ทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างประเภทสารทำความเย็นสำหรับตู้เย็น

อุปกรณ์ทำความเย็นสมัยใหม่มีความจำเป็นต่อการถนอมอาหาร แต่สารทำความเย็น เช่น R134a, R290, R404a, R600a และ R507 มีความแตกต่างอย่างมากในการใช้งาน โดยทั่วไปแล้ว R290 มักใช้ในตู้แช่เครื่องดื่ม ขณะที่ R143a มักใช้ในตู้แช่เบียร์ขนาดเล็ก โดยทั่วไปแล้ว R600a จะถูกสงวนไว้สำหรับอุปกรณ์แช่แข็งเฉพาะทาง

สารทำความเย็นคือหัวใจสำคัญของระบบทำความเย็น ช่วยให้ตู้เย็นสามารถดูดซับความร้อนและรักษาอุณหภูมิภายในให้เย็นสบาย อย่างไรก็ตาม สารทำความเย็นแต่ละชนิดไม่ได้ถูกผลิตขึ้นมาเหมือนกันหมด ทั้งองค์ประกอบทางเคมี ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ความปลอดภัย และประสิทธิภาพการทำงาน มีความแตกต่างอย่างมาก สำหรับผู้บริโภค ช่างเทคนิค และผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมในยุโรปและอเมริกาเหนือ การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งท่ามกลางกฎระเบียบที่เข้มงวดเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและปกป้องชั้นโอโซน

เกณฑ์การประเมินหลักสำหรับสารทำความเย็น

ก่อนที่จะเจาะลึกถึงประเภทต่างๆ สิ่งสำคัญคือต้องกำหนดเกณฑ์วัดที่สำคัญที่สุดสำหรับการใช้งานตู้เย็น เกณฑ์เหล่านี้เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม HVAC/R (ระบบทำความร้อน ระบายอากาศ ปรับอากาศ และทำความเย็น) และเป็นตัวกำหนดการตัดสินใจด้านกฎระเบียบทั่วโลก:

• ODP (ศักยภาพการทำลายชั้นโอโซน): การวัดระดับความเสียหายของสารที่ทำลายชั้นโอโซน เกณฑ์มาตรฐานคือ R11 (สารทำความเย็นที่ถูกห้ามใช้ในปัจจุบัน) โดยมีค่า ODP เท่ากับ 1 ค่า 0 หมายความว่าสารทำความเย็นนั้นไม่มีผลกระทบต่อการทำลายชั้นโอโซน
• GWP (ศักยภาพในการทำให้โลกร้อน): การวัดปริมาณสารที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระยะเวลา 100 ปี เมื่อเทียบกับคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂, GWP = 1) ค่า GWP ที่ต่ำกว่าจะถูกจัดลำดับความสำคัญภายใต้กฎระเบียบต่างๆ เช่น กฎระเบียบ F-Gas ของสหภาพยุโรป และนโยบายทางเลือกใหม่ที่สำคัญ (SNAP) ของสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (USEPA)
• การจำแนกประเภทความปลอดภัย ASHRAE: มาตรฐาน (ASHRAE 34-2022) ที่จัดอันดับสารทำความเย็นตามความสามารถในการติดไฟ (ประเภท 1: ไม่ติดไฟ; ประเภท 2L: ติดไฟเล็กน้อย; ประเภท 2: ติดไฟได้; ประเภท 3: ติดไฟสูง) และความเป็นพิษ (ประเภท A: ความเป็นพิษต่ำ; ประเภท B: ความเป็นพิษสูง) สารทำความเย็นสำหรับตู้เย็นส่วนใหญ่จัดอยู่ในประเภท A
• ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์: รวมไปถึงประสิทธิภาพการทำความเย็น (COP หรือค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ โดยยิ่งสูง = มีประสิทธิภาพมากขึ้น) แรงดันในการทำงาน (ต้องตรงกับการออกแบบคอมเพรสเซอร์ของตู้เย็น) และช่วงอุณหภูมิ (เหมาะสำหรับตู้เย็นอุณหภูมิปานกลางหรือช่องแช่แข็งอุณหภูมิต่ำ)
• ความเข้ากันได้: ทำงานร่วมกับสารหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์ของตู้เย็น (เช่น น้ำมันแร่ น้ำมัน POE) และวัสดุ (เช่น ซีล ท่อ) เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของระบบ

การวิเคราะห์สารทำความเย็นแต่ละชนิด

สารทำความเย็นแต่ละชนิดมีจุดแข็งและข้อจำกัดเฉพาะตัว จึงเหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน ตั้งแต่ตู้เย็นในครัวเรือนไปจนถึงตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์ ด้านล่างนี้คือรายละเอียดของแต่ละประเภท

1. R134a (เตตระฟลูออโรอีเทน)

ประเภทสารเคมี: ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนบริสุทธิ์ (HFC)

ข้อมูลจำเพาะหลัก:

• ODP: 0 (ปลอดภัยต่อโอโซน)
• GWP: 1,430 (ตามรายงานการประเมินครั้งที่ 6 ของ IPCC ช่วงเวลา 100 ปี)
• ระดับความปลอดภัย ASHRAE: A1 (ไม่ติดไฟ ความเป็นพิษต่ำ)
• แรงดันการทำงาน: ปานกลาง (เมื่อเทียบกับสารทำความเย็นชนิดอื่น)
• ความเข้ากันได้: ใช้งานได้กับสารหล่อลื่น POE (โพลีออลเอสเทอร์) หรือ PAG (โพลีอัลคิลีนไกลคอล)

ประสิทธิภาพและการใช้งาน:

สารทำความเย็น R134a เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1990 เพื่อทดแทนสารทำความเย็น R12 (สาร CFC ที่มีค่า ODP สูง ซึ่งปัจจุบันถูกห้ามใช้ภายใต้พิธีสารมอนทรีออล) สารทำความเย็น R134a กลายเป็นสารทำความเย็นหลักในตู้เย็นสำหรับครัวเรือน ตู้แช่เครื่องดื่มขนาดเล็ก และตู้เย็นแบบพกพา เนื่องจากคุณสมบัติไม่ติดไฟและสามารถติดตั้งเข้ากับระบบที่มีอยู่เดิมได้ง่าย ประสิทธิภาพการทำความเย็น (COP) อยู่ในระดับปานกลาง เพียงพอสำหรับอุณหภูมิตู้เย็นมาตรฐาน (2-8°C สำหรับช่องแช่เย็น และ -18°C สำหรับช่องแช่แข็ง) แต่ต่ำกว่าสารทำความเย็นธรรมชาติอย่าง R600a

สถานะด้านกฎระเบียบและสิ่งแวดล้อม:

แม้ว่า R134a จะปลอดภัยต่อโอโซน แต่ค่า GWP ที่สูงทำให้เกิดข้อจำกัดในยุโรปและอเมริกาเหนือ ภายใต้ข้อบังคับ F-Gas ของสหภาพยุโรป (EC No 517/2014) การใช้ R134a ในอุปกรณ์ทำความเย็นรุ่นใหม่ได้ลดลงตั้งแต่ปี 2020 และมีแผนที่จะลดการใช้ลงอีก R134a ยังคงเป็นที่นิยมใช้ในตู้เย็นรุ่นเก่า แต่กำลังถูกแทนที่ด้วยสารทดแทนที่มีค่า GWP ต่ำในตู้เย็นรุ่นใหม่

ความท้าทาย: GWP ที่สูงจำกัดความสามารถในการดำรงอยู่ในระยะยาว มีประสิทธิภาพต่ำกว่าสารทำความเย็นจากธรรมชาติ

2. R600a (ไอโซบิวเทน)

ประเภทสารเคมี: ไฮโดรคาร์บอนบริสุทธิ์ (HC ซึ่งเป็น “สารทำความเย็นจากธรรมชาติ” ที่ได้จากปิโตรเลียม/ก๊าซ)

ข้อมูลจำเพาะหลัก:

• ODP: 0 (ปลอดภัยต่อโอโซน)
• GWP: 3 (ผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศเล็กน้อย - เป็นหนึ่งในระดับต่ำที่สุดที่มีอยู่)
• ระดับความปลอดภัย ASHRAE: A3 (ติดไฟได้ง่าย ความเป็นพิษต่ำ)
• แรงดันการทำงาน: ต่ำ (ต้องใช้คอมเพรสเซอร์ที่ออกแบบมาสำหรับระบบแรงดันต่ำ)
• ความเข้ากันได้: ใช้งานได้กับน้ำมันแร่หรือน้ำมันหล่อลื่นอัลคิลเบนซีน (AB) (ไม่ใช่ POE/PAG)

ประสิทธิภาพและการใช้งาน:

ปัจจุบัน R600a เป็นสารทำความเย็นหลักในตู้เย็นสำหรับครัวเรือนสมัยใหม่ในยุโรปและอเมริกาเหนือ ประสิทธิภาพการทำความเย็นสูง (COP สูงกว่า R134a 5-10%) ช่วยลดการใช้พลังงาน สอดคล้องกับมาตรฐาน EU Energy Label และมาตรฐาน US ENERGY STAR® ค่า GWP ต่ำยังสอดคล้องกับข้อกำหนดการปล่อยมลพิษที่เข้มงวด

ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและการติดตั้ง:

ความสามารถในการติดไฟเป็นความท้าทายหลักของ R600a เพื่อลดความเสี่ยง ผู้ผลิตจึงจำกัดขนาดบรรจุในตู้เย็น (โดยทั่วไปไม่เกิน 150 กรัม) และใช้ส่วนประกอบที่ป้องกันการระเบิด (เช่น คอมเพรสเซอร์แบบปิดผนึก ชิ้นส่วนไฟฟ้าที่ไม่ก่อให้เกิดประกายไฟ) ช่างเทคนิคจำเป็นต้องได้รับการฝึกอบรมเฉพาะทางเพื่อจัดการกับการรั่วไหล เนื่องจากไอระเหย R600a เข้มข้นสามารถติดไฟได้

ความท้าทาย: การติดไฟได้สูงต้องอาศัยการออกแบบและการจัดการที่เน้นความปลอดภัย ไม่เข้ากันกับน้ำมัน POE/PAG

3. R290 (โพรเพน)

ประเภทสารเคมี: ไฮโดรคาร์บอนบริสุทธิ์ (HC, สารทำความเย็นธรรมชาติ)

ข้อมูลจำเพาะหลัก:

• ODP: 0 (ปลอดภัยต่อโอโซน)
• GWP: 3 (เท่ากับ R600a ส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศต่ำมาก)
• ระดับความปลอดภัย ASHRAE: A3 (ติดไฟได้ง่าย ความเป็นพิษต่ำ—ติดไฟได้มากกว่า R600a เล็กน้อย โดยมีพลังงานจุดระเบิดต่ำกว่า)
• แรงดันการทำงาน: ปานกลางถึงต่ำ (สูงกว่า R600a, ต่ำกว่า R134a)
• ความเข้ากันได้: ใช้งานได้กับน้ำมันแร่หรือน้ำมันหล่อลื่น AB

ประสิทธิภาพและการใช้งาน:

R290 มีประสิทธิภาพการทำความเย็นที่ยอดเยี่ยม โดยมีค่า COP สูงกว่า R134a ประมาณ 10-15% จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำความเย็นแบบประหยัดพลังงาน R290 ถูกนำมาใช้ในตู้เย็นขนาดเล็กถึงขนาดกลาง ตู้เย็นขนาดเล็ก และตู้แช่สำหรับโชว์สินค้าเชิงพาณิชย์บางรุ่น (ซึ่งมีขนาดความจุจำกัด) ในภูมิภาคต่างๆ เช่น สหภาพยุโรป มีการใช้ R290 มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อทดแทน R134a โดยตรงในรุ่นใหม่ๆ

สถานะความปลอดภัยและกฎระเบียบ:

เช่นเดียวกับ R600a ความสามารถในการติดไฟของ R290 จำเป็นต้องมีมาตรการความปลอดภัยที่เข้มงวด ได้แก่ ขีดจำกัดการชาร์จ (≤150 กรัมสำหรับตู้เย็นในครัวเรือน) ระบบตรวจจับการรั่วไหล และวัสดุที่ไม่ติดไฟภายในตู้เย็น R290 สอดคล้องกับข้อบังคับ EU F-Gas Regulation และ US EPA SNAP อย่างครบถ้วน โดยไม่มีแผนลดการผลิตเนื่องจากมีค่า GWP ต่ำ

ความท้าทาย: มีความไวไฟสูงกว่า R600a ต้องมีการทดสอบความปลอดภัยที่เข้มงวดยิ่งขึ้นในระหว่างการผลิต

4. R404a (ส่วนผสมของ R125, R134a, R143a)

ประเภทสารเคมี: ส่วนผสม HFC ใกล้เคียงกับอะซีโอโทรปิก (HFC หลายชนิดผสมกันเพื่อเลียนแบบคุณสมบัติของสารทำความเย็นชนิดเดียว)

ข้อมูลจำเพาะหลัก:

• ODP: 0 (ปลอดภัยต่อโอโซน)
• GWP: 3,922 (สูงมาก—เป็นสารทำความเย็นที่มีผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศมากที่สุดชนิดหนึ่ง)
• ระดับความปลอดภัย ASHRAE: A1 (ไม่ติดไฟ ความเป็นพิษต่ำ)
• แรงดันการทำงาน: สูง (เหมาะสำหรับระบบอุณหภูมิต่ำ)
• ความเข้ากันได้: ทำงานร่วมกับสารหล่อลื่น POE

ประสิทธิภาพและการใช้งาน:

R404a เคยเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับระบบทำความเย็นเชิงพาณิชย์ ซึ่งรวมถึงตู้แช่แข็งแบบวอล์กอิน ตู้โชว์สินค้าในซูเปอร์มาร์เก็ต และตู้เย็นอุตสาหกรรมที่ทำงานที่อุณหภูมิ -20°C ถึง -40°C ความสามารถในการทำความเย็นที่สูงและความเสถียรที่อุณหภูมิต่ำทำให้ R404a เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเหล่านี้

สถานะด้านกฎระเบียบและสิ่งแวดล้อม:

สาร R404a ที่มีค่า GWP สูงมากทำให้มีการเลิกใช้เกือบทั้งหมดในยุโรปและอเมริกาเหนือ ภายใต้ข้อบังคับ F-Gas ของสหภาพยุโรป การใช้สารนี้ในอุปกรณ์ใหม่ถูกห้ามในปี พ.ศ. 2563 และมีข้อจำกัดในการนำเข้า/ส่งออกอย่างเข้มงวด ในสหรัฐอเมริกา สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) ได้กำหนดให้ R404a เป็น "สารที่มีค่า GWP สูง" และกำหนดให้ใช้สารทดแทนที่มีค่า GWP ต่ำ (เช่น R452A, R513A) ในระบบใหม่ สารนี้ยังคงอยู่ในตู้เย็นเชิงพาณิชย์รุ่นเก่า แต่กำลังถูกเลิกใช้โดยการปรับปรุง

ความท้าทาย: GWP ที่สูงเกินไป ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ไม่ดีเมื่อเทียบกับทางเลือกสมัยใหม่ มีส่วนสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

5. R507 (ส่วนผสมของ R125 และ R143a)

ประเภทสารเคมี: ส่วนผสม Azeotropic HFC (ส่วนผสมที่เดือด/ควบแน่นที่อุณหภูมิเดียว เช่น สารทำความเย็นบริสุทธิ์)

ข้อมูลจำเพาะหลัก:

• ODP: 0 (ปลอดภัยต่อโอโซน)
• GWP: 3,985 (เกือบจะเท่ากับ R404a สูงมาก)
• ระดับความปลอดภัย ASHRAE: A1 (ไม่ติดไฟ ความเป็นพิษต่ำ)
• แรงดันการทำงาน: สูง (สูงกว่า R404a เล็กน้อย)
• ความเข้ากันได้: ทำงานร่วมกับสารหล่อลื่น POE

ประสิทธิภาพและการใช้งาน:

R507 เป็นสารที่ใกล้เคียงกับ R404a ออกแบบมาสำหรับระบบทำความเย็นเชิงพาณิชย์ที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น ตู้แช่แข็ง ตู้โชว์อาหารแช่แข็ง) ที่ต้องการความเย็นสม่ำเสมอที่อุณหภูมิ -30°C ถึง -50°C คุณสมบัติแบบอะซีโอโทรปิกของ R507 หมายความว่าจะไม่แยกตัวเป็นส่วนประกอบเมื่อเกิดการรั่วไหล ทำให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้น ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเหนือสารผสมแบบอะซีโอโทรปิกอย่าง R404a

สถานะด้านกฎระเบียบและสิ่งแวดล้อม:

เช่นเดียวกับ R404a ค่า GWP ที่สูงของ R507 นำไปสู่กฎระเบียบที่เข้มงวด กฎระเบียบ EU F-Gas ได้ห้ามการใช้สารนี้ในอุปกรณ์ใหม่ในปี 2020 และสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (US EPA) ได้กำหนดให้สารนี้อยู่ใน "สารที่น่ากังวล" ภายใต้ SNAP สารนี้กำลังถูกแทนที่ด้วยสารทดแทนที่มีค่า GWP ต่ำ เช่น R448A (GWP = 1,387) และ R449A (GWP = 1,397) ในการใช้งานเชิงพาณิชย์

ความท้าทาย: GWP สูงมาก ไม่มีความสามารถในการดำรงอยู่ได้ในระยะยาวภายใต้กฎการปล่อยมลพิษระดับโลก จำกัดเฉพาะระบบเดิม

แนวโน้มราคาของสารทำความเย็นแต่ละชนิดมีความแตกต่างกัน นี่คือแผนภูมิแนวโน้ม ณ เดือนมิถุนายน 2568:

ภาพรวมเปรียบเทียบของสารทำความเย็น

ตารางด้านล่างนี้สรุปความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสารทำความเย็นทั้ง 5 ชนิด โดยเน้นถึงความเหมาะสมสำหรับกรณีการใช้งานเฉพาะ:

แนวโน้มด้านกฎระเบียบและการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรม

ตลาดสารทำความเย็นทั่วโลกกำลังถูกขับเคลื่อนโดยเป้าหมายหลักสองประการ ได้แก่ การกำจัดสารที่ทำลายชั้นโอโซน (ซึ่งสารทำความเย็นส่วนใหญ่ทำได้สำเร็จ) และการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักในปัจจุบัน) ในยุโรปและอเมริกาเหนือ กฎระเบียบต่างๆ กำลังเร่งการเปลี่ยนไปใช้สารทำความเย็นที่มีค่า GWP ต่ำ:

• ข้อบังคับ EU F-Gas: กำหนดให้ลดการใช้ HFC ลงร้อยละ 79 ภายในปี 2030 (เมื่อเทียบกับระดับในปี 2015) และห้ามใช้สารทำความเย็นที่มีค่า GWP สูง (GWP > 2,500) ในอุปกรณ์ทำความเย็นใหม่
• US EPA SNAP: ระบุสารทำความเย็นที่มีค่า GWP ต่ำ (เช่น R600a, R290, R452A) ว่า "ยอมรับได้" สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ และห้ามใช้ตัวเลือกที่มีค่า GWP สูง (เช่น R404a, R507) ในระบบใหม่

สำหรับผู้บริโภค นี่หมายถึง:

• ตู้เย็นในครัวเรือนแบบใหม่จะใช้ R600a หรือ R290 เกือบทั้งหมด (เนื่องจากมีค่า GWP ต่ำและประสิทธิภาพสูง)
• ระบบทำความเย็นเชิงพาณิชย์จะเปลี่ยนไปใช้สารผสมที่มีค่า GWP ต่ำ (เช่น R448A, R454C) หรือสารทำความเย็นจากธรรมชาติ เช่น CO₂ (R744) สำหรับระบบขนาดใหญ่
• ตู้เย็นรุ่นเก่าที่ใช้สาร R134a, R404a หรือ R507 จะต้องมีการกำจัดหรือการปรับปรุงอย่างเหมาะสมเพื่อให้เป็นไปตามข้อบังคับ

การเลือกสารทำความเย็นที่เหมาะสมสำหรับตู้เย็นขึ้นอยู่กับปัจจัยสี่ประการ ได้แก่ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม (ODP/GWP), ความปลอดภัย (การติดไฟ/ความเป็นพิษ), ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ/ความดัน) และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ สำหรับการใช้งานที่ทันสมัยส่วนใหญ่:

• R600a และ R290 เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับตู้เย็นในครัวเรือน เนื่องจากมีค่า GWP ต่ำเป็นพิเศษและประสิทธิภาพสูง (พร้อมมาตรการด้านความปลอดภัยเพื่อจัดการกับการติดไฟ)
• R404a และ R507 ถือเป็นสารล้าสมัยสำหรับระบบใหม่ โดยจำกัดเฉพาะอุปกรณ์เชิงพาณิชย์รุ่นเก่าเท่านั้น จนกว่าจะมีการปรับปรุงหรือเปลี่ยนใหม่
• R134a เป็นทางเลือกชั่วคราวที่กำลังจะถูกยกเลิกและหันไปใช้สารทำความเย็นจากธรรมชาติแทน

ในขณะที่กฎระเบียบเข้มงวดขึ้นและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี อุตสาหกรรมจะยังคงให้ความสำคัญกับสารทำความเย็นธรรมชาติและสารผสมที่มีค่า GWP ต่ำ เพื่อให้มั่นใจว่าระบบทำความเย็นจะมีประสิทธิภาพและยั่งยืนในระยะยาว สำหรับช่างเทคนิคและผู้บริโภค การรับทราบข้อมูลเกี่ยวกับความแตกต่างเหล่านี้อยู่เสมอเป็นกุญแจสำคัญในการตัดสินใจอย่างมีความรับผิดชอบและเป็นไปตามข้อกำหนด

แหล่งที่มา: คู่มือ ASHRAE—การทำความเย็น (2021), รายงานการประเมินครั้งที่ 6 ของ IPCC (2022), ข้อบังคับ EU F-Gas (EC No 517/2014), โปรแกรม SNAP ของ EPA สหรัฐฯ (2023)