گاز مبرد نوعی ماده یا ترکیب شیمیایی مهم است که به منظور انتقال گرما از یک محیط به محیط دیگر، در سیستم‌های تهویه‌ای و سرمایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جابجایی گرما در این سیستم‌ها به صورت خودبخودی رخ نمی‌دهد و برای آن از تجهیزاتی مانند کمپرسور سرمایشی، اواپراتور و کندانسور استفاده می‌شود. در سیستم تهویه مطبوع، گاز مبرد نقش مهمی در انتقال گرما از داخل فضا به خارج دارد. در این فرآیند، مبرد به صورت مداوم از حالت مایع به گاز تبدیل می‌شود و سپس با سرد شدن، به حالت مایع بازمی‌گردد. این چرخه به صورت مداوم انجام می‌شود تا گرمای موجود در محیط به خارج منتقل شود و دمای مطلوب در داخل فضا حفظ شود. گازهای مبرد عموماً در دو نوع مایع و گازی تولید می‌شوند. در ادامه با انواع گاز مبرد آشنا خواهیم شد.
آشنایی با انواع گازهای مبرد
در اطراف ما تعداد زیادی سیستم تبرید وجود دارد، که از نمونه‌های مختلفی از انواع ماده مبرد در ساز و کار خود استفاده می‌کنند. هر یک از انواع گاز مبرد از مزایا و معایب خاص خود برخوردار هستند. یکی از مهم‌ترین نقاط ضعف یک گاز مبرد، تأثیر مخرب آن بر محیط زیست است. به همین دلیل، دانشمندان جهان در تلاشند تا ماده مبردی را پیدا یا تولید کنند که به محیط زیست کمترین آسیب را وارد کند. سنجش این ویژگی ماده مبرد بر مبنای دو معیار پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) و پتانسیل تخریب لایه ازون (ODP) انجام می‌شود. انواع ماده مبرد به شرح زیر می‌باشند:
- کلرو فلورو کربن ها CFC
کلروفلوروکربن‌ها (CFC) ترکیبی از عناصر کلر، فلور، و کربن هستند. طی سالیان گذشته در صنعت تبرید، از گازهای سمی چون آمونیاک، متیل‌کلرید و سولفوردی‌اکسید به عنوان مبرد استفاده می‌شد. چند سال بعد، گازهای CFC به منظور دستیابی به گاز مبرد مطمئن‌تر، غیرسمی و غیرقابل اشتعال تولید شدند اما، تحقیقات بعدی نشان داد که CFCها برای محیط‌زیست بسیار مخرب هستند. ساختار این مولکول‌ها در واکنش با اشعه فرابنفش خورشید هیدرولیز شده و اتم کلر آزاد می‌کنند. اتم‌های کلر آزاد شده در محیط با مولکول‌های اوزون واکنش داده و منجر به تخریب لایه اوزون می‌گردند.
هر یک از انواع گاز مبرد از مزایا و معایب خاص خود برخوردار هستند.
- هیدرو کلرو فلورو کربن ها HCFC
هیدروکلروفلوروکربن‌ها (HCFC) ترکیبی از عناصر هیدروژن، کلر، فلور، و کربن هستند. در صنعت تبرید، اگر گاز مبرد ترکیبی از گازهای HCFC و HFC باشد، به عنوان مبرد HCFC در نظر گرفته می‌شود. HCFCها به عنوان جایگزینی برای CFCها در نظر گرفته شده و تولید می‌شوند، زیرا اثر مخرب کمتری بر لایه اوزون دارند (ODP کمتر). با این حال، باید توجه داشت که این گازها پتانسیل بالایی در زمینه افزایش گرمایش جهانی (GWP) دارند.
- هیدرو فلورو کربن ها HFC
هیدروفلوروکربن‌ها (HFC) ترکیبی از عناصر هیدروژن، فلور، و کربن هستند. هدف از تولید گازهای HFC، پیدا کردن جایگزینی سازگار با محیط زیست برای گازهای CFC و HCFC بوده است. عدد ODP این گازها به دلیل عدم داشتن عنصر کلر، برابر با صفر است.
- هیدرو فلورو الفین ها HFO
هیدروفلورواُلفین‌ها (HFO) یکی دیگر از مهم‌ترین انواع ماده مبرد و ترکیبی از عناصر هیدروژن، فلور، و کربن هستند. گازهای HFO با داشتن عدد ODP برابر با صفر و عدد GWP پایین، به عنوان جایگزین مناسبی برای CFCها، HCFCها و HFCها محسوب می‌شوند.
- هیدروکربن ها HC
هیدروکربن‌ها، ترکیباتی هستند که از عناصر هیدروژن و کربن تشکیل می‌شوند. این نمونه از انواع گاز مبرد به مقدار زیاد در نفت خام یافت می‌شوند. این ترکیبات هیدروکربنی، به عنوان مبردهای مدرن و جایگزینی برای فلوروکربن‌ها شناخته می‌شوند. در حالی که فلوروکربن‌ها شامل CFCها، HCFCها و HFCها هستند و اثرات تخریبی بر محیط زیست دارند، هیدروکربن‌ها غیر سمی می‌باشند.
گازهای مبرد عموماً در دو نوع مایع و گازی تولید می‌شوند.
پر استفاده‌ترین انواع گاز مبرد و موارد کاربرد آنها
گاز مبرد انواع مختلفی دارد و هر یک از آنها موارد کاربرد خاص خود را دارند. گازهای مبرد یا منشا طبیعی دارند یا غیر‌طبیعی. پر‌کاربرد‌ترین انواع ماده مبرد عبارتند از:
- انواع گاز مبرد با منشا طبیعی
- آمونیاک: این ماده که به گاز مبرد R717 نیز شهرت دارد، یکی از قدیمی‌ترین مبردهای مورد استفاده در سیستم‌های تراکمی و تبرید جذبی می‌باشد. استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد دارای مزایای به خصوصی است. این مبرد دارای وزن مولکولی کمی می‌باشد و قادر است در دماهای مختلف به خوبی عمل کند. همچنین، این ماده مبرد خواص ترمودینامیکی مناسبی دارد و ضریب انتقال حرارت آن بسیار بالاست.
- کربن دی اکسید: استفاده از کربن دی‌اکسید به عنوان مبرد، تاریخچه‌ای طولانی دارد. در گذشته، سیستم‌هایی که از کربن دی‌اکسید به عنوان گاز مبرد استفاده می‌کردند، بازدهی کمی داشتند اما با پیشرفت تکنولوژی و ظهور روش‌های نوین، این مشکل به شیوه‌ای مناسب رفع شد. از این رو می‌توان گفت، کربن دی اکسید در حال بازگشت تدریجی به چرخه استفاده در سیستم‌های تبرید است و می‌توان با استفاده بهینه، بازدهی آن را افزایش داد.
- انواع گاز مبرد با منشا غیر‌طبیعی
- R134a: گاز مبرد R134، یک هیدروفلوروکربن (HFC) است که در سیستم‌های تبرید خانگی، خودروها و صنعتی استفاده می‌شود. این ماده مبرد برخلاف CFC و HCFCها، اثر مخربی بر لایه اوزون ندارد.
- R410A: گاز مبرد R410، یک هیدروفلوروکربن (HFC) است که در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع استفاده می‌شود. این گاز، جایگزینی برای R-22 (HCFC) است که به دلیل اثرات مخرب بر لایه اوزون، استفاده از آن در بسیاری از کشورها ممنوع شده است.
- R404A: گاز مبرد R404، به عنوان یک ترکیب هیدروفلوروکربن (HFC) در سیستم‌های تبرید خنک‌کننده و منجمد استفاده می‌شود.
- R407C: گاز مبرد R407، یک جایگزین معمول برای مبرد R22 محسوب می‌شود. این ماده مبرد در واقع ترکیبی از چند هیدروفلوروکربن نظیر دی فلوئورو متان و پنتا فلوئورو متان است، که هر یک از خواص ترمودینامیکی مطلوب جهت استفاده در سیستم‌های تبرید برخوردار می‌باشند. استفاده از ماده مبرد R407C، در سیستم‌های تبرید جدید و نیز سیکل‌های دمای متوسط رواج بیشتری دارد.
- R22: گاز مبرد R22، یک هیدرو کلرو فلورو کربن (HCFC) بوده و در گذشته در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع استفاده می‌شد. با توجه به اثرات مخرب آن بر لایه اوزون، استفاده از آن در بسیاری از کشورها محدود شده است و در حال حاضر به ندرت از استفاده خارج می‌شود.
- R290 (پروپان) و R600a (ایزوبوتان): این گازها از خانواده هیدروکربن‌ها هستند و به عنوان گازهای مبرد طبیعی و دوستدار محیط زیست مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها در سیستم‌های تبرید خانگی و تجاری نیز استفاده می‌شوند.
توجه: گازهای مبرد دیگری نیز وجود دارند که بسته به نوع و کاربرد سیستم تبرید، مورد استفاده قرار می‌گیرند. می توانید برای مطالعه بیشتر به مقاله انواع گاز مبرد و کاربرد هریک مراجعه بفرمایید تا اطلاعات دقیق تری را در این زمینه به دست بیاورید.
انواع گاز مبرد با منشا غیر‌طبیعی
معیار‌های مهم در انتخاب و خرید انواع گازهای مبرد
در طراحی یک سیستم تبرید، توجه به نوع و کاربرد انواع گاز مبرد می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر روی ایمنی، طول عمر و مصرف انرژی سیستم داشته باشد. از این رو لازم است که کپسول گازهای مبرد را از مراکز و شرکت‌های فروش معتبر تهیه نمایید تا از اصالت و ایمنی آن اطمینان حاصل فرمایید. فاکتورهایی که به هنگام انتخاب و خرید ماده مبرد می‌بایست به آن توجه ویژه‌ای داشته باشید، عبارتند از:
- خواص ترمودینامیکی: به هنگام انتخاب گاز مبرد، می‌بایست مواردی همچون نقطه جوش، ظرفیت گرمایی و دمای بحرانی ماده مبرد را نیز به دقت بررسی و مد نظر قرار دهید.
- پایداری شیمیایی: به این معنی است که ماده مبرد نباید به آسانی تجزیه شود و یا با مواد دیگر واکنش نشان دهد.
- خواص فیزیکی: ماده مبردی مناسب‌ترین گزینه جهت خرید است که، چگالی پایین و ضریب انتقال حرارت بالایی داشته باشد. همچنین در صورت استفاده، هیچگونه آسیبی به لوله‌ها یا سایر قطعات سیستم وارد نکند.
- سمی نبودن: ماده مبرد مورد استفاده، نباید اثرات سمی و سوء بر سلامت و محیط زیست داشته باشد.
بررسی ویژگی‌های انواع گاز مبرد استاندارد
گاز مبرد مناسب برای سیستم‌های تهویه مطبوع و صنعتی باید این ویژگی‌ها را داشته باشد:
- سازگاری با محیط زیست
- هزینه نگهداری و خرید پایین
- عدم سمیت و خورنده نبودن
- پایدار بودن در شرایط
- دارا بودن نقطه جوش پایین
- عدم قابلیت اشتعال و انفجار
- قابل تشخیص در صورت نشت
- داشتن عدد ODP (ازدیاد انتشار اوزون) و GWP (تأثیر گلخانه‌ای) پایین
ماده مبرد مورد استفاده، نباید اثرات سمی و سوء بر سلامت و محیط زیست داشته باشد.
مفهوم رنگ کپسول‌های حاوی گاز مبرد
شرکت‌های تولیدکننده عموماً از رنگ‌های متفاوت و جداگانه برای رنگ‌آمیزی کپسول‌های نگهدارنده مبردها استفاده می‌کنند. این اقدام جلوی مخلوط کردن اشتباه مبردها را می‌گیرد. در ساخت کپسول این مبردها اغلب اصول رنگ‌بندی رعایت می‌شود، اما ممکن است برخی شرکت‌ها چارچوب‌های رنگ‌آمیزی را رعایت نکنند. بنابراین، قبل از استفاده از کپسول مبرد، همیشه توصیه می‌شود که برچسب روی کپسول را مطالعه کنید. تصویر زیر نشان‌دهنده رنگ‌بندی کپسول‌ها و کاربرد انواع گاز مبرد است. لازم به ذکر است که مبردهای بازیابی شده که در حین تعمیر چرخه تبرید استفاده می‌شوند نیز، در کپسول‌های خاکستری ته زرد نگهداری می‌شوند.
