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
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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。
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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
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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。
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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。
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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」
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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。
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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。
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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:
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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。
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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。
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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。
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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:
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蒸發溫度:+5℃(一般中溫冷凍/冰水機常見)
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冷凝溫度:45℃ → 50℃(台灣夏季室外換熱條件偏高)
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壓縮機:一般密閉式(scroll 或 hermetic)
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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:
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R513A 的蒸發焓比 R134a 略低 → 單位質量的制冷效果下降
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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:
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質量流上升 → 壓縮機輸功增加
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壓縮比稍變大 → 等熵效率微降
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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。