انواع مبردها

مقدمه
یکی از علل تخریب لایه ی ازن و افزایش گرما ی زمین ، استفاده از ترکیبات هیدروکربورها (HCFC)در مبردهاست که به دنبال کشف این موضوع تلاش های زیادی برای جایگزینی مبردها یی که در سیستم های برودتی استفاده می شود ، صورت گرفت . مقاله ای که در ادامه از نظرتان می گذرد ، به معرفی شرایط انتخاب یک مبرد جانشین و اختلاف آنها با یکدیگر می پردازد .
تلاش برای جایگزینی فریون ۱۲ (R-12) در یخچال از سال ۱۹۷۸ پس از پروتکل مونترآل شروع شد . در کوشش های اولیه بود که متمرکز بر جایگزینی موقت شد و به جای فریون ۱۲ مبردهای دیگر معرفی شد که یکی از آنها مبردR134 است. در خصوص تشویق در به کاگیری این مبرد از طرف کشورهای غربی ، به خصوص آمریکا تبلیغات زیادی صورت گرفته است اما استفاده از این مبرد نیز مشکلات متعددی به همراه دارد . یکی از این مشکلات ، تغییرات اجزای سیستم برودتی است که هزینه بسیاری دربردارد، ضمن اینکه خود این مبرد نیز بسیار گران است و نیاز به روغن گران قیمت سنتتیکی دارد.

مبردR22
برای جانشینی R12 و همچنین R502 تعدادی از کشورهای معتقد به مخلوط هایی هستند که یکی از عناصر R22 است.
مبرد R22 نیز که در سیتم سرمازای وسایل حمل ونقل ، سردخانه های تجاری و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد ، برای لایه ازن مضر است . در چهارمین گردهمایی کشورهای امضا کننده ی پروتکل مونترآل که سال ۱۹۹۲ در کوپنهاک برگزار گردید، تصویب شد که استفاده از گروه مبرد HCFC که در مولکول های آن ها اتم کلر وجود دارد و حتی آن هایی که دارای اتم هیدروژن هستند و تا حدی تاثیر کمتری ازن بر لایه دارند باید ممنوع اعلام شوند. دسته ای از این مبردها ، عبارتند از : R22، R124b ، R142b ، R141b .اگر پتانسیل تخریب (ODP) برای R11 را واحد بگیریم ، پتانسیل تخریب R124 ، R123 حدود ۲% و R141b حدود ۱۵% است .

ممنوعیت برخی از مبردها
تصمیم درباره ی چگونگی استفاده از مبرد R22 و دیگر مبردهای گروه HCFC در نشست هفتم و در سال ۱۹۹۵ (وین) گرفته شده در این نشست ممنوعیت استفاده از R22 و دیگر مبردهای HCFC بین سال های ۲۰۲۰ تا ۲۰۴۰ تعیین شده است اما کشورهای صنعتی محدوده ی زمانی حذف این مبردها را بسیار زودتر در نظر گرفته اند ؛ برای مثال سوئیس تاریخ بین سال های ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۲ را تعیین کرده است. آلمان استفاده از HCFC را در سیستم های برودتی جدید از سال ۲۰۰۰ ممنوع اعلام کرده است. سوئد از سال ۲۰۰۵ و آمریکا اجتناب از R141b را سال ۲۰۰۳ و R22 را سال ۲۰۱۰ و R123 را سال ۲۰۲۰ تعیین کرده است.اتحادیه اروپا نیز از سال ۲۰۰ خواهان ممنوعیت R22 و R502 است. به دنبال برنامه ریزی مبردهای غرب لایه ازن پیشنهادی برای جایگزینی این مبردها انجام شده است . جدول(۱) مبردهایی که برای جایگزینی R22 وr502 پیشنهاد شده است ارایه می دهد. R143a ، R134a ، R32 ، R124a از بقیه مبردها بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند:

مقایسه مبردها
از بین این ۵ مبرد، r32 و r143a قابلیت اشتعال و بقیه از نظر مصرف انرژی و ضرایب اشتعال حرارت نسبت به R22 وr 502 بهترند. مخلوط هایی ون R152a R118a ، ۲۲۷ R ، R236 ، R116 ، R846 ، دارای کلر نیستند. در جدول (۲) انواع مخلوط ها که اکثرآنها دارای مارک تجاری استاندارد هستند ، مشخص شده اند . امروزه مساله جایگزینی مبردها نه تنها از نظر بی خطر بودن برای لایه ی ازن بلکه از نظر گرم شدن کره ی زمین ( پتانسیل گرمازایی) نیز مورد بررسی قرار می گیرند. مبردهای بی خطر برای لایه ازن و مخلوط های آن ها همه از گازهای رادیو اکتیو هستند یعنی هنگام راه یابی و پخش اتمسفر ، شرایط به وجود آمدن اثر گرمازایی را فراهم می کنند . در جدول(۱) پتانسیل گرمازایی (GWP ) این مبردها به صورت جداگانه آمده است . این پتانسیل هزاران بار از پتانسیل دی اکسید کربن (CO2) که به عنوان معیار قیاس گرفته شده ، بیشتر است . کنفرانس OON که با موضوع محیط زیست و پیشرفت در ریووژانیرو و در ژوئن سال ۱۹۹۲ برگزار شد، از گرم شدن کره ی زمین به عنوان خطرناک ترین منشاء تغییرات محیط زیست نام برده است.

تغییرات آب وهوا
گزارش گروه بین المملی متخصصان درباره ی تغییرات آب وهوا (IPCC ) در دسامبر سال ۱۹۹۵ گویای این است که انتظار می رود تا پایان قرن ۲۱ دمای زمین تاC0 2 تغییر پیدا کند ( براساس منابع مختلف این تغییرات از ۱+ تا C0 3+ نوسان خواهد داشت.) همین گزارش حاکی است که در بررسی های انجام شده تا سال ۱۹۹۰ را یابی (پخش) گازهای مختلف به اتمسفر چنین نشان می دهد.

گازهای گلخانه ای در گرم شدن زمین
دی اکسید کربن (۶۵/۸۰ درصد) ، متان (۷۸/۱۴ درصد ) اکسید ازت (۷۴ درصد ) و گازهای دیگر از قبیل HFC و تتراکلرید کربن و هگزافلورید گوگرد (۸۳ درصد) ، بنابراین با توجه به این آمارها CO2 بیشترین درصد را در اتمسفر زمین دارد و اگر پخش CO2 را بتوان در حد سال ۱۹۹۴ ثابت نگه داشت ، در آن صورت تا سال ۲۱۰۰ غلظت آن در اتمسفر می تواند دو برابر مقداری که در ابتدای عصر پیشرفت فناوری بود، برسد(یعنی سال ۱۷۵۰) . پس می توان دریافت که اثر مستقیم گازهای گلخانه ای در گرم شدن هوای زمین ، حتی اگر گازهای CFC وhcfc را به فهرست آن ها اضافه کنیم ، آن چنان زیاد نخواهد بود بلکه آن چه که اضطراب آور است اثر برایند این گازهاست که براساس ضریب عمومی افزایش گرمای هم ارز آن ها (TEW 1 ) تعیین می شود . این ضریب دو مولفه را در خود می گنجاند:

TEW1=GWP.M+aB
مولفه اول که در آن پتانسیل افزایش گرمای زمین (GWP ) در مقدار جرم توزیع گاز M ضرب شده است، اثر مستقیم بر افزایش گرمای زمین را نشان می دهد . دومین مولفه حاصل ضرب مقدار انرژی الکتریکی (B ) که در تمام عملکرد ماشین مبرد مصرف می شود ، ضریبa مقدار پخش CO2 در اتمسفر زمین را که به ازای تولید انرژی الکتریکی به مقدار ۱ کیلو وات در ساعت است، نشان می دهد . به هنگام تولید این مقدارانرژی در ایستگاه های آبی تولید برق ، موتورهای بادی و دستگاه های انرژی هسته ای که CO2 در اتمسفر زمین پخش نمی کنند ، a=0 است.، اما برای تولید یک کیلو وات ساعت انرژی الکتریکی در نیروگاه های حرارتی تولید برق بنا به اطلاعات مرکز پمپ های حرارتی آژانس بین المللی انرژی سال ۱۹۹۲ ، در اروپا به طور متوسط ۵۲/۰ کیلو گرم (در برخی کشورهای اروپایی دو برابر این مقدار) و در آمریکا شمالی ۶۷/۰ کیلوگرم CO2 به اتمسفر وارد می شود .
اگر مدت متوسط استفاده از یک دستگاه برودتی ۱۵ تا ۲۰ سال باشد ، موازنه ی دوم که اثر مجازی ( غیر مستقیم ) مبرد را نشان می دهد ، قسمت عمده ی این محاسبه را تشکیل می دهد (۹۵ درصد تا ۹۸ درصد از TEW1 ).

طبق ارزیابی بخش ایتالیایی انجمن صلح سبز ، سهم فقط HFC در به وجودآوردن اثر گرمازایی در آینده بیشتر از ۱۳ درصد خواهد بود و براساس آمار آزمایشگاه ملی دریایی لیورمارسک سهم CFC بیشتر از ۲۰ درصد است. اگر چه این ارزیابی ها ممکن است باهم متفاوت باشند، اما همه هشدار می دهند که باید به طور عمقی وفوری نسبت به بهبود نماهای انرژی سیستم های برودتی اقدام کرد.

قرارداد حاشیه ای تغییر آب وهوا
کنفرانس سازمان بین المللی در مورد محیط زیست در ریودوژانیر و مساله قرار داد حاشیه ای تغییر آب وهوا را مطرح کرد. بیش از ۱۶۰ کشور جهان این قرارداد را امضا کرده اند و ده ها کشور آن را به تصویب رسانده اند.
حتی آمریکا نیز که مدت زیادی این قرارداد را امضا نمی کرد ، در آوریل سال ۱۹۹۴، کم کردن مقدار گازهای گرما زا به مقدار سال ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۰۰ را وظیفه ملی اعلام کرد.
موقعیت قرارداد حاشیه ای که برای کاهش غلظت CO2 در اتمسفر معیارهایی قایل شده است ( فقط برای تامین انرژی الکتریکی ۳/۱ کلی پخش CO2 حاصل می شود) بسیار جدی است ، اما بسیاری از کشورها در حال حاضر به سختی می توانند این وظیفه را عملی کنند.
طرفداران و توسعه دهندگان قرارداد حاشیه ای ، در سال ۱۹۹۵ در برلن سال ۱۹۹۶ ، در ژنو و سال ۱۹۹۷ در ژاپن گرد آمدند و منابع پخش گازهای گرمازا و منابع آلودگی اتمسفر را مورد توجه قرار دادند. کشور ژنو از سال ۱۹۹۱ بر پخش CO2 مالیات برقرار کرده است .

کارشناسان IPCC معتقدند که اقدامات انجام شده برای جلوگیری از گرم شدن زمین کافی نیست . گرچه در صنایع برودتی اقدامات لازم شروع شده است و در اکثر کشورها مساله کاربرد مبردها که اثر گلخانه ای در حد CO2 دارند و از طرفی بازدهی برودتی خوبی نیز دارند، مطرح شده است که از آن جمله آب (R718 ) ، هوا(R759 ) ، ازت(R758 ) ، آمونیاک (R717 ) ، دی اکسید کربن (R744 ) ، انیدریک کربنیک و هلیوم ، بیشتر مطرح هستند . این مبردها را اغلب خالص یا طبیعی می نامند . اولین کنفرانس مبردهای خالص ( طبیعی ) در سال ۱۹۹۴ در آلمان تشکیل شد و دومین آن در سال ۱۹۹۶ در دانمارک و سومین آن در آمریکا و چهارمین کنفرانس در ژوئن سال ۱۹۹۸ در اسلو (نروژ) تشکیل شده است. تشکیل مرتب این کنفرانس ها نشان دهنده ی ضرورت آگاه سازی بین المللی است.

یخچال و مبرد مورد استفاده در آن

فقط در سال ۱۹۹۴ آلمان بیش از ۱۰۰ یخچال فریزر خانگی تولید کرده است که با ایزوبوتان و پروپان و یا مخلوط آنها کار می کنند . نمونه ی این نوع سیستم ها که در چین ، برزیل، آرژانتین، هند، ترکیه و شیلی نیز ساخته می شوند، در یخچال به حجم ۱۳۰ لیتر ، حدود ۲۰ گرم ایزوبوتان شارژ می شود که ۱۲ گرم آن در روغن کمپرسور حل می شود. در ارزیابی تولیدکنندگان ، بازدهی یا ضریب برودتی در این یخچال ها در مقایسه با R12 تقریبا یکسان است( ۱+ درصد) و تغییرات جزیی در ساختمان کمپرسور لازم است. از روغن های معدنی موجود می توان در کمپرسور استفاده کرد و مواد واشرها و عایق ها و لوله و قطر آن ها همانی است که قبلاً در سیستم های فریونی استفاده شده است.

در سیستم های جدید درجه ی حرارت انتهای تراکم کمتر از حالتی است که R22 یا R502 استفاده می شد . اگر قبلاً سیستمی با R22 کار می کرد، با شارژ پروپان ، ۱۰ درصد از بازدهی برودتی کاهش می یابد و اگر با R402 کار می کرد با پروپان ، ۱۵ درصد از بازدهی کاهش می یابد ، اما این کاهش بازدهی برودتی را می توان با اضافه کردن پلی پروپیلن به پروپان جبران کرد .
پروپان در پمپ های حرارتی نیز کاربرد پیدا کرده است. در نروژ پمپ حرارتی با قدرت ۴۵ کیلو وات با پروپان و با کمپرسور نیمه هر متیک و مبدل صفحه ای کار می کند که مقدار پروپان در سیستم کمی بیشتر از یک کیلوگرم است. پروپان دارای بو و قابل اشتعال و انفجار است، بنابراین لازم است دستگاه در محل مخصوصی قرار گیرد . به عقیده ی متخصصان ، مساله ایمنی و کنترل در مورد اشتعال و انفجار پروپان قابل حمل است. موسسه ی صلح سبز معتقد است که انسان قادر به حل مشکلات اشتعال وانفجار است، اما طبیعت در مقابل تخریب خود بی دفاع است. در زلاندنو اجازه ی استفاده از هیدروکربن ها در یخچالهای جاری داده شده است. در آمریکا استفاده از هیدروکربن ها تعداد آتش سوزی تا ۳۰۰۰۰ در سال افزایش می یابد .

جایگزین R22 وR502
به عنوان جایگزین R22 وR502 از مبردهای طبیعی (خالص ) در درجه ی اول آمونیاک معرفی شده است ، تولید آمونیاک معرفی شده است، تولید آمونیاک در دنیا حدود ۱۲۰ میلیون تن است که فقط حدود ۵ درصد آن در صنایع برودتی مورد استفاده قرار می گیرد ، اما آنچه جلب توجه می کند ، قیمت پایین ، بازدهی بالای سیکل و ضریب انتقال حرارتی و دمای بحرانی این ماده است . ضمن این که بی تاثیر بودن نسبت به نفوذ آب به سیستم و تشخیص سریع محل نشست در سیستم و حل نشدن روغن در آمونیاک از مزایای دیگر این ماده ی خالص است. به خصوص که اثر مخرب بر ازن ندارد واثر گرمازایی نیز ندارد. نکته های منفی در مورد آمونیاک بوی تند، سمی بودن و قابلیت اشتعال و انفجار و سبک تر از هوا بودن است. آمونیاک بی تردید بهترین مبرد در سیستم های تبرید صنعتی با قدرت بیش از ۲۰ کیلو وات است. در آینده ی نزدیک احتمال استفاده از آمونیاک در سیستم های تجاری مطرح است ، اما در رابطه با سیستم های مورد استفاده در رستوران ها ، هتل ها ، بیمارستان ها و مغازه ها نیاز به مبرد دیگری است.

در پمپ های حرارتی نیز آمونیاک کاربرد دارد. نمونه ی آن در نروژ و در یک کالج در شهر ون است که در زیر زمین پمپ حرارتی با قدرت ۲۰۰ کیلو وات با کمپرسور نیمه هرمتیک کار می کند که سیستم دارای ۳۰ کیلو گرم آمونیاک است و مسایل ایمنی مثل اگزوز فن و سیستم کنترل لازم برای آن در نظر گرفته شده است.
یکی دیگر از مبردهای طبیعی دی اکسید کربن است که در اتمسفر و بیوسفر نیز یافت می شود . قیمت تولید پایین و سادگی سیستم کارکرد با روغن معدنی و بی خطر بودن برای طبیعت از مزایای این ماده است . دی اکسید کربن دارای فشار بحرانیبالا و دمای پایین بحرانی (C0 31 ) و دمای نقطه سه گانه به نسبت بالا (C0 56-) و فشار بالای نقطه سه گانه ( بیش از ۵ بار است.) دانشمندان معروف نروژی در سیستم های برودتی آقای پروفسور گوستاولورنتسن پیشنهاد استفاده از دی اکسید کربن در سیستم های تهویه مطبوع قطارها و اتومبیل ها را کرده است. پیشنهاد استفاده از دی اکسید کربن در پمپ ها حرارتی در یخچالهای خانگی با ترکیب سیستم آبگرمکن نیز شده است.

پس ازکنفرانس سال ۱۹۹۶ دانمارک استفاده از مخلوط های حاوی دی اکسید کربن و هیدروکربورها با مبردهای غیر مضر برای ازن (جدول۳) ، مورد توجه قرار گرفت و امروزه چه از نظر اقتصادی و چه از نظر ایمنی در مقابل اشتعال و انفجار مورد توجه قرار گرفت .