家用冰箱的耗电量可降低 29%，同时提高制冷能力。研究人员用添加了多壁碳纳米管纳米粒子 (MWCNT) 的更节能的 R600a 替代了广泛使用但对环境不友好的 R134a 制冷剂。约翰内斯堡大学的一位工程师说，这种直接更换制冷剂可以由训练有素的技术人员在现场部署。

这项纳米颗粒制冷剂测试是同类测试中的第一次，结果发表在开放获取期刊《能源报告》上。该研究可以帮助低收入家庭更容易获得家庭制冷。

R134a是家用和工业冰箱中使用最广泛的制冷剂之一。它对许多应用是安全的，因为它不易燃。然而，它具有很高的全球变暖潜力，导致气候变化。它还导致冰箱、冰柜和空调设备消耗大量电能。在能源消耗更导致气候变化。

同时，更节能的制冷剂可以大大降低电费。对于弱势家庭，能源安全可以因此得到改善。改善能源经济和需求侧管理也可以使电力公司的规划人员受益，因为冷却约占能源需求的 40%。

纳米粒子增强功率降低

纳米环保制冷剂由水和乙二醇制成。先前的研究表明，通过在现有制冷剂中加入 MWCNT 纳米颗粒，可以减少纳米制冷中的能源消耗。该过程还减少了设备蒸汽压缩机的摩擦和磨损。但之前的研究并没有测试多壁碳纳米管对 R600a 等碳氢制冷剂的影响。

在他们的新研究中，约翰内斯堡大学的研究人员测试了使用 100 克 R134a 制造的家用冰箱中对环境不友好的制冷剂 R134a 的直接替换。

研究人员从家用冰箱中取出 R134a 制冷剂及其压缩机油。他们使用 R600a 和 MWCNTs，矿物油作为润滑剂。将新混合物放入冰箱并进行性能测试。他们发现 R600a-MWCNT 制冷剂为冰箱带来了更好的性能和冷却能力。

“冰箱冷却更快，150分钟后蒸发温度低得多，为-11摄氏度。这低于R134a的-8摄氏度。它还超过了ISO 8187标准，该标准要求180分钟为-3摄氏度，”Daniel Madyira 博士说。

Madyira 博士来自约翰内斯堡大学机械工程科学系。

“与使用 R134a 相比，用电量减少了 29%。这对冰箱用户来说是一个显着的能源效率提升，特别是对低收入者来说，”他补充道。

他说，要获得这些优势，MWCNT 纳米颗粒的选择至关重要。“多壁碳纳米管需要具有极小的纳米级粒径。这些颗粒还需要减少摩擦和磨损，防止腐蚀和堵塞，并表现出非常好的导热性，”Madyira 博士说。

管理可燃性

然而，新的制冷剂混合物带来了潜在的风险。与 R134a 不同，R600a 是易燃的。另一方面，它更节能，并且具有较低的全球变暖潜势。一些冰箱制造商已经采用 R600a 生产，这些电器已经上市。

“要进行安全的直接更换，家用冰箱中使用的 R600a 不应超过 150 克，”Madyira 博士说。“在更换之前，冰箱使用了 100 克 R134a 气体。我们将其替换为 50 至 70 克 R600a，以保持在安全参数范围内。”

Madyira 博士说，未经培训的人员不应尝试这种直接更换。相反，应该由训练有素的制冷技术人员或技术人员来做。

“使用矿物油作为压缩机油。这应该按照推荐的浓度混合。需要磁力搅拌器和超声波发生器来搅拌和均质混合物中的成分。然后可以将混合物引入压缩机。然后，R600a可以充入冰箱压缩机，同时注意不要使用超过 150 克的气体，”Madyira 博士说。

更节能的制冷剂，例如 R600a-MWCNT 混合物，可以为消费者节省大量资金。发展中炎热气候中的弱势家庭可以从中受益更多。许多的低收入者依赖家用冰箱和冰柜来安全储存散装食品。这大大减少了因食物储存不当而导致腐败或食物中毒的食物浪费。Madyira 博士说，这些电器不再是奢侈品，而是必需品。如果没有冰箱，人们可能被迫每天以高得多的价格购买少量食物。由于可能不再需要每天购买，因此购买食物的旅行时间和成本也会低得多。

冷藏还可以安全地储存更多样化的食品，例如新鲜水果和蔬菜。需要冷却的药物可以存放在家里。这可以使低收入家庭更容易获得更均衡的饮食和营养以及更好的身体健康。

电网电力仍然是低收入制冷的规则

从可持续性的角度来看，使用太阳能来运行大多数家用冰箱和冰柜可能更可取。然而，太阳能电池板、备用电池和直流 (DC) 冰箱对于电力公用事业服务地区的大多数低收入家庭来说仍然过于昂贵。使用电网供电的节能交流电 (AC) 冰箱对大多数人来说更实惠。使用 R600a-MWCNT 制冷剂进一步降低功耗可以进一步降低成本。

随着越来越多的低收入家庭和小型企业开始使用电网供电的冰箱、冰柜和空调，电力需求需要更好的管理。在进行这项研究的南非，国有电力公司在持续满足需求方面面临巨大挑战。长期滚动停电，称为减载，已作为需求侧电源管理措施实施。将冰箱、冰柜和空调装置的电力消耗削减四分之一以上可以释放电力供应，从而提高能源安全。