Các loại chất làm lạnh phổ biến được sử dụng trong máy làm lạnh

Chất làm lạnh trong máy làm lạnh hoạt động trong chu kỳ làm lạnh, điển hình là quá trình hoặc hấp thụ hơi, trong đó chúng chuyển đổi giữa trạng thái chất lỏng và khí để di chuyển nhiệt từ quá trình sang môi trường. Việc lựa chọn chất làm lạnh phụ thuộc vào các yếu tố như khả năng làm mát, tác động môi trường, an toàn, chi phí và thiết kế hệ thống. Mặc dù không có chất làm lạnh duy nhất là hoàn hảo cho mọi kịch bản, một số nổi bật như được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy làm lạnh do hiệu quả và khả năng thích ứng của chúng. Sự thúc đẩy toàn cầu nhằm giảm phát thải khí nhà kính và sự suy giảm ozone đã dẫn đến sự sản xuất của chất làm lạnh cũ, thúc đẩy sự đổi mới trong tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) và các lựa chọn thay thế tiềm năng suy giảm Zero-ozone (ODP).

Các loại chất làm lạnh phổ biến và đặc điểm của chúng

Dưới đây là sự phân hủy chi tiết của các chất làm lạnh phổ biến nhất trong các hệ thống làm lạnh, được tổ chức theo loại, tính chất và ứng dụng. Phần này bao gồm một bảng để rõ ràng và bao gồm cả cách sử dụng hiện tại và lịch sử, phản ánh quá trình chuyển đổi sang các tùy chọn bền vững.

Nước (R718)

• Của cải: Nước là chất làm lạnh tự nhiên có độ dẫn nhiệt tuyệt vời, khả năng hấp thụ nhiệt cao và điểm sôi là 212 ° F (100 ° C) ở áp suất tiêu chuẩn.
• Thuận lợi: Nó không độc hại, có sẵn rộng rãi, hiệu quả về chi phí và thân thiện với môi trường, không có ODP hoặc GWP. Sự phong phú của nó làm cho nó trở thành một giải pháp chi phí thấp cho các hệ thống lớn.
• Hạn chế: Hiệu quả của nó rất nhạy cảm với nhiệt độ môi trường và nó có thể ăn mòn các thành phần hệ thống, tăng chi phí bảo trì. Nước là không thực tế đối với máy làm lạnh nén hơi do điểm sôi cao và chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh hấp thụ với nguồn nhiệt như hơi nước hoặc nước nóng.
• Ứng dụng: Thường thấy trong các thiết bị làm lạnh hấp thụ quy mô lớn cho các quy trình công nghiệp nơi có nhiệt chất thải, chẳng hạn như trong các nhà máy hóa học hoặc hệ thống làm mát huyện. Nó ít phổ biến hơn trong các hệ thống nén hơi do giới hạn hoạt động.

R134A (HFC)

• Của cải: Một hydrofluorocarbon (HFC) với các đặc tính nhiệt ổn định, độc tính thấp và điểm sôi là -15 ° F (-26 ° C). Nó không ăn mòn và không bắt buộc.
• Thuận lợi: Được sử dụng rộng rãi do độ tin cậy và ODP tối thiểu của nó, làm cho nó trở thành một sự thay thế an toàn hơn cho các chất làm lạnh cũ như R12. Nó có hiệu quả trong việc làm mát nhiệt độ trung bình và tương thích với các hệ thống hiện có.
• Hạn chế: GWP của nó là 1.430 góp phần phát thải khí nhà kính, dẫn đến một giai đoạn giảm theo các thỏa thuận như sửa đổi Kigali đối với giao thức Montreal. Nó cũng được thay thế ở một số khu vực do mối quan tâm về môi trường.
• Ứng dụng: Phổ biến trong điều hòa không khí ô tô, máy làm lạnh thương mại và hệ thống công nghiệp, mặc dù việc sử dụng nó đang giảm dần có lợi cho các tùy chọn GWP thấp hơn. Nó thường được tìm thấy trong các thiết bị làm lạnh cỡ trung bình cho các ứng dụng HVAC.

R407C (HFC pha trộn)

• Của cải: Một hỗn hợp của R32, R125 và R134A, với điểm sôi là -46 ° F (-43 ° C) và GWP là 1.774.
• Thuận lợi: Công suất làm mát thấp hơn R410A nhưng ít tốn kém hơn và thân thiện với môi trường hơn R22, với ODP bằng không. Nó thường được sử dụng làm trang bị thêm cho các hệ thống R22, cung cấp khả năng tương thích với các thiết bị hiện có.
• Hạn chế: Vẫn có GWP đáng kể và hiệu suất của nó hơi mạnh hơn R410A, đòi hỏi thiết kế hệ thống cẩn thận.
• Ứng dụng: Được sử dụng như một trang bị thêm R22 trong điều hòa không khí và máy làm lạnh công nghiệp cỡ trung bình, đặc biệt là trong các khu vực chuyển từ HCFCs.

R404A (HFC pha trộn)

• Của cải: Một hỗn hợp của R125, R143A và R134A, với điểm sôi là -51 ° F (-46 ° C) và GWP là 3.922.
• Thuận lợi: Hiệu quả cho các ứng dụng nhiệt độ thấp và trung bình, đóng vai trò thay thế cho CFC và HCFC cũ hơn. Nó cung cấp hiệu quả cao trong hệ thống lưu trữ và tủ đông lạnh.
• Hạn chế: GWP cực kỳ giới hạn việc sử dụng trong tương lai của nó, với các giai đoạn tăng tốc toàn cầu theo các quy định môi trường. Nó cũng đắt hơn để xử lý do tác động môi trường của nó.
• Ứng dụng: Được tìm thấy trong điện lạnh thương mại và một số máy làm lạnh công nghiệp, đặc biệt là lưu trữ lạnh, nhưng được thay thế bởi các lựa chọn thay thế như R448A do áp lực quy định.

R717 (amoniac)

• Của cải: Một chất làm lạnh không có halogen với điểm sôi là -28 ° F (-33 ° C) và khả năng hấp thụ nhiệt cao nhất trên mỗi thể tích giữa các chất làm lạnh thông thường.
• Thuận lợi: Hiệu quả cao, với tính chất nhiệt ổn định, GWP là 0 và không ODP. Mùi mạnh của nó hỗ trợ phát hiện rò rỉ, và nó hiệu quả về chi phí cho các hệ thống lớn.
• Hạn chế: Toxic và dễ cháy, đòi hỏi phải xử lý cẩn thận và các biện pháp an toàn mạnh mẽ. Nó ăn mòn đồng, hạn chế các lựa chọn vật liệu và tăng chi phí lắp đặt.
• Ứng dụng: Chiếm ưu thế trong các nhà máy làm lạnh công nghiệp lớn, chẳng hạn như chế biến thực phẩm, lưu trữ lạnh và sản xuất hóa chất, trong đó hiệu quả của nó vượt xa những lo ngại về an toàn. Nó đặc biệt phù hợp cho các hệ thống có tải trọng lớn.

R410A (HFC pha trộn)

• Của cải: Một sự pha trộn của R32 và R125, không phù hợp, với điểm sôi là -61 ° F (-52 ° C) và GWP là 2.088.
• Thuận lợi: Khả năng làm mát cao và hiệu quả, làm cho nó trở thành một sự thay thế phổ biến cho R22 trong điều hòa và làm lạnh. Nó hoạt động ở áp suất cao hơn, tăng cường truyền nhiệt.
• Hạn chế: GWP cao thúc đẩy pha giảm pha của nó và nó đòi hỏi áp lực hoạt động cao hơn một số lựa chọn thay thế, tăng chi phí hệ thống.
• Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong máy làm lạnh HVAC thương mại và các hệ thống công nghiệp nhỏ hơn, mặc dù việc chuyển sang các tùy chọn GWP thấp hơn đang được tiến hành, đặc biệt là các lệnh cấm sắp tới ở một số khu vực vào năm 2025.

R744 (carbon dioxide, CO2)

• Của cải: Một chất làm lạnh tự nhiên với điểm sôi -109 ° F (-78 ° C) ở áp suất tiêu chuẩn, không có khớp và không độc hại ở nồng độ thấp.
• Thuận lợi: Thân thiện với môi trường với GWP là 1 và không ODP. Nó rất phong phú và hoạt động tốt trong các chu kỳ chuyển tiếp, mang lại hiệu quả truyền nhiệt cao.
• Hạn chế: Yêu cầu các hệ thống áp suất cao (tối đa 4.000 psi), tăng chi phí cài đặt và bảo trì. Rò rỉ trong không gian hạn chế có thể thay thế oxy, đặt ra rủi ro an toàn.
• Ứng dụng: Ngày càng được sử dụng trong làm lạnh thương mại, chẳng hạn như máy làm lạnh siêu thị và các hệ thống công nghiệp nơi tính bền vững là ưu tiên, đặc biệt là ở Châu Âu và Bắc Mỹ.

Hydrocarbon (ví dụ: R290 - Propane, R600a - Isobutane)

• Của cải: Chất làm lạnh tự nhiên có điểm sôi thấp (ví dụ: R290 ở -44 ° F/-42 ° C), tính chất nhiệt động tuyệt vời và tác động môi trường tối thiểu (GWP <4, ODP = 0).
• Thuận lợi: Hiệu quả cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường, làm cho chúng khả thi để làm mát bền vững. Họ đang trở nên phổ biến như là sự thay thế cho HFC.
• Hạn chế: Rất dễ cháy, đòi hỏi các hệ thống an toàn chuyên biệt và hạn chế việc sử dụng chúng trong các khu vực đông dân cư hoặc các thiết lập công nghiệp lớn.
• Ứng dụng: Được sử dụng trong điện lạnh trong nước và một số máy làm lạnh công nghiệp, đặc biệt là ở các khu vực ưu tiên các giải pháp xanh, như châu Âu và trong các hệ thống nhỏ hơn, nơi các biện pháp an toàn có thể quản lý được.

R123 (HCFC-123)

• Của cải: Một hydrochlorofluorocarbon (HCFC) với điểm sôi 82 ° F (28 ° C), được sử dụng trong lịch sử trong các thiết bị làm lạnh ly tâm áp suất thấp.
• Thuận lợi: Hiệu quả cho các hệ thống áp suất thấp và tương thích với các thiết bị cũ.
• Hạn chế: Làm suy giảm ozone với GWP là 77, dẫn đến sự ra ngoài của nó theo giao thức Montreal. Sản xuất đã ngừng ở các nước phát triển vào năm 2020.
• Ứng dụng: Được tìm thấy trong máy làm lạnh kế thừa, hiện đang được trang bị thêm hoặc thay thế bằng các lựa chọn thay thế như R245FA hoặc R1233ZD.

R1233ZD

• Của cải: Một chất làm lạnh GWP thấp (GWP = 4,5) với điểm sôi là 50 ° F (10 ° C), được phân loại là A1 (độc tính thấp, không phù hợp).
• Thuận lợi: Thân thiện với môi trường với ODP bằng không và độc tính thấp, làm cho nó trở thành một lựa chọn bền vững cho các hệ thống mới.
• Hạn chế: Yêu cầu thiết kế lại hệ thống cho khả năng tương thích và ít được thiết lập trên thị trường so với HFC.
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh áp suất thấp mới như một sự thay thế bền vững cho các HCFC cũ, đạt được lực kéo trong các thiết kế hiện đại.

R514A (HCFC pha trộn)

• Của cải: Một sự pha trộn của HFO với GWP là 7, được phân loại là B1 (hơi dễ cháy).
• Thuận lợi: Low GWP và Zero ODP, cung cấp một tùy chọn bền vững cho máy làm lạnh áp suất thấp.
• Hạn chế: Tính dễ cháy của nó đòi hỏi phải xem xét an toàn, hạn chế việc sử dụng nó trong một số môi trường nhất định.
• Ứng dụng: Được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh áp suất thấp như là một giải pháp thay thế cho R123, đặc biệt là trong các thiết kế thiết bị mới.

Bảng sau đây tóm tắt các thuộc tính và ứng dụng chính của các chất làm lạnh này để dễ dàng tham khảo:

Chọn chất làm lạnh phù hợp

Chọn chất làm lạnh liên quan đến việc cân bằng hiệu quả, an toàn, chi phí và tác động môi trường:

• Yêu cầu làm mát: Nhu cầu công suất cao ưu tiên amoniac hoặc R410A; Các ứng dụng nhiệt độ thấp có thể sử dụng R404A hoặc hydrocarbon.
• Quy định môi trường: Lựa chọn các tùy chọn GWP thấp như R744 hoặc R717 để đáp ứng các tiêu chuẩn như Sửa đổi Kigali, đang thúc đẩy các giai đoạn giảm của các HFC GWP cao.
• Thiết kế hệ thống: Chất làm lạnh áp suất cao (ví dụ: R744, R410A) cần các thành phần mạnh mẽ; Hệ thống hấp thụ nước và amoniac, trong khi HFCS phù hợp với thiết lập nén hơi.
• Sự an toàn: Các tùy chọn không độc hại, không thể bỏ qua như R134A hoặc R744 an toàn hơn ở các khu vực đông dân cư, trong khi amoniac yêu cầu xử lý nghiêm ngặt do độc tính.
• Trị giá: Nước và hydrocarbon là trả trước kinh tế, nhưng chi phí lắp đặt và bảo trì khác nhau (ví dụ: cao đối với R744 do yêu cầu áp lực).

Phần kết luận

Các loại chất làm lạnh phổ biến nhất được sử dụng trong các chất làm lạnh bao gồm nước (trong hệ thống hấp thụ), R134A, R407C, R404A, amoniac (R717), R410A, CO2 (R744) và hydrocarbon như R290, bên cạnh các tùy chọn mới hơn như R123ZD và R53ZD. Tuy nhiên, do các quy định về môi trường và các mục tiêu bền vững, có một sự thay đổi rõ ràng đối với các chất làm lạnh GWP thấp như CO2, amoniac và HFO. Khi chọn chất làm lạnh, các yếu tố như khả năng làm mát, tác động môi trường, an toàn, chi phí và tuân thủ quy định phải được xem xét cẩn thận để tối ưu hóa hiệu suất của máy làm lạnh trong khi đáp ứng các tiêu chuẩn hiện đại.