什么是制冷剂？一文了解工作原理、常见类型与安全要求

制冷剂，也叫冷媒，是在制冷或制热系统中循环流动、传递热量的工作介质。在常见的制冷循环中，它通过蒸发吸热、冷凝放热。系统调节压力，使这一过程能够在不同温度下反复进行。

从空调、冰箱到热泵，制冷剂都是实现热量传递的关键。R-22、R-134a、R-410A 和 R-454B 都是常见的制冷剂型号。不同制冷剂的性能和安全要求有所不同，选用时需要结合设备类型和实际使用环境。 [1]

制冷剂如何实现制冷？

空调制冷的过程，就是把室内的热量转移到室外。制冷剂沿着相互连接的管路和换热器，在封闭回路中不断循环，承担传递热量的任务。常见的蒸气压缩式制冷循环可以分为以下四个环节。 [2]

压缩：提高压力和温度

低压制冷剂蒸气进入压缩机后，压力和温度随压缩而升高，随后以高温蒸气的状态流向冷凝器。

冷凝：向外释放热量

在冷凝器中，制冷剂把热量传递给周围的空气或水。随着热量释放，高压蒸气逐渐冷凝为液体。

节流：降低压力和温度

液态制冷剂流经膨胀阀或其他节流装置后，压力下降，其中一部分液体迅速汽化，使其余液体降温。随后，低温的气液混合物进入蒸发器。 [3]

蒸发：吸收热量

制冷剂从需要冷却的空气或水中吸收热量，剩余液体逐渐蒸发。蒸气再回到压缩机，开始下一轮循环。

热泵可以改变热量传递的方向。制热时，系统从室外吸收热量，再将其释放到室内，此时室内换热器承担冷凝器的作用。 [2]

制冷剂主要用在哪些场景？

空调与热泵

空调通过制冷剂的循环来调节室内温度。制冷时，空气中的水分还会在低温盘管表面凝结，从而起到除湿作用。热泵则利用同样的热量传递原理为室内供暖。

冷藏冷冻与冷链

冰箱、冷柜和冷库利用制冷剂维持所需温度，应用于食品保鲜、冷冻食品生产，以及对温度敏感的药品储存等环节。

工业及特殊环境制冷

工业生产过程和数据中心也需要制冷系统。博物馆、医疗机构等场所则通过制冷设备，维持建筑空间、馆藏或相关物品所需的环境条件。 [1]

制冷剂有哪些主要类型？

HFC、HFO 等名称表示制冷剂所属的化学类别，R-32、R-454B 等编号则对应具体的制冷剂。同一类别中的不同制冷剂，运行特性和安全要求也可能有明显差异。

CFC 与 HCFC 制冷剂

氯氟烃（CFC）制冷剂曾用于早期制冷设备，典型代表包括 R-11 和 R-12。氢氯氟烃（HCFC）制冷剂，如 R-22 和 R-123，同样含有氯。由于会破坏臭氧层，这两类物质的生产和消费受到国际管控。 [4]

HFC 制冷剂

氢氟碳化物（HFC）制冷剂包括 R-32、R-134a，以及 R-410A、R-404A、R-407C 等混合制冷剂。它们不含氯，臭氧消耗潜能值为零。不过，许多 HFC 制冷剂的全球变暖潜能值较高，因此也在逐步被其他方案替代。 [5] [6]

HFO 制冷剂及含 HFO 的混合制冷剂

氢氟烯烃（HFO）制冷剂包括 R-1234yf 和 R-1234ze(E)，是制冷行业向低 GWP 方案转型的重要选择。HFO 还可以与 HFC 按一定比例混合，以适应不同应用。

以 R-454B 为例，其质量组成为 68.9% 的 R-32 和 31.1% 的 R-1234yf。这种 HFC/HFO 混合制冷剂已用于按其特性设计的新一代家用空调和热泵。 [7] [8]

天然制冷剂

天然制冷剂包括二氧化碳（R-744）、氨（R-717），以及丙烷（R-290）、异丁烷（R-600a）等碳氢化合物。在制冷和热泵应用中，它们为替代含氟制冷剂提供了多种选择。

这些物质的安全特性和运行条件各不相同。例如，氨广泛用于工业制冷；碳氢制冷剂和 CO₂ 则应用于不同结构、不同温度需求的设备，选型时需要结合具体系统设计。 [9] [10]

单一制冷剂与混合制冷剂

单一制冷剂只含一种物质，如 R-32、R-134a；混合制冷剂则由两种或更多制冷剂按规定比例配制而成。例如，R-410A 由等质量的 R-32 和 R-125 混合而成，R-454B 则由一种 HFC 与一种 HFO 混合而成。 [5] [7]

分类依据：ASHRAE 制冷剂命名与安全分组资料。

想进一步了解具体型号，可以阅读我们的 R-410A 制冷剂指南和 R-134a 制冷剂指南。

制冷剂经历了怎样的发展？

早期机械制冷曾采用氨、二氧化碳等物质。R-12 于 1931 年开始商业化生产，R-22 则于 1936 年开始商业化生产。到了 20 世纪 50 年代，R-22 逐渐在家用空调中普及。 [29] [30]

1987 年通过的《蒙特利尔议定书》对消耗臭氧层物质实施管控，推动行业从 CFC、HCFC 转向 HFC 制冷剂。2016 年通过的《基加利修正案》又将 HFC 的生产和消费纳入逐步削减范围，以降低其对气候的影响。 [11]

美国于 2020 年颁布《美国创新与制造法案》（AIM Act），授权美国环境保护署（EPA）逐步削减 HFC。目前，低 GWP 混合制冷剂、HFO 和天然制冷剂等方案持续发展，分别服务于不同的应用需求。 [12]

压力和沸点为什么会影响制冷效果？

制冷剂的沸腾温度会随压力变化。在蒸发器中，较低的压力使制冷剂能够在低于被冷却空气或水的温度下沸腾并吸热；在冷凝器中，较高的压力则使其能够在高于周围冷却介质的温度下放热。

正是这种压力差，让同一种制冷剂能够在系统一端吸热、另一端放热。压力—温度对照表可以直观呈现某种制冷剂的这一关系，具体示例可参考我们的 R-290 压力—温度指南。 [3]

如何看懂制冷剂的安全等级？

ASHRAE 34 标准用字母和可燃性分组来表示制冷剂的安全等级。A 表示较低毒性，B 表示较高毒性；可燃性则分为 1、2L、2 和 3 四组。 [13]

1 类表示在规定的分类试验条件下无火焰传播；2L 类和 2 类的可燃性较低，其中 2L 类还具有燃烧速度较低的特点；3 类的可燃性较高。因此，即使属于同一化学类别，不同制冷剂也可能需要不同的设备设计与安全措施。

例如，R-410A 属于 A1 类，R-32 和 R-454B 属于通常所说的“微燃”A2L 类；R-290 和 R-600a 属于 A3 类，氨则属于 B2L 类。安全等级是制冷剂选型与系统安全控制设计的重要依据。 [14]

制冷剂为什么不断更新换代？

先看懂 ODP 和 GWP 两个指标

臭氧消耗潜能值（ODP）衡量一种物质破坏臭氧层的相对能力；全球变暖潜能值（GWP）则以 CO₂ 为基准，比较某种气体在指定时间内产生的增温效应，通常采用 100 年时间尺度。CO₂ 的 GWP 基准值为 1。 [4] [15]

R-410A 和 R-454B 的 ODP 都为零，但常见资料所列的 100 年 GWP 值差别很大：R-410A 为 2,088，R-454B 为 466。这也是新设备逐渐采用低 GWP 混合制冷剂的重要原因。 [7]

“淘汰”“削减”和“使用限制”有什么区别？

“淘汰”是停止规定范围内的生产或使用；“逐步削减”是分阶段降低允许的数量；“使用限制”则针对特定设备和应用提出要求。三者作用于不同环节，不能混为一谈。

例如，美国已于 2020 年停止生产和进口 R-22，但现有设备仍可使用库存或回收再生的制冷剂进行维护。针对 HFC 的政策，则同时涉及供应量削减，以及新设备使用高 GWP 制冷剂的限制。 [16] [6]

不同市场，要求各不相同

《基加利修正案》为不同国家组别制定了 HFC 逐步削减时间表；具体到某一类设备，还需要看目标国家或地区的实施规则。 [11]

在美国，EPA 的技术转型计划按设备类别设置 GWP 上限。其现行规定对纳入范围的家用及轻型商用空调和热泵系统设置了 700 的上限。根据 2026 年修订，对于规定部件均在 2025 年之前生产或进口、且符合相关条件的系统，已取消安装截止日期；多联机（VRF）另有规定。 [17]

欧盟《含氟温室气体条例》（EU）2024/573 自 2024 年 3 月 11 日起适用，进一步收紧 HFC 配额，增加针对不同设备类别的限制，并加强防止排放的措施。 [18]

低 GWP 制冷剂将如何影响设备设计？

新一代制冷设备正逐步采用更低 GWP 的方案，R-32、R-454B 和天然制冷剂等已在不同应用中推广。随之变化的安全特性，也会影响设备结构与控制方式，包括在有要求的场景中配置制冷剂泄漏检测功能。 [9] [19]

制冷剂替代对现有空调有什么影响？

以下以美国家用暖通空调市场为例，说明不同阶段的设备常用哪些制冷剂。安装年份只能作为初步参考，设备实际使用的制冷剂应以铭牌标注为准，不能直接将这些年份套用于其他市场。 [20]

2010 年及以前安装的设备

这一时期的美国老旧设备常使用 R-22，维修主要依靠库存或回收处理后重新利用的制冷剂。对于使用年限较长的设备，维修用制冷剂是否容易获得、维修费用是否合理，都会影响继续使用还是更换设备的决定。 [20] [16]

2010—2023 年间安装的设备

这一阶段安装的许多空调和热泵采用 R-410A。随着新产品逐步转向低 GWP 制冷剂，原有系统仍在继续使用。维护时，应继续采用设备规定的制冷剂。 [20]

2024 年及以后安装的设备

新一代系统越来越多地采用 R-454B 或 R-32，并针对相应制冷剂进行设计。不过，过渡期间安装的 R-410A 设备，以及符合条件的旧库存设备，也可能出现在这一阶段。因此，安装年份相近，使用的制冷剂未必相同。 [20] [17]

为什么需要制冷剂泄漏检测？

发生泄漏后，系统内的制冷剂充注量会减少，泄漏的制冷剂还会进入周围空间。泄漏检测有助于设备及时响应；在使用可燃制冷剂的系统中，它还可以成为安全联动控制的一部分。 [21]

以具备泄漏检测和风机稀释功能的系统为例，传感器持续监测制冷剂浓度，并向控制器发送信号。达到设定阈值后，控制器启动风机，帮助稀释和扩散泄漏气体。传感器需要与整套控制逻辑配合，才能发挥作用。 [7]

制冷剂泄漏传感器应该怎么选？

首先要明确设备使用哪种制冷剂，以及检测装置承担什么任务。用于设备内部持续监测的传感器，与维修时手持查找漏点的检漏仪，应用目的和评价指标并不相同。

检测原理：NDIR 与 MOS

非分散红外（NDIR）传感器通过测量气体对红外光的吸收来确定浓度，光学设计和气体标定需要与目标制冷剂匹配。金属氧化物半导体（MOS）传感器则利用敏感材料接触气体后电导率的变化进行检测。

这两种技术都用于制冷剂检测产品。NDIR 可用于固定式监测和泄漏测量仪器，半导体传感器也常见于小型及便携式检漏设备。选型时，应结合实际工况比较目标气体响应和抗干扰表现。 [22] [23]

灵敏度和测量指标怎么看？

对于持续监测，应重点关注浓度量程、报警点附近的测量精度和响应时间。可燃气体检测常用“可燃下限的百分比”（% LFL）表示浓度，其他监测设备也可能使用 ppm（百万分之一）。

便携式检漏仪的灵敏度有时用泄漏率表示，例如“克/年”。它衡量的是泄漏量，与固定传感器周围的气体浓度属于不同指标。比较产品时，应先确认指标是否对应系统的实际需求。 [22] [24]

适用标准与系统验证

热泵和空调的相关安全要求涉及 IEC/UL 60335-2-40 标准；商用制冷器具在适用情况下涉及 IEC/UL 60335-2-89。UL 60335-2-40 的附录 LL 对制冷剂检测系统提出了响应、可靠性等方面的要求。 [25]

系统评估需要覆盖从检测到气体、输出信号，到设备执行响应的完整过程，既包括传感器和控制电路，也包括接线与安装方式。各环节相互配合，才能保证检测功能可靠运行。 [26]

安装环境与工况适应性

温度、湿度和气流都会影响传感器周围的检测条件。灰尘、水和其他污染物也可能影响进气口。因此，工作范围、环境补偿能力和安装方式都需要与设备中的实际位置相匹配。

规格中的“无凝露”湿度条件，是指传感器应在不发生结露的环境下工作。安装时要避免进气口积水或堆积杂物，让周围空气能够接触敏感元件。这些要求应与温度范围一起纳入安装设计。 [27]

如何理解“免校准”？

“免校准”通常是指在厂家声明的使用寿命和规定条件内，无需定期在现场重新校准，传感器仍能保持规定性能。这依赖出厂标定、环境补偿和长期漂移控制等设计。

评估时，要看清免校准承诺覆盖的年限和适用条件，并结合长期漂移数据判断精度随时间的变化。同时，故障上报功能也很重要：控制器需要能够识别传感器异常，并按设备的控制逻辑作出响应。 [28] [25] [24]

MAXMAC 面向设备集成提供 NDIR R290 冷媒泄漏检测传感器与 R744 冷媒泄漏检测传感器。如需结合具体设备评估选型，可进一步了解我们的制冷剂泄漏检测解决方案。

制冷剂常见问题

制冷剂就是氟利昂吗？

制冷剂是制冷系统中工作介质的统称，Freon®（氟利昂）则是用于部分制冷剂的品牌名称。日常交流中，人们常把空调制冷剂统称为“氟利昂”，但要确认具体使用哪一种，仍需看 R-22、R-410A 等型号。 [1]

制冷剂是气体还是液体？

两种状态都可能出现。在典型的蒸气压缩式制冷循环中，制冷剂会在不同位置以蒸气、液体或气液混合物的状态存在。平时说的“制冷剂气体”，通常指它处于蒸气状态。 [3]

制冷剂和冷却液有什么区别？

在暖通制冷领域，制冷剂通常指制冷回路中的工作介质；冷却液则常指冷冻水等二次传热介质，用于在制冷设备与需要冷却的对象之间传递热量。以冷水机组为例，两者分别在各自的回路中循环。 [3]

制冷剂会在正常使用中耗尽吗？

正常情况下不会。制冷剂在封闭回路中循环使用，并不是用一次就消耗掉。如果系统内的制冷剂减少，通常意味着发生了泄漏，或在维修过程中被移出系统。 [2]

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