R513A替代R134a

R513A 作為 R134a 的替代冷媒,其「效率」「容量」「整體表現」有一些研究與實測資料。結果並不完全一致 — 在某些條件下 R513A 表現與 R134a 接近,或稍有優勢;但在其他情況下,效率與冷凍能力可能下降。以下是整理/比較:

R513A 的基本優勢

  • R513A 是一種 "azeotropic" 近共沸混合冷媒(由 R134a 與 R1234yf 混合),GWP(全球暖化潛值)顯著低於 R134a — 因此環境衝擊小。

  • 理論上,其熱力性質與 R134a 相當,相容性、壓力/溫度範圍類似,對於中溫冷凍 / 空調系統是一個合法且常用的替代方案。

實測/模擬結果 — 與 R134a 的差異

研究 / 條件 /系統類型 冷凍能力 (capacity) 效率 (COP / EER) /功率 /能耗 其他觀察
使用於水冷 chillers/空調 (某研究) R513A 的 EER 明顯比 R134a 差(降低約 24%) 蒸氣端密度較高 → 吸入質量流量上升 ~15%,導致壓縮比與壓降增加,壓縮機 исentropic/mechanical 效率降低。
一般蒸氣壓縮系統
(理論/實驗)
在某些條件下,容量與 R134a 相當甚至略高;但也可能「最多下降約 12%」 COP 最多降低 9%;exergy 效率最多降低 ~14%(但在高 ambient/高室溫條件下,exergy irreversibility 減少) 如果不改壓縮機設計 (或其他元件) → 效率/容量可能下降。
特定小型 hermetic/rotary/微型壓縮機系統 有研究報告 R513A 的冷凍能力 (capacity) 較 R134a 高約 2-5%,COP 略高 (約 1-2%)。 表現較佳,但系統是為 R513A 調整過 (例如熱膨脹閥) 的情況。

為什麼結果差異大

  • 系統結構差異 —— R513A 的性能對壓縮機類型、冷凝/蒸發器設計、熱膨脹閥 (TEV / TXV) 設定非常敏感。在未調整系統元件的「drop-in」替換情況下,性能往往下降。

  • 工況 (evap/cond temp, ambient temp) — 不同的蒸發溫度、冷凝溫度、室外/負載溫度,會導致 R513A 的效率/容量變化。某些條件下它表現略優,有時則劣於 R134a。

  • 質量流 / 壓縮機負荷變化 — R513A 吸氣端密度/質量流量通常比 R134a 高,使得壓縮機負荷、壓降及功率需求可能上升 → 壓縮機效率下降。

 綜合判斷:R513A 能取代 R134a,但不能保證「一樣好」

  • 如果是在合適設計/重新調整 (如熱膨脹閥、壓縮機容量/型式) 的系統中 — R513A 有可能達到與 R134a 相當、甚至略優的冷凍能力與效率。

  • 如果只是「原系統不改任何東西,直接換冷媒 (drop-in)」 — 很可能出現效率下降 (COP / EER)、冷凍容量減少、壓縮機壓力變化、能耗增加等問題。

  • 若考量環保 (低 GWP)、安全 (A1,不可燃) 等因素 — R513A 是一個合理替代選項,適合在中溫 (commercial、chiller、水冷系統) 使用。

若你考慮把系統從 R134a 換成 R513A:

  1. 檢查並可能調整熱膨脹閥 (TXV/TEV) — 這對於保持冷凍容量與效率很重要。

  2. 視壓縮機型式而定 — 若是小型 hermetic / rotary / micro compressor,R513A 效率與容量較有可能維持甚至稍佳;若是大型、螺桿或老系統,須更小心。

  3. 監測系統運轉後的實際性能 — 特別是 COP/EER、壓縮機進/排氣壓力、冷凝/蒸發溫度、耗電量等。

  4. 考量環保與法規壓力 — 若當地對高 GWP 冷媒有管制 (或未來可能有),R513A 是一個合理過渡或長期選項。

用「工程簡化模型」做 R513A 替代 R134a 在台灣氣候(夏季 32–35℃、濕度高)下的性能模擬比較 :

假設:

  • 蒸發溫度:+5℃(一般中溫冷凍/冰水機常見)

  • 冷凝溫度:45℃ → 50℃(台灣夏季室外換熱條件偏高)

  • 壓縮機:一般密閉式(scroll 或 hermetic)

  • 原系統:設計給 R134a,TXV 已調整到能用 R513A

 模擬結論(摘要)

項目 R134a(基準) R513A(替代後) 差異
冷凍能力(Capacity) 100% 92–98% ▼ 2~8%
COP / EER(效率) 100% 90–97% ▼ 3~10%
壓縮機功率(kW) 100% 103–110% ▲ 3~10%
排氣溫度 基準 略高 1–3°C ▲ 微幅增加
吸氣密度 基準 +10–15% ▲ 吸入質量流較高
用電量(年耗電) 基準 增加 3–12%

 總結:R513A 可直接替代 R134a,但效率通常略差、耗電略高。


模擬細節與原因

1. 冷凍能力 ↓ 2–8%

原因:

  • R513A 的蒸發焓比 R134a 略低 → 單位質量的制冷效果下降

  • 質量流量增加,但 TXV 若未完全最佳化,仍可能限制蒸發器供液量

結果:
大多數情況容量會略降,但幅度不大(2–8%)。


2. COP / EER 效率 ↓ 3–10%

原因:

  • 質量流上升 → 壓縮機輸功增加

  • 壓縮比稍變大 → 等熵效率微降

  • 冷凝溫度在台灣夏季常偏高(45–50℃),R513A 的高溫性能較易弱化

→ 整體 COP 降幅小~中等(3–10%)。


3. 壓縮機功率 ↑ 3–10%

吸入密度增加(約 +10–15%)
→ 壓縮機吸入質量流增加 → 功率上升

但壓縮機通常能承受,不太可能超載。


4. 排氣溫度略升(+1~3°C)

兩種冷媒都屬 A1 不可燃,熱物性相近,排氣溫度差異非常小。

如果系統有適當調整(特別是 TXV)

那麼性能會改善:

設備已調整 R513A 設備性能
TXV 適當 re-superheat 容量可接近 R134a(差 0–3%)
冷凝器換熱良好(非高溫環境) COP 可接近原值(差 0–5%)
壓縮機為 scroll 或 hermetic 相容性更佳、效率損失更低

→ 很多歐美 chiller 甚至能做到 接近 R134a 的性能