مبردها

مبردها به‌عنوان قلب تپنده سیستم‌های تبرید تراکمی، نقش اساسی در فرآیند انتقال حرارت و تولید برودت ایفا می‌کنند. انتخاب نوع مبرد نه‌تنها بر عملکرد ترمودینامیکی چیلر تأثیر مستقیم دارد، بلکه ملاحظات اقتصادی، ایمنی و زیست‌محیطی را نیز در بر می‌گیرد. در دهه‌های گذشته استفاده گسترده از مبردهای سنتی نظیر کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs) و هیدروکلروفلوئوروکربن‌ها (HCFCs) منجر به آسیب جدی به لایه اوزون و افزایش اثرات گرمایش جهانی شد. همین مسئله ضرورت توسعه و به‌کارگیری مبردهای جایگزین با شاخص‌های زیست‌محیطی مناسب‌تر مانند پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) پایین و پتانسیل تخریب لایه اوزون (ODP) نزدیک به صفر را پررنگ ساخت. در این راستا، بررسی دسته‌بندی مبردها، ویژگی‌های ترمودینامیکی و اثرات زیست‌محیطی آن‌ها می‌تواند راهنمای ارزشمندی برای انتخاب بهینه در طراحی و بهره‌برداری از چیلرهای تراکمی به شمار آید.

عملکرد مبردها

در یک سیستم تبرید تراکمی فریونی، از هیدروکربن‌های هالوژنی تحت عنوان تجاری فریون به عنوان واسطه انتقال گرما از سمتی به سمت دیگر استفاده می شود. این ماده سرمازا با جذب کردن گرما از یک بخش چیلر تراکمی و انتقال آن به بخش های دیگر باعث ایجاد سرما در فرآیند تولید برودت توسط چیلر می شود.

مبرد در چیلر تراکمی مانند اجزای اصلی این دستگاه می تواند نقش مهمی در راندمان و بازدهی آن برای تولید سرمایش داشته باشد؛ بنابراین؛ بهتر است بهترین نوع ماده مبرد برای چیلر تراکمی انتخاب شود.

به طور کلی یک ماده مبرد باید نیازهای زیر را تامین نماید :

1. در درجه حرارت های عادی کارکرد دستگاه به خوبی عمل جذب و دفع حرارت را انجام دهد.
2. به منظور کارکرد مداوم و رعایت مسائل اقتصادی ، این ماده سال ها پایدار بوده و دوام داشته باشد.
3. در صورت نشت ماده به بیرون از سیستم تبرید ، خطر صدمات جانی ، آتش سوزی و آسیب به محیط زیست را نداشته باشد.

انواع مبردها

در صنعت تبرید مبردهای بسیاری وجود دارند که تعدادی از آن ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

به طور کلی مواد مبرد به صورت زیر طبقه بندی شده اند:

1. کلروفلوروکربن ها (CFC): این مبردها حاوی کلر هستند و به دلیل آثار مخربی که روی محیط زیست دارند از دهه ۹۰ میلادی به بعد مورد استفاده قرار نمی گیرند. مانند مبردهای R-11 , R-12 , R-115.
2. هیدرو کلروفلوروکربن ها (HCFC): مبردهای HCFC به عنوان جایگزین موقت مبردهای CFC تا سال ۲۰۳۰ در نظر گرفته شده اند. این مواد در مقایسه با CFC ها دارای کلر کمتری هستند. یعنی اثرات تخریب آن ها روی لایه ازن کمتر است. مبردهای R-22 , R-122 , R-124 از جمله HCFC ها هستند.
3. هیدرو فلوروکربن ها (HFC): این مبردها به علت عدم وجود کلر ، هیچ آسیبی به لایه ازن وارد نمی کنند.

بررسی تاثیر زیست محیطی انواع مبرد در چیلر تراکمی

ماده مبرد ممکن است باعث آسیب محیط زیست شود. کارشناسان و محققان از طریق دو معیار به بررسی میزان آسیب هایی که ممکن است مبرد به کره زمین وارد کنند می پردازند. در واقع تاثیر زیست محیطی انواع مبرد در چیلر تراکمی توسط دو معیار بررسی می شود که عبارت هستند از:

معیار GWP

GWPیا (global warming potential) اولین شاخصی است که محققان از طریق آن به بررسی تاثیر انواع مبرد در محیط زیست می پردازند. این معیار نشان می دهد که هر مبرد تا چه اندازه می تواند باعث ایجاد گرما در کره زمین شود. چنانچه مبردی دارای GWP بالایی باشد، یعنی مقدار زیادی گرما وارد کره زمین می کند و باعث آسیب زیست محیط می شود. در مبردهای رایج چیلر تراکمی مانند R22 و R410a معیار GWP به ترتیب 1810 و 1890 است. این مقایسه ساده نشان می دهد که میزان تولید گرما در کره زمین توسط مبرد R410a بیشتر از مبرد R22 است.

معیار ODP

معیار دیگری که به واسطه آن می توان به بررسی تاثیر زیست محیطی انواع مبرد در چیلر تراکمی پرداخت، ODP یا ozone depletion potential است. این شاخص نشان می دهد که یک ماده مبرد تا چه اندازه ای می تواند باعث آسیب لایه ازن کره زمین شود. این شاخص در مبرد بین دو عدد صفر و یک اندازه گیری می شود و مانند GWP هرچه قدر میزان ODP یک ماده مبرد بالاتر باشد، آسیب بیشتری را به لایه ازن کره زمین وارد می کند.
چند سالی است که به دلیل تولید و استفاده از مواد شیمیایی در کشورهای توسعه یافته برای انجام فرآیندهای متعدد، لایه ازن در معرض آسیب جدی قرار گرفته است و ورود اشعه های مضری چون فرابنفش و فروسرخ افزایش پیدا کرده است. همین مسئله باعث گرمای شدید کره زمین شده است. این موضوع مهم باعث شده است تا امروزه موادی با خطرات کمتر جایگزین مواد زیست تخریب پذیر شوند. مطالعات نشان می‌دهند که جایگزینی مبردهای با  GWP بالا مانند R‑134a  یا R‑410A  با مبردهای مبتنی بر HFO (مثلاً R‑1234ze) می‌تواند در کل اثرات زیست‌محیطی(TEWI) سیستم را کاهش دهد و موجب کاهش انتشار CO₂  شود. همچنین، سیستم‌های ترکیبی شامل چیلر تراکمی و جذبی (hybrid VCR–VAR) می‌توانند بهبود COP  و کاهش مصرف انرژی الکتریکی را به همراه داشته باشند، به‌ویژه اگر بخشی از حرارت از منابع تجدیدپذیر تأمین شود.
لایه ازن در اثر آسیب دیدگی یا سوراخ شدن، می تواند زمینه ورود اشعه های خطرناک و آسیب زای خورشید را به کره زمین باز کند؛ بنابراین این شاخص در تعیین مبرد از اهمیت بالایی برخوردار است. بررسی دو مبرد رایج چیلر تراکمی مانند R22 و R410a نشان می دهد که میزان خطر آفرینی R22 از R410a برای لایه ازن بیشتر است؛ چرا که اندازه ODP آن ها به ترتیب 0.05 و ۰ است. در واقع مبرد R410a آسیبی به لایه ازن وارد نمی کند؛ اما مبردهای گروه CFC مانند R11 بیشترین آسیب های زیست محیطی را به لایه ازن وارد می کنند.

مبردهای جدید که جایگزین مبردهای مخرب لایه ازن از جمله فریون شده اند عبارتند از :

• R-134A جایگزین R-12 که کاربرد آن معمولا در یخچال های خانگی ، تجاری و تهویه مطبوع خودروها است.
• R-404A : به عنوان جایگزینی برای R502 نیز در چیلرها و سیستم‌های برودتی استفاده می‌شود. خواص ترمودینامیکی مشابهی با R22 دارد و در سیستم‌هایی با بازه دمایی گسترده‌تر استفاده می‌شود، اما پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) بالایی دارد.
• R-407C : جایگزین R-22 که کاربرد آن معمولا در سردخانه های زیر صفر و سیستم های تهویه مطبوع است. ترکیبی از گازهای HFC است که به عنوان جایگزینی برای R22 در چیلرها نیز مطرح است و به دلیل خواص مشابه، یک گزینه مناسب محسوب می‌شود.
• R-410A : یک مبرد HFC است که به لایه اوزون آسیب نمی‌رساند اما در فشارهای بالاتری نسبت به R22 کار می‌کند و به تجهیزات سازگار نیاز دارد. جایگزین R-22 که کاربرد آن معمولا در سیستم های تهویه مطبوع مناطق معتدل است.

در جدول زیر به مقایسه ویژگی های انواع مبرد ها پرداخته شده است.

جدول شماره1: مقایسه مبردها

مبرد مناسب برای جایگزینی در چیلرهای تراکمی به نوع فریون قدیمی بستگی دارد، اما گزینه‌های رایج عبارتند از R410A به جای R22، و R134a به عنوان جایگزین R12. مبردهای دیگری مانند R407C نیز به جای R22 و R404A به جای R502 و R22 استفاده می‌شوند. انتخاب نهایی به خواص ترمودینامیکی مورد نیاز، سازگاری با تجهیزات موجود، و ملاحظات زیست‌محیطی مانند پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) و اثرات بر لایه اوزون بستگی دارد.

نکات مهم هنگام جایگزینی مبرد:

• عدم مخلوط کردن: هرگز مبرد جدید را با مبرد قدیمی در سیستم مخلوط نکنید.
• تخلیه و شارژ مجدد روغن: روغن موجود در سیستم باید کاملاً تخلیه و با روغن سازگار با مبرد جدید جایگزین شود.
• سازگاری تجهیزات: تجهیزات موجود در چیلر (مانند کمپرسور، لوله‌ها و قطعات برقی) ممکن است با مبرد جدید سازگار نباشند و نیاز به تعویض داشته باشند.
• ملاحظات زیست‌محیطی: مبردهای جایگزین باید اثرات مخرب کمتری بر لایه اوزون (ODP) و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) داشته باشند تا با مقررات زیست‌محیطی مطابقت داشته باشند.

جمع بندی

با توجه به بررسی‌های انجام‌شده، انتخاب مبرد در چیلرهای تراکمی تنها یک تصمیم فنی ساده نیست، بلکه فرآیندی چندبعدی است که ابعاد عملکردی، اقتصادی و زیست‌محیطی را توأمان شامل می‌شود. شواهد نشان می‌دهد که حرکت از مبردهای قدیمی با ODP و GWP بالا به سمت مبردهای نوین HFC و HFO، گامی مؤثر در کاهش اثرات زیست‌محیطی و انطباق با استانداردهای بین‌المللی است. همچنین انتخاب مبرد مناسب باید هم‌راستا با ملاحظات فنی نظیر فشار کاری، بازده انرژی و سازگاری تجهیزات باشد. در نهایت، توسعه فناوری‌های نوین و استفاده از سیستم‌های ترکیبی (مانند VCR–VAR) در کنار بهره‌گیری از مبردهای دوستدار محیط زیست، می‌تواند آینده‌ای پایدارتر برای صنعت تبرید و تهویه مطبوع رقم بزند.