مبرد ها(قسمت دوم)

از: مهندس مهدی کرباسیون (شرکت تهویه)

مقدمه

در شماره قبل انواع مبردها، خواص و نحوه نامگذاری آنها و همچنین پروتکل‌های مربوطه مفصلاً بررسی شدند. در این شماره ادامه مطلب را پی می‌گیریم.

مبرد ها و کمپرسور ها

خواص و پارامترهای زیادی می‌توانند بر روی عملکرد مبردها اثرگذار بوده و تعیین کننده این مطلب باشند که مبرد با چه نوع کمپرسوری می‌تواند راندمان بالایی داشته باشد.

وظیفه اصلی کمپرسور در سیکل تبرید بالا بردن آنتالپی، فشار و دمای مبرد می‌باشد. در سیستم‌های با کندانسور هوایی، کمپرسور اختلاف فشار بالاتری نسبت به سیستم‌های با کندانسور آبی ایجاد می‌نماید. همچنین در کاربردهای تبرید با دمای پایین لازم است اختلاف آنتالپی که کمپرسور به وجود می‌آورد نسبت به سیستم‌های معمولی تهویه مطبوع بیشتر باشد.

مقدار اثر تبرید به طور مستقیم با دبی مبرد ارتباط دارد. در کمپرسورهای جابجایی مثبت از جمله کمپرسورهای رفت و برگشتی، دبی مبرد کم و اختلاف آنتالپی ایجاد شده زیاد است، برعکس، کمپرسورهای سانتریفیوژ دبی حجمی بالا در برابر اختلاف آنتالپی کم ایجاد می‌کنند.

مبردهای با جرم مولکولی کم در شرایط دبی حجمی کم ولی با اختلاف آنتالپی بالا و به عبارت دیگر با کمپرسورهای جابجایی مثبت کارآیی خوب از خود نشان می‌دهند. نمونه این مبردها R134a، R410A و R22 می‌باشد. به عنوان مثال R410A همانطور که در نمودارهای 2و 1 مشخص است گزینه‌ای مناسب برای استفاده در سیستم‌های با کمپرسور جابجایی مثبت است. این مبرد فقط نیاز به دبی حجمی 1CFM/TON دارد، R11 و R123 برخلاف R410A دبی حجمی
برابر 1CFM/TON داشته و برای کار در سیستم‌های با کمپرسورهای سانتریفیوژ مناسبند.

مبرد R134a هم با کمپرسورهای جابجایی مثبت و هم با کمپرسورهای سانتریفیوژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. بهتر است در صورت استفاده از کمپرسورهای جابجایی مثبت با مبرد R134a، از کمپرسورهای اسکرو استفاده شود چرا که این نوع کمپرسور علاوه بر ایجاد اختلاف فشار و آنتالپی بالا دارای دبی حجمی
نسبتاً بالا نیز می‌باشد. این مبرد برای ایجاد هر تن تبرید به حدود 3CFM/TON نیاز دارد.

مبرد ها از دید شیمی

هر یک از اتمهای موجود در ساختار مولکولی یک مبرد اثری خاص بر روی خصوصیات شیمیایی و زیست محیطی آن دارد که در این بخش به اختصار در این مورد
بحث می شود.
فلوئوروکربن ها:
اکثر مبردهای رایج یعنی HCFCs و HFCs و CFCs در واقع از مشتقات فلوئوروکربن ها هستند.  با افزایش تعداد اتم های کلر عدد ODP (قابلیت تخریب لایه ازن) و نقطه جوش مبرد افزایش پیدا می کند.
افزایش تعداد اتم های فلوئور در ترکیب شیمیایی عدد GWP (قابلیت ایجاد اثر گلخانه ای) و عمر ماندگاری در طبیعت را افزایش داده اما خواص سمی مبرد را کم می کند.
افزایش تعداد اتم های هیدروژن اشتعال پذیری را بالا برده ولی ماندگاری در طبیعت را کاهش می دهد. مبردهای CFC که اتم هیدروژن ندارند قابل اشتعال نبوده اما بالاترین عمر ماندگاری را دارند. برعکس، هیدروکربن ها نظیر ایزوبوتان و پروپان که تعداد اتم های هیدروژن آنها زیاد است مبردهای بسیار اشتعال پذیربوده ولی در طبیعت به سرعت تجزیه می شوند.

به طور خلاصه رفتار مبردها در برابر کم و یا زیاد بودن اتم های مختلف به شرح زیر می باشد:

• بالا رفتن اتم های کربن عموما باعث افزایش جرم مولکولی و نقطه جوش میگردد.
• افزایش تعداد اتم های نیتروژن خواص سمی و ناپایداری مبرد را افزایش می دهد.
• افزایش تعداد اتم های اکسیژن با من کاهش پایداری می شود. این مطلب از نظر زیست محیطی مطلوب است اما در عین حال می تواند خواص سمی
  و اشتعال پذیری را افزایش دهد.
• وجود اتم گوگرد در ترکیب شیمیایی مبرد پایداری را کاهش داده و خواص سمی را افزایش می دهد.
• وجود اتم هیدروژن در ترکیب شیمیایی مبرد پایداری را کاهش داده و خواص اشتعال پذیری را افزایش می دهد.
• وجود کربن و فلوئور عدد GWP را افزایش می دهد.
• وجود کلر سازگاری با روغن کمپرسور را بهبود بخشیده و در عین حال ODP و خواص سمی را افزایش می دهد.

مبرد ها و تغییرات آب و هوای زمین

تغییرات آب و هوایی و پدیده گرم شدن جو زمین از موضوعات مهم مورد بحث در زمینه مبردهاست. حدود ۷۰ درصد انرژی تابشی خورشید توسط زمین و گازهای موجود اطراف جو زمین جذب و بقیه به وسیله ابرها ذرات معلق موجود در هوا و سطح زمین بازگشت داده میشود. بعضی از گازها نظیر CO2 باعث میشوند این مقدار گرما در جو زمین محبوس شده و بازگشت داده نشود. به این گازها همانطور که قبلاً اشاره شد گازهای گلخانه‌ای گفته میشود. این امر باعث گرمتر شدن هوای زمین شده و تبعات زیانباری را به همراه خواهد داشت که ذوب شدن یخ های قطب و بالا آمدن سطح دریاها از آن جمله است. در حالی که پدیده گلخانه‌ای دارای یک مدل ثابت شده علمی می‌باشد اثرات دیگری نیز همچنان در حال بررسی است که به نتایج قطعی نرسیده اند. به عنوان مثال افزایش دمای زمین میتواند باعث بالا رفتن تبخیر آب دریاها و تشکیل لایه‌های ضخیم‌تر ابرها شود. به دلیل آنکه ابرها مقدار زیادی از گرمای خورشید را بازتاب میدهند این امر خود میتواند اثر معکوس بر گرم شدن جو زمین داشته شود.

با این حال پیش‌بینی شده است که تا سال ۲۱۰۰ میلادی دمای بین ۲ تا ۶ درجه فارنهایت و سطح آب اقیانوسها بین ۶ تا ۳۷ اینچ افزایش یابد. با در نظر گرفتن
تمام این موارد سازمان UNFCC در سال ۱۹۹۵ گزارش داد با توجه به ارزیابی شواهد ثابت شده است که انسان تأثیر غیر قابل انکاری بر روی تغییرات آب و هوای زمین دارد. این گزارش منجر به تهیه و تصویب پروتکل کیوتو در سال ۱۹۹۷ گردید.

پروتکل کیوتو

در سال ۱۹۹۰ سازمان ملل کمیته‌ای را برای تدوین مقررات مربوط به تغییرات آب و هوایی تأسیس نمود. در سال ۱۹۹۲ میلادی ۱۰۵ کشور موافقتنامه‌ای را در این
زمینه تصویب نمودند. در سال ۱۹۹۷ نشست اعضاء در کیوتو منجر به تصویب پروتکلی گردید که بسیاری از کشورهای توسعه یافته آن را پذیرفتند اما ایالات متحده هنوز به جمع این کشورها نپیوسته است.

الزامات پروتکل کیوتو

بر مبنای این پروتکل کشورهای توسعه یافته تا سال ۲۰۱۲ فرصت دارند مقدار تخلیه دی اکسید کربن به جو زمین را تا حد ۵٪ نسبت به سطح سال ۱۹۹۰ کاهش
دهند. بدین منظور مقدار سهمیه کاهش هر کشور نسبت به سطح سال ۱۹۹۰ تعیین شده. بسیاری از کشورها برای رسیدن به اعداد قید شده در جدول کار بسیار سختی پیش رو دارند مثلاً ایالات متحده از سال ۱۹۹۰ با افزایش ۲۴٪ دی اکسید کربن مواجه بوده و با احتساب ۷٪ سهمیه کاهش لازم است کاهشی ۲۱ درصدی داشته باشد که امری مشکل است. پروتکل کیوتو راهکاری برای این مقدار کاهش مشخص نکرده و این امر را به خود کشورها واگذار نموده است.

مبرد های جایگزین

در بخش پایانی تعدادی از ماده‌های جایگزین معرفی میشوند:

R134A:

از نظر ایمنی در سطح A1 (غیرقابل اشتعال – غیرسمی) طبقه‌بندی می‌شود. مقدار ODP آن صفر و GWP آن برابر ۱۳۰۰ است. این مبرد کاندیدای بسیار مناسبی برای استفاده با کمپرسورهای اسکرو و سانتریفیوژ می‌باشد. همچنین در کولرهای اتومبیل‌ها به طور گسترده استفاده می‌شود. به نظر می‌رسد این مبرد جایی بین پروتکل مونترال و کیوتو گرفتار شده است. از نظر پروتکل مونترال به دلیل صفر بودن ODP استفاده از آن محدودیتی نداشته و برنامه ای برای توقف مصرف آن وجود ندارد. از طرف دیگر به دلیل آنکه GWP آن برابر ۱۳۰۰ است در سبد نیروهای مورد نظر پروتکل کیوتو قرار دارد. بنابراین لازم است مقدار تخلیه آن به جو زمین
مطابق برنامه کاهش یابد. در عین حال از نظر پروتکل کیوتو نیز هیچ تاریخی برای توقف استفاده از آن در نظر گرفته نشده است.

R407C:

همانطور که قبلا گفته شد مخلوطی زئوتروپیک از 134a، 32 و 125-HFC می باشد. از نظر خواص ترمودینامیکی بسیار نزدیک به R22 بوده با این تفاوت که در هنگام تغییر فاز حدود ۸ درجه فارنهایت تغییر دما میدهد.
این مبرد مناسبترین گزینه برای جایگزینی R22 در سیستم های در حال کار موجود است. در استفاده قرار میگیرد. بالا بودن مقدار تغییر دما در هنگام تغییر فاز استفاده از آن را به سیستم های DX و بعضی چیلرها محدود کرده است.

R410A:

نظیر R407C مخلوطی زئوتروپیک از 125 و 32-HFC میباشد. مقدار تغییر دما در هنگام تغییر فاز آن حدود ۱ درجه فارنهایت بوده و دبی حجمی بسیار کم (۱/۵CFM/TON) دارد.
از این مبرد نمیتوان در سیستم های موجود در حال کار استفاده کرد چرا که فشار کار آن حدود ۶۰ درصد و ظرفیت آن حدود ۴۰ درصد از سیستم مشابه با R22 بیشتر است. به دلیل بالا بودن فشار کار استفاده از آن در مناطق بسیار گرم محدود است. همچنین برای استفاده از آن باید ادوات تبریدی نظیر شیرآلات فیلتر
درایر، سایت گلاس و غیره برای کار در این فشار ساخته شده باشند. جدول ۲ مقایسه ای اجمالی از برخی جایگزینهای R22 است.

جمع بندی

از آنجا که مبردها به طور مستقیم و غیر مستقیم بر روی محیط زیست تأثیر می گذارند همواره پارامتر مهمی در تصمیم گیری پروژه های تهویه مطبوع و
سرمایش هستند. اگرچه مبردها عامل تنها ۳ تا ۴ درصد تغییرات آب و هوایی زمین به طور مستقیم میباشند اما چون سیستم های سرمایش مصرف کنندگان عمده انرژی هستند به طور غیر مستقیم تأثیر مهمی بر روی گرم شدن زمین دارند. استفاده از مبردی که تمام مایل زیست محیطی را برآورده کند اما عملکرد و خصوصیات ترمودینامیکی مناسب نداشته باشد باعث افزایش مصرف انرژی خواهد شد.

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 62

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های تاسیسات مکانیکی شرکت کنید.