為降低全球變暖潛能—HFO-1234ze（E）和R-515B的比較分析

全球變暖潛能（GWP），是以二氧化碳排放為基準(zhǔn)單位，某種氣體的全球變暖潛能值是指排放這種氣體的一個(gè)單位量導(dǎo)致的二氧化碳排放當(dāng)量。比如，R134a制冷劑的全球變暖潛能為1410，這意味著釋放1克R134a具有與釋放1410克二氧化碳相同的全球變暖效應(yīng)。近些年，新的制冷劑混合物R-515B（HFO-1234ze（E）與R-227ea的質(zhì)量比例分別為91.1%和8.9%）替代HFC-134a，它的GWP的值為299，但是性能系數(shù)COP、加熱能力與傳統(tǒng)制冷劑相當(dāng)。目前，這種混合制冷劑剛被研發(fā)不久，尚未全面評估、預(yù)測其在空氣和水冷式冷卻器、熱泵、高溫環(huán)境空調(diào)等應(yīng)用中替代氫氟碳化合物的潛力。本文的研究目標(biāo)是評估HFO-1234ze（E）和R-515B替代HFC-134a的可行性。

圖1是試驗(yàn)裝置流程圖，是一個(gè)帶有內(nèi)部熱交換器（IHX）的標(biāo)準(zhǔn)蒸氣壓縮循環(huán)及其潛在的熱源和應(yīng)用系統(tǒng)。這種設(shè)置是熱泵技術(shù)的參考配置，用于本文的中等高溫應(yīng)用的分析。由四個(gè)主要部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器。此外，在吸入管和液體管線之間包括一個(gè)IHX，該IHX可提高過冷度和過熱度，將熱量從冷凝器出口傳遞到壓縮機(jī)吸入管中。本文理論分析模型遵循圖2所示的方法，將制冷劑、邊界條件和假設(shè)作為輸入?yún)?shù)引入到工程方程求解器（EES）中，計(jì)算相關(guān)參數(shù)。

通過系統(tǒng)的測試和計(jì)算比較，本文結(jié)論如下：

（1）由于熱物理性質(zhì)的差異，HFO-1234ze（E）和R-515B提供的熱容量比HFC-134a低近25%。但是，HFO-1234ze（E）和R-515B之間的熱容差在2%以下。由于使用了高效的內(nèi)部換熱器，它們的排放溫度低于HFC-134a，并且它們的性能系數(shù)（COP）和HFC-134a相近。

圖1 試驗(yàn)裝置流程圖

圖2 理論數(shù)學(xué)模型計(jì)算流程

（2）在中等高溫應(yīng)用中，HFO-1234ze（E）和R-515B的制熱溫度可高達(dá)90℃，且性能系數(shù)相當(dāng)，因此可以成為傳統(tǒng)加熱技術(shù)的替代系統(tǒng)。

（3）全球變暖當(dāng)量（TEWI）評估表明，在低溫加熱應(yīng)用中，與HFC-134a相比，HFO-1234ze（E）和R-515B的二氧化碳排放當(dāng)量可分別降至18%和15%。在中等高溫應(yīng)用中，與天然氣鍋爐相比，它們的排放量可降至78%。

（4）最后，HFO-1234ze（E）和R-515B相比，它們的能源性能和環(huán)境分析領(lǐng)域略有不同。但是，R-515B作為非易燃制冷劑在安裝、安全要求方面有顯著的優(yōu)勢。

圖文來源：International Journal of Refrigeration, vol 124, pp.197-206, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.12.023

原標(biāo)題：Comparative analysis of HFO-1234ze(E) and R-515B as low GWP alternatives to HFC-134a in moderately high temperature heat pumps

原作者：Carlos Mateu-Royo, Adrián Mota-Babiloni*, Joaquín Navarro-Esbrí, ángel Barragán-Cervera