三種原理制冷劑 A2L和 A3冷媒泄漏監測傳感器解析

chinaboy

在日益嚴峻的氣候挑戰與全球“雙碳”目標驅動下，制冷行業正經歷一場關鍵的綠色轉折。在全球積極應對氣候變化、各國頻繁出臺嚴苛環境法規推進減碳目標的大趨勢下，傳統氟利昂類制冷劑因其高GWP（全球變暖潛能值）正逐步被淘汰，市場行業正加速向天然制冷劑及低GWP替代品轉型。然而，低GWP制冷劑存在使用安全風險，檢測應用環境中A2L/A3制冷劑氣體是否泄漏非常重要。A2L是低毒弱可燃性冷媒，常見的有R32、R454A、R454B、R454C、R1234ze、R1234yf等。A3冷媒是高可燃性天然工質，常見的有R290等。為應對全球變暖問題，全球對高GWP冷媒的管控趨嚴，A2L和A3冷媒因低GWP特性成為全球制冷行業綠色轉型的首先選擇。

制冷劑冷媒的安全分類制冷劑應具有可接受的安全性，安全性主要包括毒性和可燃性，國家標準《制冷劑編號方法和安全性分類》GB/T 7778-2017將制冷劑的毒性分為A類（低慢性毒性）、B類（高慢性毒性），將可燃性分為第1類（無火焰傳播）、第2L類（弱可然）、第2類（可然）、第3類（可燃易爆）。根據GB/T 7778-2017，制冷劑安全性細分為8類，分別為：A1、A2L、A2、A3、B1、B2L、B2、B3，其中，A1最安全，B3最危險。

常見制冷劑的安全等級如下：A1類：R11、R12、R13、R113、R114、R115、R116、R22、R124、R23、R125、R134a、R236fa、R218、RC318、R401a、R401b、R402a、R402b、R403a、R403b、R404a、R407a、R407b、R407c、R407d、R408a、R409a、R410a、R417a、R422d、R500、R501、R502、R507a、R508a、R508b、R509a、R513a、R744
A2類：R142b、R152a、R406a、R411a、R411b、R412a、R413a、R415b、R418a、R419a、R512a
A2L類：R143a、R32、R1234yf、R1234ze(E)、R454A、R454B、R454C
A3類：R290、R600、R600a、R601a、R1270、RE170、R510a、R511a
B1類：R123、R245fa
B2L類：R717
低GWP制冷劑的環境影響與效率R32：R32被視為一種環保制冷劑，其臭氧破壞潛力（ODP）為0，這意味著它不會對臭氧層造成破壞。R32的全球變暖潛力（GWP）相對較低，為675，相較于傳統的R22制冷劑，其GWP值大幅降低，能源效率高于傳統R410A，成為降低運營成本和排放的住宅和商業系統的**。
R454 A/B/C：R454A是R32（35%）與R1234yf（65%）的混合工質，質量配比為R32 35%、R1234yf 65%，GWP為145。R454A是一種輕度易燃、低全球變暖潛能值制冷劑，旨在在新設備設計中替代R404A，適用于低溫冷庫、速凍設備、工業制冷系統。R454A在正排量、直接膨脹低溫和中溫商業和工業應用中提供了性能平衡，可替代R404A。它提供了改進的能源性能和更高的冷卻能力，無需進行重大修改即可輕松且具有成本效益地應用于新設備。
R454B是R32（68.9%）與R1234yf（31.1%）的混合工質，質量配比為R32 68.9%、R1234yf 31.1%，GWP為466。R454B是一種輕度易燃、低全球變暖潛能值制冷劑，旨在在新設備設計中替代R410A，適用于家用/商用空調、熱泵及冷水機組。R454B在容積式、直接膨脹式空調、熱泵和冷水機組應用中提供了佳的性能平衡，以取代R410A。它具有與R410A相似的特性，無需進行重大修改即可輕松且經濟高效地應用于新設備。
R454C是R32（21.5%）與R1234yf（78.5%）的混合工質，GWP為146。R454C是一種溫和易燃的制冷劑。它在容積式、直接膨脹低溫和中溫商業和工業應用的新設備設計中用作R404A和R22的替代品。R454C提供與R404A和R22相似的性能，無需進行重大修改即可輕松且經濟高效地應用于新設備R1234yf(SolsticeTMyf)是一種HFO，用作汽車空調中R134a的替代品。R1234yf(SolsticeTMyf)的全球變暖潛能值(GWP)低于歐盟移動空調(MAO)指令規定的限值，是下一代汽車空調制冷劑。
R290（丙烷）： R290是一種天然環保制冷劑，主要用于中央空調、熱泵空調、家用空調和其它小型制冷設備，也可以用于金屬氧割氣。ODP=0(完全無損臭氧層)；GWP≈3(相較于R410A的2088、R134a的1430，幾乎可忽略不計)，天然環保，是HVAC市場減碳的核心選擇，其零環境影響有助于減少溫室氣體排放。
制冷劑冷媒泄漏監測的主要傳感器技術目前針對A2L和A3制冷劑泄漏監測的傳感技術主要包括金屬氧化物半導體技術（ MOS)、非分散紅外( NDIR)和熱導率(TC)：
1.金屬氧化物半導體技術(MOS)半導體技術基于半導體材料電學性質變化的氣體檢測技術，當待測氣體在一定溫度下與半導體接觸時，會發生氧化還原反應，這一反應過程導致半導體的導電性能發生變化。通過測量電阻、電流或電壓等電學參數的變化可以確認氣體的濃度高低。半導體冷媒泄漏監測傳感器具有設計簡單和成本低等優勢，但MOS傳感器的長期穩定性較差，隨著時間推移容易失去準確度。其次就是MOS傳感器的選擇性較差，容易受到其他易揮發有機物（例如酒精）的影響。如果空氣濕度發生變化， 半導體式傳感器的檢測結果也會受到影響

金屬氧化物半導體技術(MOS)原理圖

費加羅推出一系列符合國家和國際最新標準，用于檢測 A2L（R32、R454）和 A3（R290）制冷劑泄漏的新型氣體傳感器模塊。這就是工采網代理的 FCM 系列產品，此系列包括FCM2610-G、FCM2630-H 和 FCM2630-K，都配備有兩個氣體傳感器，可實現較長的使用壽命。

FCM2610 和 FCM2630 都是嵌入式氣體傳感器模塊，專為檢測 A3 或 A2L 類制冷劑氣體而設計，并符合 HVAC 制冷劑檢測系統的主要技術標準。模塊內置兩個高靈敏度半導體式氣體傳感器，非常適用于檢測弱可燃性（A2L）或易燃性（A3）制冷劑氣體的泄漏，每個傳感器模塊均具備高可靠性并可實現長達 15 年的使用壽命。總體而言，與 NDIR式氣體傳感器相比，半導體式氣體傳感器在面對機械沖擊、振動和粉塵環境時具有更強的抗干擾能力。內置氣體傳感器所采用的專有濾層技術，有效降低了干擾氣體的影響。

2.非分散紅外NDIR技術非分散紅外(NDIR)技術是利用氣體對特定波長紅外光的吸收特性來測量氣體濃度，檢測不同型號冷媒氣體只需選擇對應的特征吸收波段，具有選擇性好，抗干擾能力強，檢測精度高，壽命長，可靠性高等優勢，NDIR 型傳感器的氣體選擇性高，不會對可燃氣體之外的氣體作出反應，檢測精度高，穩定性好，壽命長。基于以上特性，近年來使用 NDIR 方式的空調廠商逐漸增加。

非分散紅外NDIR技術原理圖

工采網新推出了一款非分散式紅外NDIR制冷劑檢測傳感器S507-R32，專為檢測 A2L 類制冷劑氣體R32而設計,具有壽命長，結構體積小，方便系統集成的優勢，測量范圍0 ~ 2000PPM。

3.熱導TC技術熱導技術是基于不同氣體熱導率的差異，通過測量氣體流經加熱元件時的導熱能力變化來判斷濃度，具有結構簡單，體積小，成本低，維護方便等優勢，但熱導冷媒泄漏監測傳感器因其測量的廣譜性易受到干擾氣體的影響導致傳感器誤報。同時因為R290等氣體的燃燒/爆炸下限比較低，熱導冷媒泄漏監測傳感器對R290氣體在燃燒/爆炸下限范圍的測量靈敏度低使其在冷媒泄漏監測應用中存在一定局限性。

熱導TC技術原理圖

工采網代理的瑞士Neroxis熱導式氣體傳感器MTCS2601，由基于 MEMS 技術的 4 個 Ni-Pt 電阻組成的微機械的熱電導率傳感器。此熱導傳感器安裝在小型的 SMD 封裝內。同時結合了低功耗 CMOS 標準集成電路，非常適合制冷氣體（CFC、PFC、HFCs等）泄漏檢測。

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你的經驗分享對新手來說非常有幫助，謝謝。

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感謝樓主的無私分享，希望能多交流這樣的專業經驗～