گاز مبرد و بررسی انواع آن

یکی از مهم ترین اجزای سیستم تهویه مطبوع گاز مبرد می باشد که وظیفه جذب گرما و خنک سازی محیط را دارا می باشد. این گاز با جذب حرارت محیط تغییر حالت می دهد و به این ترتیب فضای اطراف را خنک می نماید.در این مطلب به بررسی کامل این گاز می پردازیم و انواع آن را بررسی می نماییم. با ما در  ادامه این مطلب همراه باشید.

گاز مبرد چیست؟

مبرد (Refrigerant) یا سرمازا حالت سیال داشته و هنگام طی کردن یک سیکل به طور مرتب از حالت مایع به گاز تغییر حالت می دهد و پس از سرد شدن از حالت گاز به مایع تبدیل می گردد. از گاز مبرد عموما در سیستم کولر گازی که مجهز به سیکل تبرید برای خنک کردن محیط استفاده می شود. این گاز در سیستم های تهویه بسیار گسترده دارد.

تاریخچه گاز سرمازا در سیستم های تهویه

کولر های گازی در اواسط قرن نوزدهم اختراع و روانه بازار شدند در آن زمان از اتر به عنوان ماده مبرد استفاده می شد. پس از گذشت مدتی اسپلیت ها تولید و روانه بازار شدند که از موادی همچون دی اکسید کربن و آمونیاک در کمپرسور استفاده می کردند. با گذشت چند دهه و پیشرفت علم و فناوری و توجه بیشتر به محیط زیست و ایمنی محیط استفاده از این نوع مبرد ها به دلیل مشتعل و خطرناک بودن رفته رفته ممنوع گردید.در سال 1926 میلادی اولین مبرد کلروفلروکربن، به وسیله thomas midgely کشف شده و با نام تجاری R22 شناخته شد. این مبرد قابل اشتعال و سمی نبوده و راندمان بالاتری نسبت به مبرد های قبلی داشته است.

این گاز قدیمی ترین گاز فریون می باشد که در محفظه کمپرسور قرار داشته اما با گذشت زمان گاز مبرد R410 در سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گرفت که از ترکیب گاز R32 و R125 تشکیل شده است.این گاز برخلاف گاز R22 بسیار سازگار با محیط زیست می باشد و آلودگی به همراه ندارد.

دسته بندی مواد تشکیل دهنده گاز مبرد

براساس ترکیب شیمیایی مواد مبرد را به چهار دسته تقسیم می نمایند. که به شرح زیر می باشند:

• دسته اول کلروفلوئوروکربن ها (CFC) می باشند که معروف ترین نوع مبرد به شمار می روند و معروف ترین اعضای آن R11, R12, R113, R114 و R115 می باشند.
• دسته دوم هیدروکلروفلوئوروکربن ها (HCFC) می باشند که اعضای آن R22 و R123 می باشند.
• دسته سوم هیدروفلئوروکربن ها (HFC) ها هستند که اعضای آن عبارتند از R410A, R407C, R404A و R134A.
• دسته چهارم گاز های مبرد طبیعی مانند آمونیاک، کربن دی اکسید و پروپان می باشند.

مواد مبرد روی محیط زیست تاثیراتی بر جای می گذارند که بسته به نوع مبرد تاثیرات آن ها به دودسته تقسیم می شود:

• پتانسیل تخریب لایه اوزون (ODP)
• پتانسیل گرمایش زمین (GWP)

پتانسیل تخریب لایه اوزون (ODP)

پتانسیل تخریب لایه اوزون ODP عددی بین 0 تا یک دارد. هرچه این عدد به یک نزدیک تر باشد به این معناست که ین گاز مبرد پتانسیل بیشتری برای تخریب لایه ازون خواهد داشت. به طور معمول عدد ODP مبردهای کلروفلوئوروکربن ها بالاست زیرا در ترکیب شیمیایی این گاز کلر وجود دارد. به همین دلیل امروزه از گاز های CFC به عنوان ماده سرمازا استفاده نمی شود.

پتانسیل گرمایش زمین (GWP)

پتانسیل گرمایش زمین (GWP) عددی بین صفر تا چند هزار می باشد و هرچه این عدد بزرگ تر باشد بیانگر تاثیر منفی گاز بر گرمایش جهانی می باشد و موجب گرم شدن بیشتر زمین می گردد. گازهای HCFC با وجود اینکه نسبت به گاز های CFC عدد GWP کمتری دارند اما با این وجود عدد GWP آن ها بزرگ بوده و موجب گرماش زمین می شوند بنابراین امروزه کمتر از این گاز ها نیز استفاده می گردد.

پر استفاده ترین گاز های مبرد

در این بخش به بررسی پر استفاده ترین گازهای سرمازا با منشا طبیعی و غیر طبیعی می پردازیم.

گاز مبرد R134A

تترافلوئورواتان مشهور به R134A تشکیل شده از دو اتم کربن، دو اتم هیدروژن و چهار اتم فلور می باشد و فرمول شیمیایی آن CF3CH2F است. این گاز در دسته HFC ها قرار داشته و تاثیری روی لایه اوزون ندارد. همچنین قابل اشتعال و انفجار نمی باشد و میزان خطرناک بودن و سمی بودن آن در حد استاندارد می باشد.دمای جوش این گاز 26.1 درجه سانتی گراد می باشد و از آنجایی که از نظر خواص ترمودینامیکی تقریبا شبیه به R12 می باشد. جایگزین خوبی برای گاز R12 می باشد. اما باید برای جایگزین کردن این دو گاز تغییراتی در سیستم تبرید اعمال کرد.

گاز سرمازا R407C

گاز R407C از ترکیب چند هیدروفلوئوروکربن مانند دی فلوئورومتان و پنتافلوئورومتان تشکیل شده است و جایگزینی برای گاز R22 می باشد. استفاده از این گاز در سیستم های تبرید جدید رواج بیشتری پیدا کرده است. این ماده سرمازا توانایی کار در سیکال های دمای متوسط را دارد.

گاز R404A

این گاز سرمازا یک جایگزین امن و مناسب برای گاز مبرد R22 می باشد. از مزایای R404A می توان به بازده دمای مناسب آن اشاره کرد. این ماده مبرد در سیستم هایی با دمای بین 45- تا 15+ درجه سانتی گراد می تواند مورد استفاده قرار گیرد. این گاز با آب و هوا به سادگی واکنش نشان نمی دهد و بی رنگ و غیر قابل اشتعال می باشد. اما در اثر تماس مستقیم با پوست مضر است.

گاز مبرد R410A

گاز R410A از ترکیب چند هیدروفلئوروکربن ایجاد شده است و به دلیل نبودن کلر در ترکیب این گاز، آسیبی برای لایه ازون ندارد. همچنین استفاده از این گاز سرمازا بازدهی بیشتری نسبت به R407C و R22 به همراه خواهد داشت. این گاز دارای ظرفیت تبرید و فشار بالا تری نسبت به گاز R22 می باشد از این رو گزینه مورد توجهی برای استفاده در سیستم های تهویه مطبوع، سیستم های تبرید صنعتی و خنک کننده می باشد.

گاز سرمازا R22

این گاز پیش از آنکه مشخص شود برای لایه ازون مضر است، جزء پر استفاده ترین مبردها به شمار می رفت اما اکنون استفاده از این گاز به میزان چشمگیری کاهش یافته و در سال 2020 به طور کامل کنار گذاشته می شود. R22 در دسته HCFC قرار داشته و دارای کلر می باشد از این رو برای محیط زیست مضر می باشد. یکی از جایگزین های R22 گاز R410A می باشد. اما به نظر می رسد در سال 2020 استفاده از R22 و R410A به تدریج حذف شده و گاز R32 جایگزین آن ها گردد. زیرا عدد GWP این گاز حدودا 1/3 گاز R410A می باشد.

گاز مبرد طبیعی

گاز های مبرد طبیعی مانند آمونیاک، کربن دی اکسید و پروپان دارای عدد ODP صفر و عدد GWP بسیار ناچیز می باشد. قدمت استفاده از برخی مبرهای طبیعی به بیش از 150 سال می رسد. استفاده از گازهای سرمازای طبیعی بازدهی برابر با سیکل های دارای مبرد HFC و HCFC دارد تنها در برخی سیستم ها که از کربن دی اکسید استفاده می نمایند در محیط های گرم کارایی خنک کنندگی دستگاه کاهش یافته و نیاز به تنظیمات اضافی برای افزایش بازدهی دارد.قدمت زیادی این گاز ها دلیل بر کاربرد نداشتن آن ها نیست و در واقع در دسترس بودن این گاز ها و خطر نداشتن آن ها برای محیط زیست موجب استقبال بیشتر از این گاز ها شده است.

مزایای گاز سرمازا خوب و مناسب

به طورکلی گاز مبرد مناسب سیستم های تهویه مطبوع دارای مزایا و ویژگی هایی است که عبارتند از :

• سمی نبودن
•  پایدار بودن
•  خورنده نبودن
•  دارای نقطه جوش پایین
• غیر قابل اشتعال و انفجار
•  سازگار با محیط زیست
•  پایین بودن هزینه نگهداری و خرید
•  قابل تشخیص بودن در حالت نشت
• داشتن عدد ODP و GWP پایین

گاز های مبرد و ایمنی آن ها

ایمنی یکی از مهم ترین ویژگی برای انتخاب گاز مبرد می باشد. توجه به این نکته باعث می شود که بعضی از مبردها با اینکه بسیار مهم می باشند، اما به علت نداشتن ایمنی لازم، کمتر استفاده می شوند. یکی از مهم ترین آنها هیدروکربن خطی و آمونیاک است. ماده ای که برای مبرد استفاده می شود باید از نظر شیمیایی بی اثر باشد، به طوری که در هر حالت و نسبت زمانی که با هوا ترکیب می شوند؛

• سمی
• قابل اشتعال

نباشند.از نظر شیمیایی بی اثر باشد؛ به طوری که هم در حالت خالص و هم وقتی که با هر نسبتی با هوا مخلوط شده باشد،

• اشتعال‌پذیر
• منفجر شونده
• سمی نباشد.

همچنین هنگام واکنش با روغن یا موادی که در تجهیزات تبرید استفاده شده نباید واکنش بدی داشته باشد.

این مبرد باید گونه ای باشد که در صورت نشتی، به مواد موجود در انبار آسیبی نزده و آنها را آلوده نکند.

همچنین با رطوبت موجود در سیستم های تبریدی واکنش نامطلوب نداشته باشد.