مبرد در چیلر چیست؟
مبرد یا سرمازا یکی از اجزای اصلی در هر سیکل تبریدی است و در چیلرهای تراکمی هم مورد استفاده قرار می گیرد. مبرد به انگلیسی refrigerant نام دارد و به عنوان یک سیال واسطه در سیکل تبرید، وظیفه خنک سازی محیط را عهده دار است. مبرد در چیلر به دو شکل مایع و گاز و یا ترکیبی از این دو وجود دارد و در هر حالت، وظیفه ای را در سیکل تبرید چیلر تراکمی ایفا می کند. این سیال انواع مختلفی دارد که هر یک دارای ویژگی های خاصی می باشد. در این مطلب به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت که مبرد چیست؟ انواع آن کدامند و هر یک چه ویژگی و کاربردهایی دارند؟ برای کسب کامل ترین اطلاعات در مورد مبرد در چیلر، ادامه این مطلب را از دست ندهید.
سیکل مبرد چیست؟
تبرید یا سرمایش به فرآیندی گفته می شود که در آن گرما از یک ماده یا محیط گرفته شده و به ماده یا محیط دیگری منتقل خواهد شد. در واقع این فرآیند نوعی انتقال دما از ماده ای به ماده دیگر می باشد که در حوزه تهویه مطبوع، در سرمایش محیط زندگی، کار و … به کار برده می شود. زمانی که قصد سرمایش یک محیط را داریم، گرمای اضافی آن را دریافت کرده و به محیط دیگری منتقل می کنیم و به این شیوه تهویه مطبوع سرمایشی را اجرا می کنیم. اما در این بین مبرد چه نقشی دارد و سیکل مبرد چیست؟
سیکل مبرد به چرخه ای اطلاق می شود که طی آن، مبرد گرمای اضافی محیط هدف شما را دریافت می کند و در ادامه آن را به محیط دیگری که غالبا فضای باز است، انتقال می دهد. در این سیکل، مبرد دائما در حال تغییر فاز از گاز به مایع و حالت دوفازی است و این تصور که مبرد ماده ای گازی شکل است، صحت ندارد. شاید عبارت گاز کولر یا گاز یخچال را شنیده باشید که به عنوانی نامی برای مبرد به کار برده می شود. اما در واقعیت مبرد در هر دو حالت گاز و مایع وجود دارد و تغییر حالت آن است که سبب انتقال حرارت از محیطی به محیط دیگر می شود.
مبرد چیلر تراکمی
سیکل تبرید در چیلر تراکمی در بخش های اصلی کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور انجام می شود. گاز مبرد وارد کمپرسور دستگاه شده و در آنجا فشرده می شود. این فشردگی سبب افزایش دما و فشار مبرد شده و گاز در این شرایط وارد کندانسور چیلر تراکمی می شود. کندانسور نوعی مبدل حرارتی است که گرمای مبرد را گرفته و آن را به حالت مایع درمی آورد. اینک مبرد با دمای کاهش یافته وارد شیر انبساط می شود و در آنجا افت فشار پیدا خواهد کرد. در مرحله بعد مبرد خنک شده وارد مبدل حرارتی اواپراتور شده و با جذب گرمای محیط، آن را خنک خواهد کرد. این جذب گرما سبب می شود که مبرد مجدد به حالت گازی تبدیل شده و با همین حالت وارد کمپرسور شود و سیکل تبرید را تکرار کند. مبرد چیلر تراکمی در این سیکل دائما در حال تغییر فاز از گاز به مایع و حالت دوفازی است. جذب گرمای محیط هدف توسط مبرد در اواپراتور انجام شده و دفع آن توسط کندانسور صورت خواهد گرفت. عملکرد ماده مبرد سبب شده که در طیف گسترده ای از دستگاه های تهویه مطبوع نظیر چیلر تراکمی، سیستم وی آر اف و داکت اسپلیت از آن بهره گرفته شود.
انواع مبرد و کاربرد آن
انواع مبرد و سرمازا بر اساس ساختار شیمیایی و ترکیباتی که دارند، تقسیم بندی می شوند و هر یک دارای ویژگی های مخصوص به خود می باشد. به طور کلی می توان انواع مبرد را به 4 دسته کلی تقسیم بندی نمود که در ادامه هر یک را معرفی خواهیم کرد.
کلروفلوئوروکربن
مبرد کلروفلوئوروکربن یا Chlorofluorocarbons که با نام اختصاری CFC شناخته می شود، یکی از انواع مبرد می باشد که دارای قدمت طولانی بوده و در دهه 30 میلادی معرفی و روانه بازار شد. این مبرد دارای ترکیبات کلر، فلوئور و کربن می باشد و در بسیاری از دستگاه های برودتی نظیر چیلر و یخچال ها به کار برده می شد. مبرد کلروفلوئوروکربن را به عنوان ترکیباتی غیر قابل اشتعال و غیر سمی می شناختند و حوزه استفاده از این دستگاه بسیار گسترده بود. در دهه 70 میلادی مطالعات علمی نشان داد که CFC ها برای لایه ازن خطرناک بودن و سبب نابودی آن می شوند. 20 سال بعد و در دهه 90 میلادی، استفاده از این مبردها به دلیل اثرات سوء زیست محیطی به طور کلی ممنوع شد و مبردهای دیگری به عنوان جایگزین انتخاب شد. معروف ترین مبردهای کلروفلوئوروکربن یا سی اف سی عبارتند از:
R11، R12، R113، R114، R500
اگرچه آثار سوء زیست محیطی این مبرد مدت هاست که اثبات شده و استفاده از آن در دستگاه های برودتی ممنوع است، اما هم چنان در سراسر دنیا از آن استفاده می شود و اصلاح دستگاه ها از این مبرد به طور کامل به انجام نرسیده است.
هیدرو کلروفلوئوروکربن
مبرد هیدرو کلروفلوئوروکربن که در انگلیسی با نام Hydro chlorofluorocarbons و به اختصار HCFC شناخته می شود، نوع دیگری از این سرمازا است که دارای ترکیبات هیدروژن، کلر، فلوئور و کربن می باشد. میزان آسیبی که این مبردها به محیط زیست وارد می کنند، بسیار کمتر از CFC هاست، اما به معنای سازگاری کامل آنها با محیط زیست نبوده و این مبرد هم مضرات خود را به همراه دارد. علت کاهش پیدا کردن خطرات این ماده برای لایه ازن، حضور کمتر کلر در ترکیبات آن است که میزان صدمات وارد شده به محیط زیست را کاهش می دهد. HCFC مبردی تقریبا سازگار با محیط زیست و ارزان قیمت است که استفاده گسترده ای دارد، اما تا حدود 10 درصد بر سلامت محیط زیست و لایه ازن تاثیرات سوء داشته و به همین دلیل استفاده از آن در طولانی مدت، زیان بار خواهد بود. برخی از معروف ترین مبردهای مورد استفاده در دستگاه های تهویه مطبوع که در دسته هیدرو کلروفلوئوروکربن جای دارند، عبارتند از:
R22، R123، R124
استفاده از مبردهای این گروه هم چنان در دستگاه های برودتی دیده می شود و علت را باید مزیت هایی نظیر کارکرد با فشار کمتر و طول عمر بیش تر دستگاه ها دانست.
هیدرو فلوئوروکربن
مبرد هیدرو فلوئوروکربن که در زبان انگلیسی Hydro fluorocarbons و به اختصار HFC نامیده می شود، ترکیبی از هیدروژن، فلوئور و کربن است. در این مبرد، از کلر به عنوان ماده مخرب لایه ازن، استفاده نشده است و به همین دلیل می توان آن را نوعی سرمازا سازگار با محیط زیست دانست. البته باید به تاثیرات این مبرد در گرمایش کره زمین اشاره کرد که مانند دیگر انواع سرمازاها، به گرم شدن زمین منجر می شود. اما به دلیل سازگاری با محیط زیست و لایه ازن، بسیار مورد استقبال شرکت های تولید کننده مبرد قرار گرفته اند. معروف ترین مبردهای دسته هیدرو فلوئوروکربن را باید موارد زیر دانست:
R410a و R134a و R-404a
مبرد طبیعی
مبرد طبیعی یا HFO همان طور که از نام آن پیداست، به طور مصنوعی ساخته نمی شود و به طور طبیعی در کره زمین وجود دارد. مبرد طبیعی، آسیبی به لایه ازن نخواهد رساند و تاثیرات آن در گرمایش زمین، کمتر از مبردهای مصنوعی است. آمونیاک، کربن دی اکسید و آب را می توان از مبردهای طبیعی دانست که در برخی از دستگاه های برودتی از آنها استفاده می شود.
تاثیر زیست محیطی مبرد ها
انواع مبرد که در قسمت های پیشین معرفی شد، دارای تاثیرات زیست محیطی می باشد و هر یک با توجه به ترکیباتی که در آن به کار برده شده، در میزان این اثرات متفاوت عمل می کند. برای سنجش تاثیر زیست محیطی مبردها از دو معیارODP و GWP استفاده می شود که در ادامه هر یک را معرفی می کنیم.
معیار ODP
شاخص ODP یا Ozone Depletion Potential، میزان آسیب زا بودن یک مبرد برای لایه ازن را ارزیابی می کند. این معیار عددی بین 0 تا 1 می باشد و هرچه این عدد به یک نزدیک تر شود، نشان از اثرات سوء بیش تر بر محیط زیست است. لایه ازن یک محاظ برای همه موجودات زنده در برابر اشعه های خطرناک خورشید است و اگر این لایه تخریب شود، پرتوهای مضر به موجودات زنده رسیده و در ساختار DNA و سلول های موجودات زنده و از جمله انسان تغییراتی را ایجاد کند. نتیجه این عمل تشدید بیماری هایی نظیر سرطان خواهد بود. معیار ODP به منظور سنجش مبردها از نظر میزان آسیب رسان بودن به لایه ازن معرفی شد و در این بین، مبردهای گروه اول یا همان CFC ها بیش ترین اثر سوء را خواهند داشت. مبرد R11 با معیار ODP نزدیک به یک، یکی از مضرترین سرمازاهای شناخته شده است و استفاده از آن به طور کلی در دستگاه های برودتی ممنوع می باشد.
واکنشی که طی آن پس از استفاده از مبرد های حاوی کلر، لایه ازن تخریب می شود، به شکل زیر است:
Cl+O3=O2+ClO
در این واکنش، کلر ناشی از شکسته شده مبرد حاوی کلر، میل به واکنش بسیار زیادی دارد و با ترکیب تشکیل دهنده لایه ازن یا همان O3 واکنش نشان می دهد و سبب تخریب آن می شود. اما واکنش به این مرحله ختم نمی شود و در ادامه CLO تشکیل شده، به دلیل ناپایداری زیاد، مجدد با مولکول های ازن واکنش داده و سبب تخریب آنها می شود. به طور تقریبی می توان گفت که هر اتم کلر آزاد شده از مبردها، می تواند تا حدود 100.000 مولکول ازن را تخریب کند. به همین دلیل تنها مبردهایی استاندارد هستند که این شاخص برای آنها برابر با صفر باشد.
معیار GWP
شاخص Global Warming Potential که به اختصار GWP نامیده می شود، میزان توانایی یک ماده در گرمایش کره زمین را نشان می دهد. این شاخص برای کربن دی اکسید برابر با یک می باشد و سقف تعیین شده ای برای آن وجود ندارد. هر چه یک مبرد میزان GWP بالاتری داشته باشد، به معنای تاثیر گرمایشی بیش تر آن به نسبت دی اکسید کربن است. به عنوان مثال این شاخص برای مبرد R22، برابر 1810 می باشد و به این معناست که تاثیر گرمایشی آزاد شدن 1 کیلوگرم از این مبرد در محیط زیست، برابر با 1810 کیلوگرم از کربن دی اکسید است. معیار GWP، در طول مدت زمان طولانی سنجیده می شود و در صورتی که این شاخص برای یک مبرد، بالا باشد، استفاده از آن در دستگاه های برودتی محدود خواهد شد.
رایج ترین انواع مبرد چیست؟
انواع مبرد و ویژگی های آن تا به این جا مورد بررسی قرار گرفت. اینک به بررسی این موضوع پرداخته می شود که رایج ترین انواع مبرد مورد استفاده در دستگاه های برودتی کدامند و هر یک چه مزایا و معایبی دارند؟
مبرد R22
R22 یکی از قدیمی ترین مبردهای مورد استفاده در سیستم های تهویه مطبوع است که در دسته هیدرو کلروفلوئوروکربن ها جای دارد. این مبرد به دلیل دارا بودن کلر، برای لایه ازن خطرآفرین بوده و به همین دلیل استفاده از آن رو به کاهش است و به ویژه در کشورهای توسعه یافته، به ندرت از آن بهره گرفته می شود. اما قیمت R22، پایین است و بازدهی مناسبی هم دارد. به همین دلیل در کشورهای در حال توسعه هم چنان از آن استفاده شده و اثرات سوء زیست محیطی آن نادیده گرفته می شود.
در این جدول می توانید مشخصات مبرد R22 را مشاهده کنید.
| فرمول شیمیایی | CHCLF2 |
|---|---|
| رنگ | بدون رنگ |
| بو | بدون بو |
| نقطه جوش | 40.7- سانتی گراد |
| معیار ODP | 0.05 |
| معیار GWP | 1810 |
مبرد R410a
R410a مبرد رایج دیگری است که به عنوان یک جایگزین برای R22 به بازار عرضه شد. این مبرد در دسته هیدرو فلوئوروکربن ها جای دارد و به همین دلیل آسیبی را برای لایه ازن ایجاد نمی کند. اما هم چنان در گرمایش کره زمین تاثیر خواهد داشت. مبرد R410a، ترکیبی از R32 و R125 می باشد و در فشار کاری بالاتری به نسبت R22 کار می کند. به این معنا که نمی توان از کمپرسورهای مشابه برای هر دو نوع مبرد استفاده کرد. امروزه در انواع کمپرسورهای سانتریفیوژ می توان به سادگی از این مبرد استفاده کرد و از راندمان بالای آن در سرمایش بهره گرفت. در این جدول می توانید مشخصات این مبرد را مشاهده کنید.
| فرمول شیمیایی | CH2F2 (50%) |
|---|---|
| رنگ | بدون رنگ |
| بو | بدون بو |
| نقطه جوش | 48.5- |
| معیار ODP | 0 |
| معیار GWP | 1890 |
نتیجه آنکه
مبرد یا ماده سرمازا، یکی از اجزای تشکیل دهنده هر سیکل تبرید تراکمی است که می تواند حرارت از یک فضا به بخش دیگر انتقال داده و به این شیوه به خنک سازی یک واحد منجر شود. این قابلیت در دستگاه های سرمایشی تهویه مطبوع نظیر چیلر تراکمی، سیستم وی آر اف، روف تاپ پکیج، اسپلیت و داکت اسپلیت به کار برده می شود. مبردها انواع مختلفی دارند و بر اساس دو شاخص ODP و GWP، سازگاری آنها با محیط زیست سنجیده می شود. هر چه یک مبرد در این دو شاخص عدد کمتری داشته باشد، استفاده از آن در دستگاه های تهویه مطبوع مناسب تر است. در این مطلب ضمن معرفی این دو شاخص، پرطرفدارترین مبردهای مورد استفاده در حوزه تهویه مطبوع نیز معرفی شدند. برای کسب اطلاعات بیش تر در این حوزه می توانید با بخش فروش شرکت تاپ تهویه تماس گرفته و مشاوره رایگان دریافت کنید. 02188252897
سوالات متداول
مبرد چیلر تراکمی چیست؟
مبرد یا ماده سرمازا، ترکیبی به شکل گاز یا مایع است که گرما را از یک قسمت گرفته و در بخش دیگری دفع می کند و به این شیوه به سرمایش دمای یک محیط منجر می شود.
مبردهای پرمصرف در ایران کدامند؟
مبرد R22 و R410a از پرکاربردترین انواع سرمازا در ایران هستند که در دستگاه های تهویه مطبوع به کار برده می شوند.
