《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Deploying low-GWP refrigerants in vapor compression refrigeration systems: performance trade-offs, adoption barriers, and socio-technical pathways
编辑推荐：
•提出了一个用于在蒸气压缩制冷循环（VCRCs）中部署低全球变暖潜能值（GWP）制冷剂的社会技术框架。•整合了制冷剂性能、安全法规、市场准备度和劳动力能力。•批判性地将天然制冷剂、氢氟烯烃（HFOs）和混合物与特定应用的采用障碍联系起来。•确定了能够推动实际低GWP制冷剂转型
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提出了一个用于在蒸气压缩制冷循环（VCRCs）中部署低全球变暖潜能值（GWP）制冷剂的社会技术框架。
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整合了制冷剂性能、安全法规、市场准备度和劳动力能力。
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批判性地将天然制冷剂、氢氟烯烃（HFOs）和混合物与特定应用的采用障碍联系起来。
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确定了能够推动实际低GWP制冷剂转型的性能提升途径。
引言
制冷技术在现代生活中发挥着重要作用，支持热舒适性、医疗保健以及广泛的工业应用[1]。由于人口增长、城市化和全球变暖导致的环境温度上升，全球对制冷系统的需求预计将继续增加[2]。这种日益增长的需求加剧了环境和能源方面的担忧，因为制冷系统约占全球电力消耗的近20%，并通过电力生产的间接排放以及与制冷剂泄漏相关的直接排放对温室气体排放做出贡献[3]、[4]。因此，随着全球制冷需求的不断增长，制冷技术的效率与环境可持续性变得越来越重要[5]、[6]。
蒸气压缩制冷循环（VCRCs）是住宅和非住宅制冷系统中最常用的制冷系统，包括家用、商用和工业应用[7]。它们已在暖通空调（HVAC）行业中使用近两个世纪，是制冷领域电能消耗的最大贡献者，约占99%[8]。在这方面，提高VCRCs的效率和可持续性对于减轻其环境影响至关重要[8]、[9]、[10]、[11]。这主要通过选择合适的制冷剂和降低系统的功耗来实现[12]。
为VCRCs选择合适的制冷剂是系统性能和环境性能的重要标准[13]。氯氟烃（CFCs）和含氢氯氟烃（HCFCs）因具有耗 ozone 潜能值而受到限制，导致氢氟碳化物（HFCs）的广泛采用[14]、[15]、[16]。然而，许多HFCs的高全球变暖潜能值随后促使国际社会努力减少其使用，特别是通过《蒙特利尔议定书》基加利修正案[17]。因此，低GWP制冷剂替代品，如天然制冷剂和氢氟烯烃（HFOs），引起了更多关注。最近，二元和三元制冷剂混合物被开发出来，以实现更好的环境性能和热力学特性。
在向低GWP制冷剂转型的同时，大量研究聚焦于通过循环和部件修改来提高VCRC性能。已报告的提升方法包括两级制冷系统[18]、闪蒸中间冷却器[19]、水过冷[20]、机械过冷[21]、内部换热器（IHX）[22]、新型先进节流装置[23]和纳米润滑油[24]。这些技术会影响关键性能参数，如能效比（COP）、功耗、制冷量、冷凝器热负荷和?效率[25]。这些提升技术的有效性取决于制冷剂的热力学性质、运行条件和应用要求。此外，低GWP制冷剂的实用部署不仅取决于其技术性能，还取决于市场准备度、供应链可用性、设备和部件的兼容性，以及技术人员安全安装、服务和维护新兴制冷技术的准备情况。
此前发表的关于低GWP制冷剂和VCRCs的综述主要涉及纯制冷剂和混合制冷剂的转型、热力学性能、环境影响、安全性以及提高系统性能的各种技术。在这方面，Kumma和Kruthiventi [26]研究了低GWP制冷剂的性能和可燃性。该研究评估了性能参数，包括COP、压缩机功率、?性能和制冷剂充注量，特别强调通过应用纳米润滑油来提升性能。Kadhem和Al-Sayyab [27]通过评估主要系统部件和运行配置所需的修改，扩展了对R410A替代品的评估，以促进其实施。这些适应措施主要在个别制冷剂替换需求的背景下讨论，而不是在能够检查不同制冷剂系列提升途径的通用框架内讨论。Kizilboga等人[28]讨论了各种提高性能的方法，如喷射器膨胀、过冷、热回收和多级压缩，但他们避免了在制冷剂比较中包括修改后的循环，仅关注基本循环。
以往的综述框架对每种制冷剂特定的热力学或运行限制如何确定最合适的性能提升策略考虑有限，以及由此产生的制冷剂-技术组合如何影响实际部署要求。提高COP、VCC或?效率的提升技术可能涉及添加设备、提高运行压力、增加控制数量、上升资本成本、维护问题或额外的安全和维护需求。因此，性能提升必须在实施所需的技术和社会技术条件内考虑。第二个差距涉及影响技术采用因素的系统处理。尽管低GWP制冷剂的综述越来越多地涉及热力学性能、安全分类、环境影响、成本和法规要求，但诸如制冷剂和设备供应链、兼容部件的可用性、技术人员培训、服务能力、市场准备度和实施基础设施等因素较少被纳入分析。因此，仍然需要一个综合框架来系统评估制冷剂性能权衡，确定解决这些权衡所需的技术，并评估由所选系统配置和提升技术产生的部署条件。
本综述的新颖之处在于建立这种联系。所提出的社会技术框架是低GWP转型的一条路径，其中制冷剂的评估、其改进及其实际实施都是相互关联的。首先，每种制冷剂系列的固有热力学、环境和安全性质与系统级影响相关联，如COP、VCC、压缩机功率、?效率、运行压力和运行稳定性。其次，提升技术的评估基于其旨在减轻的特定制冷剂限制，而不仅仅根据它们提供的性能提升幅度。第三，技术配置结果根据部署所需的额外条件进行分析，如设备重新设计、部件的兼容性和可用性、安全法规、维护需求、供应链准备度、技术人员资质和市场准备情况。所提出的框架不仅旨在纳入额外的评估标准，还旨在建立每种制冷剂基础限制、为解决这些限制而开发的技术解决方案以及由此产生的实际实施要求之间的明确联系。表1显示了当前研究与以往综述之间的差异。
章节摘要
低GWP制冷剂部署的政策、安全和市场路径
向低GWP制冷剂的转型必须被视为一种社会技术变革，而不是简单地将一种工作流体替换为另一种，如图1所示。热力学性质决定了制冷剂的理论适用性，而实际可行性则取决于系统性能、安全要求、法规约束、成本、部件可用性、技术人员专长和市场准备度。这在许多低GWP制冷剂需要新的情况下尤为相关
低GWP制冷剂：性能与采用挑战
综合现有证据，低GWP制冷剂的采用主要受法规压力驱动，同时受安全、性能、经济和技能相关因素制约。强有力的淘汰政策，如欧盟F-gas法规和基加利修正案，始终出现为从高GWP HFCs转型的主导动机，塑造了各地区的市场行为[[68]、[69]、[70]]。最大的挑战是安全和可燃性；然而，
性能提升作为低GWP制冷剂部署的推动力
采用低GWP制冷剂可能在性能、安全和系统设计方面面临挑战。虽然使用低GWP制冷剂可能对制冷系统有较低的直接影响，但其使用也可能涉及较低的VCC、较低的COP、较高的压缩机工作、较高的运行压力或其他安全问题。为了使这些制冷剂在技术上可行且实际可用，因此需要性能提升技术。
有几种
局限性与未来工作
基于本综述综合的证据，进一步研究应聚焦于六个相互关联的优先事项，而不是继续在制冷剂和其性能之间进行比较。首先，需要标准化的基准测试和报告程序以提高研究之间的可比性；这些应涵盖边界条件、制冷剂充注量、部件规格、控制策略和不确定性分析。其次，需要增加对
结论
本综述涵盖了VCRCs中低GWP制冷剂的性能提升技术和部署问题。证据表明，GWP不是评估制冷剂替换的唯一标准。COP、VCC、压缩机功率、运行压力、?损失、安全分类、部件兼容性、成本、法规、技术人员能力和市场准备度是必须考虑的其他因素以实现实际选择。因此，向低GWP的转型
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。
Mahmoud G. Rashwan|Hamada Mohasab|Hussein M. Maghrabie
