)介

王爍，從事自動(dòng)售貨機(jī)冷熱系統(tǒng)開發(fā)工作，現(xiàn)在富士冰山自動(dòng)售貨機(jī)有限公司擔(dān)任冷熱系統(tǒng)性能主管工程師。