रेफ्रिजरेटर आणि फ्रीझरसाठी रेफ्रिजरंटच्या प्रकारांचे विश्लेषण

घरगुती आणि व्यावसायिक वापरासाठी कमी तापमानात साठवणूक करणारी उपकरणे म्हणून रेफ्रिजरेटर आणि फ्रीझरमध्ये, “रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमतेची अनुकूलता” आणि “पर्यावरणीय नियामक आवश्यकता” यांवर केंद्रित असलेल्या रेफ्रिजरंटच्या निवडीमध्ये सतत सुधारणा होत आल्या आहेत. वेगवेगळ्या टप्प्यांमधील मुख्य प्रकार आणि वैशिष्ट्ये उपकरणांच्या गरजांशी अत्यंत सुसंगत आहेत.

सुरुवातीचा मुख्य प्रवाह: "उच्च कार्यक्षमता पण उच्च हानी" असलेल्या सीएफसी रेफ्रिजरंट्सचा वापर

१९५० च्या दशकापासून ते १९९० च्या दशकापर्यंत, R12 (डायक्लोरोडायफ्लोरोमिथेन) हे सर्वात प्रमुख रेफ्रिजरंट होते. उपकरणांच्या अनुकूलतेच्या बाबतीत, R12 चे थर्मोडायनॅमिक गुणधर्म कमी तापमानातील साठवणुकीच्या गरजांशी उत्तम प्रकारे जुळणारे होते – -२९.८°C च्या मानक बाष्पीभवन तापमानामुळे, ते रेफ्रिजरेटरच्या फ्रेश-कीपिंग कंपार्टमेंट्स (०-८°C) आणि फ्रीझिंग कंपार्टमेंट्स (-१८°C च्या खाली) च्या तापमानाच्या गरजा सहजपणे पूर्ण करू शकत होते. शिवाय, त्यात अत्यंत मजबूत रासायनिक स्थिरता होती आणि रेफ्रिजरेटरमधील तांब्याच्या पाईप्स, स्टीलचे कवच आणि खनिज स्नेहन तेलांशी त्याची उत्कृष्ट सुसंगतता होती, ज्यामुळे क्वचितच गंज चढत असे किंवा पाईपमध्ये अडथळा येत असे, आणि ते उपकरणाचे १० वर्षांपेक्षा जास्त सेवा आयुष्य सुनिश्चित करू शकत होते.

आर१२ चे ओझोन-ऱ्हास क्षमतेचे मानक असलेले ओडीपी मूल्य १.० आणि जीडब्ल्यूपी मूल्य अंदाजे ८५०० आहे, ज्यामुळे तो एक तीव्र हरितगृह वायू ठरतो. मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल लागू झाल्यापासून, १९९६ पासून नव्याने उत्पादित फ्रीझर्समध्ये आर१२ च्या जागतिक वापरावर हळूहळू बंदी घालण्यात आली आहे. सध्या, केवळ काही जुन्या उपकरणांमध्येच असे रेफ्रिजरंट शिल्लक आहेत आणि देखभालीच्या वेळी पर्यायी स्रोतांच्या अभावामुळे त्यांना पेचप्रसंगाचा सामना करावा लागत आहे.

संक्रमण टप्पा: एचसीएफसी रेफ्रिजरंट्सद्वारे "आंशिक प्रतिस्थापना" करण्याच्या मर्यादा

R12 चा वापर टप्प्याटप्प्याने बंद होत असताना, काही व्यावसायिक फ्रीझर्समध्ये (जसे की लहान किराणा दुकानांमधील फ्रीझर्स) R22 (डायफ्लोरोमोनोक्लोरोमिथेन) चा थोड्या काळासाठी वापर केला गेला होता. याचा फायदा असा आहे की, फ्रीझरच्या कंप्रेसर आणि पाइपलाइनच्या रचनेत मोठे बदल करण्याची गरज न भासता, याची थर्मोडायनॅमिक कार्यक्षमता R12 च्या जवळपास असते, आणि याचे ODP मूल्य 0.05 पर्यंत कमी होते, ज्यामुळे त्याची ओझोनचा ऱ्हास करण्याची क्षमता लक्षणीयरीत्या कमी होते.

तथापि, R22 च्या कमतरता देखील स्पष्ट आहेत: एकीकडे, त्याचे GWP मूल्य सुमारे 1810 आहे, जे अजूनही उच्च हरितगृह वायूंच्या श्रेणीत येते, आणि ते दीर्घकालीन पर्यावरण संरक्षणाच्या प्रवृत्तीशी सुसंगत नाही; दुसरीकडे, R22 ची रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमता (COP) R12 पेक्षा कमी आहे, ज्यामुळे घरगुती रेफ्रिजरेटरमध्ये वापरल्यास विजेच्या वापरात सुमारे 10%-15% वाढ होते, म्हणून ते घरगुती रेफ्रिजरेटरचा मुख्य प्रवाह बनलेले नाही. 2020 मध्ये HCFC रेफ्रिजरंट्सच्या जागतिक स्तरावर वेगाने होणाऱ्या टप्प्याटप्प्याने बंद करण्याच्या प्रक्रियेमुळे, रेफ्रिजरेटर आणि फ्रीझरच्या क्षेत्रातून R22 चा वापर मूलतः मागे घेण्यात आला आहे.

१. सध्याचे मुख्य प्रवाहातील रेफ्रिजरंट्स: एचएफसी आणि कमी-जीडब्ल्यूपी प्रकारांचे परिस्थिती-विशिष्ट अनुकूलन

सध्या, बाजारात रेफ्रिजरेटरसाठी रेफ्रिजरंटची निवड "घरगुती आणि व्यावसायिक वापरामध्ये फरक, आणि पर्यावरण संरक्षण व खर्च यांच्यात संतुलन" ही वैशिष्ट्ये दर्शवते, जी विविध उपकरणांच्या कार्यात्मक गरजांनुसार मुख्यत्वे दोन मुख्य प्रकारांमध्ये विभागली जाते:

१. लहान फ्रीझर्स: शीतलक द्रव्यांचे “स्थिर वर्चस्व”

R134a (टेट्राफ्लोरोइथेन) हे सध्याच्या रेफ्रिजरेटर्ससाठी (विशेषतः 200L पेक्षा कमी क्षमतेच्या मॉडेल्ससाठी) सर्वात प्रचलित रेफ्रिजरंट आहे, ज्याचा वाटा 70% पेक्षा जास्त आहे. त्याच्या अनुकूलतेचे मुख्य फायदे तीन बाबींमध्ये दिसून येतात: पहिले, ते 0 च्या ODP मूल्यांसह पर्यावरण संरक्षण मानकांची पूर्तता करते, ज्यामुळे ओझोन थराच्या नुकसानीचा धोका पूर्णपणे नाहीसा होतो आणि जागतिक पर्यावरणीय नियमांच्या मूलभूत आवश्यकतांचे पालन होते; दुसरे, त्याची थर्मोडायनामिक कार्यक्षमता योग्य आहे, ज्याचे मानक बाष्पीभवन तापमान -26.1°C आहे, जे रेफ्रिजरेटरच्या उच्च-कार्यक्षमतेच्या कंप्रेसरसह, फ्रीझिंग कंपार्टमेंटचे तापमान -18°C ते -25°C पर्यंत स्थिरपणे साध्य करू शकते, आणि त्याची रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमता (COP) R22 पेक्षा 8%-12% जास्त आहे, ज्यामुळे उपकरणाचा वीज वापर कमी होऊ शकतो; तिसरे म्हणजे, यात विश्वसनीय सुरक्षितता आहे, कारण यात A1 वर्गाचे रेफ्रिजरंट (बिनविषारी आणि ज्वलनशील नसलेले) वापरले जातात. थोडीशी गळती झाली तरी, त्यामुळे घरातील वातावरणाला कोणताही सुरक्षिततेचा धोका निर्माण होत नाही. तसेच, याची रेफ्रिजरेटरमधील प्लास्टिकचे भाग आणि कंप्रेसरच्या वंगण तेलाशी चांगली सुसंगतता असून, बिघाडाचे प्रमाण कमी आहे.

याव्यतिरिक्त, काही मध्यम ते उच्च श्रेणीतील घरगुती रेफ्रिजरेटरमध्ये R600a (आयसोब्युटेन, एक हायड्रोकार्बन) – एक नैसर्गिक रेफ्रिजरंट वापरला जातो, ज्याचे ODP मूल्य 0 आणि GWP मूल्य फक्त 3 आहे. याची पर्यावरणीय कामगिरी R134a पेक्षा खूपच चांगली आहे आणि त्याची रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमता R134a पेक्षा 5%-10% जास्त आहे, ज्यामुळे ऊर्जेचा वापर आणखी कमी होऊ शकतो. तथापि, R600a हा A3 वर्गातील रेफ्रिजरंट आहे (अत्यंत ज्वलनशील), आणि जेव्हा हवेतील त्याचे प्रमाण 1.8%-8.4% पर्यंत पोहोचते, तेव्हा खुल्या आगीच्या संपर्कात आल्यास त्याचा स्फोट होतो. त्यामुळे, त्याचा वापर फक्त घरगुती रेफ्रिजरेटरपुरता मर्यादित आहे (चार्ज करण्याचे प्रमाण ५० ग्रॅम ते १५० ग्रॅम इतके मर्यादित आहे, जे व्यावसायिक उपकरणांपेक्षा खूपच कमी आहे), आणि रेफ्रिजरेटरमध्ये गळती-प्रतिबंधक उपकरणे (जसे की प्रेशर सेन्सर) आणि स्फोट-प्रतिरोधक कंप्रेसर असणे आवश्यक असते, ज्याची किंमत R134a मॉडेल्सपेक्षा १५% ते २०% जास्त असते, म्हणून ते पूर्णपणे लोकप्रिय झालेले नाही.

२. व्यावसायिक फ्रीझर्स / मोठे रेफ्रिजरेटर्स: कमी-GWP रेफ्रिजरंट्सचा “टप्प्याटप्प्याने होणारा प्रसार”

व्यावसायिक फ्रीझर्सना (जसे की सुपरमार्केटमधील आयलँड फ्रीझर्स) त्यांच्या मोठ्या क्षमतेमुळे (सहसा ५०० लिटरपेक्षा जास्त) आणि उच्च रेफ्रिजरेशन लोडमुळे रेफ्रिजरंटच्या "पर्यावरण संरक्षण" आणि "रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमते"साठी उच्च आवश्यकता असतात. सध्या, मुख्य प्रवाहातील पर्याय दोन श्रेणींमध्ये विभागले आहेत:

(1) एचएफसी मिश्रणे: आर४०४ए चे “उच्च-भार अनुकूलन”

R404A (पेंटाफ्लोरोइथेन, डायफ्लोरोमिथेन आणि टेट्राफ्लोरोइथेन यांचे मिश्रण) हे व्यावसायिक कमी-तापमानाच्या फ्रीझर्ससाठी (जसे की -40°C क्विक-फ्रीझिंग फ्रीझर्स) वापरले जाणारे मुख्य रेफ्रिजरंट आहे, ज्याचा वाटा सुमारे 60% आहे. याचा फायदा असा आहे की कमी-तापमानाच्या परिस्थितीत त्याची रेफ्रिजरेशन कामगिरी उत्कृष्ट आहे – -40°C च्या बाष्पीभवन तापमानावर, त्याची रेफ्रिजरेशन क्षमता R134a पेक्षा 25%-30% जास्त आहे, ज्यामुळे फ्रीझर्सच्या कमी-तापमानातील साठवणुकीच्या गरजा त्वरित पूर्ण होऊ शकतात; आणि हे A1 वर्गातील रेफ्रिजरंट (बिनविषारी आणि ज्वलनशील नसलेले) आहे, ज्यामध्ये अनेक किलोग्रॅमपर्यंतचे चार्ज प्रमाण (घरगुती रेफ्रिजरेटरच्या तुलनेत खूप जास्त) असले तरी, ज्वलनशीलतेच्या धोक्याची चिंता न करता, मोठ्या फ्रीझर्सच्या उच्च-भाराच्या ऑपरेशनसाठी ते अनुकूल ठरते.

तथापि, R404A च्या पर्यावरण संरक्षणातील कमतरता हळूहळू समोर येऊ लागल्या आहेत. त्याचे GWP मूल्य ३९२२ इतके जास्त असून, ते उच्च हरितगृह वायूंच्या श्रेणीत मोडते. सध्या, युरोपियन युनियन आणि इतर प्रदेशांनी त्याच्या वापरावर निर्बंध घालण्यासाठी नियम जारी केले आहेत (जसे की २०२२ नंतर नव्याने उत्पादित होणाऱ्या व्यावसायिक फ्रीझर्समध्ये GWP > २५०० असलेल्या रेफ्रिजरंट्सच्या वापरास बंदी घालणे). त्यामुळे, R404A ची जागा हळूहळू कमी-GWP असलेल्या रेफ्रिजरंट्सनी घेतली जात आहे.

(2) कमी-GWP प्रकार: R290 आणि CO₂ चे “पर्यावरणीय पर्याय”

कडक झालेल्या पर्यावरणीय नियमांच्या पार्श्वभूमीवर, वेगवेगळ्या परिस्थितींमधील विविध गरजांशी जुळवून घेत, व्यावसायिक फ्रीझर्ससाठी R290 (प्रोपेन) आणि CO₂ (R744) हे नवीन पर्याय म्हणून उदयास आले आहेत:

आर२९० (प्रोपेन)मुख्यतः लहान व्यावसायिक फ्रीझर्समध्ये (जसे की सुविधा स्टोअरमधील आडवे फ्रीझर्स) वापरले जाते. याचे ODP मूल्य 0 आणि GWP मूल्य सुमारे 3 आहे, ज्यामुळे ते अत्यंत पर्यावरण-स्नेही आहे; आणि त्याची रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमता R404A पेक्षा 10%-15% जास्त आहे, ज्यामुळे व्यावसायिक फ्रीझर्सचा कार्यरत ऊर्जा वापर कमी होऊ शकतो (व्यावसायिक उपकरणे दिवसातून 20 तासांपेक्षा जास्त चालतात आणि ऊर्जा वापराच्या खर्चाचा त्यात मोठा वाटा असतो). तथापि, R290 हे A3 वर्गातील रेफ्रिजरंट आहे (अत्यंत ज्वलनशील), आणि त्याचे प्रमाण 200 ग्रॅमच्या आत काटेकोरपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे (म्हणून ते फक्त लहान फ्रीझर्सपुरते मर्यादित आहे). याव्यतिरिक्त, फ्रीझरमध्ये स्फोट-प्रतिरोधक कंप्रेसर, गळती-प्रतिरोधक पाईपलाईन (जसे की तांबे-निकेल मिश्रधातूचे पाईप) आणि व्हेंटिलेशन व उष्णता-निस्सारण ​​रचना असणे आवश्यक आहे. सध्या, युरोपियन सुविधा स्टोअरमधील फ्रीझर्समध्ये याचा वाटा 30% पेक्षा जास्त झाला आहे.

CO₂ (R744)मुख्यतः अति-कमी-तापमानाच्या व्यावसायिक फ्रीझर्समध्ये (जसे की -60°C जैविक नमुना फ्रीझर्स) वापरले जाते. याचे मानक बाष्पीभवन तापमान -78.5°C आहे, ज्यामुळे कोणत्याही गुंतागुंतीच्या कॅस्केड रेफ्रिजरेशन प्रणालीशिवाय अति-कमी तापमानात साठवणूक करणे शक्य होते; आणि याचे ODP मूल्य 0 व GWP मूल्य 1 आहे, जे अतुलनीय पर्यावरण संरक्षण देते, तसेच ते बिनविषारी आणि ज्वलनशील नसल्यामुळे R290 पेक्षा अधिक सुरक्षित आहे. तथापि, CO₂ चे क्रांतिक तापमान कमी (31.1°C) आहे. जेव्हा सभोवतालचे तापमान 25°C पेक्षा जास्त होते, तेव्हा “ट्रान्सक्रिटिकल सायकल” तंत्रज्ञानाची आवश्यकता असते, ज्यामुळे फ्रीझरचा कंप्रेसर दाब 10-12MPa पर्यंत वाढतो. यासाठी उच्च-शक्तीच्या स्टेनलेस स्टील पाईपलाईन आणि उच्च-दाब-प्रतिरोधक कंप्रेसरचा वापर आवश्यक असतो, ज्यामुळे याची किंमत R404A फ्रीझर्सपेक्षा 30%-40% जास्त असते. त्यामुळे, सध्या त्याचा वापर प्रामुख्याने पर्यावरण संरक्षणाची अत्यंत उच्च आवश्यकता आणि कमी तापमान असलेल्या परिस्थितीत (जसे की वैद्यकीय आणि वैज्ञानिक संशोधन फ्रीझर) केला जातो.

II. रेफ्रिजरंट्सचे भविष्यातील कल: कमी GWP आणि उच्च सुरक्षितता ही मुख्य दिशा बनतात.

जागतिक पर्यावरणीय नियमावली (जसे की युरोपियन युनियनची एफ-गॅस नियमावली, चीनची मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल अंमलबजावणी योजना) आणि उपकरणांच्या तंत्रज्ञानातील सुधारणा यांच्या संयोगाने, रेफ्रिजरेटर आणि फ्रीझरसाठी वापरल्या जाणाऱ्या रेफ्रिजरंट्समध्ये भविष्यात तीन प्रमुख प्रवाह दिसून येतील:

घरगुती रेफ्रिजरेटरR600a हळूहळू R134a ची जागा घेत आहे – गळती-प्रतिबंधक आणि स्फोट-प्रतिरोधक तंत्रज्ञानाच्या (जसे की नवीन सीलिंग स्ट्रिप्स, स्वयंचलित गळती थांबवणारी उपकरणे) परिपक्वतेमुळे, R600a ची किंमत हळूहळू कमी होईल (पुढील ५ वर्षांत किंमत ३०% नी कमी होण्याची अपेक्षा आहे), आणि त्याचे उच्च पर्यावरण संरक्षण व उच्च शीतकरण कार्यक्षमतेचे फायदे प्रकर्षाने दिसून येतील. अशी अपेक्षा आहे की २०३० पर्यंत घरगुती रेफ्रिजरेटर्समध्ये R600a चे प्रमाण ५०% पेक्षा जास्त होईल आणि ते R134a ची जागा घेऊन मुख्य प्रवाहात येईल.

व्यावसायिक फ्रीझरCO₂ आणि HFOs मिश्रणांचा “दुहेरी-मार्गी विकास” – अति-कमी-तापमानाच्या व्यावसायिक फ्रीझर्ससाठी (-४०°C पेक्षा कमी), CO₂ ची तांत्रिक परिपक्वता सतत सुधारत राहील (जसे की उच्च-कार्यक्षमतेचे ट्रान्सक्रिटिकल सायकल कंप्रेसर), आणि त्याची किंमत हळूहळू कमी होईल, ज्यामुळे २०२८ पर्यंत त्याचे प्रमाण ४०% पेक्षा जास्त होण्याची अपेक्षा आहे; मध्यम-तापमानाच्या व्यावसायिक फ्रीझर्ससाठी (-२५°C ते -१८°C), R454C (HFOs आणि HFCs चे मिश्रण, GWP≈४६६) मुख्य प्रवाहात येईल, ज्याची रेफ्रिजरेशन कार्यक्षमता R404A च्या जवळपास असेल आणि ते A2L वर्गातील रेफ्रिजरंट (कमी विषारीपणा आणि कमी ज्वलनशीलता) असेल, ज्याच्या चार्जच्या प्रमाणावर कोणतेही कठोर निर्बंध नसतील, ज्यामुळे पर्यावरण संरक्षण आणि व्यावहारिकता यांचा समतोल साधला जाईल.

सुधारित सुरक्षा मानके“पॅसिव्ह प्रोटेक्शन” पासून “अॅक्टिव्ह मॉनिटरिंग” पर्यंत – घरगुती असो वा व्यावसायिक उपकरणे, भविष्यातील रेफ्रिजरंट सिस्टीममध्ये सामान्यतः “इंटेलिजेंट लीकेज मॉनिटरिंग + ऑटोमॅटिक इमर्जन्सी ट्रीटमेंट” फंक्शन्स (जसे की घरगुती रेफ्रिजरेटरसाठी लेझर लीकेज सेन्सर्स, व्यावसायिक फ्रीझरसाठी कॉन्सन्ट्रेशन अलार्म आणि व्हेंटिलेशन लिंकेज डिव्हाइसेस) बसवलेले असतील, विशेषतः R600a आणि R290 सारख्या ज्वलनशील रेफ्रिजरंट्ससाठी, जेणेकरून तांत्रिक साधनांद्वारे संभाव्य सुरक्षा धोके दूर करता येतील आणि कमी-GWP रेफ्रिजरंट्सच्या व्यापक लोकप्रियतेला चालना मिळेल.

III. मुख्य परिस्थिती जुळणीचे प्राधान्य

वेगवेगळ्या वापरकर्त्यांच्या गरजा लक्षात घेता, रेफ्रिजरेटर रेफ्रिजरंट निवडताना खालील तत्त्वांचे पालन केले जाऊ शकते:

घरगुती वापरकर्ते: R600a मॉडेल्सना प्राधान्य दिले जाते (पर्यावरण संरक्षण आणि ऊर्जा बचत यांचा समतोल साधणारे) – जर बजेट परवानगी देत ​​असेल (R134a मॉडेल्सपेक्षा २००-५०० युआन जास्त), तर “R600a रेफ्रिजरंट” असे चिन्हांकित असलेल्या रेफ्रिजरेटर्सना प्राधान्य द्यावे. त्यांचा वीज वापर R134a मॉडेल्सपेक्षा ८%-१२% कमी असतो आणि ते अधिक पर्यावरणपूरक असतात; खरेदी केल्यानंतर, रेफ्रिजरेटरची मागील बाजू (जिथे कंप्रेसर असतो) उघड्या आगीच्या संपर्कात येणार नाही याची काळजी घ्यावी आणि गळतीचा धोका कमी करण्यासाठी दरवाजाच्या सीलची घट्टपणा नियमितपणे तपासावा.

व्यावसायिक वापरकर्ते:तापमानाच्या गरजेनुसार निवडा (खर्च आणि पर्यावरण संरक्षणाचा समतोल साधून) – मध्यम-तापमानाच्या फ्रीझर्ससाठी (जसे की सुविधा स्टोअरमधील फ्रीझर्स) R290 मॉडेल्स निवडता येतात, ज्यांचा दीर्घकालीन ऊर्जा वापराचा खर्च कमी असतो; अति-कमी-तापमानाच्या फ्रीझर्ससाठी (जसे की क्विक-फ्रीझिंग उपकरणे), जर बजेट पुरेसे असेल, तर CO₂ मॉडेल्सना प्राधान्य दिले जाते, जे पर्यावरणीय नियमांच्या ट्रेंडनुसार आहेत आणि भविष्यात ते बंद होण्याचा धोका टाळतात; जर अल्पकालीन खर्चाची संवेदनशीलता महत्त्वाची असेल, तर कार्यक्षमता आणि पर्यावरण संरक्षणाचा समतोल साधत, संक्रमणकालीन पर्याय म्हणून R454C मॉडेल्स निवडता येतात.

देखभाल आणि बदलीमूळ रेफ्रिजरंटचा प्रकारच काटेकोरपणे वापरा – जुन्या रेफ्रिजरेटर आणि फ्रीझरची देखभाल करताना, रेफ्रिजरंटचा प्रकार मनमानीपणे बदलू नका (उदा. R134a च्या जागी R600a वापरणे), कारण वेगवेगळ्या रेफ्रिजरंटसाठी कंप्रेसर ल्युब्रिकेटिंग ऑइल आणि पाइपलाइन प्रेशरच्या वेगवेगळ्या आवश्यकता असतात. मिश्र वापरामुळे कंप्रेसरचे नुकसान होऊ शकते किंवा रेफ्रिजरेशनमध्ये बिघाड होऊ शकतो. उपकरणाच्या नेमप्लेटवर नमूद केलेल्या प्रकारानुसार रेफ्रिजरंट टाकण्यासाठी व्यावसायिकांशी संपर्क साधणे आवश्यक आहे.