การวิเคราะห์ประเภทสารทำความเย็นสำหรับตู้เย็นและตู้แช่แข็ง

ตู้เย็นและตู้แช่แข็งในฐานะอุปกรณ์จัดเก็บอุณหภูมิต่ำสำหรับใช้ในครัวเรือนและเชิงพาณิชย์ ได้มีการพิจารณาเลือกใช้สารทำความเย็นอย่างต่อเนื่อง โดยคำนึงถึง “ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับประสิทธิภาพการทำความเย็น” และ “ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม” ประเภทและคุณลักษณะหลักในแต่ละขั้นตอนมีความสอดคล้องอย่างมากกับความต้องการของอุปกรณ์

กระแสหลักในช่วงแรก: การใช้สารทำความเย็น CFC ที่ “มีประสิทธิภาพสูงแต่มีอันตรายสูง”

ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1950 ถึง 1990 R12 (ไดคลอโรไดฟลูออโรมีเทน) เป็นสารทำความเย็นหลักที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย ในแง่ของความสามารถในการปรับตัวของอุปกรณ์ คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของ R12 สอดคล้องกับความต้องการในการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำอย่างสมบูรณ์แบบ ด้วยอุณหภูมิการระเหยมาตรฐานที่ -29.8°C จึงสามารถตอบสนองความต้องการด้านอุณหภูมิของช่องเก็บความเย็น (0-8°C) และช่องแช่แข็ง (ต่ำกว่า -18°C) ได้อย่างง่ายดาย ยิ่งไปกว่านั้น R12 ยังมีความเสถียรทางเคมีสูงมากและเข้ากันได้ดีกับท่อทองแดง เปลือกเหล็ก และน้ำมันหล่อลื่นแร่ภายในตู้เย็น แทบไม่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนหรือการอุดตันของท่อ และสามารถรับประกันอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้นานกว่า 10 ปี

สารทำความเย็น R12 มีค่า ODP เท่ากับ 1.0 (ซึ่งเป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับศักยภาพในการทำลายชั้นโอโซน) และมีค่า GWP ประมาณ 8,500 ทำให้เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีความเข้มข้นสูง หลังจากพิธีสารมอนทรีออลมีผลบังคับใช้ การใช้สารทำความเย็น R12 ในตู้แช่แข็งที่ผลิตขึ้นใหม่ทั่วโลกก็ถูกห้ามใช้มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2539 ปัจจุบัน มีเพียงอุปกรณ์เก่าบางส่วนเท่านั้นที่ยังคงมีสารทำความเย็นดังกล่าวตกค้างอยู่ และกำลังเผชิญกับภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกเนื่องจากไม่มีแหล่งอื่นทดแทนในระหว่างการบำรุงรักษา

ระยะเปลี่ยนผ่าน: ข้อจำกัดของการ “ทดแทนบางส่วน” ด้วยสารทำความเย็น HCFC

เพื่อทดแทนการใช้ R12 ในอดีต R22 (ไดฟลูออโรโมโนคลอโรมีเทน) เคยถูกนำมาใช้อย่างสั้นๆ ในตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์บางรุ่น (เช่น ตู้แช่แข็งขนาดเล็กในร้านสะดวกซื้อ) ข้อดีของ R22 อยู่ที่ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ใกล้เคียงกับ R12 โดยไม่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนการออกแบบคอมเพรสเซอร์และท่อส่งของตู้แช่แข็งอย่างมีนัยสำคัญ และค่า ODP ลดลงเหลือ 0.05 ซึ่งทำให้ความสามารถในการทำลายโอโซนลดลงอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องของ R22 ก็เห็นได้ชัดเช่นกัน กล่าวคือ ในด้านหนึ่ง ค่า GWP อยู่ที่ประมาณ 1,810 ซึ่งยังคงเป็นก๊าซเรือนกระจกสูง ซึ่งไม่สอดคล้องกับแนวโน้มการปกป้องสิ่งแวดล้อมในระยะยาว ในทางกลับกัน ประสิทธิภาพการทำความเย็น (COP) ของ R22 ต่ำกว่า R12 ซึ่งจะนำไปสู่การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นประมาณ 10%-15% เมื่อใช้ในตู้เย็นในครัวเรือน จึงยังไม่กลายเป็นกระแสหลักของตู้เย็นในครัวเรือน ด้วยการเร่งเลิกใช้สารทำความเย็น HCFC ทั่วโลกในปี พ.ศ. 2563 ทำให้ R22 แทบไม่ได้ถูกนำมาใช้ในตู้เย็นและตู้แช่แข็งอีกต่อไป

I. สารทำความเย็นกระแสหลักในปัจจุบัน: การปรับตัวเฉพาะสถานการณ์ของ HFC และชนิดที่มีค่า GWP ต่ำ

ปัจจุบัน การเลือกสารทำความเย็นสำหรับตู้เย็นในตลาดแสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะของ “ความแตกต่างระหว่างการใช้ในครัวเรือนและการใช้ในเชิงพาณิชย์ และความสมดุลระหว่างการปกป้องสิ่งแวดล้อมและต้นทุน” โดยแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ ที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการใช้งานของอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน:

1.ตู้แช่แข็งขนาดเล็ก: “การครองตลาดที่มั่นคง” ของสารทำความเย็น

R134a (เตตระฟลูออโรอีเทน) เป็นสารทำความเย็นที่ได้รับความนิยมสูงสุดสำหรับตู้เย็นในปัจจุบัน (โดยเฉพาะรุ่นที่มีความจุน้อยกว่า 200 ลิตร) คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 70% ข้อได้เปรียบหลักในการปรับตัวของสารทำความเย็นนี้สะท้อนให้เห็นในสามด้าน: ประการแรก เป็นไปตามมาตรฐานการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม โดยมีค่า ODP เท่ากับ 0 ซึ่งขจัดความเสี่ยงต่อการทำลายชั้นโอโซนได้อย่างสมบูรณ์ และเป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานของกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมระดับโลก ประการที่สอง ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ของสารทำความเย็นนี้เหมาะสม โดยมีอุณหภูมิการระเหยมาตรฐานอยู่ที่ -26.1°C ซึ่งเมื่อใช้ร่วมกับคอมเพรสเซอร์ประสิทธิภาพสูงของตู้เย็น จะทำให้อุณหภูมิของช่องแช่แข็งอยู่ในช่วง -18°C ถึง -25°C ได้อย่างคงที่ และประสิทธิภาพการทำความเย็น (COP) สูงกว่า R22 ประมาณ 8%-12% ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ ประการที่สาม มีความปลอดภัยที่เชื่อถือได้ จัดอยู่ในสารทำความเย็นคลาส A1 (ไม่เป็นพิษและไม่ติดไฟ) แม้ว่าจะมีการรั่วไหลเพียงเล็กน้อยก็จะไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยต่อสภาพแวดล้อมภายในบ้าน และเข้ากันได้ดีกับชิ้นส่วนพลาสติกและน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์ภายในตู้เย็น โดยมีอัตราความล้มเหลวต่ำ

นอกจากนี้ ตู้เย็นสำหรับใช้ในครัวเรือนระดับกลางถึงระดับสูงบางรุ่นยังใช้สารทำความเย็นธรรมชาติ R600a (ไอโซบิวเทน ไฮโดรคาร์บอน) ซึ่งมีค่า ODP เท่ากับ 0 และค่า GWP เพียง 3 มีประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ดีกว่า R134a มาก และประสิทธิภาพการทำความเย็นสูงกว่า R134a ประมาณ 5-10% ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานลงได้อีก อย่างไรก็ตาม R600a จัดอยู่ในสารทำความเย็นประเภท A3 (ไวไฟสูง) และเมื่อความเข้มข้นในอากาศสูงถึง 1.8-8.4% จะระเบิดเมื่อสัมผัสกับเปลวไฟ ดังนั้นจึงจำกัดให้ใช้เฉพาะในตู้เย็นที่ใช้ในครัวเรือนเท่านั้น (ปริมาณการชาร์จจำกัดอย่างเคร่งครัดที่ 50-150 กรัม ซึ่งต่ำกว่าอุปกรณ์เชิงพาณิชย์มาก) และตู้เย็นจะต้องติดตั้งอุปกรณ์ตรวจจับการรั่วไหล (เช่น เซ็นเซอร์แรงดัน) และคอมเพรสเซอร์ป้องกันการระเบิด ซึ่งมีต้นทุนสูงกว่ารุ่น R134a ประมาณ 15%-20% ดังนั้น จึงยังไม่เป็นที่นิยมอย่างเต็มที่

2. ตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ / ตู้เย็นขนาดใหญ่: “การแทรกซึมอย่างค่อยเป็นค่อยไป” ของสารทำความเย็นที่มีค่า GWP ต่ำ

ตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ (เช่น ตู้แช่แข็งแบบเกาะกลางของซูเปอร์มาร์เก็ต) มีข้อกำหนดด้าน “การปกป้องสิ่งแวดล้อม” และ “ประสิทธิภาพการทำความเย็น” ของสารทำความเย็นที่สูงกว่า เนื่องจากมีความจุขนาดใหญ่ (โดยปกติมากกว่า 500 ลิตร) และภาระการทำความเย็นสูง ปัจจุบัน ตัวเลือกที่นิยมใช้กันทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท:

(1) ส่วนผสมของ HFC: “การปรับตัวรับภาระสูง” ของ R404A

R404A (ส่วนผสมของเพนตาฟลูออโรอีเทน ไดฟลูออโรมีเทน และเตตระฟลูออโรอีเทน) เป็นสารทำความเย็นหลักที่ใช้สำหรับตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์อุณหภูมิต่ำ (เช่น ตู้แช่แข็งแบบแช่แข็งเร็วที่อุณหภูมิ -40°C) คิดเป็นสัดส่วนประมาณ 60% ข้อดีคือประสิทธิภาพการทำความเย็นที่ดีเยี่ยมภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ ที่อุณหภูมิการระเหย -40°C ความสามารถในการทำความเย็นสูงกว่า R134a ถึง 25%-30% ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำของตู้แช่แข็งได้อย่างรวดเร็ว และจัดอยู่ในสารทำความเย็นคลาส A1 (ปลอดสารพิษและไม่ติดไฟ) สามารถเติมสารทำความเย็นได้สูงสุดถึงหลายกิโลกรัม (สูงกว่าตู้เย็นสำหรับใช้ในครัวเรือนมาก) โดยไม่ต้องกังวลเรื่องความเสี่ยงจากการติดไฟ จึงเหมาะกับการใช้งานตู้แช่แข็งขนาดใหญ่ที่มีปริมาณการใช้งานสูง

อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องด้านการปกป้องสิ่งแวดล้อมของ R404A ค่อยๆ ปรากฏชัดขึ้น โดยมีค่า GWP สูงถึง 3922 ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มของก๊าซเรือนกระจกสูง ปัจจุบัน สหภาพยุโรปและภูมิภาคอื่นๆ ได้ออกกฎระเบียบเพื่อจำกัดการใช้สารทำความเย็นชนิดนี้ (เช่น ห้ามใช้สารทำความเย็นที่มีค่า GWP มากกว่า 2500 ในตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ที่ผลิตใหม่หลังปี พ.ศ. 2565) ดังนั้น R404A จึงค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยสารทำความเย็นที่มีค่า GWP ต่ำ

(2) ประเภท GWP ต่ำ: “ทางเลือกด้านสิ่งแวดล้อม” ของ R290 และ CO₂

ท่ามกลางกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดยิ่งขึ้น R290 (โพรเพน) และ CO₂ (R744) ได้กลายมาเป็นตัวเลือกใหม่สำหรับตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ โดยปรับให้เข้ากับความต้องการที่แตกต่างกันในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน:

R290 (โพรเพน):ส่วนใหญ่ใช้ในตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก (เช่น ตู้แช่แข็งแนวนอนในร้านสะดวกซื้อ) ค่า ODP เท่ากับ 0 ค่า GWP ประมาณ 3 ปกป้องสิ่งแวดล้อมอย่างดีเยี่ยม ประสิทธิภาพการทำความเย็นสูงกว่า R404A ประมาณ 10%-15% ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานในการทำงานของตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ (อุปกรณ์เชิงพาณิชย์ทำงานมากกว่า 20 ชั่วโมงต่อวัน และต้นทุนการใช้พลังงานมีสัดส่วนสูง) อย่างไรก็ตาม R290 จัดอยู่ในสารทำความเย็นคลาส A3 (ไวไฟสูง) และปริมาณสารทำความเย็นต้องควบคุมอย่างเข้มงวดไม่เกิน 200 กรัม (จึงจำกัดเฉพาะตู้แช่แข็งขนาดเล็ก) นอกจากนี้ ตู้แช่แข็งยังต้องใช้คอมเพรสเซอร์ป้องกันการระเบิด ท่อป้องกันการรั่ว (เช่น ท่อโลหะผสมทองแดง-นิกเกิล) และการออกแบบระบบระบายอากาศและระบายความร้อน ปัจจุบันสัดส่วนของสารทำความเย็นนี้ในตู้แช่แข็งร้านสะดวกซื้อในยุโรปเกิน 30%

CO₂ (R744):ส่วนใหญ่ใช้ในตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์อุณหภูมิต่ำพิเศษ (เช่น ตู้แช่แข็งตัวอย่างทางชีวภาพ -60°C) อุณหภูมิการระเหยมาตรฐานอยู่ที่ -78.5°C ซึ่งสามารถเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำพิเศษได้โดยไม่ต้องใช้ระบบทำความเย็นแบบเรียงซ้อนที่ซับซ้อน มีค่า ODP เท่ากับ 0 และค่า GWP เท่ากับ 1 ปกป้องสิ่งแวดล้อมอย่างเหนือชั้น ไม่เป็นพิษและไม่ติดไฟ ปลอดภัยกว่า R290 อย่างไรก็ตาม CO₂ มีอุณหภูมิวิกฤตต่ำ (31.1°C) เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 25°C จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยี “วงจรทรานส์คริติคัล” ส่งผลให้แรงดันของคอมเพรสเซอร์ในตู้แช่แข็งสูงถึง 10-12 เมกะปาสคาล จำเป็นต้องใช้ท่อสแตนเลสความแข็งแรงสูงและคอมเพรสเซอร์ทนแรงดันสูง ซึ่งมีต้นทุนสูงกว่าตู้แช่แข็ง R404A ประมาณ 30%-40% ดังนั้นในปัจจุบันจึงใช้ในสถานการณ์ที่มีความต้องการการปกป้องสิ่งแวดล้อมและอุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ (เช่น ตู้แช่แข็งเพื่อการวิจัยทางการแพทย์และวิทยาศาสตร์) เป็นหลัก

II. แนวโน้มในอนาคตของสารทำความเย็น: GWP ต่ำและความปลอดภัยสูงกลายเป็นทิศทางหลัก

เมื่อรวมกับกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมระดับโลก (เช่น กฎระเบียบ F-Gas ของสหภาพยุโรป แผนดำเนินการพิธีสารมอนทรีออลของจีน) และการอัปเกรดเทคโนโลยีอุปกรณ์ สารทำความเย็นสำหรับตู้เย็นและช่องแช่แข็งจะแสดงแนวโน้มหลักสามประการในอนาคต:

ตู้เย็นสำหรับใช้ในครัวเรือน:R600a กำลังค่อยๆ เข้ามาแทนที่ R134a – ด้วยเทคโนโลยีป้องกันการรั่วไหลและป้องกันการระเบิดที่ครบครัน (เช่น แถบปิดผนึกแบบใหม่ อุปกรณ์ตัดการรั่วไหลอัตโนมัติ) ต้นทุนของ R600a จะค่อยๆ ลดลง (คาดการณ์ว่าต้นทุนจะลดลง 30% ในอีก 5 ปีข้างหน้า) และจะเน้นย้ำถึงข้อดีของการปกป้องสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพการทำความเย็นที่สูง คาดว่าสัดส่วนของ R600a ในตู้เย็นครัวเรือนจะเกิน 50% ภายในปี 2030 ซึ่งจะเข้ามาแทนที่ R134a ในฐานะสารทำความเย็นหลัก

ตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์:“การพัฒนาแบบคู่ขนาน” ของส่วนผสมของ CO₂ และ HFO – สำหรับตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์อุณหภูมิต่ำพิเศษ (ต่ำกว่า -40°C) ความสมบูรณ์ทางเทคนิคของ CO₂ จะยังคงได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง (เช่น คอมเพรสเซอร์แบบวงจรทรานส์คริติคัลประสิทธิภาพสูง) และต้นทุนจะลดลงเรื่อยๆ โดยคาดว่าสัดส่วนจะเกิน 40% ภายในปี 2571 สำหรับตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์อุณหภูมิปานกลาง (-25°C ถึง -18°C) R454C (ส่วนผสมของ HFO และ HFC, GWP≈466) จะกลายเป็นกระแสหลัก โดยประสิทธิภาพการทำความเย็นใกล้เคียงกับ R404A และจัดอยู่ในสารทำความเย็นคลาส A2L (ความเป็นพิษต่ำและไวไฟต่ำ) โดยไม่มีข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับปริมาณที่เติม ซึ่งจะสร้างสมดุลระหว่างการปกป้องสิ่งแวดล้อมและความสะดวกในการใช้งาน

มาตรฐานความปลอดภัยที่ได้รับการยกระดับ:จาก “การป้องกันแบบพาสซีฟ” ไปจนถึง “การตรวจสอบเชิงรุก” ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ภายในบ้านหรือเชิงพาณิชย์ ระบบสารทำความเย็นในอนาคตโดยทั่วไปจะติดตั้งฟังก์ชัน “การตรวจสอบการรั่วไหลอัจฉริยะ + การบำบัดฉุกเฉินอัตโนมัติ” (เช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับการรั่วไหลด้วยเลเซอร์สำหรับตู้เย็นภายในบ้าน สัญญาณเตือนความเข้มข้น และอุปกรณ์เชื่อมโยงการระบายอากาศสำหรับตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์) โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสารทำความเย็นไวไฟ เช่น R600a และ R290 เพื่อขจัดอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นด้วยวิธีการทางเทคนิคและส่งเสริมการเผยแพร่สารทำความเย็นที่มีค่า GWP ต่ำอย่างครอบคลุม

III. ลำดับความสำคัญของการจับคู่สถานการณ์หลัก

สำหรับความต้องการของผู้ใช้ที่แตกต่างกัน สามารถปฏิบัติตามหลักการต่อไปนี้เมื่อเลือกสารทำความเย็นในตู้เย็น:

สำหรับผู้ใช้ตามบ้าน: ควรให้ความสำคัญกับตู้เย็นรุ่น R600a (ที่คำนึงถึงความสมดุลระหว่างการปกป้องสิ่งแวดล้อมและการประหยัดพลังงาน) หากงบประมาณเอื้ออำนวย (ราคาสูงกว่ารุ่น R134a ประมาณ 200-500 หยวน) ควรให้ความสำคัญกับตู้เย็นที่มีเครื่องหมาย "สารทำความเย็น R600a" การใช้พลังงานของตู้เย็นรุ่นนี้ต่ำกว่ารุ่น R134a ประมาณ 8-12% และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า หลังจากซื้อแล้ว ควรระมัดระวังไม่ให้ด้านหลังของตู้เย็น (ซึ่งเป็นที่ตั้งคอมเพรสเซอร์) เข้าใกล้เปลวไฟ และตรวจสอบความแน่นของซีลประตูอย่างสม่ำเสมอเพื่อลดความเสี่ยงในการรั่วซึม

ผู้ใช้เชิงพาณิชย์:เลือกตามความต้องการด้านอุณหภูมิ (โดยคำนึงถึงต้นทุนและการปกป้องสิ่งแวดล้อม) – ตู้แช่แข็งอุณหภูมิปานกลาง (เช่น ตู้แช่แข็งร้านสะดวกซื้อ) สามารถเลือกรุ่น R290 ซึ่งมีต้นทุนการใช้พลังงานในการทำงานระยะยาวต่ำกว่า สำหรับตู้แช่แข็งอุณหภูมิต่ำพิเศษ (เช่น อุปกรณ์แช่แข็งด่วน) หากมีงบประมาณเพียงพอ ให้เลือกรุ่น CO₂ ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มของกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมและหลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการเลิกใช้ในอนาคต หากความอ่อนไหวต่อต้นทุนในระยะสั้นเป็นปัญหา สามารถเลือกรุ่น R454C เพื่อเป็นการเปลี่ยนผ่าน โดยคำนึงถึงประสิทธิภาพและการปกป้องสิ่งแวดล้อม

การบำรุงรักษาและเปลี่ยนอะไหล่:ใช้สารทำความเย็นชนิดเดิมอย่างเคร่งครัด – เมื่อบำรุงรักษาตู้เย็นและตู้แช่แข็งเก่า อย่าเปลี่ยนสารทำความเย็นชนิดเดิมโดยพลการ (เช่น เปลี่ยน R134a เป็น R600a) เนื่องจากสารทำความเย็นแต่ละชนิดมีข้อกำหนดด้านน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์และแรงดันในท่อที่แตกต่างกัน การใช้สารทำความเย็นแบบผสมกันอาจทำให้คอมเพรสเซอร์เสียหายหรือระบบทำความเย็นล้มเหลวได้ จำเป็นต้องติดต่อผู้เชี่ยวชาญเพื่อเติมสารทำความเย็นตามชนิดที่ระบุไว้บนป้ายชื่ออุปกรณ์