انواع گاز های مبرد

گازهایی که در صنعت تبرید تولید سرما میکنند به سه گروه‌های بی خطر، کم خطر و پر خطر تقسیم می‌شوند. تمامی گازهای تولید سرما با حرف R که حرف اصلی آن Refrigerant به معنی «سرما زا» می باشد شروع می‌شود. . اکثر گازهای گروه اول بدلیل تخریب لایه اوزن ممنوع گردیده و دارای جایگزین می‌باشند. بعضی از گازهای گروه دوم بدلیل ارزانی مانند آمونیاک (R-717) بطور گسترده استفاده می‌شود. گازهای گروه سوم بدلی سرمازایی زیاد یعنی اینکه دارای فشار زیاد می‌باشند بصورت خیلی محدود و با رعایت شرایت خاص مانند اتان با شماره 170 هنوز استفاده می‌گردند.

بی خطر

از جمله گاز های بی خطر می توان به گاز R-11 ،R-21 ،R-22 ،R-13 ،R-12 ،R-13B1 ،R-114 ،R-30 ،R-500 ،R-502 ،R-503 ،R-744 و R-113 اشاره نمود.

مواد سمی و تا حدودی قابل اشتعال

از انواع مواد سمی که تا مقداری قابل اشتغال هستند می توان به گازهای R-611 ،R-160 ،R-764 ،R-40 ،R-717 و R-1130 اشاره کرد.

مواد قابل اشتعال

مواد قابل اشتغال نیز گاز R-600 ،R-601 ،R-290 ،R-170 و R-1150 می باشند.

R22

R22 یکی از گازهای فریونی است که در مبردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. R22 نام ترکیب کلرودی فلورو متان می‌باشد. HCFC-22 دارای پتانسیل نسبتا زیادی برای تخریب لایه‌ی اوزون است مدت‌ها است که این ماده در انواع مختلف دستگاه‌های خنک کننده‌ی هوا یا Air Condition ها و نیز در یخچال‌های سوپرمارکت‌ها، بازارها و ... .ولی هم اکنون استفاده از چنین گازهایی در مبردهایی مانند یخچال‌ها و کولر گازی ها ممنوع شده و قرار است هیچ کشور توسعه یافته‌ای چنین محصولاتی نه تولید و نه وارد و نه صادر کند، ولی متاسفانه و با وجود این همه تذکرات کارشناسان امر، هنوز در ایران محصولاتی که از گازهای R22 استفاده می‌کنند، وجود دارد (بدلیل ارزان و فراوان بودن) و به راحتی از مرزهای کشور وارد می‌شود. پایدار، غیرسمی، بدون اثر اکسید کنندگی و غیرقابل اشتعال است. حلالیت آن در آب 3 برابر R-12 می‌باشد و استفاده از رطوبت گیر ضروری است. ظرفیت برودتی آن 60% بیش‌تر از R-12 است. در نتیجه کمپرسور کوچک‌تری مورد نیاز است. در کمپرسورهای پیچی (Screw) و در دستگاه‌های با ظرفیت بیش از 150 تن سرمایی از R-134a به جای R-22 استفاده می‌شود. ماده سرمازای R-410a نیز جایگزین مناسبی برای  R-22 است. رنگ کپسول R-22 سبز می‌باشد.

R-407C

R407 مخلوط زئوتروپیک از 134a ،125 و HFC-32 می‌باشد. از نظر خواص ترمودینامیکی بسیار نزدیک به R22 بوده با این تفاوت که در هنگام تغییر فاز حدود 8 درجه فارنهایت تغییر دما می‌دهد. این مبرد مناسب‌ترین گزینه برای جایگزینی R22 در سیستم‌های در حال کار موجود است. در سیستم‌های جدید نیز به طور محدود مورد استفاده قرار می‌گیرد. بالا بودن مقدار تغییر دما در هنگام تغییر فاز استفاده از آن را به سیستم‌های DX و بعضی چیلرها محدود کرده است. مبرد 407C یک ماده زئوتروپ است. زئوتروپ‌ها به مانند سیالات خالص در دمای ثابتی تبخیر نمی‌شوند و برای تبخیر 407C محدوده 8 تا 10 درجه‌ای وجود دارد.

بنابراین طراحی اواپراتورها باید برای تقابل با این اختلاف‌ها صورت گیرد. به عنوان مثال پمپ‌های گرمایی با منشا آبی باید به گونه‌ای طراحی شوند که این «محدوده» دمایی موجب یخ زدن آب در اواپراتور نشود. البته شاید سنسورهای سوپرهیت (فوق داغ) یا ساب کول (مادون سرد) دستگاه ها نیز به منظور تقابل با شرایط متفاوت خروجی و ورودی اواپراتور و کندانسور نیاز به تعویض داشته باشند. شرایط گستره و محدوده دمایی در کندانسور موجب خواهد شد تا ساب کول در آن ناکافی باشد و در چنین مواردی احتمال ناپایداری عملکرد شیر انبساط وجود خواهد داشت. تنظیمات کارکرد مرحله‌ای فن‌های کندانسورها در تجهیزات هوا خنک باید تغییر کنند (در مقایسه با تنظیمات HFCF-22) تا تفاوت دما و فشارهای ایجاد شده در کندانسورها بر اثر محدوده دمایی را جبران نمایند. اما در نهایت می‌توان گفت که مبرد R-407C خصوصیات بسیار مطلوب و منحصر به فردی دارد.

R410A

یکی دیگر از مبردهای بی خطر برای لایه ازن و محیط زیست R410A  با ترکیبی از دو گاز (R32 (50% و (%R125 (50 می‌باشد. این مبرد دارای ظرفیت سرما سازی و خنک کنندگی بالایی است و قابلیت انتقال حرارتی مطلوبی داشته و در مبدل‌های حرارتی کوچک نیز کاربرد فراوان دارد. فشار چگالش مبرد HCFC-22 در دمای یکصد درجه‌ی فارنهایت برابر psi196 است در حالی که در مورد 410A این فشار به psi336 می‌رسد. به همین دلیل شاید مبرد 410A جایگزین مستقیم برای HCFC-22 به نظر نرسد. مهم‌ترین علت آن برخورداری از خصوصیات بسیار نزدیک به آزئوتروپ‌ها می‌باشد که خطر تجزیه را از بین می‌برد.

آزئوتروپ‌ها در شیمی به ترکیبات همجوش اطلاق می‌گردد. مزیت دیگری که استفاده از این مبرد در بر خواهد داشت این است که می توان اندازه تجهیزات و دستگاه ها را به دلیل افزایش فشار، کوچک‌تر ساخت. اگرچه صرفه جویی حاصل از کوچک‌تر ساختن تجهیزات تهویه مطبوع شاید در برابر نیاز به مواد مستحکم تر و ضخیم‌تر در بخش‌هایی از سیستم رنگ ببازد ولی در هر حال، صنایع مجبور نخواهند بود که طراحی‌های خود را کلا عوض کنند. آن‌ها باید سیستم تولید خود را تصحیح کنند تا طراحی‌های جدید وارد خطوط تولید شوند اما همین کار به سرمایه‌گذاری قابل توجهی نیاز دارد.

برنده نهایی کدام مبرد خواهد بود؛ 407C یا 410A؟

به نظر می‌رسد که نتوان یک مبرد واحد مناسب برای کلیه کاربردها یافت ولی با توجه به تجربیات عملی و نتایج تحقیقات می‌توان گفت که مبرد HCFC-123 برای کاربردهای کم فشار، مبرد HFC-134a برای کاربردهای فشار متوسط و مبرد HCFC-22 برای کاربردهای پر فشار به کار برده شده و مبردهای مدرن 407C و 410A نیز به عنوان جایگزین‌های مطمئن HCGC-22 مورد استفاده قرار می‌گیرند. تک تک این مبرها در بزرگ‌ترین و مهم‌ترین چالش پیش روی صنعت تهویه مطبوع و تبرید جهان نقش اساسی ایفا می‌کنند؛ گذار و فاصله گرفتن از مبردهای گروه CFC. جمع بندی از آن‌جا که مبردها به طور مستقیم و غیرمستقیم بر روی محیط زیست تاثیر می‌گذارند همواره پارامتر مهمی در تصمیم گیری پروژه‌های تهویه مطبوع و سرمایش هستند.

اگرچه مبردها عامل تنها 3 تا 4 درصد تغییرات آب و هوایی زمین به طور مستقیم می‌باشند اما چون سیستم‌های سرمایش مصرف کنندگان عمده انرژی هستند به طور مستقیم می‌باشند اما چون سیستم‌های سرمایش مصرف کنندگان عمده انرژی هستند به طور غیرمسقتیم تاثیر مهمی بر روی گرم شدن زمین دارند. استفاده از مبردی که تمام مسایل زیست محیطی را برآورده کند اما عملکرد و خصوصایت ترمودینامیکی مناسب نداشته باشد باعث افزایش مصرف انرژی خواهد شد. صنایع تبرید و تهویه مطبوع، از به وجود آمدن بحران تخریب لایه‌ی ازن گرفته تا اثرات منفی مبردها بر روی گرم شدن هوای زمین، دچار چالشی اساسی شده و انتخاب مبردها یا فناوری سرمایشی مناسب برای آنان بسیار مشکل‌تر شده است.

ماده سرمازا (مبرد):

گازهای سرمازا در چیلرها وظیفه جذب گرما در اواپراتور و دفع آن در کندانسور را دارند. این مبردها توسط کمپرسور به طور پیوسته فشرده می‌شود تا چرخه همواره ادامه داشته باشد.

مواد سرمازای هالوکربنی:

از دو مولکول متان و اتان ساخته شده‌اند. این دو مولکول شامل هیدروژن و کربن می‌باشند و به آن‌ها هیدرو کربن خالص می‌گویند. هرگاه تعدادی از اتم‌های هیدروژن از ساختار مولکولی اتان یا متان برداشته شوند و اتتم‌های کلر یا فلوئور یا هردو جایگزین آن‌ها شوند مولکول‌های جدیدی ایجاد می‌شود که به آن‌ها مواد سرمازای هالوکربنی گفته می‌شود. مواد سرمازای هالوکربنی به سه گروه CFC ها، HCF ها و HFC ها تقسیم می‌شوند.

ضریب ODP:

این ضریب توانایی ماده سرما زا در تخریب لایه ازن را نشان می‌دهد. مواد سرمازای R-11  و R-12 با داشتن اثر تخریبی بیش‌تر لایه ازن دارای ODP=1 بوده و دیگر مواد سرمازا نسبت به آن‌ها سنجیده می‌شوند. تمامی مواد سرمازایی که دارای ODP غیر صر می‌باشند باید به تدریج از چرخه بازار مصرف خارج شوند.

CFC ها:

این گازها وقتی به لایه‌های بالایی جو می‌رسند در مقابل مولکول‌های ازن واکنش نشان داده و آن را تخریب می‌کنند. هم چنین در گرمای کره زمین موثراند که تولید آن‌ها از سال 1995 ممنوع شده است.

ماده‌ی سرمازای R-11:

در مولکول آن 3 اتم کلر وجود دارد و باعث تخریب شدید لایه ازن می‌شود. استفاده از آن سال‌هاست که ممنوع گردیده است.

ماده سرمازای R-12:

ماده‌ای است بی رنگ، بی بو، غیر سمی و غیر قابل اشتعال و غیرخورنده است و رنگ کپسول آن سفید می‌باشد. در تماس با شعله تجزیه شده و بسیار سمی می‌گردد. دارای 2 اتم کلر می‌باشد که تخریب زیادی در لایه ازن ایجاد می‌کند و تولید آن نیز متوقف شده است.

HCFC ها:

مقدار کمی کلر دارند و به همین دلیل در اتمسفر ثبات کم‌تری داشته و قدرت تخریبی کم‌تری نسبت به CFC ها در لایه ازن دارند.

HFC ها:

این مواد اتم کلر ندارند و شامل هیدروژن، فلوئور و اتم‌های کربن می‌باشد. لایه ازن را تخریب نمی‌کنند و در گرمای کره زمین نقش کم‌تری دارند. این مبردها جایگزین مناسبی برای CFC ها و HCFC ها می‌باشند.

ماده سرمازای R-134a:

روغن‌های معمولی با این مبرد قابل اختلاط نیستند. به همین دلیل استفاده از آن دارای محدودیت می‌باشد. روغن‌های جدید باعث کارکرد موثر و عمر طولانی‌تر این سیستم‌ها شده‌اند. R-134a ماده‌ای بی رنگ و بی بو بوده و جانشین مناسبی برای R-12 می‌باشد.

ماده سرمازای R-407:

مخلوطی از 52% R-134a و 25% R-125 و23% R-32 می‌باشد. دارای ضریب ODP صفر و جانشین مناسبی برای R-22 می‌باشد.