Hiểu sự khác biệt giữa các loại chất làm lạnh cho tủ lạnh

Thiết bị làm lạnh hiện đại rất cần thiết cho việc bảo quản thực phẩm, tuy nhiên, các chất làm lạnh như R134a, R290, R404a, R600a và R507 lại có sự khác biệt đáng kể về ứng dụng. R290 thường được sử dụng trong tủ lạnh đồ uống, trong khi R143a thường được sử dụng trong tủ bia nhỏ. R600a thường được dành riêng cho các thiết bị đông lạnh chuyên dụng.

Môi chất lạnh là huyết mạch của hệ thống làm lạnh, cho phép tủ lạnh hấp thụ nhiệt và duy trì nhiệt độ bên trong mát mẻ. Tuy nhiên, không phải tất cả các chất làm lạnh đều được tạo ra như nhau—thành phần hóa học, tác động môi trường, đặc điểm an toàn và hiệu suất của chúng rất khác nhau. Đối với người tiêu dùng, kỹ thuật viên và chuyên gia trong ngành ở Châu Âu và Bắc Mỹ, việc hiểu rõ những khác biệt này là rất quan trọng, đặc biệt là trong bối cảnh các quy định nghiêm ngặt đang được áp dụng để giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ tầng ozone.

Tiêu chí đánh giá cốt lõi cho chất làm lạnh

Trước khi đi sâu vào từng loại, điều quan trọng là phải xác định các số liệu quan trọng nhất đối với ứng dụng tủ lạnh. Các tiêu chí này được công nhận rộng rãi trong ngành HVAC/R (Hệ thống sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí, làm lạnh) và định hình các quyết định quản lý trên toàn cầu:

• ODP (Tiềm năng suy giảm tầng ozone): Thước đo mức độ một chất gây hại cho tầng ozone. Tiêu chuẩn là R11 (một chất làm lạnh hiện đã bị cấm), với ODP là 1. Mức 0 nghĩa là chất làm lạnh không gây suy giảm tầng ozone.
• GWP (Tiềm năng làm nóng toàn cầu): Thước đo mức độ đóng góp của một chất vào biến đổi khí hậu trong 100 năm, so với carbon dioxide (CO₂, GWP = 1). Các giá trị GWP thấp hơn được ưu tiên theo các quy định như Quy định Khí F của EU và Chính sách Thay thế Mới Đáng kể (SNAP) của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA).
• Phân loại an toàn ASHRAE: Một tiêu chuẩn (ASHRAE 34-2022) đánh giá chất làm lạnh theo khả năng bắt lửa (Loại 1: không bắt lửa; Loại 2L: ít bắt lửa; Loại 2: dễ cháy; Loại 3: dễ cháy cao) và độc tính (Loại A: độc tính thấp; Loại B: độc tính cao). Hầu hết chất làm lạnh tủ lạnh đều thuộc Loại A.
• Hiệu suất nhiệt động lực học: Bao gồm hiệu suất làm mát (COP hoặc Hệ số hiệu suất, trong đó càng cao = hiệu quả hơn), áp suất vận hành (phải phù hợp với thiết kế máy nén của tủ lạnh) và phạm vi nhiệt độ (phù hợp với tủ lạnh nhiệt độ trung bình hoặc tủ đông nhiệt độ thấp).
• Khả năng tương thích: Tương thích với chất bôi trơn máy nén của tủ lạnh (ví dụ: dầu khoáng, dầu POE) và vật liệu (ví dụ: phớt, ống mềm) để tránh làm hỏng hệ thống.

Phân tích chất làm lạnh riêng lẻ

Mỗi loại chất làm lạnh đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với từng trường hợp sử dụng cụ thể - từ tủ lạnh gia dụng đến tủ đông thương mại. Dưới đây là phân tích chi tiết về từng loại.

1. R134a (Tetrafluoroethane)

Loại hóa chất: Hydrofluorocarbon tinh khiết (HFC)

Thông số kỹ thuật chính:

• ODP: 0 (an toàn với tầng ozone)
• GWP: 1.430 (theo Báo cáo đánh giá lần thứ sáu của IPCC, tầm nhìn 100 năm)
• Lớp an toàn ASHRAE: A1 (không bắt lửa, độc tính thấp)
• Áp suất vận hành: Trung bình (so với các chất làm lạnh khác)
• Khả năng tương thích: Hoạt động với chất bôi trơn POE (polyol ester) hoặc PAG (polyalkylene glycol).

Hiệu suất & Ứng dụng:

R134a xuất hiện vào những năm 1990 để thay thế R12 (một loại CFC có chỉ số ODP cao, hiện đã bị cấm theo Nghị định thư Montreal). Nhờ đặc tính không bắt lửa và dễ dàng tích hợp vào các hệ thống hiện có, R134a đã trở thành môi chất lạnh chủ lực trong tủ lạnh gia dụng, tủ giữ lạnh đồ uống cỡ nhỏ và tủ lạnh di động. Hiệu suất làm lạnh (COP) của nó ở mức trung bình—đủ cho nhiệt độ tủ lạnh tiêu chuẩn (2–8°C đối với ngăn tươi, -18°C đối với ngăn đá) nhưng thấp hơn so với các môi chất lạnh tự nhiên như R600a.

Tình trạng pháp lý và môi trường:

Mặc dù R134a an toàn với tầng ozone, nhưng GWP cao của nó đã dẫn đến các hạn chế ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Theo Quy định Khí F của EU (EC số 517/2014), việc sử dụng R134a trong các thiết bị làm lạnh mới đã bị hạn chế dần kể từ năm 2020, và dự kiến ​​sẽ tiếp tục giảm. Nó vẫn phổ biến trong các tủ lạnh cũ nhưng đang được thay thế bằng các lựa chọn thay thế có GWP thấp hơn trong các mẫu mới.

Thách thức: GWP cao hạn chế khả năng tồn tại lâu dài; hiệu quả thấp hơn so với chất làm lạnh tự nhiên.

2. R600a (Isobutan)

Loại hóa chất: Hydrocarbon tinh khiết (HC, một “chất làm lạnh tự nhiên” có nguồn gốc từ dầu mỏ/khí)

Thông số kỹ thuật chính:

• ODP: 0 (an toàn với tầng ozone)
• GWP: 3 (tác động không đáng kể đến khí hậu—một trong những mức thấp nhất hiện có)
• Lớp an toàn ASHRAE: A3 (dễ cháy, độc tính thấp)
• Áp suất vận hành: Thấp (yêu cầu máy nén được thiết kế cho hệ thống áp suất thấp)
• Khả năng tương thích: Hoạt động với dầu khoáng hoặc chất bôi trơn alkylbenzene (AB) (không phải POE/PAG).

Hiệu suất & Ứng dụng:

R600a hiện là môi chất lạnh chủ đạo trong tủ lạnh gia dụng hiện đại ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Hiệu suất làm lạnh cao (COP cao hơn R134a từ 5–10%) giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng, phù hợp với Nhãn Năng lượng EU và tiêu chuẩn ENERGY STAR® của Hoa Kỳ. Chỉ số GWP thấp cũng giúp sản phẩm hoàn toàn tuân thủ các quy định nghiêm ngặt về khí thải.

Những cân nhắc về an toàn và lắp đặt:

Tính dễ cháy là thách thức chính của R600a. Để giảm thiểu rủi ro, các nhà sản xuất giới hạn dung tích nạp gas trong tủ lạnh (thường ≤150 gram) và sử dụng các linh kiện chống cháy nổ (ví dụ: máy nén kín, linh kiện điện không phát tia lửa). Kỹ thuật viên cần được đào tạo chuyên sâu để xử lý rò rỉ, vì hơi R600a cô đặc dễ cháy.

Thách thức: Tính dễ cháy cao đòi hỏi phải thiết kế và xử lý chú trọng đến an toàn; không tương thích với dầu POE/PAG.

3. R290 (Propan)

Loại hóa chất: Hydrocarbon tinh khiết (HC, chất làm lạnh tự nhiên)

Thông số kỹ thuật chính:

• ODP: 0 (an toàn với tầng ozone)
• GWP: 3 (tương tự như R600a, tác động đến khí hậu cực thấp)
• Lớp an toàn ASHRAE: A3 (dễ cháy, độc tính thấp—dễ cháy hơn một chút so với R600a, có năng lượng bắt lửa thấp hơn)
• Áp suất vận hành: Trung bình-thấp (cao hơn R600a, thấp hơn R134a)
• Khả năng tương thích: Hoạt động với dầu khoáng hoặc chất bôi trơn AB.

Hiệu suất & Ứng dụng:

R290 mang lại hiệu suất làm lạnh vượt trội—chỉ số COP của nó cao hơn 10–15% so với R134a, lý tưởng cho hệ thống làm lạnh tiết kiệm năng lượng. Nó được sử dụng trong tủ lạnh gia dụng cỡ nhỏ đến trung bình, tủ lạnh mini và một số tủ mát trưng bày thương mại (nơi dung tích bình chứa bị giới hạn). Tại các khu vực như EU, nó ngày càng được sử dụng rộng rãi để thay thế trực tiếp cho R134a trong các mẫu máy mới.

Tình trạng an toàn và quy định:

Tương tự như R600a, tính dễ cháy của R290 đòi hỏi các biện pháp an toàn nghiêm ngặt: giới hạn nạp (≤150 gram đối với tủ lạnh gia dụng), hệ thống phát hiện rò rỉ và vật liệu không cháy bên trong tủ lạnh. Sản phẩm này hoàn toàn tuân thủ Quy định Khí F của EU và Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA SNAP), không có kế hoạch giảm dần do chỉ số GWP thấp.

Thách thức: Khả năng bắt lửa cao hơn R600a; đòi hỏi phải thử nghiệm an toàn nghiêm ngặt hơn trong quá trình sản xuất.

4. R404a (Hỗn hợp R125, R134a, R143a)

Loại hóa chất: Hỗn hợp HFC gần azeotropic (nhiều HFC được trộn để mô phỏng các đặc tính của một chất làm lạnh duy nhất)

Thông số kỹ thuật chính:

• ODP: 0 (an toàn với tầng ozone)
• GWP: 3.922 (cực kỳ cao—một trong những chất làm lạnh có tác động lớn nhất đến khí hậu)
• Lớp an toàn ASHRAE: A1 (không bắt lửa, độc tính thấp)
• Áp suất vận hành: Cao (tối ưu hóa cho hệ thống nhiệt độ thấp)
• Khả năng tương thích: Hoạt động với chất bôi trơn POE.

Hiệu suất & Ứng dụng:

R404a từng là tiêu chuẩn vàng cho hệ thống làm lạnh thương mại, bao gồm tủ đông, tủ trưng bày siêu thị và tủ lạnh công nghiệp hoạt động ở nhiệt độ từ -20°C đến -40°C. Khả năng làm lạnh cao và độ ổn định ở nhiệt độ thấp khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng này.

Tình trạng pháp lý và môi trường:

Chỉ số GWP cực cao của R404a đã dẫn đến việc loại bỏ gần như hoàn toàn chất này ở Châu Âu và Bắc Mỹ. Theo Quy định Khí F của EU, việc sử dụng chất này trong các thiết bị mới đã bị cấm vào năm 2020, và việc nhập khẩu/xuất khẩu bị hạn chế nghiêm ngặt. Tại Hoa Kỳ, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã liệt kê R404a là "chất có GWP cao" và yêu cầu thay thế bằng các chất thay thế có GWP thấp hơn (ví dụ: R452A, R513A) trong các hệ thống mới. Chất này vẫn được sử dụng trong các tủ lạnh thương mại cũ nhưng đang dần bị loại bỏ thông qua các lần cải tiến.

Thách thức: GWP quá cao; hiệu suất năng lượng kém so với các giải pháp thay thế hiện đại; góp phần đáng kể vào biến đổi khí hậu.

5. R507 (Hỗn hợp R125 và R143a)

Loại hóa chất: Hỗn hợp HFC azeotropic (hỗn hợp sôi/ngưng tụ ở một nhiệt độ duy nhất, giống như chất làm lạnh nguyên chất)

Thông số kỹ thuật chính:

• ODP: 0 (an toàn với tầng ozone)
• GWP: 3.985 (gần giống với R404a, cực cao)
• Lớp an toàn ASHRAE: A1 (không bắt lửa, độc tính thấp)
• Áp suất vận hành: Cao (cao hơn một chút so với R404a)
• Khả năng tương thích: Hoạt động với chất bôi trơn POE.

Hiệu suất & Ứng dụng:

R507 là một họ hàng gần của R404a, được thiết kế cho hệ thống làm lạnh thương mại nhiệt độ thấp (ví dụ: tủ đông sâu, tủ trưng bày thực phẩm đông lạnh) khi cần làm lạnh liên tục ở mức -30°C đến -50°C. Tính chất azeotropic của nó giúp nó không bị phân tách thành các thành phần trong quá trình rò rỉ, giúp đơn giản hóa việc bảo trì—một lợi thế so với các hỗn hợp gần azeotropic như R404a.

Tình trạng pháp lý và môi trường:

Giống như R404a, chỉ số GWP cao của R507 đã dẫn đến các quy định nghiêm ngặt. Quy định về Khí F của EU đã cấm sử dụng R507 trong các thiết bị mới vào năm 2020, và Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã chỉ định R507 là "chất đáng lo ngại" theo SNAP. Nó đang được thay thế bằng các lựa chọn thay thế có chỉ số GWP thấp hơn như R448A (GWP = 1.387) và R449A (GWP = 1.397) trong các ứng dụng thương mại.

Thách thức: GWP cực kỳ cao; không khả thi lâu dài theo các quy định về phát thải toàn cầu; chỉ giới hạn ở các hệ thống cũ.

Xu hướng giá của các loại chất làm lạnh khác nhau rất đa dạng. Dưới đây là biểu đồ xu hướng tính đến tháng 6 năm 2025:

Tổng quan so sánh về chất làm lạnh

Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt chính giữa năm chất làm lạnh, nêu bật tính phù hợp của chúng đối với các trường hợp sử dụng cụ thể:

Xu hướng quản lý và sự thay đổi của ngành

Thị trường chất làm lạnh toàn cầu đang được thúc đẩy bởi hai mục tiêu bao trùm: loại bỏ các chất làm suy giảm tầng ozone (đã đạt được đối với hầu hết các chất làm lạnh) và giảm phát thải khí nhà kính (trọng tâm hiện tại). Tại Châu Âu và Bắc Mỹ, các quy định đang đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang các giải pháp có GWP thấp:

• Quy định về khí F của EU: Yêu cầu giảm 79% mức tiêu thụ HFC vào năm 2030 (so với mức năm 2015) và cấm các chất làm lạnh có GWP cao (GWP > 2.500) trong thiết bị làm lạnh mới.
• US EPA SNAP: Liệt kê các chất làm lạnh có GWP thấp (ví dụ: R600a, R290, R452A) là “có thể chấp nhận được” cho hầu hết các ứng dụng và cấm các tùy chọn có GWP cao (ví dụ: R404a, R507) trong các hệ thống mới.

Đối với người tiêu dùng, điều này có nghĩa là:

• Tủ lạnh gia dụng mới hầu như chỉ sử dụng R600a hoặc R290 (do GWP thấp và hiệu suất cao).
• Hệ thống làm lạnh thương mại sẽ chuyển sang hỗn hợp GWP thấp (ví dụ: R448A, R454C) hoặc chất làm lạnh tự nhiên như CO₂ (R744) cho các hệ thống lớn.
• Tủ lạnh cũ sử dụng R134a, R404a hoặc R507 sẽ cần phải thải bỏ hoặc lắp đặt lại đúng cách để tuân thủ các quy định.

Việc lựa chọn chất làm lạnh phù hợp cho tủ lạnh phụ thuộc vào việc cân bằng bốn yếu tố: tác động môi trường (ODP/GWP), độ an toàn (khả năng bắt lửa/độc hại), hiệu suất (hiệu suất/áp suất) và tuân thủ quy định. Đối với hầu hết các ứng dụng hiện đại:

• R600a và R290 là lựa chọn tốt nhất cho tủ lạnh gia đình, mang lại GWP cực thấp và hiệu suất cao (có các biện pháp an toàn để giải quyết tình trạng dễ cháy).
• R404a và R507 đã lỗi thời đối với các hệ thống mới, chỉ giới hạn ở các thiết bị thương mại cũ cho đến khi được cải tiến hoặc thay thế.
• R134a là lựa chọn tạm thời, dần dần được thay thế bằng chất làm lạnh tự nhiên.

Khi các quy định ngày càng chặt chẽ và công nghệ ngày càng tiến bộ, ngành công nghiệp sẽ tiếp tục ưu tiên các chất làm lạnh tự nhiên và hỗn hợp có GWP thấp - đảm bảo hệ thống làm lạnh vừa hiệu quả vừa bền vững lâu dài. Đối với các kỹ thuật viên và người tiêu dùng, việc cập nhật thông tin về những khác biệt này là chìa khóa để đưa ra quyết định có trách nhiệm và tuân thủ.

Nguồn: Sổ tay ASHRAE—Làm lạnh (2021), Báo cáo đánh giá thứ sáu của IPCC (2022), Quy định về khí F của EU (EC số 517/2014), Chương trình SNAP của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (2023).