هر سیستم تبرید تراکمی نیاز به یک سیال کاری دارد که یا تغییر فاز از مایع به گاز و بالعکس، گرما را جذب و به بیرون دفع کند. به این سیال عامل مبرد یا گاز سردکننده می‌گویند. عموماً سیالاتی به عنوان مبرد استفاده می‌شوند که بتوانند به سادگی تغییر فاز دهند. امروزه مبردهای زیادی در صنعت تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند، اما نکته مهم و مشترک در همه آنها، اثرات زیست محیطی مبردها می‌باشد.
در این مقاله به بررسی این موضع خواهیم پرداخت.
آشنایی با مبردها
سیالی که به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می‌گیرد باید دارای خصوصیات زیر باشد:
- نقطه انجماد پایین
- ضریب انتقال حرارت بالا
- سمی نبودن
- عدم قابلیت اشتعال
- عدم واکنش با روغن
- دارای گرمای نهان متعادل برای تبخیر مناسب
- عدم اکسیداسیون
مواد شیمیایی که خواص مناسبی برای استفاده به عنوان مبرد دارند عمدتاً از عناصر هیدروژن، کربن و هالوژن‌ها تشکیل شده‌اند، که به آنها هالوکربن گویند. مبردهای هالوکربن را می‌توان به شکل زیر دسته بندی کرد:
خالص:
- R11، R12 : CFC
- R22، R123 : HCFC
- R32 ، R134a ، R125 ، R143a ، R23، R152a : HFC
- طبیعی : R717، R290، R600a، R744
ترکیبی:
- زیوتروپ : R407c، R410a، R404a
- ایزوتروپ : R502، R507
البته مبردهای دیگر از جمله هیدروکربن‌ها مثل ایزوبوتان یا R600a، پروپان یا R290 و…
یا مبردهای معدنی مثل آمونیاک و کربن دیاکسید نیز به عنوان مبرد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
همان طور که مشاهده می‌شود تمام مبردها با یک شماره منحصر به فرد و حرف انگلیسی R نام‌گذاری شده‌اند.
اثرات زیست محیطی مبردها
اثرات زیست محیطی مبردهای مورد استفاده در صنعت تبرید به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- تخریب لایه اوزون
- ایجاد اثر گلخانهای
در ادامه با هر یک از این پدیده ها و میزان شدت اثر مبردها را بررسی می‌کنیم.
جهت آشنایی با مبرد R22 و کاربردهای آن این مقاله را مطالعه کنید.
تخریب لایه اوزون
لایه اوزون یک لایه از گاز اوزن است که در ارتفاع 20 تا 30 کیلوتری سطح زمین یا ضخامتی معادل 3 میلی‌متر قرار گرفته است. این لایه پرتوهای فرابنفش خورشید را که برای انسان و جانداران بسیار مضر است جذب کرده و به شکل فروسرخ که بی‌خطر است به زمین می‌فرستند.
اوزون از سه اتم اکسیژن تشکیل شده که ناپایدار است. ترکیبات CFC با وجود اتم‌های کلر و برم در آنها به راحتی با اکسیژن پیوند می‌هند و عملاً باعث تخریب لایه اوزون می‌شوند. با برخورد نور خورشید به اوزون یک اتم اکسیژن از آن جدا می‌شود که به سبب آن انرژی فرابنفش کاهش یافته و به فروسرخ تبدیل می‌شود. اما اگر در جو اتم‌های مبرد نیز وجود داشته باشد اتم کلر یا برم می‌تواند با آن یک اکسیژن آزاد پیوند شیمیایی برقرار کند و عملاً اوزون به اکسیژن تبدیل می‌شود که رفته رفته با تکرار این واکنش لایه اوزون تخریب می‌شود و خاصیت جذب امواج فرابنفش را از دست می‌دهد.
از مضرات امواج فرابنفش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کاهش سیستم دفاعی بدن
- تخریب زندگی آبزیان
- آسیب به بافت چشم
- آسیب‌های جدی پوستی (مثل سرطان پوست و ..)
با 1٪ افزایش اشعه فرابنفش، 10٪ از محصولات کشاورزی کم می‌شود و 2٪ احتمال ابتلا به سرطان در انسان افزایش می‌یابد.
اما شدت آسیب به لایه اوزون در همه مبردها یکسان نیست، برای مقایسه میزان تخریب اوزون توسط هر مبرد واحدی وجود دارد به نام ODP که مخفف Ozone Depletion Potential یعنی پتانسیل تخریب اوزون که در اولین بار در سال 1953 معرفی شد. تعریف آن به این شکل است: ODP هر ماده برابر است با میزان تخریب لایه اوزون توسط آن ماده تقسیم بر میزان تخریب لایه اوزون توسط مبرد R11.
یعنی اگر ODP مبردی برابر 1 باشد، میزان تخریب لایه اوزون توسط آن با گاز R11 برابر است. پس هر چه ODP کوچکتر باشد بهتر است. به عنوان مثال گاز R134a که یک جایگزین عالی برای گاز R11 و R12 معرفی می‌شود ODP برابر با 0.000015 یعنی تقریبا صفر دارد پس تخریب لایه اوزون آن بسیار کم است. مبرد آمونیاک و گاز کربن دیاکسید نیز ODP معادل صفر دارند. ODP بعضی از گازهای مبرد را می‌توانید در جدول زیر ببینید.
اثر گل خانه‌ای مبردها
یکی دیگر از اثرات زیست محیطی مبردهای مورد استفاده، تشدید پدیده گلخانهای می‌باشد. اثر گلخانهای نام خود را از گلخانه‌های پرورش گیاهان وام گرفته است. در گلخانه‌ها پس از آنکه نور خورشید از شیشه‌های تعبیه شده عبور کرد، انرژی آن کم می‌شود و با برخورد با سطح زمین دیگر توانایی لازم برای بازتاب به محیط اطراف را نخواهد داشت. لذا باعث گرم شدن محیط داخل گلخانه می‌شود.
اثر گلخانهای در سطح زمین نیز به همین شکل است اما به جای شیشه با برخورد به بعضی از اتم‌های موجود در جو، گیر افتاده و باعث افزایش دمای زمین می‌گردد. بخار آب، دی اکسیدنیتروژن، دی اکسیدکربن ، متان و ازت از جمله گازهای گلخانهای اصلی هستند. اگر این گازها در جو نبودند، پرتوهای خورشید مجدداً به فضا بر می‌گشت و به این ترتیب هوای زمین ۳۳ درجه سردتر از دمای کنونی آن می‌شد. اما اکثر این گازها به طور طبیعی در جو زمین وجود دارند و همان طور که دیدیم با گرم نگه داشتن سیاره ما، محیطی مناسب برای زندگی جانداران فراهم می‌کنند. نگرانی اصلی برای پدیده‌ای است به نام اثر گلخانهای افزوده، یعنی وجود گازهای که میزان به دام افتادن پرتوهای خورشید را از حالت عادی بیشتر می‌کنند و در نتیجه دمای زمین از حالت نرمال خود بیشتر می‌شود که یکی از اصلی‌ترین موارد مبردها می‌باشند. افزایش دمای زمین می‌تواند خسارات بسیار زیادی به بار بیاورد از جمله:
- تغییرات اقلیمی باعث از بین رفت جانداران خاص هر اقلیم می‌شود
- تغییر دما باعث وزش باد و در نتیجه طوفان می‌شود
- بیماری های گرمسیری مثل مالاریا و گرما زدگی افزایش می‌یابد
- باعث ذوب شدن یخ‌های قطبی و افزایش سطح آب‌های آزاد و بروز سیل می‌شود
برای آنکه بتوان گازهای مختلف را از لحاظ تاثیر گلخانهای مقابسه کرد، واحدی وجود دارد به نام GWP که مخفف Global warming potential به معنی پتانسیل گرمایش جهانی است. این مقایسه بیان می‌کند که هر گاز نسبت به گاز کربن دیاکسید، چقدر گرما در یک بازه زمانی مشخص در جو زمین به تله می‌اندازد.
گاز کربن دیاکسید یکی از اصلی‌ترین گازهای گلخانه به حساب می‌آید و به عنوان معیار در این محاسبه قرار می‌گیرد در نتیجه GWP آن برابر 1 است. حال برای هر گاز هرقدر این عدد بزرگتر باشد اثر گلخانهای آن بیشتر می‌شود.
GWP در یک بازه زمانی مشخص اندازه‌گیری می‌شود مثل 20 یا 100 سال، که این عدد تاثیر بسزایی بر مقدار GWP محاسبه شده دارد. چراکه بعضی از گازها در بلند مدت اثر بیشتری دارند و مقایسه آن در کوتاه مدت ممکن است باعث برداشت نادرست بشود.
جمع‌بندی
مبردهای مورد استفاده در صنعت تبرید، خواص ترمودینامیکی مناسبی برای عمل سرمایش در سیکل دارند، اما نباید فراموش کرد که این گازها به علت وجود عناصری مثل کربن، کلر، برم و … می‌توانند برای محیط زیست مخرب باشند. مطابق استانداردهای مختلف از جمله پروتوکل مونترال استفاده از بعضی گازها مثل R11 و R12 به کلی ممنوع شده است و بعضی دیگر از مبردها نیز باید با رعایت نکات ایمنی استفاده شوند. اما متاسفانه به علت موارد اقتصادی بسیاری این پروتکل‌ها را نادیده می‌گیرند.
امیدواریم از این مقاله استفاده برده باشید و هنگام استفاده از مبردها نکات در مورد اثرات زیست محیطی را رعایت کنید. جهت خرید و کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع مبرد به قسمت محصولات گاز و مبرد وب‌سایت مراجعه و یا با کارشناسان فروش ما در تماس باشید.
