انواع مبردها: از CFC تا مبردهای طبیعی، کدام گزینه بهتر است؟

بخش دوم : 

جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش قبلی  را مطالعه کنید.

مقدمه

در دنیای امروز، سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع نقش حیاتی در زندگی روزمره، صنایع و تجارت ایفا می‌کنند. یکی از مهم‌ترین اجزای این سیستم‌ها، گازهای مبرد هستند که وظیفه جذب و دفع حرارت را بر عهده دارند. انتخاب مبرد مناسب نه‌تنها بر عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارد، بلکه پیامدهای زیست‌محیطی مهمی نیز به همراه دارد. با افزایش نگرانی‌ها درباره گرمایش زمین و تخریب لایه اوزون، استفاده از برخی مبردهای سنتی محدود شده و نسل‌های جدیدتری از این گازها وارد بازار شده‌اند. در این مقاله، به بررسی انواع مبردها، دسته‌بندی آن‌ها و روندهای نوین در این حوزه خواهیم پرداخت.

انواع گازهای مبرد و دسته‌بندی آن‌ها

مبردها بر اساس ترکیب شیمیایی و تأثیرات زیست‌محیطی به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند. هر گروه دارای ویژگی‌های خاصی است که بر عملکرد و کاربرد آن‌ها در سیستم‌های سرمایشی و تهویه مطبوع تأثیر می‌گذارد.

1. کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs – Chlorofluorocarbons)

✅ ویژگی‌ها : حاوی کلر، تأثیر بسیار مخرب بر لایه اوزون (ODP بالا)، GWP زیاد
✅ نمونه‌ها : R-11، R-12، R-115
🚫 وضعیت : به دلیل آسیب شدید به لایه اوزون، تولید و استفاده از آن‌ها در بسیاری از کشورها ممنوع شده است.

2. هیدروکلروفلوئوروکربن‌ها (HCFCs – Hydrochlorofluorocarbons)

✅ ویژگی‌ها : نسبت به CFCها ضرر کمتری برای محیط زیست دارند، اما همچنان بر تخریب لایه اوزون تأثیر می‌گذارند.
✅ نمونه‌ها : R-22، R-123، R-401A
🚫 وضعیت : استفاده از این مبردها در حال کاهش است و بسیاری از کشورها به‌تدریج آن‌ها را با مبردهای سازگارتر با محیط زیست جایگزین می‌کنند.

3. هیدروفلوئوروکربن‌ها (HFCs – Hydrofluorocarbons)

✅ ویژگی‌ها : فاقد کلر، بدون تأثیر بر لایه اوزون (ODP = 0)، اما دارای GWP بالا
✅ نمونه‌ها : R-134a، R-410A، R-407C
💡 وضعیت : به عنوان جایگزینی برای HCFCها استفاده می‌شوند، اما به دلیل تأثیر بالا بر گرمایش جهانی، به‌زودی توسط مبردهای جدیدتر حذف خواهند شد.

4. مبردهای طبیعی (Natural Refrigerants)

✅ ویژگی‌ها : کمترین اثر مخرب بر محیط زیست، GWP و ODP تقریباً صفر
✅ نمونه‌ها :
•    دی‌اکسید کربن (CO₂ – R-744)
•    آمونیاک (NH₃ – R-717)
•    هیدروکربن‌ها (HCs) مانند پروپان (R-290) و ایزوبوتان (R-600a)
💚 وضعیت : به دلیل سازگاری با محیط زیست، استفاده از این مبردها در حال گسترش است.
با توجه به سیاست‌های زیست‌محیطی و استانداردهای جدید، مبردهای طبیعی و ترکیبات جدیدی مانند HFOها (هیدروفلوئورولفین‌ها) در آینده جایگزین مبردهای صنعتی فعلی خواهند شد. هدف اصلی، کاهش اثرات مخرب بر گرمایش زمین و حفاظت از لایه اوزون است.

کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs – Chlorofluorocarbons)

مبردهای CFC یکی از اولین نسل‌های مواد سرمازا هستند که در دهه ۱۹۳۰ میلادی توسعه یافتند. در آن زمان، این ترکیبات به دلیل غیرسمی بودن، غیرقابل اشتعال بودن و خنثی بودن از نظر شیمیایی، گزینه‌ای ایده‌آل برای سیستم‌های سرمایشی محسوب می‌شدند.
ترکیب شیمیایی و کاربرد
این مبردها از کلر (Chlorine)، فلوئور (Fluorine) و کربن (Carbon) تشکیل شده‌اند. برخی از رایج‌ترین انواع CFCها عبارت‌اند از :
•    R-11
•    R-12
•    R-115
این مواد در گذشته به طور گسترده در چیلرهای صنعتی، یخچال‌های خانگی و دیگر سیستم‌های سرمایشی مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

اثرات زیست‌محیطی و ممنوعیت استفاده

در دهه ۱۹۷۰ میلادی، تحقیقات علمی نشان داد که CFCها تأثیر مخربی بر لایه اوزون دارند. این ترکیبات پس از ورود به جو، به لایه استراتوسفر رسیده و با آزاد کردن اتم‌های کلر، مولکول‌های اوزون را تجزیه می‌کنند. کاهش ضخامت لایه اوزون منجر به افزایش نفوذ اشعه فرابنفش (UV) خورشید به سطح زمین شده و خطراتی مانند سرطان پوست، آسیب به اکوسیستم‌ها و تغییرات اقلیمی را به دنبال دارد.
به همین دلیل، از اوایل دهه ۱۹۹۰، تولید و استفاده از CFCها در سراسر جهان ممنوع شد. این اقدام در راستای پروتکل مونترال انجام گرفت که یکی از مهم‌ترین توافقات بین‌المللی در زمینه حفاظت از محیط زیست محسوب می‌شود.

هیدرو کلروفلوئوروکربن‌ها (HCFCs) و نقش آن‌ها در سیستم‌های برودتی

HCFCها ترکیباتی شامل هیدروژن (H)، کلر (Cl)، فلوئور (F) و کربن (C) هستند. این دسته از مبردها نسل بعدی CFCها محسوب می‌شوند که با هدف کاهش اثرات تخریبی بر لایه اوزون و کاهش گرمایش زمین توسعه یافتند.

مقایسه HCFCها با CFCها

✔ تخریب کمتر لایه اوزون : در مقایسه با CFCها، میزان تأثیر HCFCها بر تخریب لایه اوزون حدود ۹۰٪ کمتر است. این کاهش تخریب به دلیل وجود اتم کلر کمتر در ساختار شیمیایی آن‌هاست.
✔ دوستدارتر نسبت به محیط زیست : این مبردها نسبت به CFCها آلایندگی کمتری دارند اما همچنان به عنوان گازهای گلخانه‌ای محسوب می‌شوند.
✔ حذف تدریجی از صنعت: به‌رغم مزایای آن‌ها، HCFCها نیز طبق پروتکل مونترال به تدریج از بازار حذف می‌شوند و جای خود را به مبردهای سازگارتر با محیط زیست مانند HFCها و مبردهای طبیعی می‌دهند.

ویژگی‌های HCFCها

✅ قابلیت استفاده در سیستم‌های قدیمی: بسیاری از سیستم‌های قدیمی که قبلاً از CFC استفاده می‌کردند، توانستند با حداقل تغییرات از HCFCها استفاده کنند.
✅ ارزان‌تر از جایگزین‌های مدرن : این مبردها نسبت به برخی مبردهای جایگزین مانند HFCها، قیمت پایین‌تری دارند.
✅ بازدهی انرژی مناسب : بسیاری از HCFCها در سیستم‌های تهویه مطبوع و برودتی بازدهی خوبی دارند.

چالش‌های HCFCها

⚠ تأثیر روی گرمایش زمین : اگرچه این مواد نسبت به CFCها کم‌خطرترند، اما همچنان نقش قابل‌توجهی در پدیده گرمایش زمین دارند.
⚠ حذف تدریجی طبق قوانین بین‌المللی : در بسیاری از کشورها، تولید و استفاده از HCFCها محدود شده و تا سال‌های آینده به‌طور کامل حذف خواهند شد.
⚠ جایگزینی پیچیده در برخی تجهیزات : برخی سیستم‌های برودتی نیاز به بروزرسانی‌های پرهزینه برای استفاده از مبردهای جایگزین دارند.

مبردهای رایج از خانواده HCFC

برخی از معروف‌ترین HCFCها که در سیستم‌های برودتی و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرند، عبارت‌اند از :
•    R-22 (پرکاربردترین HCFC، به‌ویژه در کولرهای گازی و چیلرها)
•    R-123
•    R-124
•    R-401A
•    R-401B
•    R-402A
•    R-403B
•    R-408A
•    R-409A
•    R-414B
•    R-416A
با حذف تدریجی HCFCها، بسیاری از این مبردها جای خود را به HFCها (هیدروفلئوروکربن‌ها) و مبردهای طبیعی مانند CO₂ (دی‌اکسید کربن) و آمونیاک (NH₃) داده‌اند.

هیدروفلوئوروکربن‌ها (HFCs) و نقش آن‌ها در صنعت تبرید

هیدروفلوئوروکربن‌ها (HFCs) ترکیباتی هستند که شامل هیدروژن (H)، فلوئور (F) و کربن (C) می‌شوند و فاقد کلر هستند. نبود اتم کلر در ساختار شیمیایی آن‌ها باعث شده که هیچ‌گونه تأثیری بر لایه اوزون نداشته باشند و به همین دلیل، این مبردها از نظر زیست‌محیطی نسبت به CFCها و HCFCها گزینه‌ای مناسب‌تر به شمار می‌روند.

مزایای مبردهای HFC

✅ بدون آسیب به لایه اوزون : برخلاف CFCها و HCFCها، این مبردها ODP (شاخص تخریب لایه اوزون) برابر صفر دارند.
✅ سازگاری با سیستم‌های برودتی جدید : بیشتر سیستم‌های تهویه مطبوع و برودتی مدرن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از HFCها به عنوان مبرد اصلی استفاده کنند.
✅ ایمنی بالا : این مبردها غیر سمی و غیر قابل اشتعال هستند و در بسیاری از سیستم‌ها به راحتی جایگزین مبردهای قدیمی‌تر شده‌اند.

چالش‌های مبردهای HFC

⚠ تأثیر بالا بر گرمایش جهانی : اگرچه این مبردها به لایه اوزون آسیب نمی‌زنند، اما دارای GWP (پتانسیل گرمایش جهانی) بالایی هستند. برخی از آن‌ها تا هزاران برابر قوی‌تر از CO₂ در به دام انداختن گرما در جو زمین عمل می‌کنند.
⚠ حذف تدریجی از بازار : به دلیل تأثیر بالای آن‌ها بر گرمایش زمین، پروتکل کیگالی (اصلاحیه‌ای بر پروتکل مونترال) استفاده از بسیاری از HFCها را در سال‌های آینده محدود کرده است.
⚠ هزینه تولید و جایگزینی : برخی از HFCها گران‌تر از HCFCها هستند و جایگزینی آن‌ها در برخی سیستم‌های قدیمی نیاز به تعدیل و تغییرات فنی دارد.

پرکاربردترین مبردهای HFC

برخی از رایج‌ترین HFCهایی که در سیستم‌های تهویه مطبوع و برودتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، عبارت‌اند از :
•    R-23 → مورد استفاده در سیستم‌های دمای پایین
•    R-134a → پرکاربرد در کولرهای خودرو، یخچال‌های خانگی و سیستم‌های تهویه مطبوع
•    R-404A → استفاده در صنایع برودتی مانند سردخانه‌ها
•    R-407C → جایگزین R-22 در برخی از سیستم‌های تهویه
•    R-410A → یکی از مهم‌ترین مبردهای مورد استفاده در کولرهای گازی مدرن
•    R-417A، R-422A، R-422B، R-422D → جایگزین‌هایی برای R-22 در سیستم‌های قدیمی
•    R-507، R-508 → مورد استفاده در کاربردهای برودتی صنعتی

مبردهای HFC به دلیل عدم تخریب لایه اوزون، یک جایگزین مهم برای CFCها و HCFCها در صنعت تبرید و تهویه مطبوع محسوب می‌شوند. اما به دلیل تأثیر بالای آن‌ها بر گرمایش زمین، تلاش‌هایی برای کاهش استفاده از آن‌ها و جایگزینی با مبردهای طبیعی مانند CO₂، آمونیاک و هیدروکربن‌ها در حال انجام است.

مبردهای طبیعی : راهکاری پایدار برای صنعت تبرید

مبردهای طبیعی ترکیباتی هستند که به‌صورت طبیعی در محیط یافت می‌شوند و برخلاف مبردهای صنعتی، تولید انبوه مصنوعی ندارند. این مبردها با کمترین تأثیر زیست‌محیطی، جایگزین مناسبی برای مبردهای مخرب مانند CFC، HCFC و HFC محسوب می‌شوند.

ویژگی‌های کلیدی مبردهای طبیعی

✅ بدون آسیب به لایه اوزون (ODP=0) → فاقد ترکیبات کلردار هستند، بنابراین هیچ تخریبی برای لایه اوزون ایجاد نمی‌کنند.
✅ GWP بسیار پایین → تأثیر بسیار ناچیزی بر پدیده گرمایش زمین دارند.
✅ قیمت پایین و در دسترس بودن → به دلیل ماهیت طبیعی‌شان، ارزان‌تر و در دسترس‌تر از مبردهای مصنوعی هستند.
✅ بازدهی انرژی بالا → در برخی موارد عملکرد بهتری نسبت به مبردهای صنعتی دارند.

انواع مبردهای طبیعی و کاربردهای آن‌ها

1. آمونیاک (NH₃ - R717)
✔ ویژگی‌ها : بازدهی بالا، زیست‌سازگار، غیرقابل اشتعال، سمی
✔ کاربردها: سردخانه‌های صنعتی، سیستم‌های تبرید تجاری بزرگ، کارخانه‌های مواد غذایی و نوشیدنی
2. دی‌اکسید کربن (CO₂ - R744)
✔ ویژگی‌ها : غیر سمی، غیر قابل اشتعال، ارزان، نیازمند فشار عملیاتی بالا
✔ کاربردها : یخچال‌های تجاری، تهویه مطبوع خودرو، سیستم‌های سرمایشی فوق بحرانی
3. هیدروکربن‌ها (HCs - مانند پروپان R290 و ایزوبوتان R600a)
✔ ویژگی‌ها : بازدهی بالا، ارزان، اشتعال‌پذیر
✔ کاربردها : یخچال‌های خانگی، تهویه مطبوع، سیستم‌های تبرید کوچک
4. آب (H₂O - R718)
✔ ویژگی‌ها : غیر سمی، غیر قابل اشتعال، در دسترس، اما راندمان تبرید پایین
✔ کاربردها : سیستم‌های خنک‌کننده تبخیری، برج‌های خنک‌کننده
5. هوا (R729)
✔ ویژگی‌ها : غیر سمی، غیر قابل اشتعال، موجود در همه جا
✔ کاربردها : صنایع هوافضا، سیستم‌های سرمایشی با دمای بسیار پایین

مبردهای طبیعی به دلیل سازگاری بالا با محیط زیست، هزینه کم و عملکرد مناسب، آینده صنعت تبرید را شکل می‌دهند. بسیاری از کشورها به‌منظور کاهش اثرات زیست‌محیطی مبردهای مصنوعی، در حال جایگزینی سیستم‌های تبرید خود با مبردهای طبیعی هستند.

رایج‌ترین مبردهای مورد استفاده در سیستم‌های تهویه مطبوع

با پیشرفت فناوری و افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی، استفاده از مبردها دستخوش تغییرات زیادی شده است. در حال حاضر، برخی از مبردهای پرکاربرد در سیستم‌های تهویه مطبوع شامل ترکیبات HFC و HCFC هستند که به دلیل کارایی بالا و تأثیر کمتر بر لایه اوزون، به‌طور گسترده در تجهیزات سرمایشی و تهویه مطبوع استفاده می‌شوند.
1. مبرد R-134a (HFC)
✅ ویژگی‌ها : فاقد کلر، بدون تأثیر بر لایه اوزون (ODP=0)، GWP نسبتاً بالا
✅ کاربردها : یخچال‌های خانگی، کولرهای خودرو، سیستم‌های تبرید تجاری
2. مبرد R-407C (HFC)
✅ ویژگی‌ها : جایگزین مناسب برای R-22، بازدهی خوب، بدون تخریب لایه اوزون
✅ کاربردها : سیستم‌های تهویه مطبوع خانگی و تجاری، چیلرها
3. مبرد R-410A (HFC)
✅ ویژگی‌ها : فشار و ظرفیت سرمایشی بالاتر نسبت به R-22، راندمان انرژی بهتر
✅ کاربردها : کولرهای گازی اسپلیت، داکت اسپلیت، چیلرهای کوچک
4. مبرد R-22 (HCFC) – در حال حذف شدن
🚫 معایب : دارای کلر و تأثیر منفی بر لایه اوزون (ODP ≠ 0)، استفاده از آن در بسیاری از کشورها ممنوع شده است
✅ کاربردها (قبلاً) : سیستم‌های تهویه مطبوع قدیمی، چیلرهای تراکمی، سردخانه‌ها
5. مبرد R-404A (HFC)
✅ ویژگی‌ها : جایگزین R-502، عملکرد خوب در دماهای پایین، GWP بالا
✅ کاربردها : یخچال‌های صنعتی، سردخانه‌ها، سیستم‌های تبرید تجاری
صنعت تهویه مطبوع به سمت استفاده از مبردهای با GWP پایین و دوستدار محیط زیست در حال حرکت است. انتظار می‌رود در آینده، مبردهای طبیعی و مبردهای نسل جدید HFO جایگزین ترکیبات رایج امروزی شوند تا تأثیرات مخرب زیست‌محیطی به حداقل برسد.

روش شماره گذاری مواد سرمازا (مبرد)

عدد نشان دهنده ماده مبرد یک عدد سه رقمی به صورت abc بعد از Refrigerant یا R میباشد و در مورد ماده سرمازا پایه کربنی به روش زیر میتوان از فرمول مبرد استخراج نمود.

شماره گذاری مواد سرمازای پایه معدنی مانند آب و آمونیاک

شماره مبرد یک عدد سه رقمی است که رقم اول آن 7 و دو رقم بعدی جرم مولکولی آنهاست.

نتیجه‌گیری

با پیشرفت فناوری و تغییرات سیاست‌های زیست‌محیطی، صنعت تبرید و تهویه مطبوع به سمت استفاده از مبردهای کم‌خطرتر برای محیط زیست حرکت کرده است. CFCها و HCFCها به دلیل تأثیرات منفی بر لایه اوزون تقریباً از دور خارج شده‌اند و HFCها نیز به تدریج در حال جایگزینی با گزینه‌های پایدارتر مانند مبردهای طبیعی و HFOها هستند. آینده صنعت مبردها در گرو توسعه فناوری‌های نوین و استفاده از ترکیباتی با GWP پایین و بازدهی انرژی بالا خواهد بود که نه‌تنها کارایی سیستم‌های سرمایشی را بهبود می‌بخشد، بلکه تأثیرات منفی بر محیط زیست را نیز کاهش می‌دهد.