در بسیاری از سیستمهای برودتی، به منظور تهویه هوا و انتقال گرما، از موادی به نام مواد مبرد استفاده میشود. مواد مبرد، اغلب به صورت مایع و گاز تولید میشوند که موضوع ما در این مقاله، گازهای مبرد یا همان گازهای سردکننده است. گازهای مبرد انواع مختلفی دارند که هر نوع، کاربردهای خاص خود را دارد، گاز مورد استفاده در کولرهای گازی، گاز کولر ماشین و بسیاری مثالهای دیگر. همین تنوع بالای گازهای مبرد، تولیدکنندگان تجهیزات برودتی را دچار سردرگمی کرده است. انتخاب گازی که بتواند انتظارات سازندگان را در زمینه بازدهی محصول، ایمنی و مسائل محیط زیستی، به طور مناسب و متوازنی برآورده کند، انتخابی سخت است.
در این مقاله، گاز سرد کننده و انواع مختلف آن را به طور مفصل، مورد بررسی قرار میدهیم. به علاوه، در مورد موضوعات محیط زیستی مربوط به گازهای مبرد که در سالهای اخیر به بحثی جنجال برانگیز تبدیل شده است نیز صحبت خواهیم کرد.
گاز مبرد چیست؟
یک توصیف ساده و علمی از گاز سرد کننده یا مبرد، آن را این چنین توصیف میکند: مادهای که در یک محیط، حرارت را جذب خود میکند و در ادامه با تبخیر خود، باعث خنک شدن آن محیط میشود. گاز مبرد نامهای دیگری نیز دارد مانند گاز سرد کننده یا گاز خنک کننده بشکه ای که البته پرکاربردترین نام، همان گاز مبرد است. نحوه عملکرد گاز سرد کننده، به این شکل است که به طور متناوب بین حالت گاز و مایع تغییر حالت میدهد و تکرار این سیکل و عبور از لولههای موجود، باعث کاهش دمای محیط میشود.
در قرن نوزدهم، زمانی که اولین کولرهای گازی وارد بازار شدند، از اتر به عنوان خنککننده در آنها استفاده شد. در واقع میتوان گفت اولین مادهای که به عنوان یک مبرد مورد استفاده قرار گرفت، اتر بود. به مرور زمان، از مواد دیگری مانند کربندیاکسید و آمونیاک نیز به عنوان مبرد استفاده شد. با گذشت زمان، توجه بیشتر به مسائل ایمنی و پیشرفت تکنولوژی، دانشمندان به فکر استفاده از موادی دیگر به عنوان خنککننده افتادند، از جمله R22 (گاز کولر ماشین) و R410 که در ادامه به تفصیل در مورد آنها صحبت میکنیم. لازم به ذکر است از مبردهایی مانند آمونیاک و CO2، هنوز استفاده میشود.
ویژگیهای یک گاز خنک کننده بشکه ای خوب
سمینبودن: سمیبودن یا نبودن یک گاز سرد کننده در واقع یک مسئله نسبی است، زیرا به هر حال هر نوع گاز مبرد تا اندازهای سمی است. گازهای مبرد را از جهت میزان سمی بودن به 6 گروه تقسیمبندی کردهاند. گروه 1، سمیترین انواع گاز مبرد را در خود جا داده است، میزان سمی بودن گروه 2 کمتر است و به همین ترتیب میزان سمی بودن کم میشود تا به گروه 6 میرسیم که آن را غیرسمی مینامند که البته همانطور که اشاره کردیم، این نامگذاری به آن معنا نیست که گازهای این گروه عاری از هرنوع سمی باشند.
ویژگی مهم دیگر یک گاز سرد کننده خوب، غیرقابل اشتعال بودن آن است.
شاخصه دیگر یک گاز خنک کننده بشکه ای خوب این است که نباید با رطوبت و به طور کلی هر مادهای که در تجهیزات سرمایشی، امکان تماس با آن را دارد، واکنشهای نامطلوب داشته باشد.
مبرد باید حرارت نهان مناسبی داشته باشد، به این معنا که در یک زمان معین، به اندازه مناسبی از ماده مبرد، بخار شود.
مبرد نباید در دو حالت گاز و مایع، اختلاف فشار بالایی داشته باشد.
گاز سرد کننده نباید رسانای برق یاشد.
عدم تاثیر منفی بر محیط زیست
انواع گازهای مبرد
همانگونه که در بالا ذکر شد، گازهای مبرد انواع مختلفی دارند، که هر کدام محاسن و معایب خاص خود را دارد. از جمله این گازها میتوان به گاز R134، R22، R407، R404، R410، R11، R12 و R141 اشاره کرد.
به طور کلی گازهای مبرد را بر اساس ترکیب شیمیایی آنها به 4 گروه تقسیمبندی میکنند:
گروه اول: CFCها، شامل گازهای R12 و R11.
گروه دوم: HCFCها، از مهمترین گازهای موجود در این گروه میتوان به گاز R22 که امروزه به عنوان گاز کولر ماشین استفاده میشود، اشاره کرد.
گروه سوم: HFCها، شامل گازهای R407، R410، R404 و R134.
گروه چهارم: گازهای مبرد طبیعی مانند پروپان و CO2.
در این قسمت به توضیح در مورد تعدادی از مهمترین گازهای مبرد میپردازیم:
گاز مبرد R134: گاز R134، بسیاری از شاخصههای یک گاز خنک کننده بشکه ای خوب را داراست. میزان سمی بودن این نوع گاز بسیار پایین است. همچنین غیرقابل اشتعال بودن گاز R134، آن را به عنوان یک گاز مبرد ایمن معرفی میکند. از این گاز به عنوان گاز کولر ماشین استفاده میشود.
گاز مبرد R22: در سال 1399، این نوع گاز در کشورهای پیشرفته به طور کامل کنار گذاشته شد، دلیل این امر، مسئله زیانآور بودن آن برای لایه ازون معرفی شد. گاز R22، به دلیل میزان بالای کلر در خود، برای محیط زیست بسیار مضر است. گفتنی است تا همین چند سال اخیر، گاز R22، به عنوان یکی از پرکاربردترین گازهای مبرد شناخته میشد و برای سالهاست که به عنوان گاز کولر ماشین استفاده میشود.
گاز مبرد R407: گاز R407، به دلیل ویژگیهای یکسانی که با گاز R22 دارد، در بعضی موارد به عنوان جایگزین آن گاز مورد استفاده قرار میگیرد.
گاز مبرد R404: از این نوع گاز نیز همانند گاز R407، به عنوان جایگزینی برای گاز R22 استفاده میشود. از ویزگیهای گاز R404، میتوان به غیرقابل اشتعال بودن آن اشاره کرد. علاوه بر این، این نوع گاز به آسانی با مواد دیگر مانند آب واکنش نشان نمیدهد.
گاز مبرد R410: گاز R410، در حال حاضر یکی از پرکاربردترین گازهای مبرد است. این نوع گاز به دلیل نداشتن کلر در ترکیب خود، گاز مضری برای لایه ازون محسوب نمیشود. گاز R410، همانند گاز R404، از جایگزینهای گاز R22، به حساب میآید و به تدریج به عنوان گاز کولر ماشین استفاده خواهد شد.
گاز مبرد R11: این نوع گاز مبرد در گذشته بسیار پراستفاده بود ولی به محض شناخته شدن آن به عنوان یک گاز مضر برای لایه ازون، به تدریج استفاده از آن کاهش یافت و امروزه در کشورهای پیشرفته به طور کامل کنار گذاشته شده است. البته استفاده از گاز R11، هنوز در کشورهای در حال توسعه ادامه دارد. گاز R11، جزو گازهای مبرد ارزان شناخته میشود.
گاز مبرد R12: این نوع گاز نیز جزو گازهای مبرد ارزان قیمت به حساب میآید و در گذشته بسیار پرکاربرد بوده است. گاز R12، با بسیاری از انواع روغنها مانند روغن معدنی، سازگار و قابل استفاده است. امروزه استفاده از گاز R12، نسبت به قبل بسیار کاهش یافته است.
گاز مبرد R141: گاز R141، به عنوان یکی از جایگزینهای گاز R11، مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع گاز کاربرد وسیعی در صنایع پتروشیمی دارد. گاز R141، سمیت پایینی دارد و غیرقابل اشتعال است که همین دو عامل، گاز R141 را بسیار محبوب کرده است. همچنین قابل ذکر است که گاز مبرد R141از نظر شیمیایی پایدار است.
تاثیر گازهای سردکننده بر محیط زیست
در طول 150 سال اخیر، گازهای مبرد مختلفی مورد استفاده قرار گرفت و هرچه علم پیشرفت میکرد، تمایل انسان برای استفاده از گازی که تاثیر کمتری بر محیط زیست بگذارد، بیشتر میشد. بعضی از گازهای مبرد مانند R12 و R11 در گذشته بسیار مورد استفاده قرار میگرفتند، اما در دنیای امروزی به دلیل همین نگرانیهای محیط زیستی، استفاده از آنها بسیار کاهش یافته است و از گازهای جایگزین استفاده میشود.
امروزه به منظور قابل اندازهگیری کردن میزان تاثیر یک گاز خنک کننده بشکه ای بر محیط زیست، از دو عدد به عنوان معیار میزان اثرگذاری استفاده میشود. یک عدد به نام ODP که میزان تاثیر مبرد بر لایه ازون را بررسی میکند و یک عدد تحت عنوان GWP که میزان تحت تاثیر قرار دادن گرمایش جهانی توسط مبرد را مورد بررسی قرار میدهد. عدد ODP بین صفر و یک است که هر چه عدد بزرگتری را نشان دهد، نشان از تاثیرگذاری منفی بیشتر آن مبرد است. عدد GWP نیز بین صفر تا چند هزار متغیر است و هرچه بیشتر باشد، نشاندهنده تاثیر منفی بیشتر مبرد بر گرمایش جهانی است.
گازهای مبردی که امروزه مورد استفاده قرار میگیرند، نسبت به گازهای قدیمی، کمتر به محیط زیست آسیب میرسانند اما با این حال، همچنان گازهای مبرد به عنوان یک عامل تخریب محیط زیست شناخته میشوند.
جمعبندی
در مورد ویژگیهای ایمنی، کیفی و محیط زیستی گازهای مبرد صجبت کردیم، اما عامل دیگری نیز در بازار گازهای مبرد تاثیرگذار است و آن ملاحظات اقتصادی و مالی است که همین عامل، گاهی سایر عوامل را به طور کامل تحت تاثیر قرار میدهد. برای مثال همانگونه که گفته شد، بعضی گازها مانند R22 که به عنوان گاز کولر ماشین استفاده میشود، با اینکه بسیار برای محیط زیست مضر هستند، هنوز مورد استفاده قرار میگیرند که دلیل اصلی آن، همین مسائل اقتصادی است. شرکتها به دنبال سودآوری خود هستند و مسائلی چون محیط زیست برای آنها اهمیت چندانی ندارد. امیدواریم مسائل مرتبط با گرمایش جهانی و به طور کلی محیط زیست و همچنین مسائل ایمنی، در صنعت گازهای مبرد به عنوان اولویت اصلی قلمداد شود تا پیامدهای منفی استفاده از گازهای مبرد را کمتر شاهد باشیم.
بدون دیدگاه