R290替代R134a新能源汽车压缩机仿真分析和实验研究

陈建红; 陶乐仁; 黄理浩; 王笑菲; 李兴江; 陈浩南

doi:10.12465/issn.0253-4339.20241024002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

R290替代R134a新能源汽车压缩机仿真分析和实验研究

更新时间：2026-03-30

- R290替代R134a新能源汽车压缩机仿真分析和实验研究
- Simulation Analysis and Experimental Study on Substituting R134a with R290 in Electric Vehicle Compressors
- 制冷学报 2026年47卷第2期页码：43-50
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学制冷及低温工程研究所上海 200093
  2. 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海 200093
  3. 浙江中广电器集团股份有限公司丽水 323010
  4. 上海理工大学环境与建筑学院上海 200093
- 作者简介：
  
  黄理浩，男，副教授，上海理工大学制冷及低温工程研究所，15021119832，E-mail：lihao_huang@usst.edu.cn。研究方向：电动汽车热管理、窄通道换热，余热回收。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52006147)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20241024002
  中图分类号： TB652;U469.72
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20241024002
- 收稿：2024-10-24，
  
  修回：2024-11-18，
  
  录用：2024-12-11，
  
  纸质出版：2026-04-16
- 稿件说明：
移动端阅览
陈建红,陶乐仁,黄理浩等.R290替代R134a新能源汽车压缩机仿真分析和实验研究[J].制冷学报,2026,47(02):43-50.

Chen Jianhong,Tao Leren,Huang Lihao,et al.Simulation Analysis and Experimental Study on Substituting R134a with R290 in Electric Vehicle Compressors[J].Journal of Refrigeration,2026,47(02):43-50.
陈建红,陶乐仁,黄理浩等.R290替代R134a新能源汽车压缩机仿真分析和实验研究[J].制冷学报,2026,47(02):43-50. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20241024002. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20241024002.

Chen Jianhong,Tao Leren,Huang Lihao,et al.Simulation Analysis and Experimental Study on Substituting R134a with R290 in Electric Vehicle Compressors[J].Journal of Refrigeration,2026,47(02):43-50. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20241024002. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20241024002.

摘要

由于新能源汽车的驱动方式与传统汽车不同，新能源汽车的电力来源方式可以多样化。由于制冷剂R290的全球变暖潜值（GWP）和臭氧损耗潜值（ODP）比R134a低，R290已成为新能源汽车空调发展的重要选择之一。通过搭建一套新能源汽车空调压缩机性能测试系统，针对不同的蒸发温度、冷凝温度、压缩机转速等，研究了不同工况下2种制冷剂R134a和R290的压缩机性能，并分析了2种制冷剂的仿真预测值和实验值的变化。结果表明：冷凝温度对R290和R134a压缩机的功率影响较大，冷凝温度上升1 ℃，压缩机功率约增加3%；蒸发温度对R290和R134a压缩机的功率影响较小，蒸发温度上升1 ℃，压缩机功率降低约0.3%。仿真模型对R134a及R290的压缩机功率预测误差分别为5%和10%。在相同的温差条件下，R290比R134a的压缩机性能有显著提高，等熵效率高10%~15%，容积效率高6%~9%。在相同的压比工况下，R290与R134a的压缩机性能相近。在变速压缩机的测试过程中，R290和R134a的压缩机性能随着转速的变化趋势基本一致。但半经验的仿真模型对变速压缩机的适用性还需要进一步优化，特别是在高转速时还需要考虑其他因素的影响。

Abstract

Because the driving method of electric vehicles differs from that of conventional ones， the power sources of electric vehicles can be diversified. The Global Warming Potential （GWP） and ozone depletion potential （ODP） values of the refrigerant R290 are lower than those of R134a. Consequently， R290 has become an important option for electric vehicle air-conditioners. In this study， an electric vehicle air-conditioning compressor test system was set up to study the compressor performance of two refrigerants （R134a and R290） under variable evaporating temperatures， condensing temperatures， and compressor speeds. The simulated and experimental values for the two refrigerants were also analyzed. The results reveal that the condensing temperature significantly affected the compressor powers of R134a and R290. As the condensing temperature increased by 1 ℃， the compressor power increased by ~3%. The evaporating temperature had a smaller effect on the compressor powers of R134a and R290： as the evaporating temperature increased by 1 ℃， the compressor power decreased by ~0.3%. The prediction errors of compressor power for R134a and R290 were approximately 5% and 10%， respectively. For the same temperature difference， the compressor performance of R290 was significantly better than that of R134a. Furthermore， the isentropic and volumetric efficiencies of R290 were 10%-15% and 6%-9% higher， respectively. At the same pressure ratio， the compressor performance of R290 was similar to that of R134a. In addition， the compressor performances of R290 and R134a were essentially the same at different compressor speeds. However， further optimization is necessary for the applicability of semi-empirical simulation models in variable-speed compressors， particularly at high compressor speeds.

关键词

Keywords

references

中国家用电器协会综合业务部 . 中国加入《蒙特利尔议定书》30周年中国家用制冷行业以碳氢制冷剂推进臭氧层保护与温室气体减排［J］. 电器， 2021 （ 6 ）： 48 - 49 .

Comprehensive Business Department of China Household Electrical Appliances Association . On the 30th anniversary of China's accession to the Montreal Protocol， the Chinese household refrigeration industry promotes ozone layer protection and greenhouse gas emissions reduction through hydrocarbon refrigerants ［J］. China Appliance ， 2021 （ 6 ）： 48 - 49 .

肖学智，周晓芳，徐浩阳，等 . 低GWP制冷剂研究现状综述［J］. 制冷技术， 2014 ， 34 （ 6 ）： 37 - 42 .

XIAO Xuezhi ， ZHOU Xiaofang ， XU Haoyang ， et al . An overview on the research progress of low GWP alternatives to HCFCs ［J］. Chinese Journal of Refrigeration Technology ， 2014 ， 34 （ 6 ）： 37 - 42 .

中国制冷空调工业协会，北京智信道科技股份有限公司 . 2019年中国制冷空调产业发展白皮书［M］. 北京：中国制冷空调工业协会， 2020 .

China Refrigeration and Air Conditioning Industry Association， Beijing Zhidao Technology Co.， Ltd . 2019 White paper on the development of China's refrigeration and air conditioning industry ［M］. Beijing ： China Refrigeration and Air Conditioning Industry Association ， 2020 .

中国制冷空调工业协会 . 制冷空调行业“十四五”规划［J］. 制冷与空调（北京）， 2021 ， 21 （ 4 ）： 1 - 15 .

China Refrigeration and Air Conditioning Industry Association . 14th Five-Year Plan for the refrigeration and air conditioning industry ［J］. Refrigeration and Air-conditioning ， 2021 ， 21 （ 4 ）： 1 - 15 .

REASOR P ， AUTE V ， RADERMACHER R . Refrigerant R1234yf performance comparison investigation ［C］// 13th International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue University . West Lafayette， Indiana， US ， 2010 .

宁静红，刘圣春，彭苗，等 . R290制冷空调系统的现状与未来发展［J］. 流体机械， 2012 ， 40 （ 7 ）： 72 - 79 .

NING Jinghong ， LIU Shengchun ， PENG Miao ， et al . Today and future development of R290 refrigeration and air-conditioning system ［J］. Fluid Machinery ， 2012 ， 40 （ 7 ）： 72 - 79 .

秦延斌，张华，邱金友，等 . 碳氢制冷剂R290最新研究进展［J］. 制冷技术， 2015 ， 35 （ 6 ）： 45 - 51 .

QIN Yanbin ， ZHANG Hua ， QIU Jinyou ， et al . Latest research progress of hydrocarbon refrigerant R290 ［J］. Chinese Journal of Refrigeration Technology ， 2015 ， 35 （ 6 ）： 45 - 51 .

向璨，常华伟，段晨，等 . 中高温热泵混合工质R13I1/R290/R600a替代R134a的理论研究［J］. 太阳能学报， 2018 ， 39 （ 10 ）： 2760 - 2766 .

XIANG Can ， CHANG Huawei ， DUAN Chen ， et al . Theoretical study on mixture R13I1/R290/R600a for moderate and high temperature heat pump as alternative for R134a ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2018 ， 39 （ 10 ）： 2760 - 2766 .

胡敏东，王昶，胡懿梵，等 . R290替代R134a热泵热水器的性能分析与试验研究［J］. 流体机械， 2014 ， 42 （ 5 ）： 67 - 70 .

HU Mindong ， WANG Chang ， HU Yifan ， et al . Performance analysis and experimental study on R290 substituting for R134a heat pump water heater ［J］. Fluid Machinery ， 2014 ， 42 （ 5 ）： 67 - 70 .

黄广燕，邹慧明，唐明生，等 . R290电动汽车热泵空调性能实验研究［J］. 制冷学报， 2020 ， 41 （ 6 ）： 40 - 46 .

HUANG Guangyan ， ZOU Huiming ， TANG Mingsheng ， et al . Cooling and heating performance of an R290 heat pump system for electric cars ［J］. Journal of Refrigeration ， 2020 ， 41 （ 6 ）： 40 - 46 .

ZHONG Hua ， LEI Bowen ， ZHANG Li ， et al . Performance research and improvement of ultra-high-speed R290 rotary compressor ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2024 ， 165 ： 500 - 512 .

DOMANSKI P A ， YASHAR D ， KIM M . Performance of a finned-tube evaporator optimized for different refrigerants and its effect on system efficiency ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2005 ， 28 （ 6 ）： 820 - 827 .

MANI K ， SELLADURAI V . Experimental analysis of a new refrigerant mixture as drop-in replacement for CFC12 and HFC134a ［J］. International Journal of Thermal Sciences ， 2008 ， 47 （ 11 ）： 1490 - 1495 .

范晓伟，郑慧凡，张文全，等 . 太阳能喷射制冷在郑州地区的应用研究［J］. 暖通空调， 2008 ， 38 （增刊）： 181 - 184 .

FAN Xiaowei ， ZHENG Huifan ， ZHANG Wenquan ， et al . Application research of solar jet refrigeration in Zhengzhou area ［J］. Journal of HV&AC ， 2008 ， 38 （ Suppl. ）： 181 - 184 .

SOTOMAYOR P O ， PARISE J A R . Characterization and simulation of an open piston compressor for application on automotive air-conditioning systems operating with R134a， R1234yf and R290 ［J］. International Journal of Refrigeration ， 2016 ， 61 ： 100 - 116 .

YANG Zhao ， WU Xi . Retrofits and options for the alternatives to HCFC-22 ［J］. Energy ， 2013 ， 59 ： 1 - 21 .

LI Wenhua . Simplified steady-state modeling for variable speed compressor ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2013 ， 50 ： 318 - 326 .

BOURDHOUXHE J P H ， GRODENT M ， LEBRUN J . HVAC Toolkit： a tool kit for primary HVAC system energy calculation. Part 1： boiler model ［J］. ASHRAE Transactions ， 1994 ， 100 （ 2 ）： 759 - 773 .

NEGRÃO C O R ， ERTHAL R H ， ANDRADE D E V ， et al . A semi-empirical model for the unsteady-state simulation of reciprocating compressors for household refrigeration applications ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2011 ， 31 （ 6/7 ）： 1114 - 1124 .

JÄHNIG D I ， REINDL D T ， KLEIN S A . A semi-empirical method for representing domestic refrigerator/freezer compressor calorimeter test data ［J］. ASHRAE Transaction ， 2000 ， 2 ： 122 - 130 .

LEMMON E W ， HUBER M L ， MCLINDEN M O . NIST reference fluid thermodynamic and transport properties-REFPROP ［M］. Version 9.0. Boulder， Colorado ： National Institute of Standards and Technology ， 2010 .

张建方 . 关于误差的传递公式［J］. 数理统计与应用概率， 1995 （ 3 ）： 57 - 70 .

ZHANG Jianfang . On the formula of error transmissian ［J］. Mathematical Theory and Applied Probability ， 1995 （ 3 ）： 57 - 70 .

浏览量

682

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

R290与R410A旋转式压缩机滑片-活塞摩擦副特性的对比

低温热泵系统中R290替代R22的性能研究及优化

罗茨水蒸气压缩机性能实验研究

家用空调压缩机储液器出口带液量预测模型