Tủ lạnh và tủ đông, là thiết bị lưu trữ nhiệt độ thấp dùng trong gia đình và thương mại, đã liên tục được cải tiến trong việc lựa chọn chất làm lạnh, tập trung vào "khả năng thích ứng với hiệu suất làm lạnh" và "các yêu cầu về quy định môi trường". Các loại và đặc tính chính ở các giai đoạn khác nhau rất phù hợp với nhu cầu của thiết bị.
Xu hướng chính ban đầu: Ứng dụng chất làm lạnh CFC với “hiệu quả cao nhưng tác hại lớn”
Từ những năm 1950 đến những năm 1990, R12 (dichlorodifluoromethane) là môi chất lạnh chủ đạo tuyệt đối. Về khả năng thích ứng với thiết bị, các đặc tính nhiệt động của R12 hoàn toàn phù hợp với nhu cầu bảo quản ở nhiệt độ thấp – với nhiệt độ bay hơi tiêu chuẩn là -29,8°C, nó có thể dễ dàng đáp ứng yêu cầu nhiệt độ của ngăn giữ lạnh (0-8°C) và ngăn đông (dưới -18°C). Hơn nữa, nó có độ ổn định hóa học cực kỳ cao và khả năng tương thích tuyệt vời với ống đồng, vỏ thép và dầu bôi trơn khoáng bên trong tủ lạnh, hiếm khi gây ăn mòn hoặc tắc nghẽn đường ống, và có thể đảm bảo tuổi thọ của thiết bị hơn 10 năm.
R12 có giá trị ODP là 1,0 (một chuẩn mực về khả năng làm suy giảm tầng ozone) và giá trị GWP khoảng 8500, khiến nó trở thành một loại khí nhà kính mạnh. Với việc Nghị định thư Montreal có hiệu lực, việc sử dụng R12 trên toàn cầu trong các tủ đông mới sản xuất đã dần bị cấm kể từ năm 1996. Hiện tại, chỉ một số thiết bị cũ vẫn còn dư lượng chất làm lạnh này và đang phải đối mặt với tình trạng khó khăn là không có nguồn thay thế trong quá trình bảo trì.
Giai đoạn chuyển tiếp: Hạn chế của việc “thay thế một phần” bằng chất làm lạnh HCFC
Để khắc phục tình trạng loại bỏ dần R12, R22 (difluoromonochloromethane) đã từng được sử dụng trong một thời gian ngắn trong một số tủ đông thương mại (chẳng hạn như tủ đông cửa hàng tiện lợi nhỏ). Ưu điểm của R22 nằm ở hiệu suất nhiệt động lực học gần bằng R12 mà không cần phải thay đổi đáng kể thiết kế máy nén và đường ống của tủ đông, đồng thời chỉ số ODP giảm xuống còn 0,05, làm giảm đáng kể khả năng làm suy giảm tầng ozone.
Tuy nhiên, nhược điểm của R22 cũng rất rõ ràng: một mặt, chỉ số GWP của nó vào khoảng 1810, vẫn thuộc nhóm khí nhà kính cao, không phù hợp với xu hướng bảo vệ môi trường lâu dài; mặt khác, hiệu suất làm lạnh (COP) của R22 thấp hơn R12, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng tăng khoảng 10%-15% khi sử dụng trong tủ lạnh gia dụng, do đó R22 chưa trở thành lựa chọn phổ biến trong tủ lạnh gia dụng. Với việc đẩy nhanh việc loại bỏ môi chất lạnh HCFC trên toàn cầu vào năm 2020, R22 về cơ bản đã không còn được ứng dụng trong lĩnh vực tủ lạnh và tủ đông.
I. Các chất làm lạnh chính hiện nay: Thích ứng theo tình huống cụ thể của HFC và các loại GWP thấp
Hiện nay, việc lựa chọn chất làm lạnh cho tủ lạnh trên thị trường thể hiện đặc điểm “phân biệt giữa mục đích sử dụng gia đình và thương mại, cân bằng giữa bảo vệ môi trường và chi phí”, chủ yếu chia thành hai loại chính, phù hợp với nhu cầu chức năng của các thiết bị khác nhau:
1. Tủ đông nhỏ: “Sự thống trị ổn định” của chất làm lạnh
R134a (tetrafluoroethane) là chất làm lạnh phổ biến nhất cho tủ lạnh hiện nay (đặc biệt là các mẫu có dung tích dưới 200L), chiếm hơn 70%. Ưu điểm thích ứng cốt lõi của nó được phản ánh ở ba khía cạnh: thứ nhất, nó đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường, với giá trị ODP bằng 0, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ phá hủy tầng ôzôn và tuân thủ các yêu cầu cơ bản của các quy định về môi trường toàn cầu; thứ hai, hiệu suất nhiệt động lực học của nó phù hợp, với nhiệt độ bay hơi tiêu chuẩn là -26,1°C, cùng với máy nén hiệu suất cao của tủ lạnh, có thể đạt được nhiệt độ của ngăn đông một cách ổn định từ -18°C đến -25°C và hiệu suất làm lạnh (COP) của nó cao hơn 8%-12% so với R22, có thể giảm mức tiêu thụ điện năng của thiết bị; Thứ ba, nó có độ an toàn đáng tin cậy, thuộc loại chất làm lạnh loại A1 (không độc hại và không bắt lửa), ngay cả khi xảy ra rò rỉ nhỏ, nó cũng sẽ không gây nguy hiểm cho môi trường gia đình và có khả năng tương thích tốt với các bộ phận bằng nhựa và dầu bôi trơn máy nén bên trong tủ lạnh, với tỷ lệ hỏng hóc thấp.
Ngoài ra, một số tủ lạnh gia dụng từ trung bình đến cao cấp sẽ sử dụng R600a (isobutane, một hydrocarbon) - một chất làm lạnh tự nhiên, có giá trị ODP là 0 và giá trị GWP chỉ là 3, có hiệu suất môi trường tốt hơn nhiều so với R134a và hiệu suất làm lạnh của nó cao hơn 5%-10% so với R134a, có thể giảm thêm mức tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên, R600a thuộc loại chất làm lạnh A3 (rất dễ cháy) và khi nồng độ thể tích của nó trong không khí đạt 1,8%-8,4%, nó sẽ phát nổ khi tiếp xúc với ngọn lửa trần. Do đó, nó chỉ được giới hạn sử dụng trong tủ lạnh gia dụng (lượng nạp bị giới hạn nghiêm ngặt ở mức 50g-150g, thấp hơn nhiều so với thiết bị thương mại) và tủ lạnh cần được trang bị các thiết bị phát hiện chống rò rỉ (như cảm biến áp suất) và máy nén chống cháy nổ, với chi phí cao hơn 15%-20% so với các mẫu R134a, vì vậy nó chưa được phổ biến rộng rãi.
2. Tủ đông thương mại / tủ lạnh lớn: “Thâm nhập dần dần” chất làm lạnh có GWP thấp
Tủ đông thương mại (như tủ đông dạng đảo siêu thị) có yêu cầu cao hơn về "bảo vệ môi trường" và "hiệu suất làm lạnh" của môi chất lạnh do dung tích lớn (thường trên 500 lít) và tải làm lạnh cao. Hiện nay, các lựa chọn chính được chia thành hai loại:
(1) Hỗn hợp HFC: “Thích ứng tải trọng cao” của R404A
R404A (hỗn hợp pentafluoroethane, difluoromethane và tetrafluoroethane) là chất làm lạnh chủ đạo cho tủ đông nhiệt độ thấp thương mại (chẳng hạn như tủ đông đông lạnh nhanh -40°C), chiếm khoảng 60%. Ưu điểm của nó là hiệu suất làm lạnh trong điều kiện nhiệt độ thấp rất vượt trội – ở nhiệt độ bay hơi -40°C, công suất làm lạnh cao hơn 25%-30% so với R134a, có thể đáp ứng nhanh chóng nhu cầu lưu trữ ở nhiệt độ thấp của tủ đông; và nó thuộc loại chất làm lạnh loại A1 (không độc hại và không bắt lửa), với lượng nạp lên tới vài kg (vượt xa tủ lạnh gia dụng), mà không lo ngại về nguy cơ cháy nổ, thích ứng với hoạt động tải trọng cao của tủ đông lớn.
Tuy nhiên, những nhược điểm về bảo vệ môi trường của R404A đã dần trở nên rõ ràng. Chỉ số GWP của nó lên tới 3922, thuộc nhóm khí nhà kính cao. Hiện nay, Liên minh Châu Âu và các khu vực khác đã ban hành các quy định hạn chế sử dụng (chẳng hạn như cấm sử dụng chất làm lạnh có GWP>2500 trong tủ đông thương mại mới sản xuất sau năm 2022). Do đó, R404A đang dần được thay thế bằng các chất làm lạnh có GWP thấp.
(2) Các loại GWP thấp: “Các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường” của R290 và CO₂
Trong bối cảnh các quy định về môi trường ngày càng chặt chẽ, R290 (propan) và CO₂ (R744) đã trở thành lựa chọn mới nổi cho tủ đông thương mại, thích ứng với các nhu cầu khác nhau trong các tình huống khác nhau:
R290 (propan): Chủ yếu được sử dụng trong tủ đông thương mại nhỏ (như tủ đông nằm ngang của cửa hàng tiện lợi). Giá trị ODP của nó là 0, giá trị GWP khoảng 3, có khả năng bảo vệ môi trường cực kỳ mạnh mẽ; và hiệu suất làm lạnh của nó cao hơn 10%-15% so với R404A, có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng vận hành của tủ đông thương mại (thiết bị thương mại hoạt động hơn 20 giờ một ngày và chi phí tiêu thụ năng lượng chiếm tỷ trọng cao). Tuy nhiên, R290 thuộc loại chất làm lạnh A3 (rất dễ cháy) và lượng nạp cần được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi 200g (do đó chỉ giới hạn ở tủ đông nhỏ). Ngoài ra, tủ đông cần sử dụng máy nén chống cháy nổ, đường ống chống rò rỉ (như ống hợp kim đồng-niken) và thiết kế thông gió và tản nhiệt. Hiện tại, tỷ lệ của nó trong tủ đông cửa hàng tiện lợi ở Châu Âu đã vượt quá 30%.
CO₂ (R744): Chủ yếu được sử dụng trong tủ đông thương mại nhiệt độ cực thấp (như tủ đông mẫu sinh học -60°C). Nhiệt độ bay hơi tiêu chuẩn của nó là -78,5°C, có thể đạt được khả năng lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp mà không cần hệ thống làm lạnh tầng phức tạp; và nó có giá trị ODP là 0 và giá trị GWP là 1, với khả năng bảo vệ môi trường không thể thay thế, không độc hại và không bắt lửa, có độ an toàn cao hơn R290. Tuy nhiên, CO₂ có nhiệt độ tới hạn thấp (31,1°C). Khi nhiệt độ môi trường vượt quá 25°C, cần phải có công nghệ "chu trình xuyên tới hạn", dẫn đến áp suất máy nén của tủ đông cao tới 10-12MPa, đòi hỏi phải sử dụng đường ống thép không gỉ có độ bền cao và máy nén chịu áp suất cao, với chi phí cao hơn 30%-40% so với tủ đông R404A. Do đó, hiện nay nó chủ yếu được sử dụng trong các tình huống có yêu cầu cực kỳ cao về bảo vệ môi trường và nhiệt độ thấp (như tủ đông y tế và nghiên cứu khoa học).
II. Xu hướng tương lai của chất làm lạnh: GWP thấp và độ an toàn cao trở thành hướng cốt lõi
Kết hợp với các quy định về môi trường toàn cầu (như Quy định về khí F của EU, kế hoạch thực hiện Nghị định thư Montreal của Trung Quốc) và nâng cấp công nghệ thiết bị, chất làm lạnh cho tủ lạnh và tủ đông sẽ cho thấy ba xu hướng chính trong tương lai:
Tủ lạnh gia dụng: R600a đang dần thay thế R134a – với sự phát triển của công nghệ chống rò rỉ và chống cháy nổ (như dải niêm phong mới, thiết bị ngắt rò rỉ tự động), chi phí của R600a sẽ giảm dần (dự kiến sẽ giảm 30% trong 5 năm tới), đồng thời nhấn mạnh những ưu điểm về khả năng bảo vệ môi trường và hiệu suất làm lạnh cao. Dự kiến đến năm 2030, tỷ lệ R600a trong tủ lạnh gia dụng sẽ vượt quá 50%, thay thế R134a trở thành loại gas chủ đạo.
Tủ đông thương mại: “Phát triển theo hướng kép” hỗn hợp CO₂ và HFO – đối với tủ đông thương mại nhiệt độ cực thấp (dưới -40°C), mức độ hoàn thiện kỹ thuật của CO₂ sẽ tiếp tục được cải thiện (chẳng hạn như máy nén chu trình xuyên tới hạn hiệu suất cao) và chi phí sẽ giảm dần, với tỷ lệ dự kiến vượt quá 40% vào năm 2028; đối với tủ đông thương mại nhiệt độ trung bình (từ -25°C đến -18°C), R454C (hỗn hợp HFO và HFC, GWP≈466) sẽ trở thành xu hướng chính, với hiệu suất làm lạnh gần bằng R404A và thuộc loại chất làm lạnh A2L (độc tính thấp và khả năng bắt lửa thấp), không có hạn chế nghiêm ngặt về lượng nạp, cân bằng giữa bảo vệ môi trường và tính thực tiễn.
Tiêu chuẩn an toàn được nâng cao:Từ “bảo vệ thụ động” đến “giám sát chủ động” – bất kể thiết bị gia dụng hay thương mại, các hệ thống chất làm lạnh trong tương lai nhìn chung sẽ được trang bị chức năng “giám sát rò rỉ thông minh + xử lý khẩn cấp tự động” (chẳng hạn như cảm biến rò rỉ bằng laser cho tủ lạnh gia dụng, báo động nồng độ và thiết bị liên kết thông gió cho tủ đông thương mại), đặc biệt đối với các chất làm lạnh dễ cháy như R600a và R290, để loại bỏ các mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn thông qua các biện pháp kỹ thuật và thúc đẩy phổ biến toàn diện các chất làm lạnh có GWP thấp.
III. Ưu tiên của việc khớp kịch bản cốt lõi
Đối với nhu cầu của những người dùng khác nhau, có thể tuân theo các nguyên tắc sau khi lựa chọn chất làm lạnh tủ lạnh:
Đối với người dùng gia đình: Ưu tiên dòng tủ lạnh R600a (cân bằng giữa bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng) – nếu ngân sách cho phép (cao hơn dòng R134a từ 200-500 nhân dân tệ), nên ưu tiên tủ lạnh có ghi “môi chất làm lạnh R600a”. Mức tiêu thụ điện năng của dòng tủ lạnh này thấp hơn dòng R134a từ 8%-12%, thân thiện với môi trường hơn; sau khi mua, cần chú ý tránh đặt mặt sau tủ lạnh (nơi đặt máy nén) gần ngọn lửa, và thường xuyên kiểm tra độ kín của gioăng cửa để giảm nguy cơ rò rỉ.
Người dùng thương mại:Lựa chọn theo nhu cầu nhiệt độ (cân bằng chi phí và bảo vệ môi trường) – tủ đông nhiệt độ trung bình (như tủ đông cửa hàng tiện lợi) có thể chọn mẫu R290, với chi phí tiêu thụ năng lượng vận hành dài hạn thấp hơn; đối với tủ đông nhiệt độ cực thấp (như thiết bị đông lạnh nhanh), nếu ngân sách đủ, nên ưu tiên mẫu CO₂, phù hợp với xu hướng quy định về môi trường và tránh nguy cơ bị loại bỏ dần trong tương lai; nếu quan tâm đến độ nhạy chi phí ngắn hạn, có thể chọn mẫu R454C làm bước chuyển tiếp, cân bằng hiệu suất và bảo vệ môi trường.
Bảo trì và thay thế: Phải tuyệt đối phù hợp với loại môi chất lạnh ban đầu – khi bảo trì tủ lạnh và tủ đông cũ, không được tự ý thay thế loại môi chất lạnh (ví dụ như thay R134a bằng R600a), vì mỗi loại môi chất lạnh có yêu cầu khác nhau về dầu bôi trơn máy nén và áp suất đường ống. Việc sử dụng hỗn hợp sẽ gây hư hỏng máy nén hoặc hỏng hệ thống làm lạnh. Cần liên hệ với chuyên gia để bổ sung môi chất lạnh theo đúng loại được ghi trên nhãn thiết bị.
Thời gian đăng: 29-08-2025 Lượt xem: