為了減少對環境的影響，近年來許多常見制冷劑的使用受到限制。供暖、通風、空調和制冷（HVACR）行業面臨的壓力日益加大，對制冷劑的選擇也日益謹慎，從過往廣泛使用的氫氟碳化物（HFC）轉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，需升級泄漏檢測技術，相關安全要求也已納入最新標準（如UL 60335-2-40第三版和IEC-60079-29-1）。根據加州空氣資源委員會（CARB）最新決定，這些新要求最早將于2025年納入住宅與商業建筑的空調設備標準。本篇文章將關注HVACR行業所使用的不同類型制冷劑、各制冷劑應用情況的變化以及幫助行業達到環境和安全新規要求的關鍵泄漏檢測技術。根據《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對氣候變化影響較小，但如不加以控制，可能會迅速加劇。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）嚴格要求在全球范圍內淘汰HFC。

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

制冷劑分類美國采暖、制冷與空調工程師協會標準（ASHRAE）根據制冷劑的易燃性和毒性等級對其進行了大致分類。每種制冷劑都有一個識別參考字母和編號：字母表示毒性等級，編號表示易燃性。

這一安全分類系統最近有所更新，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以及后來取而代之的HFC等傳統制冷劑的特點在于安全耐用，所以易燃性和毒性等級通常較低。例如，最常用的CFC制冷劑氟利昂-12被歸為安全組A1。對于同時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，有幾個可行的備選項，其中包括氟化烯烴（HFO）、碳氫化合物（如丙烷）和低GWP值的HFO。業內一直在積極開發一類新型低易燃性制冷劑A2L，以達到低GWP值要求。但這些最具可行性的方案都有一個共同點：比傳統制冷劑易燃性更高。

安全使用環保制冷劑減少使用環境危害性較高的HFC之后，許多行業都會選擇易燃的A2L級制冷劑。針對使用高易燃性、低GWP值制冷劑的HVACR 設備，其安全要求已被納入幾個最新標準中，比如美國的UL 60335-2-40（第三版）和IEC-60079-29-1。與這些制冷劑有關的主要風險之一是泄漏后的燃燒或爆炸。為防止風險，上述標準規定在HVACR應用中使用泄漏檢測設備。雖然這些標準本身尚未強制使用泄漏檢測系統，但以住宅和商業空調設備為例，這些標準最快將于2025年納入各州建筑法。另外，加州空氣資源委員會（CARB）正在加快進度，逐步淘汰HFC，轉而使用A2L級制冷劑。面對這些即將到來的變化，原廠設備制造商（OEM）必須迅速適應易燃制冷劑的使用。

制冷劑泄漏檢測技術

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

通常來說，MOS傳感器生產成本低，且該技術可適用于多種制冷劑。目前已經開發出檢測HFC-32和HFC-1234yf等A2L級制冷劑的新型MOS傳感器。

然而，MOS傳感器并非完美無缺。首先，它容易出現“偏差”，即時間一久會自然出現校準失準。所有（氣體）傳感器必須經過校準才能在測量特定氣體濃度時準確讀數。但是，由于MOS傳感器特性會隨著環境條件的變化而逐漸改變，所以尤其容易失去準確性。這就要求對其進行定期重新校準。

其次，MOS傳感器對氣體的分辨率較低，通常無法有效區分目標氣體和其它揮發性有機化合物（VOC），比如乙醇，這可能導致欺騙性結果。

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

非分散紅外技術（NDIR）基于光譜分析原理。不同氣體分子具有獨一無二的紅外吸收特性：通過測量短距離傳輸路徑內的紅外吸收量，NDIR傳感器就能確定空氣中目標氣體的濃度。

NDIR傳感器對氣體的分辨率比MOS傳感器高得多，已廣泛投入應用。重點是，它不會像MOS傳感器一樣退化，也不會出現偏差問題。不過，這也是有代價的：NDIR傳感器比MOS傳感器價格高出許多。

制冷劑氣體檢測的近期前景我們可以大膽預測，在不久的將來，低GWP值的易燃制冷劑將在HVACR行業中得到大量應用。不過目前尚不確定NDIR型或MOS型設備是否會成為檢測這類氣體的主導技術。另外還有幾項用于制冷劑檢測的傳感技術現在也正在開發中，比如通過測量局部大氣熱導率（TC）確定目標氣體濃度。可以預見，傳感解決方案的響應時間可能是一個關鍵因素，因為當達到報警水平時，OEM需要充足的時間才能觸發所需緩解措施。在這方面，熱導式傳感器已被證明比其它類型傳感器表現更佳，因此可能在這類應用中比MOS或NDIR型傳感器更具優勢。無論哪種技術最受歡迎，都會成為未來幾年的潛力市場，因為新的安全標準已納入法規。氣體檢測技術將如何適應HVACR行業的新挑戰，我們拭目以待。

博思發科技（PosifaTechnologies）發布了一款新的MEMS熱導傳感器解決方案PGS6000，用于檢測住宅和商業空調系統、熱泵和制冷設備中的A2L制冷劑泄漏。新型PGS6000傳感器通過測量機柜內氣體混合物的熱導率變化，準確檢測空氣中A2L制冷劑的濃度。這項技術能夠及早檢測泄漏，同時，能夠在惡劣環境中提供15年或更長時間的長期可靠性，從而大幅提高了設施的安全性和效率。

Posifa Technologies總裁兼首席執行官Peng Tu表示：“盡管A2L制冷劑環保且節能，但它具有輕度易燃性，如果在暖通空調系統中得不到有效管理，會帶來潛在風險。早期檢測A2L制冷劑泄漏不僅可以防止潛在火災隱患，還可以通過確保高效運行來防范可能的健康風險，并節省寶貴的能源。我們的PGS6000系列傳感器具有快速響應、高可靠性和高檢測精度等特點，將成為這些系統的關鍵組件。”

PGS6000系列采用Posifa第二代MEMS熱導傳感元件。它具有一個獲得專利保護的傳熱腔，通過消除腔內可能出現的自然對流，實現了高靈敏度和可重復的熱導率測量。由于熱導率測量完全在傳感器芯片內部完成，因此可以在器件層實現最大程度的小型化，這對于必須將傳感器改造嵌入現有設計的暖通空調設備制造商來說非常關鍵。

PGS6000系列設計有一個相對濕度傳感器和一個氣壓傳感器。這種結合策略使探測器能夠補償受濕度和氣壓變化影響的熱導率變化，從而提高A2L制冷劑濃度測量的準確性。PGS6000系列可檢測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毫秒的快速響應時間以及濕度和壓力補償，能夠確保在惡劣環境中準確工作。值得注意的是，該傳感器沒有燈或易損光路，不會“中毒”或與污染物反應，保證了長期穩定性和可靠性。