Физическая модель показала: замена на хладагенты с низким GWP без переделки снижает производительность спиральных компрессоров

Симуляции с использованием новой физической модели спирального компрессора показывают, что замена R410A на R290 или R454C в существующей геометрии компрессора может привести к существенному снижению производительности, что подчёркивает необходимость проектирования под конкретный хладагент, а не простой замены.

Проблема перехода на хладагенты с низким GWP

Продолжающийся переход на хладагенты с более низким GWP создаёт новые проектные ограничения для производителей компрессоров. Различия в термофизических свойствах между традиционными и新一代 рабочими средами могут существенно влиять на производительность, КПД, внутренний теплообмен и утечки компрессора. В результате замена традиционного хладагента на альтернативу с низким GWP может потребовать адаптации конструкции компрессора под характеристики новой среды, а не простой подстановки.

Механистическая модельная рамка

Группа исследователей, включая проф. Экхарда А. Гролла (председатель IIR Секция B — Термодинамика, оборудование и системы), проф. Хаотяня Лю (частный член IIR) и проф. Райли Б. Барту (член IIR Комиссия B2 — Холодильное оборудование), разработала и экспериментально верифицировала физическую модель спирального компрессора. Модельная рамка учитывает внутренний теплообмен, механические потери и утечки хладагента, а также влияние геометрии компрессора и поведение отдельных компонентов. Модель была первоначально верифицирована по экспериментальным данным для R454C и R290 (пропан). Подход направлен на создание более универсального инструмента моделирования, способного поддерживать прогнозирование и оптимизацию производительности компрессоров при работе с различными хладагентами.

Ключевой результат: простой замены недостаточно

Симуляции с R290 и R454C показали, что использование этих хладагентов как прямых заменителей в компрессоре, изначально спроектированном для R410A, может привести к существенному снижению производительности. Основной причиной, выявленной в работе, является разница в плотности пара, создающая несовместимость с базовой геометрией компрессора. Результаты подчёркивают важность перехода от простой замены хладагента к проектированию и оптимизации компрессора под конкретный хладагент.

Дальнейшие шаги

Исследователи планируют использовать экспериментально-численную рамку для изучения того, как базовый компрессор можно оптимизировать под R290 и R454C, и для количественной оценки получаемых улучшений производительности. Подход впоследствии может быть распространён на другие хладагенты нового поколения и архитектуры компрессоров, что будет способствовать разработке эффективного оборудования в процессе перехода отрасли HVAC&R на рабочие среды с низким GWP.

Источник:

[1] Parmar, Y. S., Motta, S. Y., Groll, E. A., Liu, H., Barta, R. B. (2026). Experimental and numerical framework for scroll compressor technology development for refrigerants with global warming potential < 150. Applied Thermal Engineering, Volume 304, Part 1, 2026, 132583. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.132583