新型混合制冷剂R1270/R152a/R13I1的理论研究

　　R22制冷剂以其优良的热工和传输性能在空调以及其它领域得到了广泛的应用。然而，R22是典型的HCFCs类物质，破坏臭氧层且具有温室效应，《蒙特利尔协议书》和《京都协议书》分别对其进行了限制。规定：对于发达国家，R22作为制冷剂使用最多到2020年;对于发展中国家，R22作为制冷剂最多允许使用到2040年。在这种形势下，各国均开展了R22制冷剂的替代工作。

　　目前，关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案：一种是以北欧国家和韩国为代表，其主张采用天然工质作为替代物，如纯工质R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs类的混合物[1];另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物，如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A(R32/R125质量配比为50/50)、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C(R32/R125/R134a，质量配比为23/25/52)，以及R32和R152a等的混合物，这些制冷剂的ODP均为0，很好地满足臭氧层保护的要求，但是温室效应值GWP较高。此外，R407C为三元非共沸混合工质，其能量效率相对低，且蒸发过程温度滑移大，在使用时容易出现组分分离现象，制冷剂大的滑移温度将使蒸发器和冷凝器内工作压力频繁变化，制冷系统不稳定。R410A是一种二元混合制冷剂，两组分不符合热力学替代原则，且不宜直接充灌，二者作为空调长期替代制冷剂不尽如人意。在国内，西安交通大学、清华大学、天津大学和浙江大学等单位也均开展了不同HFCs和HCs混合制冷剂用于R22的替代[2-8]。因此，开展新型环保节能的高效混合工质仍任重而道远。

　　在制冷剂替代研究的进程中，以HCs和二甲醚组成或HCs组成的混合制冷剂具有较强的热工与传输性能，同时具有良好的环保性能[9]。例如ASHRAE近期公布的R432A(R1270/R152a，质量配比80/20)和R433A(R290/R1270，质量配比70/30)等。其中R432A的COP为R22的1.085倍，GWP低于5，其滑移温度也非常小[10];R433A的COP比R22高4.9%~7.6%，GWP低于5，其滑移温度也非常小[11]。但是，HCs、R152a类物质均具有一定的可燃性，安全性能方面没予以充分的考虑，而添加阻燃性制冷剂可以系统地提高安全性。R13I1是一种优秀的阻燃剂，并已被用作哈龙的替代物，其灭火浓度为5%。

　　依据替代制冷剂的基本要求和混合制冷剂的筛选原则，提出了适用空调等制冷设备的新型混合制冷剂R1270/R152a/R13I1，并对其进行了变工况性能分析，为其作为R22制冷剂替代物的研究提供技术支持。

　　1 R1270/R152a/R13I1的热物理性质

　　三氟碘甲烷是一种作为哈龙替代物而开发的新型灭火剂，其环保性能优良，不具有臭氧层破坏和温室效应作用，不燃，具有良好的油溶性、材料兼容性和热稳定性，关于其毒性的研究结果是令人鼓舞的[12]。表1列出了现有制冷剂R13I1、R1270和R152a的基础热物理性质和环保性能。从表中可以看出：R13I1具有阻燃性，且其GWP值较小;R1270的基本性质与R22很接近，混合组分比例应较大。