مبردها – بخش دوم

در استاندارد ASHRAE-34  بیش از صد مبرد مختلف به همراه نامگذاری  و طبقه بندی آنها معرفی شده است . هر چند که بسیاری از آنها در سیستم های برودتی خاص مورد استفاده قرار گرفته و در کاربردهای روزمره استفاده چندانی ندارند . در ادامه به طبقه بندی مبردها و بررسی برخی از آنها پرداخته خواهد شد .

طبقه بندی مبردها

مبردها را می توان به شش گروه عمده تقسیم نمود :

1) هالوکربن ها  
2)ایزوتروپ ها
3)زیوتروپ ها
 4)هیدروکربن ها یا مبردهای آلی
 5)مبردهای معدنی
 6)مبردهای آلی غیراشباع

1) هالوکربن ها

این گروه به مبردهایی اطلاق می شود که از اتم های کلر ، فلئور ، بروم و ید تشکیل شده اند. این گروه به دسته بندی کوچکتری نیز تقسیم می شوند :

1-1) کلروفلئوروکربن ها (CFCs)
تا اواسط دهه هشتاد میلادی استفاده از این مبردها بسیار رایج بود. اما پس از پروتکل مونترال سال 1995 در کشورهای توسعه یافته استفاده و تولید آن متوقف شده و در کشورهای در حال توسعه نیز طبق برنامه زمان بندی شده جمع آوری گردید.از جمله این مبردها می توان به R11 , R12, R113, R114   اشاره کرد.

2-1)هیدروکلروفلئوروکربن ها (HCFCs)
از معروفترین مبردهای این گروه میتوان به R22  اشاره کرد. استفاده از این مبرد از سال 1960 در تهویه مطبوع مسکونی آغاز گردید.بر طبق پروتکل مونترال ، تولید دستگاههای برودتی با این مبرد در سال 2010 ممنوع گردیده است و تولید این مبرد به منظور دستکاههای در حال کار تا سال 2020 ادامه خواهد داشت.

3-1)هیدروفلئوروکربن ها (HFCs)
این مبردها از مبردهای نسبتا جدیدتر بوده و به عنوان جایگزینی برای مبردهای گروه CFC , HFCF  معرفی گردیده اند. از جمله این مبردها می توان به R134a  اشاره نمود. متاسفانه این مبردها نیز دارای GWP  بالایی بوده و به دلیل گرم شدن جو زمین و اثر گلخانه ای این مبرد ، بر طبق برنامه آژانس حفاظت محیط زیست (EPA, SNAP)  تا اول ژانویه 2024 تولید دستگاههای برودتی و تهویه مطبوع با این مبرد امکانپذیر می باشد.

2) آیزوتروپ ها (Azeotropes)
به آن دسته از مبردها اطلاق می شود که از مخلوط دو یا چند مبرد مشخص ساخته می شوند به گونه ای که این مبردها پس از اختلاط خواص یک مبرد تک جزئی را دارند و خواص مبرد جدید با هر کدام از مبردهای تشکیل دهنده آن متفاوت بوده ولی درصد مواد تشکیل دهنده این مبرد در حالت های گاز و مایع با هم مساوی می باشد .بطور مثال مبرد R500 شامل دو جز R134a , R125  می باشدکه در هنگام تغغیر فاز از هم جدا نشده و با هم تغییر فاز می دهند. به این مبردها ، مبردهای سری 5 نیز اطلاق می گردد.

3) زیوتروپ ها (Zeotropes)
این مبردها نیز جز دسته مبردهای مخلوط قرار می گیرند ولی بر خلاف آیزوتروپ ها این مبردها در هنگام تغییر فاز به اجزا تشکیل دهنده خود تقسیم شده و لایه های مختلف مایع و گاز را تشکیل می دهند. به عبارتی درصد مواد تشکیل دهنده آنها در حالات گاز و مایع با هم برابر نیستند .از جمله این مبردها می توان به R407C ,  R410A  اشاره کرد.لازم به ذکر است که مبرد R410A  که خود مخلوط دو مبرد R32 , R125 با درصد مساوی می باشد نیز بر طبق مصوبه آژانس حفاظت محیط زیست به دلیل GWP بالا تا اول ژانویه 2024 می تواند در دستگاههای برودتی بزرگ تولید شده جدید از جمله چیلرها استفاده گردد. به این مبردها مبردهای سری 4 نیز اطلاق می گردد.

4) مبردهای هیدروکربنی یا آلی (Organic)
مبردهای از جمله پروپان (R290)   و ایزوبوتان (R600)  که ترکیبات آلی هستند نیز می توانند در سیکل های برودتی استفاده شوند. در کشورهای شمالی اروپا استفاده از این مبردها بسیار معمول است. این مبردها جز مبردهای دوستدار محیط زیست بوده و راندمان تبرید بسیار بالایی دارند. ولی در عین حال بسیار قابل اشتعال هستند .علاوه بر این از آنجایی که این دسته از مبردها بی بو می باشند در صورت نشت در محیط می توانند باعث ایجاد خفگی در فرد گردند. لذا جهت استفاده از این نوع مبردها بایستی تمهیدان خاصی را مد نظر داشت. این تمهیدات توسط انستیتوتبرید و استاندارد BS EN378  و شورای صنعت تهویه مطبوع و تبرید ACRIB  عنوان گردیده است.

5)مبردهای معدنی (Inorganic)
از مطرح ترین این مبردها می توان به دی اکسید کربن (R744)  و آمونیاک (R717)  اشاره کرد. آمونیاک مبرد طبیعی با خواص تبرید بالا و قابلیت اشتعال کم می باشد. این مبرد تا حدودی سمی بوده و دارای بویی بسیار تند است. آمونیاک از معدود مبردهای طبیعی است که هنوز هم در سیکل های تراکمی کورد استفاده قرار می گیرد .بیشترین کاربری این مبرد در فیلدهای صنعتی و سردخانه ها می باشد.آمونیاک با داشتن ODP , GWP  برابر صفر به عنوان یک مبرد ایده آل در زمینه محیط زیست به شمار می آید. استاندارد ASHRAE 15  و  BS EN378 و همچنین انستیتو تبرید انگلستان تمهیدات خاصی را برای استفاده از این مبرد مطرح کرده است.
از دیگر مبرد معدنی می توان به دی اکسید کربن اشاره کرد. دی اکسید کربن یک مبرد طبیعی است که تا سال 1960 در صنایع برودتی مورد استفاده قرار می گرفت .با ظهور مبرد R11  ، این مبرد کنار گذاشته شد. دی اکسید کربن از نظر زیست محیطی مبرد خوبی است.  ODP آن برابر با صفر و GWP  آن بسیار پایین است. این مبرد دارای راندمان برودتی پایین و فشار کاری بالا در حدود 60 بار است که استفاده از این مبرد را تا حدودی با مشکل روبرو کرده است. این مبرد دارای ظرفیت حجمی بالاتری نسبت به مبردهای دیگر بوده که این مهم باعث می گردد که از این مبرد نتوان در کمپرسورهای موجود استفاده نمود و کمپرسورهای خاص بایستی برای این منظور طراحی گردد .البته پیشرفت های قابل توجهی در زمینه کاربری این مبردها در حال انجام است و پیش بینی می شود با توجه به حذف مبردهای پرمصرف بازار به دلایل زیست محیطی در آینده نزدیک شاهد حضور بیشتر این مبرد در بحث تبرید باشیم.

6) مبردهای آلی غیر اشباع (Unsaturated organic)
هیدروفلئورواولفین ها (HFOs) ترکیب آلی غیر اشباع از اتم های هیدروژن ، فلئور و کربن می باشند که خواص تبریدی خوبی از خود نشان می دهند. معروفترین این ترکیبات تترافلئورپروپن یا R1234yf  بوده که تا حدودی خواص برودتی آن مشابه R134a ، ODP آن صفر و GWP  آن چهار می باشد. این مبرد تحت دما و شرایط خاص قابلیت اشتعال داشته و جز دسته A2L طبقه بندی می شود .با توجه به اینکه مبرد مورد استفاده در خودروها مبرد R134a  بوده و این مبرد GWP بالایی دارد شرکت های خودروسازی موظف شده اند از سال 2018 ،  پنجاه درصد تولیدات خود را بامبرد R1234yf  عرضه نمایند.
از دیگر مبردهای این دسته می توان از R1234ze  نام برد. این مبرد از نظر اجزا سازنده همانند R1234yf  بوده و فقط ساختار مولکولی آن متفاوت است. این مبرد به عنوان جایگزین مبرد R134a  در کاربری های فشار متوسط در چیلرها و سیستم های برودتی تجاری با تمهیدات خاص استفاده می شوند.

در جدول 1-1 ، اعداد ODP , GWP  برخی از مبردها ارائه گردیده است :