สารทำความเย็น

สารทำความเย็นแบ่งออกเป็นกลุ่มตามองค์ประกอบทางเคมี หลังจากค้นพบว่าสารประกอบเคมีบางชนิดอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม จึงถูกแทนที่ด้วยทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นแทน กระบวนการนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย และถึงแม้จะมีทางเลือกอื่นนอกเหนือจากสารทำความเย็นแบบเก่า แต่สารทำความเย็นชนิดใหม่มักจะไม่มีที่ติ ในส่วนต่อไปนี้จะกล่าวถึงสารทำความเย็นกลุ่มต่างๆ มีตัวอย่างบางส่วนและอธิบายขอบเขตการใช้งาน

CFC=คลอโรฟลูออโรคาร์บอน

คลอโรฟลูออโรคาร์บอนเป็นสารทำความเย็นที่มีคลอรีน สินค้าเหล่านี้ถูกแบนตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 90 เนื่องจากมีผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างของ CFC ได้แก่ R11, R12 และ R115 การแปลงอุปกรณ์และระบบที่ใช้สารซีเอฟซียังไม่แล้วเสร็จ ในทางตรงกันข้าม ตลาดที่ผิดกฎหมายสำหรับสารทำความเย็นประเภทนี้เฟื่องฟูทั่วโลก และคาดว่าระบบ CFC ทั่วโลกไม่เกิน 50% ได้รับการอัปเกรด

HCFC=ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน

การเลิกใช้สาร CFC อย่างช้าๆ แสดงให้เห็นว่าเป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูง อย่างไรก็ตาม และที่สำคัญกว่านั้น มันยังแสดงให้เห็นถึงปัญหาและความไม่แน่ใจเกี่ยวกับความพร้อมของ HCFC ซึ่งได้รับการระบุอย่างเป็นทางการว่าเป็นสิ่งทดแทนชั่วคราว (จนถึงปี 2030) สำหรับ CFC การดำเนินการอย่างเร่งรีบของสหภาพยุโรปซึ่งนำไปสู่การห้าม HCFCs สำหรับการทำความเย็นทันที และในไม่ช้า (อย่างช้าที่สุดในปี 2547) สำหรับการปรับอากาศ ได้ทำให้แผนงานและแผนงานของอุตสาหกรรมไม่พอใจ HCFC มีคลอรีนน้อยกว่า CFC ซึ่งหมายถึง ODP ที่ต่ำกว่า ตัวอย่างของไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอนได้แก่ R22, R123 และ R124

HFC=ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน

ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนเป็นสารทำความเย็นที่ไม่มีคลอรีนและไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน (ODP=0) อย่างไรก็ตาม ผลกระทบที่มีต่อภาวะโลกร้อนนั้นมีมากเมื่อเทียบกับสารทำความเย็นแบบเดิม ความคิดเห็นบางส่วนเกี่ยวกับสารทำความเย็น HFC มีดังต่อไปนี้

• R32 และ R125 ไม่ค่อยถูกใช้เป็นสารทำความเย็นเดี่ยว แต่เฉพาะในสารผสมที่มีคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่ดีเป็นพิเศษเท่านั้น
• R245c และ R245fa มีการใช้งานเกือบเฉพาะในสหรัฐอเมริกาและในลักษณะที่ค่อนข้างทดลอง
• R404A ได้รับการพัฒนาเป็นทางเลือกแทน R502 สำหรับตู้เย็นและตู้แช่แข็ง
• R134a เป็นสาร HFC ตัวแรกที่นำมาใช้ในการทำความเย็นและการปรับอากาศที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก เนื่องจากแทบไม่ต้องเปลี่ยนแปลงใดๆ ในอุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับ R22 อย่างไรก็ตาม มันให้ประสิทธิภาพที่จำกัดมาก ซึ่งต่ำกว่าที่ได้รับจาก R22 ประมาณ 40% ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตจึงมีทางเลือกสองทาง: ยอมรับการลดความจุความร้อนในระบบที่กำหนดลงอย่างมาก หรือเพิ่มขนาด (และต้นทุน) เพื่อให้ได้ความจุเท่ากัน ด้วยเหตุนี้ R134a จึงถูกใช้ในระบบขนาดใหญ่ (มากกว่า 250 กิโลวัตต์) เป็นหลัก ซึ่งสามารถจ่ายได้ในราคาที่สูงกว่า
• R407C ก็เหมือนกับ R134a ซึ่งมีเทอร์โมไดนามิกส์คล้ายกับ R22 และทำงานเป็นสารทำความเย็นแบบ "หยด" อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับ R134a ซึ่งเป็นสารประกอบบริสุทธิ์ R407C มีการร่อนที่ 7 K ทำให้แทบจะนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่อยู่อาศัยขนาดเล็ก (ในครัวเรือน) ได้ มีเหตุผลสองประการที่จะพิสูจน์ข้อจำกัดดังกล่าว: อุปกรณ์ในที่พักอาศัยต้องเผชิญกับการสูญเสียจากอุบัติเหตุกะทันหันมากกว่าอุปกรณ์อื่นๆ และโดยปกติจะมีการซ่อมบำรุงนอกสถานที่ ในกรณีที่เกิดการรั่วไหลอย่างกะทันหัน การเลื่อนระดับ 7K อาจส่งผลให้สัดส่วนของส่วนผสมเปลี่ยนแปลง เนื่องจากการสูญเสียสัมพัทธ์ของส่วนประกอบที่ระเหยได้มากที่สุดจะสูงอย่างไม่เป็นสัดส่วน หากใช้การเติมสารทำความเย็นแบบมาตรฐาน ไม่มีการรับประกันว่าส่วนผสมสารทำความเย็นใหม่จะมีสัดส่วนเท่าเดิมก่อนเกิดการรั่วไหล เนื่องจากการเคลื่อนตัวสูง สารทำความเย็นนี้จึงใช้เฉพาะในระบบที่มีความจุปานกลาง (50-250 kW) ซึ่งโดยปกติแล้วจะให้บริการโดยบุคลากรที่มีทักษะ
• R410A มีคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่น่าดึงดูดใจมาก มีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงกว่า R22 ไม่มีการเคลื่อนตัว และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีปัญหากับส่วนผสมที่เหลืออยู่หลังจากการสูญเสียประจุและการเติม อย่างไรก็ตาม มันมีแรงดันใช้งานเกือบสองเท่าของ R22 ดังนั้นจึงต้องมีการออกแบบใหม่ทั้งระบบด้วยคอมเพรสเซอร์ที่ใหญ่ขึ้น วาล์วขยาย ฯลฯ
• R507A ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในเครื่องทำความเย็นอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์
• R508B ไม่ค่อยถูกใช้ในรอบอุณหภูมิต่ำ R507A และ R508B มีคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่ดีและไม่มีปัญหากับการร่อนของอุณหภูมิ เนื่องจากเป็นของผสมอะซีโอโทรปิก

FC=ฟลูออโรคาร์บอน

ฟลูออโรคาร์บอนไม่มีคลอรีนและไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน อย่างไรก็ตาม มีความเสถียรอย่างยิ่งและมี GWP สูง R218 คือตัวอย่างของฟลูออโรคาร์บอน และ FC ยังมีอยู่ในของผสม R403 และ R408 อีกด้วย

HC=ไฮโดรคาร์บอน

ไฮโดรคาร์บอนเป็นวิธีแก้ปัญหาที่จำกัดมากสำหรับปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับสารทำความเย็น ไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน (ODP=0) และแทบไม่มีผลกระทบต่อภาวะเรือนกระจกโดยตรง (GWP)<5), but they are highly flammable. The use of HCs as refrigerants is confined to Europe, because many other countries elsewhere have banned the use of flammable gas in the presence of the public. According to the standards ISO 55149 and EN 378.2000, this should apply also in Europe. However, the standard IEC 355.2.20 allows the use of HCs in household refrigerators with refrigerant charges up to 150 g. This standard has opened the way for some European refrigerator manufacturers to produce household refrigerators with flammable isobutene, R600a.These have been accepted enthusiastically by environmentalists, and have achieved great success in the market.

NH3=แอมโมเนีย

แอมโมเนีย R717 เป็นทางเลือกสารทำความเย็นที่น่าสนใจ มีการใช้ในระบบทำความเย็นมาตั้งแต่ปี 1840 และในการอัดไอตั้งแต่ปี 1860 ในแง่ของคุณสมบัติของสารทำความเย็น ควรถือเป็นสารทำความเย็นคุณภาพสูง นอกจากนี้ ODP และ GWP ยังเป็น 0 อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะเป็นก๊าซที่แจ้งเตือนตัวเอง กล่าวคือ กลิ่นรั่วสามารถตรวจจับได้ง่าย แอมโมเนียก็เป็นอันตรายมากแม้ที่ความเข้มข้นต่ำ เพราะกลิ่นมักทำให้เกิดอาการตื่นตระหนก นี่คือเหตุผลหลักว่าทำไมแอมโมเนียจึงถูกถอนออกจากการใช้งานโดยผู้ไม่มีทักษะและเก็บไว้เฉพาะสำหรับงานอุตสาหกรรมเท่านั้น นอกจากนี้ยังพบได้บ่อยในเครื่องทำความเย็นเชิงพาณิชย์ แม้ว่ากฎระเบียบด้านความปลอดภัยจะกำหนดให้ใช้กับวงจรการจำหน่ายรองก็ตาม แน่นอนว่าลูปรองนี้ลดประสิทธิภาพลง

CO2=คาร์บอนไดออกไซด์

R744 ซึ่งเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ มีลักษณะที่น่าสนใจหลายประการ ได้แก่ ไม่ติดไฟ ไม่ทำให้โอโซนสูญเสีย ดัชนีความเป็นพิษต่ำมาก (ความปลอดภัย A1) ใช้ได้ในปริมาณมาก และต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม ยังมีประสิทธิภาพต่ำและมีแรงดันใช้งานสูง (สูงกว่า R134a ประมาณ 10 เท่า) ด้วยเหตุผลสองประการหลังนี้ จึงจำเป็นต้องมีความพยายามในการปรับปรุงวงจรการทำความเย็นและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง โดยเฉพาะเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและอุปกรณ์ขยาย การใช้งาน CO2 ที่สำคัญที่กำลังจะมีขึ้นดูเหมือนว่าจะเป็นการปรับอากาศในอุตสาหกรรมยานยนต์ ปั๊มความร้อนยังอาจได้รับประโยชน์จาก CO2 เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งสามารถรับได้แม้ที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำมาก