三种原理制冷剂 A2L和 A3冷媒泄漏监测传感器解析

在日益严峻的气候挑战与全球“双碳”目标驱动下，制冷行业正经历一场关键的绿色转折。在全球积极应对气候变化、各国频繁出台严苛环境法规推进减碳目标的大趋势下，传统氟利昂类制冷剂因其高GWP（全球变暖潜能值）正逐步被淘汰，市场行业正加速向天然制冷剂及低GWP替代品转型。然而，低GWP制冷剂存在使用安全风险，检测应用环境中A2L/A3制冷剂气体是否泄漏非常重要。A2L是低毒弱可燃性冷媒，常见的有R32、R454A、R454B、R454C、R1234ze、R1234yf等。A3冷媒是高可燃性天然工质，常见的有R290等。为应对全球变暖问题，全球对高GWP冷媒的管控趋严，A2L和A3冷媒因低GWP特性成为全球制冷行业绿色转型的首先选择。

目前，弱可燃的A2L制冷剂正日益得到接受，尤其是现在它们已被纳入新的ISO 和IEC标准。我们还注意到，高可燃的A3制冷剂越来越多地用于小型系统，而新的IEC 60335-2-89标准也对此极为支持。对于在现场处理可燃性制冷剂的情况，根据2019年的《蒙特利尔议定书》缔约方会议报告，制冷剂驱动许可(RDL)已取得巨大进展。RDL旨在促进服务方面的发展，鼓励合格、安全的维修和安装。该举措可扫除目前限制低GWP制冷剂大规模生产的主要障碍，因此成为了HFC全球削减的重要一环。

制冷剂冷媒的安全分类

制冷剂应具有可接受的安全性，安全性主要包括毒性和可燃性，国家标准《制冷剂编号方法和安全性分类》GB/T 7778-2017将制冷剂的毒性分为A类（低慢性毒性）、B类（高慢性毒性），将可燃性分为第1类（无火焰传播）、第2L类（弱可然）、第2类（可然）、第3类（可燃易爆）。根据GB/T 7778-2017，制冷剂安全性细分为8类，分别为：A1、A2L、A2、A3、B1、B2L、B2、B3，其中，A1最安全，B3最危险。

常见制冷剂的安全等级如下：

A1类：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类：R142b、R152a、R406a、R411a、R411b、R412a、R413a、R415b、R418a、R419a、R512a

A2L类：R143a、R32、R1234yf、R1234ze(E)、R454A、R454B、R454C

A3类：R290、R600、R600a、R601a、R1270、RE170、R510a、R511a

B1类：R123、R245fa

B2L类：R717

低GWP制冷剂的环境影响与效率

R32：R32被视为一种环保制冷剂，其臭氧破坏潜力（ODP）为0，这意味着它不会对臭氧层造成破坏。R32的全球变暖潜力（GWP）相对较低，为675，相较于传统的R22制冷剂，其GWP值大幅降低，能源效率高于传统R410A，成为降低运营成本和排放的住宅和商业系统的首选。

R454 A/B/C：R454A是R32（35%）与R1234yf（65%）的混合工质，质量配比为R32 35%、R1234yf 65%，GWP为145。R454A是一种轻度易燃、低全球变暖潜能值制冷剂，旨在在新设备设计中替代R404A，适用于低温冷库、速冻设备、工业制冷系统。R454A在正排量、直接膨胀低温和中温商业和工业应用中提供了性能平衡，可替代R404A。它提供了改进的能源性能和更高的冷却能力，无需进行重大修改即可轻松且具有成本效益地应用于新设备。

R454B是R32（68.9%）与R1234yf（31.1%）的混合工质，质量配比为R32 68.9%、R1234yf 31.1%，GWP为466。R454B是一种轻度易燃、低全球变暖潜能值制冷剂，旨在在新设备设计中替代R410A，适用于家用/商用空调、热泵及冷水机组。R454B在容积式、直接膨胀式空调、热泵和冷水机组应用中提供了佳的性能平衡，以取代R410A。它具有与R410A相似的特性，无需进行重大修改即可轻松且经济高效地应用于新设备。

R454C是R32（21.5%）与R1234yf（78.5%）的混合工质，GWP为146。R454C是一种温和易燃的制冷剂。它在容积式、直接膨胀低温和中温商业和工业应用的新设备设计中用作R404A和R22的替代品。R454C提供与R404A和R22相似的性能，无需进行重大修改即可轻松且经济高效地应用于新设备R1234yf(SolsticeTMyf)是一种HFO，用作汽车空调中R134a的替代品。R1234yf(SolsticeTMyf)的全球变暖潜能值(GWP)低于欧盟移动空调(MAO)指令规定的限值，是下一代汽车空调制冷剂。

R290（丙烷）： R290是一种天然环保制冷剂，主要用于中央空调、热泵空调、家用空调和其它小型制冷设备，也可以用于金属氧割气。ODP=0(完全无损臭氧层)；GWP≈3(相较于R410A的2088、R134a的1430，几乎可忽略不计)，天然环保，是HVAC市场减碳的核心选择，其零环境影响有助于减少温室气体排放。

制冷剂冷媒泄漏监测的主要传感器技术

目前针对A2L和A3制冷剂泄漏监测的传感技术主要包括金属氧化物半导体技术（ MOS)、非分散红外( NDIR)和热导率(TC)：

1.金属氧化物半导体技术(MOS)

半导体技术基于半导体材料电学性质变化的气体检测技术，当待测气体在一定温度下与半导体接触时，会发生氧化还原反应，这一反应过程导致半导体的导电性能发生变化。通过测量电阻、电流或电压等电学参数的变化可以确认气体的浓度高低。半导体冷媒泄漏监测传感器具有设计简单和成本低等优势，但MOS传感器的长期稳定性较差，随着时间推移容易失去准确度。其次就是MOS传感器的选择性较差，容易受到其他易挥发有机物（例如酒精）的影响。如果空气湿度发生变化， 半导体式传感器的检测结果也会受到影响

金属氧化物半导体技术(MOS)原理图

费加罗推出一系列符合国家和国际最新标准，用于检测 A2L（R32、R454）和 A3（R290）制冷剂泄漏的新型气体传感器模块。这就是工采网代理的 FCM 系列产品，此系列包括FCM2610-G、FCM2630-H 和 FCM2630-K，都配备有两个气体传感器，可实现较长的使用寿命。

FCM2610 和 FCM2630 都是嵌入式气体传感器模块，专为检测 A3 或 A2L 类制冷剂气体而设计，并符合 HVAC 制冷剂检测系统的主要技术标准。模块内置两个高灵敏度半导体式气体传感器，非常适用于检测弱可燃性（A2L）或易燃性（A3）制冷剂气体的泄漏，每个传感器模块均具备高可靠性并可实现长达 15 年的使用寿命。总体而言，与 NDIR式气体传感器相比，半导体式气体传感器在面对机械冲击、振动和粉尘环境时具有更强的抗干扰能力。内置气体传感器所采用的专有滤层技术，有效降低了干扰气体的影响。

2.非分散红外NDIR技术

非分散红外(NDIR)技术是利用气体对特定波长红外光的吸收特性来测量气体浓度，检测不同型号冷媒气体只需选择对应的特征吸收波段，具有选择性好，抗干扰能力强，检测精度高，寿命长，可靠性高等优势，NDIR 型传感器的气体选择性高，不会对可燃气体之外的气体作出反应，检测精度高，稳定性好，寿命长。基于以上特性，近年来使用 NDIR 方式的空调厂商逐渐增加。

非分散红外NDIR技术原理图

工采网新推出了一款非分散式红外NDIR制冷剂检测传感器S507-R32，专为检测 A2L 类制冷剂气体R32而设计,具有寿命长，结构体积小，方便系统集成的优势，测量范围0 ~ 2000PPM。

3.热导TC技术

热导技术是基于不同气体热导率的差异，通过测量气体流经加热元件时的导热能力变化来判断浓度，具有结构简单，体积小，成本低，维护方便等优势，但热导冷媒泄漏监测传感器因其测量的广谱性易受到干扰气体的影响导致传感器误报。同时因为R290等气体的燃烧/爆炸下限比较低，热导冷媒泄漏监测传感器对R290气体在燃烧/爆炸下限范围的测量灵敏度低使其在冷媒泄漏监测应用中存在一定局限性。

热导TC技术原理图

工采网代理的瑞士Neroxis 热导式气体传感器MTCS2601，由基于 MEMS 技术的 4 个 Ni-Pt 电阻组成的微机械的热电导率传感器。此热导传感器安装在小型的 SMD 封装内。同时结合了低功耗 CMOS 标准集成电路，非常适合制冷气体（CFC、PFC、HFCs等）泄漏检测。

审核编辑 黄宇