مبرد چیست؟

به ماده ای مبرد یا سرمازا گویند که در یک چرخه گرمایی بتواند افزون بر گرفتن گرما و پس دادن آن در محل دیگر، برگشت پذیر بوده و از مایع به گاز و بالعکس تبدیل شود. استاندارد ۳۴ ASHRAE، بیش از صد مبرد یا سرمازا را نام برده است. در حقیقت مبرد، یا سرمازا ماده ای است در فاز گاز یا مایع (حالت سیال) که در حین پیمودن سیکل تبرید دائما از حالت مایع به گاز تغییر حالت می دهد و بعد از سرد شدن، از حالت گاز به مایع تبدیل می شود. از مبردها یا مواد سرمازا در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع برای خنک کردن محیط استفاده می شود. به طور کلی ماده مبرد در سیستم ها و دستگاه هایی که از سیکل تبرید تراکمی بخار استفاده می کنند، وجود دارد.

طبقه بندی مبرد ها

در تمامی سیستم‌های تبریدی که در اطراف ما وجود دارند از قبیل سردخانه ها، چیلرها و حتی یخچال های خانگی، از ماده مبرد استفاده می کنند. در هر کدام از این سیستم‌ها از مواد مختلفی به عنوان ماده مبرد استفاده شده است. طبقه بندی مبردها عبارتند از:

در این بخش به شرح طبقه بندی از دیدگاه نمودار بالا پرداخته می شود.

1) مبرد های مصنوعی

این مبردها در طبیعت یافت نمی شوند و به صورت مصنوعی تولید می شوند. بیشتر این بخش را، هالوکربن ها (هر ماده مبرد که دست کم دارای یک نوع هالوژن (کلر، فلور، برم و بد) باشد) تشکیل می دهند و خود در دو گروه قرار دارند:

1-1) مبردهای خالص

مبردهای هالوژنی خالص از یک نوع مولكول تشکیل شده اند و خود در چهار گروه دسته بندی می شوند؛

• گروه CFC

  ماده تشکیل دهنده شامل کربن و فلور و کلر است. چون در ساختار این گروه فقط کربن و هالوژن ها قرار دارند آن را گروه هالوژنی کامل کلردار نیز می نامند. مانند: R12.

• گروه HCFC

  ماده تشکیل دهنده آن شامل عناصر کربن و فلور و کلر و هیدروژن است. چون در ساختار این گروه علاوه بر کربن و هالوژن ها، هیدروژن نیز قرار دارد آن را گروه هالوژنی ناقص نیز می نامند. مانند: گاز مبرد R22.

• گروه HFC

  ماده تشکیل دهنده آن شامل عناصر کربن و فلور و هیدروژن است. همانطور که دیده می شود کلر از ساختار این گروه خارج شده است. مانند: گاز مبرد R134a.

• گروه FC

  ماده تشکیل دهنده آن شامل عناصر کربن و فلور است. گاهی این گروه را PCF نیز می نامند. همانطور که دیده میشود کلر و هیدروژن از ساختار این گروه خارج شده است. آن را گروه هالوژنی کامل بدون کلر نیز می نامند. مانند: R14.

1-2) مبرد های مخلوط

مخلوط دو یا چند ماده مبرد را با نسبت خاصی با یکدیگر که خود به دو گروه اصلی دسته بندی می شوند؛

• آزئوتروپ ها

  آزئوتروپ ها از آمیختن دو یا چند مبرد (سرمازا) که بعد از در هم شدن یک ماده تازه را تشکیل می دهند که ویژگی آن ماده با هر یک از مواد تشکیل دهنده آن متفاوت است، به دست می آید. درصدهای مواد تشکیل دهنده این سرمازا ها در حالت های گاز و مایع مساوی است. سرمازا های سری ۵۰۰ از این دسته می باشند. مانند R507 که ترکیبی از ۵۰ درصد R125 و ۵۰ درصد R134a است.

• زئوتروب ها

  زئوتروپ ها از آمیختن دو یا چند مبرد که در فشار و دمای معین درصدهای تشکیل دهنده مواد در حالت گاز و مایع برابر نیستند، به دست می آیند. در نتیجه عمل تبخیر یا تقطیر در دمای ثابتی انجام نمی شود. مواد سرمازای سری ۴۰۰ از این دسته می باشند. مانند گاز مبرد R410a که ترکیبی از ۵۰ درصد R125 و ۵۰ درصد R32 است.

2) مبرد های طبیعی

2-1) مبرد های آلی

• هیدروکربن ها (HC)

  ساختار اصلی این دسته را کربن و هیدروژن تشکیل می دهد. در بعضی از کشورها این دسته از مبردها بسیار به کار می رود. از شناخته ترین هیدروکربن هایی که در تبرید رایج می باشند پروپان R290 و ایزو بوتان R60a می باشد. از ویژگی های این مبردها: اثر نامطلوب زیست محیطی کم، اشتعال پذیری بالا، راندمان زیاد، سرد کنندگی خیلی خوب می باشد.

2-2) مبرد های معدنی

• آمونیاک (NH3)

  آمونیاک R717 مهم ترین ترکیب هیدروژنه ازت است و در طبیعت از تجزیه مواد آلی ازت دار بدست می آید. آمونیاک گازی است بی رنگ، با مزه فوق العاده تند و زننده که اشک آور و خفه کننده است. گاز آمونیاک از هوا سبک تر بوده و به سهولت به مایع تبدیل می شود. آمونیاک در آب بسیار محلول بوده و نقطه ذوب آن ۷8 درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن ۳۴درجه سانتی گراد است. آمونیاک سبب تحریکات دستگاه تنفسی، پوست و چشم می شود. با آسیب رساندن به شش ها در اثر مواجهه با حجم زیاد این گاز می تواند سبب مرگ نیز شود.

  آمونیاک به شکل نمک آمونیاک نخستین بار توسط جابر ابن حیان شیمیدان ایرانی شناخته شده است. اما آنچه جلب توجه می کند قیمت پایین، بازدهی بالای سیکل، ضریب انتقال گرمایی و دمای بالای بحرانی این ماده است. ضمن اینکه 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 است. به خصوص که اثر مخرب برلایه ازن ندارد و اثر گرمازایی نیز ندارد. نکات منفی در مورد آمونیاک بوی تند، سمی بودن و توانایی افروزش و انفجار و سبک تر از هوا بودن است.

• دی اکسید کربن (CO)

  یکی دیگر از مبردهای طبیعی دی اکسید کربن R744 است که در جو یافت می شود. قیمت پایین و سادگی سیستم و کارکرد با روغن معدنی و بی خطر بودن برای طبیعت از مزایای این ماده است. دی اکسید کربن دارای فشار بحرانی بالا و دمای بحرانی پایین 31 درجه سانتی گراد و دمای نقطه سه گانه نسبتا بالا منفی 56 درجه سانتیگراد  است.

• آب

  در سیستم های جذبی از آب R718 به عنوان ماده سرمازا استفاده می شود.

• هوا

  گرچه استفاده از هوا ۷۲۹R در چرخه ها نسبت به سایر سرمازاها بهره کمتری دارد با این حال در صنایع و سرد کردن کابین هواپیما از آن استفاده می شود.

تصویر جدول مواد مبرد خالص در زیر نمایش داده شده است