الغاز التبريدي (غاز التبريد) ماهو؟
الغاز التبريدي أو غاز الثلاجة هو مركب كيميائي طبيعي أو اصطناعي يُستخدم كسائل في أنظمة التبريد وتكييف الهواء لنقل الحرارة من مكان إلى آخر. تسبب الغازات التبريديّة أو بشكلٍ لفظي غازات الثلاجة في امتصاص وإطلاق الحرارة مع تغيير الحالات بين السائل والغاز، مما يولد عملية التبريد أو التدفئة في هذه الأنظمة.
يؤدي الغاز التبريدي دورًا أساسيًا في أنظمة التبريد والتدفئة كسائل. يشكل الثلاجة أو بشكل لفظي غاز الثلاجة كيفية حفظ المواد الغذائية، والحفاظ على درجات الحرارة في المساحات السكنية والتجارية، وإدارة العمليات الصناعية. في هذه المقالة، سنتناول في البداية تاريخ وظهور غاز التبريد وتقديم أنواع المبرّدات، ثم نتناول فوائد وعيوب غازات التبريد مع مراعاة عوامل مثل الكفاءة، والآثار البيئية، والسلامة ونقوم بتقديم نظرة عامة على أسعار غاز الثلاجة.
دور الغاز التبريدي في التهوية والتبريد
تلعب غازات التبريد دورًا هامًا وأساسيًا في الثلاجات، وأجهزة التبريد، وفي الأنظمة العامة للتهوية والتبريد، حيث نقوم فيما بعد بتقديم وشرح هذه النقاط.
الغاز التبريدي أو غاز التبريد أو غاز الثلاجة يعمل كوسيط ويقوم بامتصاص الحرارة من البيئة أو الماء أو أي سائل آخر عند درجات حرارة منخفضة ويطلقها بواسطة سلسلة من العمليات في دورة التبريد بما في ذلك التكثيف، والتقطير، والتمدد، والتبخير إلى مكان آخر عند درجات حرارة أعلى (عادة البيئة).
لذلك، وحدات التبريد والتهوية المكيفة تعمل عن طريق تدفق مبرد في دورة التبريد للوصول إلى درجة الحرارة المرغوبة. يتعرض غاز التبريد في المبادلات الحرارية (الأبار والمكثفات) لتغيرات في الفاز (من السائل إلى الغاز والعكس). يتيح لهذه التغيرات في الفاز امتصاص الحرارة عند التبخير عن طريق جهاز التبخير، أو “الأبار”، وإطلاق الحرارة عند التكثيف عن طريق جهاز التكثيف، أو “المكثف”، وبالتالي تمكين نقل الطاقة الحرارية في مثلث التبريد أو التهوية والتبريد وما إلى ذلك.
تاريخ مبردي الهواء
تطور تاريخي لمبردي الهواء هو قصة مثيرة تعكس التقدم التكنولوجي والقلق البيئي والسعي نحو حلول تبريد وتدفئة أكثر فعالية وأمانًا. فيما يلي نظرة عامة على المراحل الرئيسية في تطوير مبردي الهواء.
طرق التبريد الأولية
قبل القرن التاسع عشر: كانت الطرق الطبيعية مثل جمع الثلج وتبخير الماء البارد وحتى التخزين الأرضي لأغراض التبريد شائعة قبل القرن التاسع عشر.
أوائل القرن التاسع عشر: تفرغ الرواد مثل مايكل فارادي في تسييل الغازات وأسسوا الأسس للتبريد الحديث من خلال تجارب متعددة.
معرفة أولى المبردي الهواء
منتصف القرن التاسع عشر حتى نهايته: في هذه الفترة، استُخدمت مزيجات كيميائية أولية كمبردات بما في ذلك كلوريد الميثيل وثاني أكسيد الكبريت والأمونيا التي كانت تستخدم في أنظمة التبريد.
من نهاية القرن التاسع عشر إلى بداية القرن العشرين: استخدام مبردين سامين أو قابلين للاشتعال أدى إلى حوادث ومخاوف من السلامة، وبدأت الأبحاث في البحث عن بدائل آمنة.
ظهور كلوروفلوروكربون وفريون
أوائل القرن العشرين: في عقد 1920، أنتج المهندس الكيميائي والمهندس الميكانيكي الأمريكي السيد توماس ميدغلي جونيور مركبات مثل كلوروفلوروكربون (CFCs) مثل فريون. حظيت CFCs بشعبية كبيرة بسبب عدم سميتها واستقرارها الجيد، وأحدثت ثورة في أنظمة التبريد والتهوية المكيفة.
استقبال من المبردات الطبيعية واتجاه المستقبل
اليوم: بسبب قيم GWP و ODP المنخفضة، هناك تغيير متجه نحو المبردات الطبيعية. يتم استخدام الأمونيا NH3، ثاني أكسيد الكربون CO2، والهيدروكربونات في تطبيقات مختلفة، والابتكارات والميزات الحالية تعزز كفاءتها وسلامتها.
وبالتالي، توضح تطورات تاريخ المبردات الجهود المستمرة لتحقيق التوازن بين الابتكارات التكنولوجية والسلامة وتأثيرات البيئة. من الطرق الطبيعية الأولية إلى CFCs الاصطناعية والتحول التالي نحو البدائل المتوافقة مع البيئة، فإن استجابة الصناعة والالتزام المستمر بالتحديات البيئية والمتابعة المستمرة تكشف عن حلول تبريد مستدامة.
أنواع مبردات الغاز (أنواع غازات التبريد) كلوروفلوروكربونات (CFCs)
كانت الكلوروفلوروكربونات من أولى المبردات الاصطناعية. كانت فعّالة للغاية ولكن تبين أن لها دورًا هامًا في تدمير طبقة الأوزون. نظرًا لتأثيراتها الضارة على البيئة، خاصة على طبقة الأوزون، تم وقف إنتاجها على الصعيد العالمي.
هيدروكلوروفلوروكربونات (HCFCs)
تم تقديم HCFCs كبديل للكلوروفلوروكربونات بسبب إمكانية تدميرها الأقل لطبقة الأوزون. ومع ذلك، لا تزال لديها خصائص تدميرية لطبقة الأوزون، ولكن بنسبة أقل من CFCs. يتم التخلص من HCFCs مثل R-22 وفقًا للاتفاقيات الدولية مثل بروتوكول مونتريال.
هيدروفلوروكربونات (HFCs)
ظهرت HFCs كبديل لـ CFCs و HCFCs بسبب قدرتها الصفرية على تدمير طبقة الأوزون. ومع ذلك، في حين أنها لا تؤثر على طبقة الأوزون، فإن العديد من HFCs لديها قدرة كبيرة على تسخين الأرض، مما يؤدي إلى تفاقم التغيرات المناخية. تستمر الجهود في البحث عن بدائل لـ HFCs ذات GWP منخفض.
هيدروكربونات (HCs)
تعتبر الهيدروكربونات مبردات طبيعية تشمل مركبات مثل البروبان والإيزوبوتان والبروبيلين. لديها تأثير بيئي منخفض، GWP منخفض، وخصائص ترموديناميكية ممتازة مما يجعلها شائعة في أنظمة تبريد المحطات الكهربائية والمصفاة. ومع ذلك، بسبب ارتفاع قابلية الاشتعال، يتطلب استخدام هذه المبردات اهتمامًا دقيقًا وتدابير سلامة خاصة، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام في الأغراض التجارية أو حتى الصناعات البسيطة.
ثاني أكسيد الكربون (CO2): لقد لفت ثاني أكسيد الكربون بشدة الانتباه مؤخرًا كمبرّد صديق للبيئة، حيث يتمتع بصفر ODP و GWP منخفض نسبيًا. يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون في أنظمة التبريد التجارية والصناعية. ومع ذلك، نظرًا للضغط العالي لهذا المبرّد، فإنه يتطلب إجراء تغييرات في النظام واستخدام تجهيزات متخصصة، والتي للأسف غالبًا ما تكون غير متاحة في إيران حاليًا.
مقارنة بين أنواع غازات التبريد (أنواع غازات المبردات)
مقارنة في كفاءة المبردين
تختلف المبرّدات من حيث الخصائص الحرارية، وهذا يؤثر بشكل كبير على كفاءتها في نقل الحرارة واستهلاك الطاقة. عوامل مثل السعة الحرارية الخاصة، والحرارة الكامنة، وعلاقات الضغط ودرجة الحرارة تؤثر على كفاءتها في أنظمة التبريد. أكثر المبردات كفاءة هي على النحو التالي:
- ثاني أكسيد الكربون (R-744)
- البروبان (R-290)
- الإيزوبوتان (R-600a)
- الأمونيا (R-717)
- CFC
- HFC و HCFC اعتمادًا على نوع الغاز المحدد للمبرد أو غاز التبريد وظروف التشغيل الحرارية، قد تكون أحدهما أكثر فاعلية من الآخر في بعض الأحيان والعكس بالعكس في أحيان أخرى.
المصدر: المعهد الدولي للتبريد (IIR)
مقارنة في التأثير على البيئة
يتضمن تقييم المبردين النظر في القدرة على تدمير طبقة الأوزون (ODP) والقدرة على تسخين الكوكب الأرضي (GWP). في حين أن بعضها لا يحتوي على ODP، قد يكون لبعضها الآخر GWP عاليًا للغاية، مما يؤدي إلى تفاقم النمط الحالي للتغيرات المناخية.
خصائص المبردات
يمكن أن يساعد الدراسة والفهم الكافي لخصائص المبرّدات في تحقيق نظام تبريد مستدام. الخصائص الحرارية والخصائص الكيميائية وتوافق الاستخدام هي من بين أهم خصائص كل مبرد.
خصائص حرارية المبردات
تعد الوظائف الحرارية الأساسية للمبرّد وظائف الضغط والحرارة وقدرة وسعة نقل الحرارة لكل مبرد، وسنتطرق فيما يلي إلى شرحها.
علاقات الضغط ودرجة الحرارة للمبردات
تعمل المبرّدات ضمن نطاقات ضغط ودرجة حرارة معينة، وهو أمر مهم لأداء فعال لها في أنظمة التبريد. فهم هذه العلاقات يتيح للفنيين والمهندسين اختيار المبرد المناسب للنطاق العملي المطلوب وضمان الأداء والكفاءة المثلى في النظام.
سعة انتقال الحرارة للمبردات
تعتبر قدرة المبردات على نقل الحرارة أمرًا هامًا لدورها في دورة التبريد. تختلف سعات نقل الحرارة بين المبرّدات وتؤثر مباشرة على الكفاءة العامة للنظام. قدرة المبرد على امتصاص الحرارة أثناء التبخر (في المبخر) وإطلاقها أثناء التكثيف (في المكثف) تحدد كفاءتها في نقل الطاقة الحرارية.
الخصائص الكيميائية للمبردات
خصائص المبردات الكيميائية مهمة من عدة جوانب، مثل مقدار استقرارها وعدم تحللها أو تفاعلها الكيميائي داخل النظام. بالإضافة إلى ذلك، يُعتبر توافق المبرد مع المواد المستخدمة في نظام التبريد مسألة هامة أيضًا.
ذات صله
غاز
ماهو التخزین البارد ؟ يمكن تعريف الثلاجة أو الغرفة الباردة بأنها غرفة عازلة أو معزولة، يتم التحكم في درجة الحرارة
شیر آلات و کنترل آلات سیستم های برودتی | آمونیاکی و فریونی وارد کننده و تأمین کننده انواع شیر آلات
