為了減少對(duì)環(huán)境的影響，近年來(lái)許多常見制冷劑的使用受到限制。供暖、通風(fēng)、空調(diào)和制冷（HVACR）行業(yè)面臨的壓力日益加大，對(duì)制冷劑的選擇也日益謹(jǐn)慎，從過(guò)往廣泛使用的氫氟碳化物（HFC）轉(zhuǎn)而采用全球變暖潛值（GWP）較低的制冷劑。為保證新型制冷劑得以安全使用，需升級(jí)泄漏檢測(cè)技術(shù)，相關(guān)安全要求也已納入最新標(biāo)準(zhǔn)（如UL 60335-2-40第三版和IEC-60079-29-1）。根據(jù)加州空氣資源委員會(huì)（CARB）最新決定，這些新要求最早將于2025年納入住宅與商業(yè)建筑的空調(diào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。本篇文章將關(guān)注HVACR行業(yè)所使用的不同類型制冷劑、各制冷劑應(yīng)用情況的變化以及幫助行業(yè)達(dá)到環(huán)境和安全新規(guī)要求的關(guān)鍵泄漏檢測(cè)技術(shù)。根據(jù)《蒙特利爾議定書》，消耗臭氧的氯氟烴（CFC）和氫氯氟烴（HCFC）已被逐步淘汰，取而代之的是氫氟碳化物（HFC）。不過(guò)由于HFC是潛在的溫室氣體，全球正在努力減少其使用。

雖然目前HFC對(duì)氣候變化影響較小，但如不加以控制，可能會(huì)迅速加劇。因此，必須限制其使用以緩解全球變暖。《〈蒙特利爾議定書〉基加利修正案》（2016年10月）嚴(yán)格要求在全球范圍內(nèi)淘汰HFC。

因此，HVACR行業(yè)正轉(zhuǎn)向使用全球變暖潛值（GWP）較低的制冷劑替代系統(tǒng)。 但采用低GWP值的制冷劑也有其挑戰(zhàn)。

制冷劑分類美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ASHRAE）根據(jù)制冷劑的易燃性和毒性等級(jí)對(duì)其進(jìn)行了大致分類。每種制冷劑都有一個(gè)識(shí)別參考字母和編號(hào)：字母表示毒性等級(jí)，編號(hào)表示易燃性。

這一安全分類系統(tǒng)最近有所更新，在易燃性之下新增“2L ”子類，表示易燃但燃燒非常緩慢的2類制冷劑。HCFC、CFC以及后來(lái)取而代之的HFC等傳統(tǒng)制冷劑的特點(diǎn)在于安全耐用，所以易燃性和毒性等級(jí)通常較低。例如，最常用的CFC制冷劑氟利昂-12被歸為安全組A1。對(duì)于同時(shí)滿足低臭氧消耗潛值（ODP）和低全球變暖潛值（GWP）雙重要求的制冷劑，有幾個(gè)可行的備選項(xiàng)，其中包括氟化烯烴（HFO）、碳?xì)浠衔铮ㄈ绫椋┖偷虶WP值的HFO。業(yè)內(nèi)一直在積極開發(fā)一類新型低易燃性制冷劑A2L，以達(dá)到低GWP值要求。但這些最具可行性的方案都有一個(gè)共同點(diǎn)：比傳統(tǒng)制冷劑易燃性更高。

安全使用環(huán)保制冷劑減少使用環(huán)境危害性較高的HFC之后，許多行業(yè)都會(huì)選擇易燃的A2L級(jí)制冷劑。針對(duì)使用高易燃性、低GWP值制冷劑的HVACR 設(shè)備，其安全要求已被納入幾個(gè)最新標(biāo)準(zhǔn)中，比如美國(guó)的UL 60335-2-40（第三版）和IEC-60079-29-1。與這些制冷劑有關(guān)的主要風(fēng)險(xiǎn)之一是泄漏后的燃燒或爆炸。為防止風(fēng)險(xiǎn)，上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在HVACR應(yīng)用中使用泄漏檢測(cè)設(shè)備。雖然這些標(biāo)準(zhǔn)本身尚未強(qiáng)制使用泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，但以住宅和商業(yè)空調(diào)設(shè)備為例，這些標(biāo)準(zhǔn)最快將于2025年納入各州建筑法。另外，加州空氣資源委員會(huì)（CARB）正在加快進(jìn)度，逐步淘汰HFC，轉(zhuǎn)而使用A2L級(jí)制冷劑。面對(duì)這些即將到來(lái)的變化，原廠設(shè)備制造商（OEM）必須迅速適應(yīng)易燃制冷劑的使用。

制冷劑泄漏檢測(cè)技術(shù)

金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）和非分散紅外技術(shù)（NDIR）是檢測(cè)低GWP值制冷劑氣體的兩大主要可用技術(shù)。金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）傳感器的工作原理是，某些半導(dǎo)體材料的電阻率隨著某些氣體在半導(dǎo)體表面發(fā)生反應(yīng)而變化。因此，測(cè)量金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻可以得出空氣中制冷劑氣體和蒸汽的濃度。

通常來(lái)說(shuō)，MOS傳感器生產(chǎn)成本低，且該技術(shù)可適用于多種制冷劑。目前已經(jīng)開發(fā)出檢測(cè)HFC-32和HFC-1234yf等A2L級(jí)制冷劑的新型MOS傳感器。

然而，MOS傳感器并非完美無(wú)缺。首先，它容易出現(xiàn)“偏差”，即時(shí)間一久會(huì)自然出現(xiàn)校準(zhǔn)失準(zhǔn)。所有（氣體）傳感器必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)才能在測(cè)量特定氣體濃度時(shí)準(zhǔn)確讀數(shù)。但是，由于MOS傳感器特性會(huì)隨著環(huán)境條件的變化而逐漸改變，所以尤其容易失去準(zhǔn)確性。這就要求對(duì)其進(jìn)行定期重新校準(zhǔn)。

其次，MOS傳感器對(duì)氣體的分辨率較低，通常無(wú)法有效區(qū)分目標(biāo)氣體和其它揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），比如乙醇，這可能導(dǎo)致欺騙性結(jié)果。

除此以外，MOS傳感器暴露于制冷劑或其它氣體中時(shí)還會(huì)出現(xiàn)退化，從而可能導(dǎo)致MOS型氣體檢測(cè)儀在高濃度制冷劑中暴露一次便永久失效。這實(shí)則意味著MOS傳感器成為 “一次性用品”：一次制冷劑泄漏事件就會(huì)使MOS傳感器無(wú)法再次使用，需立即更換。

非分散紅外技術(shù)（NDIR）基于光譜分析原理。不同氣體分子具有獨(dú)一無(wú)二的紅外吸收特性：通過(guò)測(cè)量短距離傳輸路徑內(nèi)的紅外吸收量，NDIR傳感器就能確定空氣中目標(biāo)氣體的濃度。

NDIR傳感器對(duì)氣體的分辨率比MOS傳感器高得多，已廣泛投入應(yīng)用。重點(diǎn)是，它不會(huì)像MOS傳感器一樣退化，也不會(huì)出現(xiàn)偏差問(wèn)題。不過(guò)，這也是有代價(jià)的：NDIR傳感器比MOS傳感器價(jià)格高出許多。

制冷劑氣體檢測(cè)的近期前景我們可以大膽預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，低GWP值的易燃制冷劑將在HVACR行業(yè)中得到大量應(yīng)用。不過(guò)目前尚不確定NDIR型或MOS型設(shè)備是否會(huì)成為檢測(cè)這類氣體的主導(dǎo)技術(shù)。另外還有幾項(xiàng)用于制冷劑檢測(cè)的傳感技術(shù)現(xiàn)在也正在開發(fā)中，比如通過(guò)測(cè)量局部大氣熱導(dǎo)率（TC）確定目標(biāo)氣體濃度。可以預(yù)見，傳感解決方案的響應(yīng)時(shí)間可能是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)楫?dāng)達(dá)到報(bào)警水平時(shí)，OEM需要充足的時(shí)間才能觸發(fā)所需緩解措施。在這方面，熱導(dǎo)式傳感器已被證明比其它類型傳感器表現(xiàn)更佳，因此可能在這類應(yīng)用中比MOS或NDIR型傳感器更具優(yōu)勢(shì)。無(wú)論哪種技術(shù)最受歡迎，都會(huì)成為未來(lái)幾年的潛力市場(chǎng)，因?yàn)樾碌陌踩珮?biāo)準(zhǔn)已納入法規(guī)。氣體檢測(cè)技術(shù)將如何適應(yīng)HVACR行業(yè)的新挑戰(zhàn)，我們拭目以待。

博思發(fā)科技（PosifaTechnologies）發(fā)布了一款新的MEMS熱導(dǎo)傳感器解決方案PGS6000，用于檢測(cè)住宅和商業(yè)空調(diào)系統(tǒng)、熱泵和制冷設(shè)備中的A2L制冷劑泄漏。新型PGS6000傳感器通過(guò)測(cè)量機(jī)柜內(nèi)氣體混合物的熱導(dǎo)率變化，準(zhǔn)確檢測(cè)空氣中A2L制冷劑的濃度。這項(xiàng)技術(shù)能夠及早檢測(cè)泄漏，同時(shí)，能夠在惡劣環(huán)境中提供15年或更長(zhǎng)時(shí)間的長(zhǎng)期可靠性，從而大幅提高了設(shè)施的安全性和效率。

Posifa Technologies總裁兼首席執(zhí)行官Peng Tu表示：“盡管A2L制冷劑環(huán)保且節(jié)能，但它具有輕度易燃性，如果在暖通空調(diào)系統(tǒng)中得不到有效管理，會(huì)帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。早期檢測(cè)A2L制冷劑泄漏不僅可以防止?jié)撛诨馂?zāi)隱患，還可以通過(guò)確保高效運(yùn)行來(lái)防范可能的健康風(fēng)險(xiǎn)，并節(jié)省寶貴的能源。我們的PGS6000系列傳感器具有快速響應(yīng)、高可靠性和高檢測(cè)精度等特點(diǎn)，將成為這些系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。”

PGS6000系列采用Posifa第二代MEMS熱導(dǎo)傳感元件。它具有一個(gè)獲得專利保護(hù)的傳熱腔，通過(guò)消除腔內(nèi)可能出現(xiàn)的自然對(duì)流，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度和可重復(fù)的熱導(dǎo)率測(cè)量。由于熱導(dǎo)率測(cè)量完全在傳感器芯片內(nèi)部完成，因此可以在器件層實(shí)現(xiàn)最大程度的小型化，這對(duì)于必須將傳感器改造嵌入現(xiàn)有設(shè)計(jì)的暖通空調(diào)設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。

PGS6000系列設(shè)計(jì)有一個(gè)相對(duì)濕度傳感器和一個(gè)氣壓傳感器。這種結(jié)合策略使探測(cè)器能夠補(bǔ)償受濕度和氣壓變化影響的熱導(dǎo)率變化，從而提高A2L制冷劑濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性。PGS6000系列可檢測(cè)R32和R454B制冷劑，并支持RS485MODBUS RTU輸出。

PGS6000系列的主要特性包括小于250毫秒的快速響應(yīng)時(shí)間以及濕度和壓力補(bǔ)償，能夠確保在惡劣環(huán)境中準(zhǔn)確工作。值得注意的是，該傳感器沒(méi)有燈或易損光路，不會(huì)“中毒”或與污染物反應(yīng)，保證了長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。