两种国际公认的环保制冷剂是410A和R407C。本文将分析R410A和R407C的特性，比较它们在传热性能、性能系数和蒸汽压力方面的差异，为确定最佳替代制冷剂提供技术支持。
关键词：空调；环保制冷剂；传热1 、R407C和R410A的传热性能比较
R410A传热性能好。R410A的蒸发传热系数和冷凝传热系数都比R407C高，在很多应用场合R410A的传热性能都比R22好。蒸发试验表明，R410A在光滑水平管中的传热系数比R407C高50%左右。与R22蒸发试验结果相比，R410A的传热系数比R22高10% ~ 50%。采用带微翅片的水平管，R410A的传热系数比光滑管高80% ~ 150%。板式换热器的蒸发试验也证实了R410A优越的传热性能。在相同条件下，R410A的传热系数比R22高0 ~ 15%。
冷凝试验表明，R410A在光管中的冷凝传热系数比R407C高20%。在光管外，R410A的冷凝传热比R407C高35% ~ 50%，比R22高11% ~ 17%。但R407C的传热系数比R22低24% ~ 37%。R410A的冷凝传热系数比R407C高35% ~ 55%，比R22高3% ~ 7%。相反，R407C的传热系数比R22低33% ~ 52%。R407C的传热性能差，也可以用现有设备的制冷剂置换试验结果来解释。在100千瓦螺杆水制冷机组试验中，发现R407C在管壳式冷凝器中的传热系数比R22低25% ~ 51%。
R407C的低传热系数与其非共沸性有关：一是恒压蒸发或冷凝时存在较大的相变温度梯度；其次，气相和液相之间存在明显的浓度差异。R407C蒸发或冷凝时，既要克服冷凝层热阻，又要克服相变温度梯度和汽液浓度差对传热的负面影响。相变温度梯度是指混合物的饱和蒸汽和饱和液体在一定压力下的温度差，R407C在大气压下的相变温度梯度约为7K。相变温度梯度的存在直接降低了R407C的传热性能。在恒压冷凝过程中，随着冷凝过程的推进，R407C汽液平衡所需的冷凝温度越来越低。对于定壁温冷凝，蒸汽冷凝的有效温度和压力会越来越小，传热效率会降低。同样，相变温度梯度也会降低蒸发过程的传热效率。
R407C三种组分之间的汽液浓度差异是由各组分之间的相对挥发度不同造成的。高沸点组分R134a的挥发性较低，而低沸点组分R32和R125的挥发性高于R134a。气液两相共存时，液相高沸点的R134a浓度高于气相，而气相低沸点的R125和R32浓度高于液相。
图1定性显示了R407C三种组分在冷凝过程中的浓度变化。
图1中假设管壁上有一薄层冷凝液，冷凝液与主流蒸汽之间有混合蒸汽扩散层。由于R134a沸点较高，比其他两种组分更容易冷凝，所以靠近液-汽界面的R134a蒸气浓度低于主流蒸气的浓度。因此，R134a组分从主流蒸汽向液-汽界面的扩散过程发生在扩散层蒸汽流中。相反，组分R32和R125沸点较低，挥发性强
R410A传热系数高的一个重要原因是其准共沸性。R410A是两种组分(R32和R125)的混合物，但两种组分的挥发性没有明显差异。在蒸发或冷凝过程中，R410A的气相组分浓度和液相组分浓度非常相似，相变温度梯度小于0.2K，反映在R410A的热力学工程图中，汽液两相区的等温线几乎与等压线平行，所以R410A的热力学和物理性质非常接近共沸制冷剂或纯制冷剂。R410A作为准共沸混合物，蒸发冷凝过程中的传热机理与纯制冷剂相似，不存在明显的组分扩散现象。相变温度梯度对传热效率影响不大，使得R410A的传热系数高于非共沸制冷剂R407C。R410A的传热系数比R22高的主要原因是它具有更有利于传热控制的物理参数，如更高的导热系数和更低的粘度系数。2、R410A与R407C的性能系数比较
R410A优异的传热性能有利于提高空调制冷系统的性能系数。R410A还有另外两个提高性能系数的优点：更低的流动力和更高的压缩效率。
发现R410A的流动压降小于R407C和R22，而R407C的压降接近R2。比如R410A在光管中流动时的压降比R22低30%，在板式蒸发器中流动时比R22低15% ~ 35%，在光管中冷凝时比R22低35% ~ 50%。制冷剂流动所需的压降越小，压缩机在压降上消耗的无用功越小，有利于提高性能系数。
在制冷剂压缩效率方面，R410A的压缩效率高于R22和R407C。在往复式压缩机试验台架上测得的R410A的等熵压缩效率和气体传输效率比R22高5%左右。在涡旋压缩机试验台上测得的等熵压缩效率和气体传输效率分别比R22高2% ~ 15%和3% ~ 10%。与R410A相比，R407C在往复式压缩机试验台架上测得的压缩效率与R22相近。然而，在小型空调系统上测得的容积效率和等熵效率分别比R22低3% ~ 7%和6% ~ 14%。相比之下，R410A的压缩效率比R407C高5% ~ 20%。
研究表明，在R22的两种替代制冷剂中，R410A可以获得比R407C更高的系统性能系数。压缩机试验台获得的数据表明，R410A的性能系数是R407C的10%以上。进一步证实了R410A在优化后的空调制冷系统中性能系数较高的结论。R410A的性能系数比R407C和R22分别高10%和5%。
R410A的性能系数优势在已投入运行的R22空调制冷系统的更换试验中也得到了证实。针对运行中的三种不同R22系统，在相同工况下，采用相同的蒸发器和冷凝器，通过更换制冷剂和涡旋压缩机进行了现场运行试验。结果表明，R410A的性能系数高于R22和R407C。在9.2kW家用空调的更换试验中，R410A产生的性能系数比R22高5%。27kW屋顶空调对比试验表明，R410A的性能系数比R22和R407C分别高3%和11%。35kW水制冷机组的更换试验表明，R410A的性能系数分别比I122和R407C高5%和6%。
目前越来越多的节能型R410A空调走出实验室进入市场，部分空调的性能系数超过6。
3.R410A和R407C蒸汽压的比较
图2比较了两种环保制冷剂R410A和R407C与R22的蒸汽压。
在选定的温度范围内，根据蒸汽压力的特点，应注意以下几个方面
制冷系统(2)如果R410A制冷系统的设计压力为2500kPa，则冷凝温度必须控制在40左右，应用水冷可以满足压力上限的要求。如果采用风冷设计，R410A系统的冷凝压力会超过目前空调系统的压力上限。比如考虑夏季空气的设计温度为40，R410A的冷凝温度会达到55~C左右，相应的冷凝压力会达到并超过3400 kPa。现在的R22系统承受不了这么大的压力，一定是专门设计的。
(R410A的临界温度低，仅为72.5。如果空冷时环境空气温度达到55以上，R410a的I临界温度区可能发生冷凝，冷却负荷将降低到35~C环境温度的65%左右，性能系数也将大大降低。
从图2可以看出，R407C的压力曲线与R22非常接近，特别是在10以下，R407C的饱和压力曲线与R22几乎一致。只有温度在30以上，R407C的饱和压力才略高于R22。所以R407C的蒸发压力非常接近R22，冷凝压力可能比I122高100~270 kPa，但排气温度比R22低0 ~ 10。
4.R410A和R407C的不同特点及应用前景
R410A的特性也可以从热力学工程图来分析。在40-10的蒸发温度范围内，R410A的蒸汽密度比R22高43%，蒸发潜热比R22高11%，体积制冷效果比R22高60%左右。
考虑到压缩机效率的损失，R410A在同一个封闭式压缩机中的制冷量会比R22高50%左右。如果用优化后的R410A系统代替R22系统，考虑到工质循环流量减少导致的压缩机排量、换热器、管道和控制元件尺寸的减小，R410A设备的成本可能比低功率空调用R22设备便宜。然而，对于大功率空调来说，高压蒸汽安全运行导致的设备投资和设备重量的增加可能成为一个值得考虑的问题。因为，随着制冷系统负荷的增加，R410A安全运行所需的设备投资和重量会迅速增加。
在环保制冷剂R410A和R407C的技术开发和使用中，应根据其不同的应用和不同的负荷采用不同的环保制冷剂技术：
(1)对于冷凝温度低的场合，如水冷，R410A技术可以减小设备体积，提高性能系数；
(2)对于小负荷的风冷空调系统，例如额定负荷在4kW以下时，R410A技术不仅可以获得较高的性能系数，还可以控制设备投资；
(3)对于大负荷的风冷空调，有两种发展趋势。从开发难度和节省投资的角度来看，R407C优于R410A是因为R407C系统的技术要求与R22系统非常相似。从提高性能系数和减小设备尺寸的角度来看，发展R410A技术更具吸引力。随着人们环保意识的不断增强和节能在国际社会中的比重越来越大，R410A将在大型空调系统中占有更大的份额。
(4)与R410A相比，R407C更可靠，不仅成本更低，而且简单易行。