گازهای برودتی

گازهای برودتی چیست؟

ماده های برودتی با نام های ماده سرد کننده یا ماده سرد ساز یا مبرد نیز شناخته می شوند. این ماده ترکیبی معمولا به شکل گاز و مایع یافت می شود. از این گاز برای پایین آوردن دمای محیط استفاده می شود. این محیز ممکن است محیط یخچال یا محیط اداره و خانه باشد. این گازها در چرخه خنک سازی گرمای محیط را جذب کرده و به بیرون هدایت می کنند. مبرد می‌تواند در صورت ترکیب با اجزای دیگر مانند: کمپرسور و اوا پراتور، تبرید یا تهویه مطبوع را تامین کند.

مبرد یک ماده صنعتی است از قانون ترمودینامیک به نام گذار فاز استفاده می کنند. طی قانون گذار فاز، تغییر حالت یک ماده به حالت دیگر از طریق انتقال گرما ممکن است. یعنی مایع با جذب گرمای محیط تتبدیل به گاز شده و از سوی دیگر گازها با از دست دادن حرارت تبدیل به مایع شوند. این ویژگی منحصر به فرد مبدرها باعث شده است که بسیار پر کاربرد باشند. به همین خاطر از مبدر ها در سراسر جهان در محیط های صنعتی، خانه، ادارات و کارخانه ها، در دستگاه هایی مانند: یخچال،تهویه مطبوع، سیستم های تهویه مطبوع مرکزی، فریزرها و رطوبت گیرها یافت می شوند.

تاریخچه گازهای برودتی را بدانید

اوایل برای ساخت یخچال‌ها از گازهای سمی و قابل اشتعال مانند: آمونیاک، دی اکسید گوگرد، متیل کلراید یا پروپان استفاده می‌کردند، اما استفاده از این گازها نقصی بزرگ داشت که اگر به هر دلیلی نشت پیدا می‌کرد، منجر به حوادث مرگباری می‌شد.

بعد ها در سال 1928 توماس مید گلی جونیور اولین گاز کلرو فلوروکربن را ایجاد کرد که این گاز غیر قابل اشتعال و غیر سمی بود. این ماده با علامت اختصاری CFC وارد بازار شدند. به دنبال کشف روش‌های سنتز بهتر CFCهایی مانند R_11 ، R_12 ، R_123 و R_502 بر بازار مسلط شدند.

در اوایل دهه 1980 داشمندان دریافتند که CFC ها باعث آسیب جدی به لایه ازون که از زمین در برابر اشعه ماوراء بفش محافظت می‌کند، می‌شوند. به همین دلیل در سال 1989 پرتکلی امضا شد که هدف آن حذف تدریجی CFC و ایجاد HCFC بود، اما توجهی به اینکه HCFC در تغییر آب و هوا سهیم باشد نداشتند.

با تصویب این طرح R_22 و R_123 تسریع شد و در بیشتر تهویه مطبوع و چیلرهای خانه‌ها ار دهه 1980 مورد استفاده قرار گرفت؛ زیرا از بین رفتن لایه ازون به طور چشم‌گیری کمتر شد. این طرح نیز خیلی دوام نیاورد؛ زیرا پتانسیل آن نسبت به CFC ها هنوز صفر نبود به همین دلیل حذف شد.

در دهه 1990 HCFC به HFC ارتقا یافت. HFC ها ازون را از بین نمی‌بردند، اما پتانسیل گرمایشی که هزار برابر بیشتر از CO2 بود، داشتند. سازمان محیط زیست برای تحقیق در مورد ازون مبرد جایگزین در سال 1992 به شرکتی آلمانی که سازنده یخچال و فریزر بود کمک مالی کرد. این شرکت مخلوطی از هیدروکربن ایزوپنتال و ایزوبوتال را ایجاد کرد، اما به عنوان شرط قرارداد با محیط زیست نتوانست آن را به ثبت برساند.

در 1994 آژانس حفاظت از محیط زیست فروش، نگهداری و استفاده از مبردها را فقط به تکنسین‌هایی دارای مجوز بودند، محدود کرد و قانون هوای پاک اعمال شد. استفاده از گازهای مبرد مخصوصا گرید CFC در صنعت یخچال سازی ممنوع و غیر قانونی اعلام شد.

پس از گذشت چندین دهه در سال 2011 اتحاده اروپا شروع به حذف مبردهایی با پتانسیل گرمایش جهانی بیش از 150 در تهویه خودروها کرد. در سال 2018 توسط سازمان غیر انتفاعی مدیریت و دفع مناسب مبرد را در بالای لیست راه حل‌های تاثیر آب و هوا قرار داد. در سال 2019 تخمین زدند که CFC ها، HCFC ، HFCها مسئول حدود 10 درصد از تشعشع مستقیم ناشی از گازهای گلخانه‌ای طولانی مدت انسانی هستند. به همین دلایل دستورالعمل‌های جدید منتشر شد.

در سال 2020 HFC ها شامل R_404a ، R_134a و R_410a جایگزین می‌شوند. در سیستم‌های تهویه مطبوع مسکونی از R_32 یا R_600 ایزوبوتان استفاده شد. همچنین برای سیستم تهویه مطبوع خودرو از R_1234yf و برای تولید چیلرها و تهویه‌های مطبوع تجاری از R_1234ze استفاده کردند.

گازهای برودتی چه خصوصیاتی دارند؟

مبردهای ایده‌آل باید غیرخورنده، غیرسمی، غیر قابل اشتعال، بدون تخریب ازون و پتانسیل گرم شدن زمین باشد. همچنین باید نقطه جوشی تا حدودی کمتر از دمای مورد نظر، گرمای زیاد تبخیر، چگالی متوسط به شکل مایع، چگالی نسبتا زیاد در شکل گازی و دمای بحرانی بالا را نیز داشته باشد.

مبرد های جدید به موضوع آسیب‌های ناشی از CFC به لایه ازن و سهم HCFC در تغییر آب و هوا می‌پردازد، اما برخی مسائل مربوط به سمی بودن و اشتغال پذیری را مطرح می کنند.

مبردها از نظر تریک شیمیایی به چند دسته تقسم می شوند؟

برای دسته بندی گازهای برودتی باید به ساختار شیمیایی گازها توجه کرد. گازهای برودتی را به طور کلی می‌توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

کلروفلوئورو کربن ها CFS

گازهای تری‌کلروفلوئورومتان (R11)، دی‌کلرودی‌فلوئورومتان (R12) و کلروپنتافلوئورواتان (R115) از ان دسته گازهایی هستند که همه آنها کلر، فلوئور، و کربن دارند. این گازها با اتم اکسیژن آزاد شده از مولکول اوزون واکنش داده و به تبدیل ازون به اکسیژن منجر می‌شود.

بنابراین برای لایه اوزون بسیار خطر دارند و می‌توانند تاثیرات مخربی را رو محیط زیست بگذارند. از این گازهای برای مصارف تجاری، صنعتی و حتی خانگی نیز استفاده می‌شود.گازهای دسته CFS عبارتند از:

گازهای تری‌کلروفلوئورومتان (R11)،
دی‌کلرودی‌فلوئورومتان (R12)،
کلروتری‌فلوئورومتان (R13)،
۱٬۱٬۲-تری‌کلرو-۲٬۲٬۱-تری‌فلورواتان (R113)،
دی‌برموتترافلوئورواتان و ۱٬۲-دی‌کلروتترافلوئورواتان(R114)
، ۱٬۱٬۱٬۲-تترافلوئورواتان (R134)،
R404a، R407c، R410A، R417A، R507 و R508B است.

هیدروفلوئورو کربن ها HFC

این گازها برای لایه ازون و طبیعت بی‌خطر هستند؛ زیرا در ساختار شیمیایی آن‌ها ذرات کلر وجو ندارد. به همین دلیل مورد استقبال شرکت‌هایی که سازنده تجهیزات سرمایشی هستند، قرار گرفته‌اند. تنها نکته منفی این دسته از گازهای برودتی این است که تاثیر زیادی برگرمایش زمین دارند. معروف‌ترین این دسته از گازها می‌توان به گازهای زیر اشاره کرد:

۱٬۱٬۱٬۳٬۳٬۳-هگزافلوروپروپان (R236FA)
۱٬۱٬۱٬۳٬۳٬۳-هگزافلوروپروپان (R 236fa
۱٬۱٬۱٬۲٬۳٬۳٬۳-هپتافلوروپروپان (R-227ea)
۱٬۱-دی‌فلورواتان (R-152a)
۱٬۱٬۱-تری‌فلوئورواتان (R-143a)
- ۱٬۱٬۱٬۲-تترافلوئورواتان (R-134a)
پنتافلوئورواتان (R-125)
فلوئورومتان (R-14)
دی‌فلورورمتان (R-32)

هیدروکلروفلوئورو کربن ها HCFC

همانطور که قبلا گفته شد این دسته از گازها که شامل هیدروژن، کلر، فلوئور وکربن است، جایگزین CFC ها هستند. اگرچه این دسته از گازهای برودتی رو تاثیر کمتری روی تخریب لایه ازون دارد، ولی نمی‌توان آنها را بدون تاثیر و تخریب دانست. البته این دسته از گازها نسبت به CFC ها تخریب کمتری دارند، اما باز هم حدود 10 درصد لایه ازون را تخریب خواهند کرد.

گازهای HCFC ها علاوه بر غیر سمی بودن قیمت ارزانی نیز دارند، ولی به دلیل تاثیر مخرب کمی که دارند همچنان جزء گازهای گلخانه‌ای قرا دارند؛ زیرا همان تاثیر کم بر لایه ازون مداوم و ادامه‌دار خواهد بود.

این دسته از گازها شامل:

-کلرو-۱٬۱-دی‌فلوئورواتان (R142b)،
۱٬۱-دی‌کلرو-۱-فلورواتان (R141b)،
۱-کلرو-۲،۲،۲،۱-تترافلوئورو اتان (R124)،
۲٬۲-دی‌کلرو-۱٬۱٬۱-تری‌فلوئورواتان (R123)،
کلروفلوئورومتان (R31)،
کلرودی‌فلورومتان (R22)،
دی‌کلروفلوئورومتان (R21)، R401A، R401B، R402A، R403B، R408A، R409A، R414B، R416A که جزو معروف ترین با کارایی بالا از گازهای برودتی HCFC هستند.

مبردهای طبیعی

گازهای طبیعی همان طور که از نامشان مشخص است، طبیعی هستند. این دسته از گازها بر خلاف گازهای مصنوعی توسط انسان ساخته نشده‌اند. به همین دلیل هیچ گونه آسیبی برای محیط زیست و لایه ازون ندارند. همچنین این گازها از قیمت پایین‌تری نسبت به گازهای مصنوعی برودتی برخور دارند که شامل:

هوا،
هیدروکربن،
آمونیاک (R-717)،
دی اکسید کربن (R-744)،
آب،
ایزوبوتان (R-600A)،
ایزوپنتان (R601a)،
اتان (R-170)،
پروپیلن (R- 1270) می شوند.

دوست دار محیط زیست

برخی از گازها وجود دارند که به طور طبیعی یافت نشده و توسط انسان‌ها ساخته می‌شوند. درسته که این گازها ساخته می‌شوند، ولی برای محیط زیست و طبیعت خطری ندارند. به همین دلیل به گازهای برودتی دوست‌دار محیط زیست معروف هستند. این نوع گازها نسبت یه گازهای طبیعی و حتی برخی از گازهای مصنوعی از تنوع کمتری برخوردارند که می‌توان به نمونه‌ای از آنها به نام تترافلوئوروپروپیلن (R1234yf) اشاره کرد.

در هنگام استفاده از گازهای برودتی چه نکاتی را باید رعایت کرد؟

همانطور که اشاره شد برخی از گازهای برودتی برای محیط زیست و طبیعت مضر هستند. بنابراین استفاده از این گازها مخصوصا در تجهیزات سرمازا ممنوعیت‌هایی دارند. برای استفاده از این گازها قوانین و محدودیت‌هایی اعمال شده است. این قوانین عبارتند از:

در هنگام نصب، جداسازی و یا شارژ سیستم‌های سرمایشی برای اینکه نشت گاز کاهش باید از فیتینگ‌های مخصوص استفاده شود.
سیستم‌های برودتی که دچار نقص هستند یا معیوب شده‌اند باید حداکثر ظرف 30 روز تعمیر شوند.
داشتن گواهی نامه معتبر برای شرکت و تکسین‌های آن اجباری است.
رعایت نکردن هرگونه از قوانین محیط زیست پیگرد قانونی خواهد داشت.

در دهه‌های اخیر مسائل زیست محیطی مرتبط با گازهای گلخانه‌ای و تخریب لایه ازن سبب شده است تا تلاش‌های گسترده‌ای به منظور یافتن جایگزین‌های مناسب برای مبردهای مصنوعی مانند هیدرو کلروفلوئوروکربن‌ها (HCFC) و کلروفلوئوروکربن‌ها (CFC) فعلی صورت پذیرد .

همانطور که گفته شد مبردهای طبیعی به علت سازگاری با محیط زیست، در دسترس و ارزان بودن و خواص مناسب ترموفیزیکی، شانس مطرح شدن در آینده صنعت تبرید یا سرد سازی را دارند.

گاز R410a

فروش گاز مبرد R410a

یکی از گازهای مبرد که امروزه در صنایع مختلف و محصولات ارائه شده در صنعت تهویه مطبوع و تبرید مورد استفاده قرار می گیرد گاز مبرد R410a می باشد که برای اولین بار در سال 1991 توسط شرکت هانیول امریکا ساخته شد و به بازار ارائه شد و بعد از آن سایر شرکت های تولید کننده گاز مبرد به تولید آن پرداختند اما همچنان شرکت هانیول همچنان پیش رو در ساخت این گاز مبرد و ارائه آن به بازار می باشد.

مشخصات فنی گاز مبرد یا گاز فریون R410a

محصولات تهویه مطبوع و کمپرسور های تبریدی که توسط شرکت هایی نظیر کوپلند، دانفوس و کریر ساخته شده است سازگار با گاز R410a می باشند. اوین بار شرکت کوپلند کمپرسور اسکرال کوپلند سری ZP را در سال 1996 تولید کر که با گاز R410a سازگار بود و به بازار ارائه داد و بعد از آن شرکت دانفوس کمپرسور اسکرال دانفوس سری SH را با گاز R410a به بازار ارئه داد.

از سال 2010 طبق پروتکل مونترال که عبارت است از مواردی که لایه اوزن را تخریب می کنند، آژانس حفاظت از محیط زیست که در ایاالات متحده آمریکا واقع شده است تولید و واردات گاز R22 و سایر مبرد های هیدروکلرول فلوئور کربن ها (HCFC) را ممنوع کرده است.

مشخصات فیزیکی گاز فریون R410a

جدول مشخصات فیزیکی گاز مبرد R410a
فرمول مولکولی	CH2F2 (50%)
فرمول مولکولی	CHF2CF3 (50%)
وزن مولکولی (گرم بر مول)	72.6
نقطه جوش (درجه سانتیگراد)	-48.5
دمای میعان (درجه سانتیگراد)	-155
میزان تراکم مایع (کیلوگرم بر متر مکعب)	1040
تراکم بخار	3
فشار بخار (مگاپاسکال)	1.383
دمای بحرانی (درجه سانتیگراد)	72.8
فشار بحرانی (مگاپاسکال)	4.9
وزن سیلندر کپسول (کیلوگرم)	11.3