گازهای مبرد سیستم سرمایشی، تاثیر به سزایی در عملکرد سیستم چیلر و دستگاه های برودتی دارد. در این مقاله به بررسی انواع مبرد ها و همچنین خواص مبرد ها پرداخته است.

تاریخچه مبردها
تا حدود ۲۰ سال قبل دسته بندی مبرد محدود بوده اما امروزه به دلایل زیست محیطی هر روز انتخاب مبردها سخت گیرانه ­تر می­ شود. به طوری که بعضی از مبردهایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می­ گیرند در سال­های آتی قابل کاربرد نمی ­باشند.

دی اکسیدکربن (Co2) و آمونیاک(NH3) جزو اولین مبردهایی بودند که در صنعت تبرید مورد استفاده قرار می­ گرفتند. از کلرید متیل و دی­اکسید گوگرد نیز به عنوان مبرد در سیستم های صنعتی مورد استفاده قرار می­ گرفت. اکثر این مبردها سمی یا قابل اشتعال بودند تا این که در سال ۱۹۲۶ مبرد R12 به دست میگلی اختراع گردید در آن زمان این مبرد و مبردهای هم خانواده آن (CFC) بسیار پر مصرف بودند و جهت تجهیزات برودتی مثل چیلر سردخانه… مورد استفاده قرار می گرفتند.

اما در اوایل دهه ۷۰ میلادی دانشمندان دریافتند لایه اوزن در حال از بین رفتن می­ باشد که در سال ۱۹۸۷ پروتکل مونترال جهت ممنوعیت استفاده از این مبرد به دلیل مضر بودن برخی خواص مبرد برای طبیعت در بسیاری از کشورها صادر شد.

خواص مبرد ها
دسته بندی خواص مبرد چیلر تراکمی معمولا از لحاظ ترمودینامیکی، زیست­ محیطی و اقتصادی و ایمنی تقسیم می­ شوند.

خواص ترمودینامیکی مبردها:
فشار اشباع مکش : این فشار متناظر با دمای اواپراتور چیلر است که بهتر است از فشار اتمسفر بالاتر باشد تا از ورود آلودگی و هوا به داخل سیکل جلوگیری کند. همچنین هر چه فشار سیال گاز در دمای ثابت تبخیر اواپراتور چیلر بالاتر باشد به تبع آن چگالی سیال بالا و در یک کمپرسور چیلر با حجم جابجایی ثابت ظرفیت آن بالاتر می­ رود. البته اگر بیش از حد بالا باشد باعث نزدیک شدن به دما و فشار بحرانی می­ گردد.

فشار دیشارژ : فشار متناظر با دمای تقطیر کندانسور چیلر می ­باشد هر این این فشار در دمای ثابت مبرد پایین تر باشد بهتر است.

گرمان نهان تبخیر: هر چه این کمیت بیشتر باشد بهتر است، زیرا باعث کاهش دبی جرمی مبرد مورد نیاز می­ گردد.

ضریب هدایت حرارتی: هر چه این ضریب بالاتر رود باعث افزایش انتقال حرارت در اواپراتور و کندانسور چیلر می­ گردد.

خواص زیست محیطی مبردها:
یکی از مهمترین خواص مبرد ها که در حال حاضر استفاده از مبردها را محدود می ­کند شرایط زیست محیطی می­ باشد.

پتانسیل تخریب لایه اوزن(Ozone Depletion Potential )
ازون مولکولی است که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده و تمام سطح کره زمین فرا گرفته است.


تاثیر لایه اوزون

این لایه در ارتفاع ۱۱ تا ۴۸ کیلومتری سطح زمین قرار دارد وظیفه آن جلوگیری از ورود اشعه مضر پرتو بنفش به کره زمین است.

در سال ۱۹۷۰ محققان دریافتند که لایه اوزن در حال تخریب است که مهمترین عامل آن مواد شیمیایی ساتع شده توسط بشر است که از جمله آن می­توان به CFC HCFC و HBFC اشاره کرد.

با توجه به این آثار مخرب به دنبال پروتکل مونترال در سال ۱۹۸۷ میلادی تولید CFC ها و هالون (مواد اولیه در کپسول­های آتش­نشانی بودند) ممنوع شدند.

پتانسیل تخریب لایه ازون که با ODP نشان داده می­ شود، برای مبرد R11 برابر با یک است و بقیه مبردها براساس آن سنجیده می ­شود.

مبرد های دیگر مانند R22 و R12 و R141b نیز باید از چرخه استفاده از در سیستم­های تبریدی و چیلر حذف گردند.

پتانسیل گرمایش جهانی ( Global Warming Potential )
که به معنای گرم شدن کره زمین و نتیجه آب شدن یخ­ های قطبی است. که دلیل آن آزاد شدن گازهای گلخانه­ ای و اثر گلخانه ای این گازها باعث گرمایش زمین می شود.

در سال ۱۹۹۷ پروتکل کیوتو جهت کنترل میزان گازهای گلخانه ­ای به اجرا درآمد.

از جمله خواص مبرد ها پتانسیل گرمایش زمین را با GWP نشان داده می­ شود و برای گاز CO2 مبرد R744 این مقدار برابر با یک است

با توجه به این عامل تولید CO2 صنایع نیروگاهی و نفت گاز است اما با توجه به بالا GWP در مبردها HCFC و HFC ها شرایط حذف آن­ها نیز میسر گردد. مثلا مبرد R134a که در حال حاضر یکی از مبردهای دوستار محیط زیست به جهت صفر بودن ODP می­ باشد اما مقدار GWP آن ۱۳۰۰ می­ باشد که با نشت آن باعث افزایش گرمایش زمین می­ گردد. جدول زیر مقادیر GWP و ODP را مقایسه می­ کند.

دسته بندی مبردها
هالوکربن­ها : این مبردها دارای اتم های فلور، برم، ید می­ باشد. مانند R22 R134a
ایزوتروپ (Azeotropes) :مخلوط دو یا چند مبرد می ­باشد که بعد از ترکیب ماده واحد را تشکیل می­ دهند ترکیب این مبردها در حالت گاز و مایع مساوی و مبرد های سری ۵۰۰ را تشکیل می­دهند. مثل R507
زیوتروپ (Zeotropes) مخلوط دو یا چند مبرد که در فشار و دمای معین درصدهای تشکیل دهنده مواد در حالت گاز و مایع برابر نیستند. با توجه به متفاوت بودن فشار گازهای اجزای تشکیل و متفاوت بودن فشار بخار آن بدین صورت می­ باشد. که مبرد های سری ۴۰۰ را تشکیل می­دهند. مانند R407
این مبردها شامل دسته بندی دیگری هستند که بر مبنای اجزای تشکیل دهنده می­ باشد اولین دسته CFC هستند که شامل کلر فلور و کربن می ­باشد که از مرسوم ترین آن­ها می­توان به R11 و R12 نام برد که به دلیل از بین بردن لایه اوزون تولید آن متوقف شد. دسته بعد HCFC ها می­ باشد که شامل کلر فلور کربن و هیدروژن است که از معروف ترین آن R22 که در سیستم های تهویه مطبوع مثل چیلرها استفاده گسترده­ ای دارد و مبرد R141b که در چیلر سانتیفیوژ و به دلیل خاصیت دمای نقطه جوش که در فشار اتمسفر در دمای ˚C25 به جوش می­ آید در چیلر ها به جهت شستشو استفاده می­ گردد. و سری HFC می­ باشد این مبرد ها بعد از پروتکل مونترال به منظور جایگزینی با CFC و HCFC به وجود آمدن به عنوان مثال R134a جانشین R12 و R407 جانشین R22 گردید است اما به دلیل پتانسیل گرمایش زمین در کشورهای پیشرفته به فکر جایگزین آن افتاده­ اند و در حال حاضر چیلر تولیدی دراین کشورها با مبرد R1234yf شارژ می­ گردد که جایگزین گاز R134a در چیلرها می ­باشد.

مواد آلی و هیدروکربن­ها این موادترکیبات گازهایی می­ باشد که معمولا مشتقات نفتی می­ باشد برای محیط زیست مضر نمی­ باشد و به دوباره مورد توجه قرار گرفته اند مثل R600a ایزوبوتان و R290 پروپان که در صنایع تبرید کوچک خصوصا در کشور آلمان مورد توجه قرار می­ گیرد.
مواد معدنی مثل آمونیاک R717 و دی­اکسیدکربن R744 و آب R718 که به طور طبیعی در طبیعت یافت می­ شود.

مبردهای سری :۴۰۰
مبرد های سری ۴۰۰ با عنوان دسته بندی zeotropic شناخته می شوند که شامل مخلوطی از چند مبرد با فشار بخار های مختلف در دمای یکسان هستند؛ که ترکیب این مبرد در حالت گازی متفاوت از ترکیب مبرد در حالت مایع می باشد. این مبرد حتما به حالت مایع به سیستم شارژ گردد. در صورت بروز نشتی در این مبرد ها باید کلیه مبرد تخلیه گردد و بعد دوباره شارژ گاز مجدد انجام گردد.

روش شارژ باید بدین صورت است که باید کپسول را همانند شکل بالا برگردانند و مبرد به صورت مایع به چیلر تزریق گردد.

نکته: تکنیسن ها معمولا از شفاف بودن سایت گلاس جهت میزان شارژ گاز استفاده می کنند اما در این مبرد ها همیشه حباب کمی در حالت شارژ کامل هم رویت میشود. بنابراین مراقب افزایش بیش از اندازه شارژ مبرد باشید.

روش شارژ باید بدین صورت است که باید کپسول را همانند شکل بالا برگردانند و مبرد به صورت مایع به چیلر تزریق گردد.

نکته: تکنیسن ها معمولا از شفاف بودن سایت گلاس جهت میزان شارژ گاز استفاده می کنند اما در این مبرد ها همیشه حباب کمی در حالت شارژ کامل هم رویت میشود. بنابراین مراقب افزایش بیش از اندازه شارژ مبرد باشید.