گاز سیستم برودتی (گاز مبرد) چیست؟

گاز مبرد یا گاز سردخانه یک ترکیب شیمیایی طبیعی یا سنتزی است که به عنوان یک سیال در سیستم‌های برودتی و تهویه مطبوع برای انتقال گرما از مکانی به مکان دیگر به کار گرفته می‌شود. گازهای مبرد یا اصطلاحاً گاز سردخانه با تغییرات فاز بین حالت های مایع و گاز باعث جذب و آزاد شدن گرما و ایجاد فرآیند سرمایش یا گرمایش در این سیستم ها می شوند.

گاز مبرد نقشی اساسی در سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی به عنوان یک سیال ایفا می‌کنند. مبرد یا اصطلاحاً گاز سردخانه نحوه نگهداری مواد غذایی، حفظ دمای فضاهای مسکونی و تجاری و مدیریت فرآیندهای صنعتی را شکل می‌دهد. در این مطلب ابتدا به تاریخچه و روند ظهور گاز مبرد و معرفی انواع مبردها سپس با ذکر مزایا و معایب گازهای مبرد با در نظر گرفتن عواملی مانند راندمان، اثرات زیست‌محیطی و ایمنی به بررسی قیمت گاز سردخانه می پردازیم.

نقش گاز مبرد در تهویه و تبرید

گازهای مبرد نقشی مهم و اساسی در سردخانه ها، چیلرها و در کل سیستم های تهویه و تبرید ایفا می کنند که در ادامه به معرفی و توضیح آنها می پردازیم.

گاز مبرد یا گاز تبرید یا همان گاز سردخانه به عنوان یک واسط عمل کرده و گرما را از محیط یا آب یا هر سیال دیگری در دمای پایین تر جذب کرده و آن را به کمک مجموعه ای از فرآیندها در سیکل تبرید شامل تراکم، تقطیر، انبساط و تبخیر به مکان دیگری با دمای بالاتر (معمولاً محیط) دفع می کنند.

بنابراین واحدهای تبرید و تهویه مطبوع با به جریان انداختن مبرد در سیکل تبرید کار می کنند تا سیکل به دمای مطلوب و مورد نظر برسد. گاز تبرید در مبدل های حرارتی (اواپراتور و کندانسور) دچار تغییرات فازی (از مایع به گاز و بالعکس) می شوند. این تغییر فاز به آن‌ها اجازه می‌دهد هنگام تبخیر توسط دستگاه تبخیر کننده یا “اواپراتور” گرما را جذب کنند و هنگام تقطیر توسط دستگاه تقطیر کننده یا “کندانسور یا کاندنسر” گرما را آزاد کنند و انتقال انرژی حرارتی در یک سردخانه یا چیلر و غیره را بدین شکل ممکن سازند.

تاریخچه گاز مبرد

تکامل تاریخی مبردها داستانی جذاب است که منعکس کننده پیشرفت های تکنولوژی، نگرانی های زیست محیطی و تلاش برای راه حل های تبرید و سرمایش کارآمدتر و ایمن تر است. در اینجا مروری بر مراحل کلیدی در توسعه مبردها آورده شده است.

روش های اولیه تبرید

قبل از قرن نوزدهم: قبل از قرن نوزدهم، روش‌های طبیعی مانند برداشت یخ، تبخیر آب سرد و حتی ذخیره‌سازی زیرزمینی برای اهداف سرمایش مرسوم بوده است.

اوایل قرن نوزدهم: پیشگامانی مانند مایکل فارادی به مایع سازی گازها پرداختند و با آزمایش های متعدد پایه و اساس تبرید مدرن را پایه ریزی کردند.

معرفی اولین مبردها

اواسط تا اواخر قرن نوزدهم: در این دوره اولین ترکیب های شیمیایی به عنوان مبرد از جمله متیل کلرید، دی اکسید گوگرد و آمونیاک که در سیستم های تبرید استفاده می شدند.

اواخر قرن نوزدهم تا اوایل قرن بیستم: استفاده از مبردهای سمّی یا قابل اشتعال منجر به حوادث و نگرانی‌های ایمنی شد و تحقیقات برای مبرد های جایگزین‌ ایمن‌تر کلید خورد.

تولد CFC و فریون

اوایل قرن بیستم: مهندس شیمی و مهندس مکانیک آمریکایی آقای توماس میدگلی جونیور در دهه ۱۹۲۰ کلروفلوئوروکربن (CFCs) مانند فریون را تولید کرد. CFC ها به دلیل عدم خاصیت سمی و پایداری خوب، محبوبیت زیادی کسب کردند و انقلابی در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع ایجاد کردند.

اواسط قرن بیستم: CFC ها به دلیل خواص عالی خود به طور گسترده در تبرید، تهویه مطبوع و پیشرانه های آئروسل مورد استفاده قرار گرفتند.

نگرانی های زیست محیطی و تغییرات نظارتی

دهه‌های ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰: دانشمندان دریافتند که CFCها لایه اوزون را تخریب می‌کنند که منجر به معرفی پروتکل مونترال در سال ۱۹۸۷ شد.

گذار به مبردهای دوستدار محیط زیست

اواخر قرن بیستم تاکنون: حذف تدریجی CFCها (مانند R-11) و بعداً هیدروکلرو فلوئوروکربن ها HCFC (مانند R-22) توسعه و پذیرش مبردهای سازگار با محیط زیست را تسریع کرد.

افزایش HFC ها و مبردهای طبیعی: هیدروفلوئوروکربن ها (HFCs) مثل R-134a جایگزین CFC ها و HCFC ها شدند اما این مبرد ها نیز پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) بالایی داشتند. اما در همین حال، مبردهای طبیعی مانند آمونیاک R-717، دی اکسید کربن R-744 و هیدروکربن ها به دلیل تأثیر اندک روی محیط زیست بیش از پیش مورد توجه قرار گرفتند.

استقبال از مبردهای طبیعی و ترند آینده

امروز: به دلیل GWP و ODP پایین، یک تغییر رو به رشد به سمت مبردهای طبیعی وجود دارد. آمونیاک NH3، دی اکسید کربن CO2 و هیدروکربن ها در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و نوآوری ها و امکانات امروز، کارایی و ایمنی آنها را بهبود می بخشد.

در نتیجه، تکامل تاریخی مبردها نشان دهنده تلاش مستمر برای ایجاد تعادل بین نوآوری های تکنولوژی، ایمنی و اثرات محیط زیستی است. از روش‌های طبیعی اولیه گرفته تا CFCهای مصنوعی و حرکت بعدی آن به سمت جایگزین‌های سازگار با محیط زیست سفری است که میزان پاسخگویی و تعهد صنعت به چالش‌های محیطی و پیگیری مداوم راه‌حل‌های سرمایش پایدار را نمایان می کند.

انواع گاز مبرد (انواع گاز سردخانه)

کلروفلوئوروکربن ها (CFC)

کلروفلوئوروکربن ها از اولین مبردهای مصنوعی بودند. آنها بسیار کارآمد بودند اما مشخص شد که نقش مهمی در تخریب لایه اوزون دارند. به دلیل اثرات مخرب زیست محیطی آنها، به ویژه بر روی لایه ازن، تولید آنها در سطح جهانی متوقف شده است.

هیدروکلرو فلوئوروکربن ها (HCFCs)

HCFC ها به دلیل پتانسیل کمتر تخریب لایه ازن به عنوان جایگزین برای CFC ها معرفی شدند. با این حال، آنها هنوز دارای خواص تخریب لایه ازن هستند ولی به میزان کمتری از CFCها. HCFC ها مانند R-22 طبق توافق نامه های بین المللی مانند پروتکل مونترال در حال حذف شدن هستند.

هیدروفلوئوروکربن ها (HFCs)

HFC ها به دلیل پتانسیل تخریب لایه ازن صفر به عنوان جایگزینی برای CFCها و HCFCها ظاهر شدند. با این حال، در حالی که آنها به لایه اوزون آسیب نمی رسانند، بسیاری از HFC ها پتانسیل بالایی برای گرم شدن کره زمین دارند که منجر به تشدید تغییرات آب و هوایی می گردد. تلاش ها برای یافتن جایگزین هایی با GWP پایین برای HFC ها ادامه دارد.

هیدروکربن ها (HCs)

هیدروکربن ها مبردهای طبیعی هستند که شامل ترکیباتی مانند پروپان، ایزوبوتان و پروپیلن هستند. آنها تاثیر زیست محیطی کم، GWP کم و خواص ترمودینامیکی عالی دارند که باعث محبوبیت فزاینده ای در سیستم های تبرید نیروگاهی و پالایشگاهی می شوند. اما به دلیل اشتعال پذیری بالا، استفاده از این مبردها مستلزم رسیدگی دقیق و اقدامات ایمنی خاص بوده و آنها را برای مصارف تجاری و یا حتی صنایع ساده تر غیر ممکن می کند.

مبردهای طبیعی

آمونیاک (NH3): آمونیاک یک مبرد کارآمد و مقرون به صرفه با پتانسیل تخریب لایه ازن صفر و GWP بسیار پایین است که به وفور در سیستم‌های تبرید صنعتی استفاده می‌شود. نا گفته نماند که گازهای آمونیاک دارای خاصیت سمی و اشتعال پذیری در تراکم های بالا نیز می باشد اما به لطف بوی تند این مبرد معمولاً قبل از رسیدن به تراکم های بالا به سادگی قابل شناسایی و مدیریت می باشد.

دی اکسید کربن (CO2): دی اکسید کربن به عنوان یک مبرد سازگار با محیط زیست با ODP صفر و GWP نسبتاً پایین اخیراً به شدت مورد توجه قرار گرفته است. CO2 در سیستم های برودتی تجاری و صنعتی استفاده می شود. اما به دلیل فشار کاری بالای این مبرد نیاز به ایجاد تغییرات در سیستم و بکارگیری تجهیزات تخصصی تر می باشد که متاسفانه فعلاً امکان دسترسی به این سیستم در ایران مهیا نیست.

مقایسه انواع گاز مبرد (انواع گاز سردخانه)

مقایسه راندمان مبردها

مبردها از نظر خواص ترمودینامیکی متفاوت هستند این امر بر کارایی آنها در انتقال حرارت و مصرف انرژی تأثیر زیادی می گذارد. عواملی مانند ظرفیت گرمایی ویژه، گرمای نهان و روابط فشار و دما بر کارایی آنها در سیستم های تبرید تأثیر می گذارد. پر بازده ترین مبرد ها به ترتیب زیر هستند.

• دی اکسید کربن (R-744)
• پروپان (R-290)
• ایزوبوتان (R-600a)
• آمونیاک (R-717)
• CFC
• HFC و HCFC بسته به نوع دقیق گاز مبرد یا همان گاز تبرید و شرایط کارکرد دمایی در این دو دسته گاهی از یکی از دیگری پر بازده تر و گاهی بالعکس است.

منبع: موسسه بین المللی تبرید International Institute of Refrigeration (IIR)

مقایسه اثرات محیط زیستی

ارزیابی مبردها شامل در نظر گرفتن پتانسیل تخریب لایه ازن (ODP) و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) است. در حالی که برخی از آنها ODP صفر دارند، برخی دیگر ممکن است GWP بسیار بالایی داشته باشند که به تشدید تغییرات الگوهای آب و هوایی منجر می شوند.

مقایسه ملاحظات ایمنی

استفاده از مبرد هایی مانند پروپان و ایزوبوتان و کلاً هیدروکربن ها به دلیل خاصیت اشتعال زایی مستلزم رعایت ملاحظات سختگیرانه مانند استاندارد های ATEX می باشند که آنها صرفاً برای صنایع بزرگتر مثل نیروگاه ها یا پالایشگاه ها مناسب می کند. مبرد دی اکسید کربن CO2 دارای فشار کارکرد بالایی می باشد بنابراین نیازمند مخازن و کمپرسور ها و شیرآلات دارای فشار کاری بیشتر خواهیم بود که نگهداری از این سیستم را کمی چالش بر انگیز می کند. مبرد آمونیاک NH3 می تواند در غلظت های بالا در هوا سمی بوده و قابلیت اشتعال داشته باشد و نیازمند نگهداری دقیق از نظر نشتیابی و رفع آن می باشد. مبرد های مصنوعی مانند HFC ها خاصیت اشتعال پذیری کمتری دارند ولی به دلیل اینکه بی بو و رنگ هستند بهتر است از در فضاهای بسته از سنسور های نشت یاب استفاده گردد.

در آخر اینکه درک تمایز بین این گازهای مبرد به انتخاب مناسب ترین مبرد برای کاربردهای خاص و در نظر گرفتن اثرات زیست محیطی، کارایی و الزامات ایمنی کمک می کند.

خواص مبردها

مطالعه و درک کافی از خواص مبردها می تواند به دستیابی به یک سیستم تبرید پایدار کمک کند. خواص ترمودینامیکی، مشخصات شیمیایی و تناسب کاربری جزو مهمترین خواص هر مبرد است.

خواص ترمودینامیکی مبردها

مهمترین خواص ترمودینامیکی مبرد توابع فشار و دما و توانایی و ظرفیت انتقال حرارت هر مبرد می باشد که در ادامه به توضیح آنها می پردازیم.

روابط فشار و دما مبرد

مبردها در محدوده فشار و دمای خاصی کار می کنند که برای عملکرد موثر آنها در سیستم های برودتی بسیار مهم است. درک این روابط به تکنسین ها و مهندسان این امکان را می دهد تا مبرد مناسب را برای محدوده عملیاتی مورد نظر انتخاب کنند و از عملکرد و کارایی بهینه در سیستم اطمینان حاصل کنند. تغییرات فشار مستقیماً با تغییرات دما مطابقت دارد که بر انتقال فاز مبرد و جذب یا دفع گرما تأثیر زیادی می گذارد.

ظرفیت های انتقال حرارت مبرد

توانایی مبردها در انتقال گرما برای نقش آنها در سیکل تبرید بسیار مهم است. ظرفیت های انتقال حرارت بین مبردها متفاوت است و مستقیماً بر راندمان کلی سیستم تأثیر می گذارد. توانایی مبرد برای جذب گرما در طول تبخیر (در اواپراتور) و آزاد کردن آن در حین تقطیر(در کندانسور)، میزان اثر بخشی و راندمان آن را در انتقال انرژی حرارتی مشخص می کند.

خصوصیات شیمیایی گاز

خصوصیات شیمیایی گاز سردخانه ها یا همان مبرد از چند وجه حایز اهمیت است. میزان ثبات و عدم تجزیه یا واکنش شیمیایی مبرد درون سیستم مهم است. همچنین سازگاری مبرد با مواد مورد استفاده در سیستم تبرید نیز مسأله مهمی تلقی می شود.

ثبات شیمیایی گاز مبرد سردخانه

پایداری مبردها در یک سیستم برودتی برای عملکرد پایدار و طول عمر سیستم بسیار مهم است. پایداری شامل مقاومت مبرد در برابر تجزیه شیمیایی، تجزیه یا واکنش های درون سیستم می شود. بنابراین مبرد باید یک ترکیب پایدار باشد که با سایر اجزای سیستم واکنش ندهد.

سازگاری گاز مبرد با مواد

مبردها با اجزای مختلف سیستم مانند سیل، لوله ها و قطعات کمپرسور در تماس هستند. اطمینان از سازگاری بین مبرد و این مواد برای جلوگیری از خوردگی، تخریب یا آسیب ضروری است. مسائل مربوط به سازگاری می تواند منجر به نشت، ناکارآمدی سیستم یا خرابی شود که بر اهمیت انتخاب مبردهای سازگار با متریال سیستم تأکید دارد.

تناسب مبرد با کاربری

به صورت کلی باید در نظر داشته باشیم که گاز تبرید مورد استفاده باید با شرایط بهره برداری و نگهداری مطابقت داشته و انتخاب مبرد از نظر راندمان و ایمنی توجیه فنی داشته باشد. به عنوان مثال برای سیستم های تبرید کوچک معمولاً به دلایل ایمنی و فنی بهتر است از گازهای فریون استفاده شود اما در سیستم های تبرید و صنعتی این مبردها از لحاظ محدودیت ها و راندمان نمی توانند گزینه خوبی محسوب شوند.

بهترین روش ها و ملاحظات برای گاز مبرد یا گاز سردخانه

مدیریت و دفع صحیح مبردها

مدیریت صحیح و دفع اصولی مبرد جنبه های ایمنی محیطی و شغلی دارد. تکنسین‌ها و متخصصان درگیر با سیستم‌های تبرید و تهویه باید به بهترین شیوه‌های صنعت، از جمله استفاده از تجهیزات تخصصی و پیروی از پروتکل‌های تعیین‌شده برای کار با مبردها، پایبند باشند. حصول اطمینان از مهار و انتشار کنترل شده مبرد در حین سرویس، نگهداری، یا از کار انداختن، از آلودگی محیطی جلوگیری می کند و خطرات جانی را به حداقل می رساند. علاوه بر این، روش‌های دفع مسئولانه، مانند بازیافت یا بازیابی مبردها، یک روش پایدار است که از انتشارات مضر مبردها در جو جلوگیری می‌کند.

انطباق با مقررات و صدور گواهینامه

رعایت استانداردهای نظارتی و اخذ گواهینامه های لازم در صنعت تبرید و تهویه می تواند به صحت روال ایمنی یک مجموعه کمک شایانی نماید. انطباق با مقررات محلی، ملی و بین‌المللی تضمین می‌کند که مدیریت مبرد و عملکرد سیستم با دستورالعمل‌های زیست‌محیطی و ایمنی مطابقت دارد. به روز ماندن با مقررات و گواهینامه های در حال تحول برای حفظ استانداردهای صنعت و اطمینان از اقدامات ایمن و سازگار با محیط زیست بسیار مهم است.

تکنیک های نگهداری و نشت یابی

تعمیر و نگهداری منظم و تشخیص نشتی های سیستم برای عملکرد کارآمد و ایمن سیستم های برودتی مهم است. اجرای بازرسی‌های معمول، روش‌های تشخیص نشت و برنامه‌های نگهداری پیشگیرانه به شناسایی و رفع سریع نشت مبرد کمک می‌کند و اثرات زیست‌ محیطی و ناکارآمدی سیستم را به حداقل می‌رساند. استفاده از فناوری های پیشرفته تشخیص نشت، مانند تشخیص اولتراسونیک یا مادون قرمز، به تشخیص زودهنگام نشت، جلوگیری از خطرات احتمالی و کاهش هدر رفت مبرد کمک می کند.

نحوه انتخاب گاز سیستم برودتی

انتخاب مبرد مناسب برای یک سیستم تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند الزامات سیستم، مقررات زیست محیطی، راندمان، ملاحظات ایمنی و سازگاری با مواد سیستم قرار دارد. انتخاب گاز شامل ارزیابی خواص ترمودینامیکی، از جمله روابط فشار- دما و ظرفیت‌های انتقال حرارت، برای اطمینان از عملکرد و کارایی بهینه در محدوده عملیاتی مورد نظر است. علاوه بر این، ارزیابی اثرات زیست محیطی، از جمله پتانسیل تخریب لایه ازن (ODP) و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP)، برای همسویی با اهداف پایداری و الزامات نظارتی ضروری است. ملاحظات ایمنی، مانند اشتعال پذیری و سمی بودن، نیاز به ارزیابی کامل ریسک و رعایت استانداردهای ایمنی برای اطمینان از رفاه اپراتورها و پرسنل دارد. سازگاری با مواد سیستم برای جلوگیری از خوردگی، تخریب یا نشتی که می تواند یکپارچگی و کارایی سیستم را به خطر بیندازد، بسیار مهم است. در نهایت، انتخاب مبرد مناسب شامل متعادل کردن عملکرد، اثرات زیست محیطی، ایمنی و انطباق با مقررات برای دستیابی به عملکرد مطلوب و پایداری سیستم تبرید یا تهویه است.

نحوه تعویض و شارژ گاز 

تغییر و شارژ مبرد شامل بازیابی مبرد موجود به صورت ایمن، تخلیه سیستم برای حذف آلاینده ها و افزودن مقدار مناسب مبرد جدید است. تکنسین ها از تجهیزات تخصصی برای بازیابی مبرد، ایجاد خلاء برای حذف رطوبت و هوا و اندازه گیری دقیق و افزودن مبرد جدید استفاده می کنند. با اندازه گیری دقیق فشار سیستم ( میزان این فشار به نوع مبرد و دمای کارکرد آن وابسته است) در هنگام تعویض و شارژ گاز می توان به عملکرد صحیح و بهینه سیستم دست یافت. همچنین مستندسازی مراحل انجام شده، از جمله نوع و مقدار مبرد، برای انطباق های آتی بسیار مهم است. این فرآیند تضمین می کند که سیستم های تهویه و تبرید با مبرد اشتباه شارژ نشوند، با مقررات زیست محیطی مطابقت داشته و اثرات زیست محیطی را به حداقل رسانند.

قیمت کپسول گاز

قیمت گاز های مبرد یا همان قیمت گاز سردخانه بسته به انواع آنها متفاوت است. همچنین برخی از آنها دارای کپسول های ۱۳/۵ کیلویی، ۱۱/۵ کیلویی و ۴۰ کیلویی می باشد. مثلاً مبرد R-22 در کپسول های ۱۳/۵ کیلویی و R-134a در کپسول های ۱۱/۵ کیلویی و آمونیاک در کپسول های ۴۰ کیلویی عرضه می شوند. البته آمونیاک به صورت تانکر  با تریلر نیز فروخته می شود که به میزان شارژ شده در سیستم و بر حسب کیلویی محاسبه می شود. در ادامه یک جدول برای قیمت گاز سردخانه در بازار ایران ارائه شده است. می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر برای قیمت و مشخصات با کارشناسان ما تماس بگیرید.

جدول قیمت انواع گاز سیستم برودتی

سخن پایانی

در نتیجه، دنیای مبردها به سرعت در حال تکامل است که توسط یک تعامل پویا از پیشرفت‌های تکنولوژیکی، آگاهی محیطی و چارچوب‌های نظارتی شکل گرفته است. از حذف تدریجی CFCها و HCFCها تا استفاده گسترده از HFCها و احیای مبردهای طبیعی سازگار با محیط زیست، چشم انداز مبرد در حال انتقال به سمت پایداری است. انتخاب یک مبرد در حال حاضر شامل تعادل دقیقی از کارایی، ایمنی و اثرات زیست محیطی است. همانطور که در پیچیدگی‌های این حوزه دائماً در حال تغییر پیمایش می‌کنیم، تحقیق و توسعه مداوم نوید نوآوری‌هایی را می‌دهد که رویکرد ما به سیستم‌های سرمایش و گرمایش را بازتعریف می‌کند و آینده‌ای را تضمین می‌کند که در آن تبرید به‌طور یکپارچه با مسئولیت‌های زیست‌محیطی و پیشرفت فناوری همسو می‌شود.