مقدمه مبرد

        در هر سیکل تبرید جهت کارکرد صحیح سیکل و خنک سازی سیال مورد نظر، اجزای گوناگونی مورد نیاز است. در سیکل تبرید تراکمی، کندانسور، کمپرسور، اواپراتور،شیر انبساط و مبرد از اجزای اصلی سیکل و در سیکل تبرید جذبی نیز کندانسور، ژنراتور، ابزوربر، مبرد و جاذب مبرد، و اواپراتور از اجزای اصلی سیکل می‌باشند.
در این مطلب در مجله ایران فریون ما به نقش مبرد در چیلر تراکمی، ویژگی ها و خواص مبرد و معرفی مبرد های معمول در چیلر های تراکمی موجود در ایران می‌پردازیم.
در صورت نیاز به درک صحیح اصول اولیه سیکل های تبرید می‌توانید به مطلب نحوه کار چیلر جذبی و نحوه کار چیلر تراکمی مراجعه کنید.

مبرد چیست؟

        اساس علم تبرید بر این پدیده بنا شده که مایعات را می‌توان در هر دمایی به وسیله تغییر فشار به گاز تبدیل کرد. مایعاتی که در دماهای پایین می‌جوشند، مناسب ترین سیال عامل برای دفع حرارت هستند. این مایعات، مبرد نام دارند. در حقیقت سیال عاملی که در سیکل تبرید تراکمی به کار می‌رود مبرد نامیده می‌شود. در واقع مواد بسیاری از آب گرفته تا آمونیاک و از دی اکسید کربن تا نیتروژن را می‌توان به عنوان مبرد استفاده کرد. اتیل اتر اولین مبردی بود که در سال 1850 در سیستم های تبرید مورد استفاده قرار گرفت. تمام مایعات در فشار و دمای مشخصی تبخیر می‌شوند و از این رو میتوانند خاصیت سرمایشی داشته باشند؛ اما در عمل مبرد مناسب دارای خواص خاصی است که در ادامه به آن خواص و ویژگی های مبرد می‌پردازیم.

خواص مبرد

      مبرد مناسب باید دارای خواص حرارتی، بهداشتی، ایمنی و زیست محیطی خاصی باشد. خواص فیزیکی و شیمیایی مبرد باید در ازای هزینه ای منطقی متناسب با سیستم تبرید و شرایط کارکرد آن باشد. به طور مثال دی اکسید گوگرد، اتیل کلراید و متیل کلراید از مبرد های اولیه ای بودند که در کاربردهای تجاری و مسکونی به کار می‌رفتند. از دهه 1920 به دلیل چند مورد نشت سیستم و گزارش مرگ و مسمومیت شدید افراد، استفاده از این مبردها ممنوع است.
در صورت نشت گاز مبرد از سیکل تبرید به طور مثال نشت گاز چیلر به محیط بیرون نباید خطر صدمات جانی، آتش سوزی، یا آسیب به لوازم دیگر وجود داشته باشد. در نهایت مبرد مناسب باید غیر سمی، غیر قابل اشتعال، بی خطر برای اتمسفر و از نظر حرارتی باید دارای ظرفیت گرمایی بخار پایین، ویسکوزیته پایین و همچنین مبرد مناسب باید قابلیت انتقال حرارت بالایی داشته باشد. همچنینی مبرد باید بدون از دست دادن خواص اولیه با روغن مخلوط شده و نقطه انجماد پایینی را در عین حالی که هزینه معقولی نیز دارد، داشته باشد.
        مهمترین شرط از شرایط مبرد، پایداری شیمایی مبرد در سیستم تبرید است. به عبارتی مبرد مناسب مبردی است که در سیکل تبرید کاملا پایدار بوده و همچنین بعد از انتشار آن به اتمسفر نباید آنچنان پایدار باشد که تجزیه نشود. در حقیقت بعد از نشت یا رهاسازی مبرد به اتمسفر باید تجزیه شده و در عین حال ماده مضری را به وجود نیاورد.

نام گذاری مبرد ها

        بر اساس یک توافق بین المللی مبردها به صورتی که بیان می‌شود نام گذاری می‌شوند. حرف R در ابتدای نام تمام مبرد ها، برگرفته از حرف اول واژه Refrigerant بوده و در تمام مبرد ها مشترک است. در ادامه ی نام مبرد دو یا سه عدد و در برخی موارد یک یا دو حرف نیز در پایان نام مبرد می‌آید. نحوه نام گذاری و عدد های نام هر مبرد به وسیله ی ترکیبات شیمیایی مولکول های مبرد نام گذاری می‌شوند.
در نام گذاری مبرد عموما عدد اول نمایانگر تعداد اتم های کربن منهای 1 بوده و عدد دوم در نام هر مبرد نشان دهنده ی تعداد اتم های هیدروژن بعلاوه 1 و همچنین عدد سوم نمایانگر تعداد اتم های فلور در ترکیب شیمیایی مبرد است.
        در ادامه به انواع مبرد از نظر ترکیبات شیمیایی مبرد می‌پردازیم.

مبرد های سری اتان، متان و پروپان

        در سری اتان عدد 0 در ابتدای اعداد نام مبرد حذف شده و نام مبرد به صورت دو عددی در می‌آید. مانند R12 و R22
        در سری اتان با کاراکتر 1 در ابتدای نام مبرد نام گذاری می‌شوند. مانند R114 و R124 و R134a
          و در سری پروپان مانند R 290 نام گذاری می‌شوند.

مبرد های زئوتروپیک و آزئوتروپیک

        در صورتی که تغییرات رفتاری بک مبرد مخلوط، مانند یک مبرد خالص باشد، به آن مبرد از نوع آزئوتروپیک و اگر یک مبرد مخلوط مانند مبرد خالص رفتار نکند و پدیده خزش دما را در ترکیب داشته باشیم، به آن مبرد زئوتروپیک می‌گویند.
در مبرد های زئوتروپیک ابندای اعداد نام مبرد با عدد 4 مانند R407A و R407C شروع می‌شوند.
در مبرد های آزئوتروپیک نیز ابتدای اعداد نام مبرد با عدد 5 مانند R507 و R502 شروع می‌شوند.
در نام گذاری این مبرد ها اعداد دوم و سوم صرفا نشان دهنده ی ترتیب هستند.

مبرد های با ترکیبات آلی

        در این گروه از مبرد های مانند R600 بوتان و R600a ایزوبوتان شاهد گروه های متعددی هستیم. برای مثال هیدروکربن ها، ترکیبات اکسیژن، ترکیبات دارای گوگرد و ترکیبات نیتروژن در این روش اعداد دوم و سوم نشان دهنده ی زیر گروه و ترتیب مبرد در زیر گروه هستند.

مبرد های با ترکیبات معدنی

       نام این نوع از مبرد ها با عدد 7 شروع شده. اعداد دوم و سوم مبرد نشان دهنده ی جرم مولی مبرد هستند. آمونیاک، آب و دی اکسید کربن به ترتیب, R718, R717 R744 در این گروه از مبرد ها جای می‌گیرند.

مبرد های با ترکیبات آلی غیر اشباع

        در این دسته مبرد هایی مانند اتیلن و پروپلین جای می‌گیرند. جهت نشان دادن ترکیبات عالی غیر اشباع اتان از عدد 11 در ابتدای نام مبرد مانند R1150 اتیلن استفاده می‌کنیم. همچنین عدد 12 نیز نمایانگر ترکیبات عالی غیر اشباع پروپان مانند پروپیلن R1270 است. در این گروه نیز اعداد دوم و سوم نمایانگر تعداد اتم های هیدروژن منهای یک و تعداد اتم های فلور هستند.

حروف پایانی در نام گذاری انواع مبرد

        در نام گذاری برخی مبرد ها از حروف پایانی استفاده شده است. حروف کوچک در نام گذاری مبرد بیانگر ساختار مولکولی و آرایش فضایی مبرد ها. همچنین حروف بزرگ نمایانگر ویژگی های اختلاط اجزا مختلف ترکیب مبرد هستند. برای مثال نسبت ترکیبات در مبرد R 407A به شکل زیر بوده:
R32-20%
R125-40%
R134a – 40%
در حالی که نسبت ترکیبات در مبرد   R407C به شکل زیر است:
R32 – 23%
R125 – 30%
R134a 52%

شاخص های اثرات زیست محیطی مبرد ها

        مبرد ها را می‌توان با دو شاخص زیست محیطی پتانسیل تخریب لایه ازن یا ODP و پتانسیل گرم شدن زمین یا GWP نیز تقسیم بندی و رتبه بندی کرد.

ODP در مبرد ها

        این شاخص نشانگر نسبت تاثیر یک ترکیب شیمیایی بر لایه ازن در مقایسه با جرم مشابهی از مبرد R11 است. به این ترتیب مقدار ODP برای مبرد R11 برابر 1.0 است. شاخص ODP برای گاز های CFC و HCFC از یک صدم تا یک متفاوت است. در گاز های HFC به علت عدم وجود کلر در ترکیب، میزان ODP صفر است.

GWP در مبرد ها

        این فاکتور نسبت گرمایشی است که در اثر آزاد شدن یک ماده در مقایسه با جرم مشابه دی اکسید کربن، رخ می‌دهد. به این ترتیب میزان GWP برای دی اکسید کربن 1 بوده و برای مثال این میزان برای مبرد هایی مانند R 12 برابر 8500 و همچنین R11 برابر 5000   است. این شاخص در مبرد های معمول بین اعداد 93 تا 12100 متغیر است.

انواع مبرد بر اساس ترکیبات شیمیایی

        مبرد ها بر اساس ترکیبات شیمیایی خود به گروه های مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه ی مطلب انواع گروه های مبرد ها بررسی شده و مثال ها و کاربرد هایی از هر کدام بیان خواهد شد.

کلروفلوروکربن ها

        از اواخر دهه 80 بعد از کشف اثار مخرب مبرد های cfc بر لایه ازن و محیط زیست، این نوع مبرد ها که حاوی کلر هستند بعد از توافق نامه ی مونترال در سال 1987 به دلیل اثار مخربشان دیگر مورد استفاده قرار نگرفتند. R11 و R12 و R115 مثال هایی از این نوع مبرد ها هستند.

هیدروکلروفلوروکربن ها

        بعد از منع استفاده از مبرد های CFC، جایگزین‌ آنها یعنی مبرد هایی که دارای کلر کمتری هستند به بازار معرفی شدند. این نوع مبرد ها نیز در سال 2004 توسط اتحادیه اروپا منع شدند. R22 و R123 و R124 مثال هایی از HCFC ها می‌باشند.

هیدروفلوروکربن ها

        مبردهای هیدروفلوروکربنی یا HFC به دلیل عدم وجود کلر هیچ صدمه ای به لایه ازن و محیط زیست وارد نمی‌ کنند. شاخص ODP در این نوع از مبرد ها صفر بوده در حالی که شاخص GWP‌ آنها بسیار بالاست. برای مثال این نوع مبرد برخی از HFC را مانند R32، R125، R134a، R407C و R404A را می‌توان نام برد.

فلوروکربن ها

        این دسته از مبرد ها عاری از کلر بوده و به لایه ازن هیج صدمه ای وارد نمی‌کنند اما شاخص GWP به شدت بالایی داشته و پایداری بسیار بالایی دارند. R218، R403 و R408 نمونه ای از فلروکربن ها هستند.

هیدروکربن ها

      مبردهای هیدروکربنی هیچ گونه صدمه ای به محیط زیست وارد نکرده و شاخص گرمایش زمین بسیار ناچیزی دارند و از این رو مورد استقبال و توجه ویژه ی دوست داران محیط زیست قرار گرفته اند. این نوع مبرد ها به شدت قابل اشتعال بوده و در اروپا و بسیاری از کشور ها ممنوع گردیده است به طوری که مطابق استاندارد IEC 355.2.20 استفاده از بیش از 150 گرم از این نوع مبرد در دستگاه های تبرید خانگی مجاز نیست. استفاده از ایزوبوتان یا R600a هم اکنون در دستگاه های خانگی جدید نیز مرسوم است.

آمونیاک

        استفاده از آمونیاک نیز به دلیل شاخص GWP و ODP صفر به عنوان جایگزین مبرد های مخرب لایه ازن و محیط زیست توصیه می‌شود. سمی بودن گاز آمونیاک یا R717 در استنشاق حتی غلظت های پایین آن، موجب عدم کاربرد آن در سیستم های خانگی و اختصاص آن به سیستم های صنعتی می‌شود.

دی اکسید کربن

        R 744 یا دی اکسید کربن به عنوان مبرد خواص ویژه ای دارد. عدم سمی بودن، غیر قابل اشتعال و عدم تخریب لایه ازن از خواص این مبرد است. هر چند فشار کاری بسیار بالا و راندمان پایین آن باعث عدم به کار گیری این مبرد می‌شود.

سازگاری مبرد با اجزای دیگر سیکل

خرید گاز مبرد

        استفاده از مبرد مرغوب و معتبر به دلیل مهم بودن کیفیت گاز در سیکل تبرید، اهمیت پیدا می‌کند. گاز کم کیفیت از خلوص کمتری برخوردار بوده و ممکن است حاوی رطوبت بیشتر باشد. وجود درصدی از رطوبت و عدم خلوص کافی در گاز فریون می تواند باعث آسیب های جدی به کمپرسور و دیگر اجزای سیکل شده و راندمان کاری سیکل را کاهش دهد. برند های مختلف گاز های برودتی مانند هانیول(Honeywell)، فروژن(FROGEN)، ایسکون(ISECON)، سف ایسکون(SAFisceon)، دی وای(DY) و کولیب(COOLIB) از بهترین برند های موجود در بازار بوده و از کیفیت و مرغوبیت خوبی برخوردارند. به دلیل اهمیت کیفیت گاز فریون مورد استفاده در سیکل تبرید، حتما گاز مبرد را از فروشگاه های معتبر خریداری کنید. با کارشناسان فنی فروشگاه ایران فریون جهت خرید مبرد، مشاوره فنی و استعلام قیمت مبرد، تماس بگیرید.