环保替代制冷剂已大面积推广，目前应用比较广的环保制冷剂为 R32 、
环保替代制冷剂已大面积推广，目前应用比较广的环保制冷剂为 R32 、 R410A 、 R290 等。在某些场合空调器外机的安装环境相对恶劣，造成空调器室外机工作温度上升，性能恶化。同时在一些极端高温工况下能稳定可靠运行的空调器需求也日益增加。
本文我们将从制冷剂的基本特性以及热物性，应用于空调器上的可行性、常规工况下的理论循环特性、实际测试性能对比进行了详细分析，但在中高温等恶劣工况下运行的房间空调器具体的性能表现以及极高温焓差测试业内还未有深入研究。
R290 由于其安全性要求较高，造成大规模应用较难，但由于其临界温度高，临界压力小，排气温度低，将比较适用于高温环境下运行，本文将从制冷剂的高温特性以及焓差室性能测试，对比 R32 、 R410A 、 R290 三种替代工质在 55 ～ 80 度高温工况运行时的性能差异，优选出适合极高温工况运行的环保工质。
通过表 1 看出，三种制冷剂的 ODP 值均为 0 ， GWP 值 R410A>R32>R290 ， R290 变暖潜力值最小。 R290 的临界温度为 96.74 ℃，远大于 R32 和 R410A ，在工作环境为 80 ℃以上时仍可输出制冷量，而 R410A 临界温度最低，临界温度为 72.5 ℃，在 70 ℃以上工作时已基本无法冷凝成液态制冷剂，无制冷能力输出， R32 冷媒略高于 R410A 。随着工作环境温度的上升，冷凝温度越接近于制冷剂的临界温度，节流的损失越大，制冷系统循环 COP 越低。从制冷剂的基本性能上可以看出， R290 更加适合中高温区制冷系统，系统整体输出制冷量及能效更优。
表 2 为三种制冷剂在 70 ℃时的热力学物性对比，可以看出， R290 制冷剂的运动粘度比 R32 及 R410A 大，在系统中流动阻力及压力损失较小，可以降低系统功耗，但是其比热容较高，要达到相同过冷度需较大温度或增加换热器面积，在相同换热器面积下，会造成冷凝温度上升，换热效率下降。
图1：不同工质压焓示意图
图 1 为三种不同工质在同一标尺压焓示意图，可以看出，在冷凝温度同为 67 ℃时， R290 压力为 2.431MPa ， R410A 为 4.455MPa ，而 R32 达到 4.561Mpa ，高冷凝压力的同时意味着排气压力高，在吸气温度相同时，系统排气温度更高。通过压焓线可以看出，在高冷凝温度时， R290 的饱和气态焓值与饱和液态焓值差值大，相同质量流量制冷剂，可以带走更多的冷凝热，在高温工况衰减量相对 R32 及 R410A 更少。
为验证 R290 、 R410A 、 R32 三种工质在分体式房间空调器上的性能表现，选取同样规格的额定制冷量为 3.5kW 的分体式房间空调器，分别充注合适重量的三种工质，匹配合适排量的压缩机，并将制冷系统调试至最优，在 R290 可燃工质专用防爆焓差实验室进行实验测试，实验室示意图如图 2 所示。
图2：R290专用防爆焓差实验室示意图
包括压力温湿度及流量测量装置，温度传感器采用日本千野的 Pt-100 铂电阻四线，精度 A 级，湿度传感器采用芬兰维萨拉的 HMT120 ，精度为± 1.7 ％ RH 以上，微差压变送器采用 EJA120A ，测量范围 -50 ～ 450Pa 。并在室内外侧设置防爆卸压装置。
通过图 3 及图 4 可以看出，在室外 35 ℃的工况下，充注 R32 工质的空调器能力最高， R410A 与 R290 工质的空调器相近，这是因为 R32 制冷剂在中温区的汽化潜热比 R410A 高，而 R290 系统由于可燃冷媒充注量限制，未达到最佳循环流量。
图3：不同工质在室外侧各工况下相对名义制冷量百分比对比
图4：不同工质在室外侧各工况下制冷量衰减率对比
随着室外工况温度的升高，制冷量急剧下降，在 60 ℃工况时， R290 制冷剂排气温度低、压比小的优势开始凸显，温度越高，制冷量衰减率相对于 R410A 及 R32 越小。以 35 ℃时为基准， R32 冷媒在 60 ℃时制冷量衰减 73.7% ， 70 ℃时衰减达到 86.8% 。
R410A 制冷剂与 R32 制冷剂相似， 60 ℃时衰减 73.1% ， 70 ℃时衰减达 86.4% ，而 R290 制冷剂系统在 60 ℃时制冷量衰减 49.5% ， 70 ℃时衰减 65.8% 。
相比于 R32 制冷剂系统， R290 系统在 60 ℃工况时制冷量高 78.2% ， 70 ℃时高 140.1% 。由于 R32 以及 R410A 制冷剂临界温度相对于 R290 制冷剂低，所以在室外 75 ℃及 80 ℃工况时， R290 系统仍有制冷量输出，而 R32 及 R410A 在冷凝侧已达临界温度，无制冷量输出。
图5：不同工质在室外各工况下同输出制冷能力时排气温度对比
不同工质在室外各工况下运行同输出能力时排气温度对比情况如图 5 所示，可以看出在常温制冷工况下， R410A 制冷剂系统排气温度最高， R290 系统最低， 60 ℃时 R32 系统运行排气温度达 107 ℃， R290 系统系统排气温度为 96 ℃。室外 70 ℃工况下，制冷能力相当时， R32 制冷剂系统排气温度达 109 ℃，而 R290 系统此时排气温度为 99 ℃。系统排气温度关系到其运行可靠性及空调器寿命，所以在高温工况运行时， R290 制冷剂系统运行可靠性相对于 R410A 系统及 R32 系统更高。
通过对比 R32 、 R410A 、 R290 三种环保替代工质的高温热物性及焓差室能力测试结果可知，在 60 ℃以上高温工况时，相对于 R290 、 R32 及 R410A 两种制冷剂在高温工况下能力及能效衰减明显，在 70 ℃工况以后无法输出制冷量，在高温工况运行时 R290 制冷剂系统排气温度相对较低，系统运行可靠性得以保证。所以在环境恶劣工况下安装运行的房间空调器， R290 工质有着良好的能力能效表现及应用前景。
