流 体 机 械第47卷第7期
2019年7月 67
收稿日期： 2018-09-18 修稿日期： 2019-01-25基金项目： 国家重点研发计划（2016YFF0201504）
doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2019.07.014
R452B 在多联式空气调节机中直接替代R410A
制冷剂的试验研究与环境效应分析
吴俊峰1，赵盼盼1，张秀平1，王 瑜2，许杨峰2
（1.合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031；2.科慕化学（上海）有限公司，上海 201204）
摘 要：对比分析了充注R410A 和R452B 的多联式空气调节机在不同工况条件下的运行参数。此外，还就制冷剂替代前后的直接排放环境效应进行了分析。结果表明：在对原机组不做任何改动，采用R452B 制冷剂的机组与原R410A 机组相比运行性能基本相当，减排效应良好。对比分析R410A 和R452B 的基本物性参数，并在R410A 多联式空气调节机上开展直接充注R452B 的替代试验研究。在替
代前后保证机组名义制冷量基本相等（±2%误差）的条件下确定了R452B 制冷剂的充注量。根据GB/T 18837-2015的工况条件测试了替代前后机组的制冷、制热以及全年性能系数的变化趋势。此外，还就制冷剂替代前后的直接排放环境效应进行了分析。结果表明， 在对原机组不做任何改动，采用R452B 制冷剂替代R410A 制冷剂时，机组的充注量可以降低10%~15%，制冷、制热性能偏差保持在8%以内，机组的综合性能系数APF 偏差保持在2%以内，CO 2直接排放减排率约70%。
关键词：R452B ；R410A ；多联式空气调节机；性能；环境效应中图分类号：TH12 文献标志码：A
Experimental Study and Environmental Effect Analysis on Direct Replacement of Refrigerant R410A by Refrigerant R452B in the Multi-connected Air-conditioning (Heat Pump) Unit
Wu Junfeng 1，Zhao Panpan 1，Zhang Xiuping 1，Wang Yu 2，Xu Yangfeng 2
（1.Hefei General Machinery Rearch Institute ，Hefei 230088，China ；2.The Chemours Chemical （Shanghai ） Co.，Ltd.，
Shanghai 201204，China ）
Abstract：The operating parameters of multi-connected air conditioner charged with
R410A and R452B under different operating conditions were compared and analyzed. In addition，the environmental effect of direct emission before and after replacement of refrigerant was analyzed. The results show that the operating performance of the unit charged with refrigerant R452B was basically equivalent to that of the unit charged with refrigerant R410A under the condition of no modification to the original unit，and the emission reduction effect was good. The basic physical property parameters of R410A and R452B were compared and analyzed，and experimental study was carried out on direct replacement of refrigerant R410A by refrigerant R452B in the multi-connected air conditioning unit. Under the condition of ensuring that the nominal refrigerating capacity of the unit before and after replacement is basically equal （±2% error），the charge of refrigerant R452B was determined. The change trends of cooling capacity，heating capacity and annual performance factor （APF ） of the unit with different refrigerants were tested according to GB/T 18837-2015. In addition，the environmental effect of direct emission before and after replacement of refrigerant was analyzed. The results show that under the condition of no modification to the original unit，when the refrigerant R452B was ud instead of R410A refrigera
nt，the refrigerant charge of the unit could be reduced by 10%~15%，the deviation of cooling and heating performance was kept within 8%，and the deviation of the integrated performance coefficient APF of the unit was kept within 2%，and the reduction rate of CO 2 direct emission was about 70%.
Key words：R452B；R410A；multi-connected air-conditioning unit；performance；environmental effect
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0 引言
目前，空调热泵产品（包括多联式空气调节机，以下简称：多联机）中，使用最多的制冷剂仍是R22和R410A［1-2］，R22制冷剂是《蒙特利尔议定书》明确被逐渐淘汰的ODS物质，R410A是目前R22制冷剂的主要替代物，但其GWP值仍较高，始终属于过渡产品。因此，研发新的制冷剂成为了各企业和配套供应商目前正在进行的工作。
HFOs类低GWP制冷剂及其混合物由于其良好的环保特性，是目前国内外的研究热点。文献［3］介绍了一种用于替代R410A的产品R452B，以满足目前多联机、家用空调等对制冷剂的替代要求。R452
B是一种由HFO类混合非共沸制冷剂，与R410A相比，R452B的ODP值也为0，其GWP值相比R410A降低68%［4］。目前国内外对于R452B制冷剂的研究较少，国外有研究者［5］对R446A、R447A、R452B和R454B 4种替代R410A 的低GWP制冷剂应用于空调系统的理论循环特性进行了分析，研究表明R452B在4种替代制冷剂中具有最高的季节性能系数。但在国内外尚无针对R452B的相关系统运行试验研究。因此，本文拟分别选用某2家企业生产的1套多联机试验机型一和试验机型二，在不做任何更改的前提下，按照国标规定工况条件，通过试验方法研究R452B在多联机中的直接替代可行性，同时分析其替代前后的直接排放环境效应。
1 制冷剂的基础特性
新型HFO类混合制冷剂R452B和R410A 的物性参数见表1［4-5］。R452B为HFO类混合制冷剂，主要用于替代空调热泵领域使用的R410A制冷剂；相比R410A（其GWP值为1924，GWP值是依据IPCC 2013年最新评估的其组分R125和R32的GWP值计算获得），R452B在投入使用时可大大减少CO2排放当量。与R410A 不同，R452B被ASHARE划分为A2L弱可燃型制冷剂（无毒弱可燃），因此在应用过程中还需考虑R452B的燃烧特性。R452B与R410A在ASHRAE分类中均属于非共沸混合物，其物性参数与R410A非常接近，相关物性参数对比见表1。
表1 2种制冷剂基本物性参数
制冷剂R410A R452B
组成R32/R125
（50：50）
R32/R125/R1234yf
expression（67：7：26）ASHARE安全等级A1A2L
ODP00
GWP100-yr（AR5） 1 924676
摩尔质量/（g·mol-1）72.663.5
临界温度/℃71.3475.69
临界压力/MPa 4.901 2 5.090 0
临界密度/（kg·m-3）459.12415.41
NBP/℃-51.5-51.0
滑移温度/（K）100kPa0.1 1.2
液相密度*/（kg·m-3） 1 170.0 1 088.8
气相密度*/（kg·m-3）30.02024.707
液相c p*/（kJ·kg-1·K-1） 1.519 4 1.603 5
气相c p*/（kJ·kg-1·K-1） 1.145 5 1.159 4液相热导率
［*（mW·m-1·K-1）］103.09118.70气相热导率
［*（mW·m-1·K-1）］12.10811.887
心境平和
液相黏度*/（μPa·s）161.49152.69
carrots气相黏度-/（μPa·s）12.21511.617注：*-温度为0 ℃
从表1可以看出，R452B与R410A的物性参数基本接近，在理论上可以直接替代。
根据风冷式多联机产品的运行的工况特点，选取空调设计工况为蒸发温度2 ℃，冷凝温度50 ℃，过热度8 ℃，过冷度3 ℃，假设压缩机的等熵效率为0.8时，R410A和R452B的循环特性计算结果见表2所示。从表2可以看出，R452B的蒸发压力、冷凝压力均低于R410A，但两者的压比相当，因此R452B应用在多联机机组系统元器件的使用与R410A的通用性比较好；R452B的单位制冷量比R410A高17.84%，将R452B作为R410A的直接替代制冷剂时，机组充注量可适当减少；R452B 的制冷能效比EER均较R410A约高3.7%，排气温度约高5 ℃。
表2 空调工况下R410A和R452B的性能对比
制冷剂R452B R410A 蒸发压力/MPa0.790.85
冷凝压力/MPa 2.87 3.06
压比 3.63 3.60单位制冷量/（kJ·kg-1）181.67149.25
EER 3.33 3.21容积制冷量/（kJ·m-3） 4 538.47 4 604.63排气温度/℃90.9785.33
loli什么意思
2 试验研究
本文分别选取了A公司和B公司的一套变
69
频风冷式热泵型多联机产品开展2种制冷剂实
际运行性能对比试验，多联机产品的基本参数见
表3。多联机产品采用原有R410A原型机，首先
在原型机上开展R410A机组的不同工况条件下
的性能试验；在对机组不作任何改动的情形下，直
接充注R452B，按照名义制冷量基本相同（由于
实际测试误差，制冷量保持在±2%以内）的原则，
确定机组的R452B充注量；依据确定的R452B充
注量，开展R452B机组的不同工况条件下的性能
试验。
表3 R410A原型机的基本参数
参数A公司试验机型一B公司试验机型二
名义制冷量/kW1412
制冷剂充注量/kg 6.25 4.91
室内机数量44
机组类型变频变频
2.1 试验工况
本次试验以GB/T 18837-2015《多联式空调
（热泵）机组》规定的试验工况为依据［7］，采用全
年性能系APF对机组的性能进行评价，本次试验三元桥地铁站
选取试验工况点和数据见表4。
befullof
number的缩写 表4 多联机测试APF试验工况 ℃
试验条件室内侧入口空气温度室外侧入口空气温度干球湿球干球湿球
名义制冷27193524
中间制冷27193524
最小制冷27193524
名义制热20-76
中间制热20-76
最小制热20-76
低温制热20<152 1 2.2 试验结果与讨论
本文主要针对多联机产品制冷剂替代前后开展试验研究，了解替代前后产品的性能变化情况，以确定使用R452B制冷剂替代R410A制冷剂的可行性。试验过程的相关要求，包括机组室内外机的组合匹配、试验连接管等完全满足GB/T 18837-2015的相关规定。
2.2.1 试验机组充注量的确定
在对原型机组不作任何改动的情形下，直接充注R452B制冷剂，在一定的制冷剂充注条件下，保证机组在相同的运行频率条件下，机组替代前后的实测制冷量基本相同。在实际操作中，由于试验误差，实测的名义制冷量略有不同，误差保持在±2%以内。通过上述方法，确定的试验机组一、二的R452B充注量分别为5.25，4.46 kg。试验机组一、二使用R452B与R410A的制冷剂充注量对比如图1
所示。
图1 试验机组制冷剂充注量偏差
从图1可以看出，机组使用R452B制冷剂时，试验机型一的充注量为R410A的84%，试验机型二的充注量为R410A的91%，其充注量均较
R410A有所下降。
2.2.2 制冷试验
按照表2规定的制冷试验工况条件，测试机组在不同工制冷工况条件下的运行性能。试验机组一、二使用R452B与R410A的制冷能效比EER对比如图2
所示。
图2 不同制冷工况条件下试验机组制冷性能
系数EER偏差
从图2可以看出，对于试验机型一，在名义制冷工况和中间制冷工况条件下，R452B的性能较R410A分别下降2.1%和2.3%，在最小制冷工况条件下，R452B的性能较R410A提高2.8%；对于试验机型二，在名义制冷工况、中间制冷工况和最小制冷工况条件下，R452B的性能较R410A分别提高4.5%、1.3%和1.5%。总体来说，充注R452B 的机组EER与使用R410A时机组EER基本相当，总体偏差保持在5%以内。
2.2.3 制热试验
按照表2规定的制热试验工况条件，测试机组在不同工制热工况条件下的运行性能。试验机组一、二使用R452B与R410A的制热性能系数COP对比如图3所示。
吴俊峰，等：R452B在多联式空气调节机中直接替代R410A制冷剂的试验研究与环境效应分析
70FLUID MACHINERY Vol. 47，No.7，
2019
图3 不同制热工况条件下试验机组制热性能
系数COP 偏差
从图3可以看出，对于试验机型一，在名义制
makes me wonder热、中间制热和最小制热工况条件下，R452B 的
COP 较R410A 分别下降0.3%，
0.8%和2.5%，在低温制热工况条件下，R452B 的COP 较R410A 提高2.1%；对于试验机型二，在最小制热工况条件下，R452B 的COP 较R410A 下降4.7%，名义制热、中间制热和低温制热工况条件下，R452B 的COP 均较R410A 分别提高6.7%、1.6%和5.7%。总体来说，充注R452B 的机组COP 与使用R410A 时机组COP 基本相当，总体偏差保持在6%以内。。
2.2.4 机组APF 性能
根据GB/T 18837规定的机组全年性能系数
APF 测试工况条件，
分别测试得到了试验机型一和试验机型二充注2种制冷剂时的APF 数据，APF 对比如图4
所示。
图4 试验机组制全年性能系数APF 偏差
从图4中可以看出，对于试验机型一，R452B 机组的APF 性能较R410A 下降1.5%；对于试验机型二，R452B 机组的APF 性能较R410A 提升1.6%。总体来说，充注R452B 的机组全年性能系数APF 与使用R410A 时机组APF 基本相当，总体偏差保持在2%以内。3 环境效应
本部分内容主要对制冷剂替代前后的多联机产品的环境效应进行对比，基于环保特性分析
R452B 制冷剂应用于多联机产品的应用前景。从上面分析可以看到，R452B 制冷剂应用于R410A 多联机产品的制冷剂替代，采用在原有制冷系统直接充注drop-in 的替代路线，机组不做任何更改，且替代前后机组的性能参数基本相当。因此，制冷剂替代前后，机械制冷系统以及系统运行维护过程带来的间接排放效应基本相当，本文仅考虑制冷剂排放带来的直接排放环境效应。文献［8］提出一种CO 2减排率Y 指标来计算替代前后的CO 2减排率，计算方法如下式所示。
Y GWP G GWP G GWP G =
−R410A R410A R452B R452B
R410A R410A
式中 GWP R410A ，GWP R452B ——R 410A 、R452B 制
冷剂的GWP 值；
G R410A ，G R452B ——R 410A 、
R452B 制冷剂的充注量。
在本文研究中，由于替代前后的机组制冷量并不完全一致，因此本文采用单位制冷量的制冷剂充注量（即表5所示的充注比）来替代公式中的制冷剂充注量进行计算。表5所示为试验机组制冷剂替代后R452B 的CO 2直接排放量相较于替代前的R410A 的CO 2直接排放量的CO 2减排率对比。
表5 试验机组制冷剂替代前后CO 2减排率对比被试机制冷剂GWP
实测制冷量/kW 充注量/kg 充注比/（kg ·kW -1）CO 2减排率/（%）
试验机型一R410A 192414.161
6.250.44170.04%R452B 67613.9495.250.376试验机型二R410A 192411.9574.910.4116
7.68%
R452B 67611.803
4.46
0.378
从表5可以看出，在对机组不作任何改动的情形下，按单位冷量制冷剂充注量来看，R410A 机组的充
注比分别为0.441和0.411 kg/kW ，R452B 机组的充注比分别为0.376和0.378 kg/kW ，单位冷量冷媒充注量分别减少14.7%和8%。将R410A 制冷剂替换为R452B 制冷剂后，试验机型一和试验机型二的CO 2减排率分别为70.04%和67.68%。因此，将多联机的R410A 制冷剂替换为R452B 制冷剂后，机组的减排效应良好，具有一定的应用前景。
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4 结论
（1）在对原型机组不作任何改动的情形下，保证机组在相同的运行频率，替代前后的实测制冷量基本相同的情况下，机组使用R452B制冷剂时，其充注量均较R410A有所下降，下降约
10%~15%。
（2）机组充注2种不同制冷剂时，在不同的制冷和制热工况条件下，R452B机组的性能与使用制冷剂R410A的机组的性能基本相当，制冷、制热性能偏差保持在8%以内，机组的综合性能系数APF偏差保持在2%以内。
（3）将多联机的R410A制冷剂替换为R452B 制冷剂后，CO2直接排放减排率约70%，可以有效降低机组制冷剂直接排放带来的环境效应。
综上所述，原R410A的多联机在不做任何更改的条件下直接充注制冷剂R452B后，机组仍能稳定运行；且不同工况条件下测试机组运行性能，总体性能与替代前性能相当：替代后可以有效降低制冷剂直接排放带来的温室气体效应，可以考虑将R452B作为多联机制冷剂R410A的直接替代制冷剂。
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作者简介：吴俊峰（1980），男，高级工程师，专业从事制冷空调产品和测试评价技术研究，通信地址：230088 安徽省合肥市高新区天湖路29号合肥通用机械研究院有限公司，E-mail：。
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作者简介：郭兴国（1979），男，副教授，博士，E-mail：guoxingguo@ncu.edu。
通讯作者：刘向伟（1987），男，讲师，博士，通信地址：330031 江西省南昌市谷滩新区学府大道999号南昌大学建筑工程学院，E-mail：xiangwei.liu@ncu.edu。
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