بررسی ویژگی‌های مبرد R22 و گزینه‌های جایگزینی آن


اثرات زیست محیطی مانند گرم شدن کره زمین و تخریب لایه اوزن به یکی از چالش‌های صنعت تبرید و تهویه مطبوع تبدیل شده است. سیستم‌های تبرید یکی از تجهیزات پر استفاده در بخش صنایع است، در این سیستم‌ها عموما از سیکل تبرید تراکمی استفاده می‌شود. در دهه اخیر مسائل زیست محیطی مرتبط با گازهای گلخانه‌ای وتخریب لایه ازون سبب شده است تا تلاش‌های گسترده ای به منظور یافتن جایگزین‌های مناسب برای مبردهای مصنوعی فعلی صورت می‌پذیرد امروزه مبردهای طبیعی به علت سازگار بودن با محیط زیست مورد توجه محققین قرارگرفته است.

درمیان مواد طبیعی موجود هیدروکربن‌ها به علت فراوانی ارزان بودن و خواص مناسب ترموفیزیکی بیش ازسایرمواد طبیعی شانس مطرح شدن درآینده صنعت تبرید را دارند. یکی از علل تخریب لایه ازون و افزایش گرمای زمین استفاده از ترکیبات هیدروکربورها در مبرد هاست که به دنبال کشف این موضوع تلاش‌های زیادی برای جایگزینی مبردهایی که در سیستم‌های برودتی استفاده می‌شود، صورت گرفت. در چهارمین گردهمایی کشورهای امضا کننده‌ی پروتکل مونترآل که سال ۱۹۹۲ در کوپنهاک برگزار گردید، تصویب شد که استفاده از گروه مبرد HCFC که در مولکول‌های آنها اتم کلر وجود دارد و حتی آنهایی که دارای اتم هیدروژن هستند و تا حدی تاثیر کمتری بر لایه ازون دارند باید ممنوع اعلام شوند.

دسته‌ای از این مبردها، عبارتند از: R22، R124b ، R142b ، R141b .

adbanner

در نشست هفتم که در سال ۱۹۹۵ و در وین برگزار گردید، مقرر شد که استفاده از R22 و دیگر مبردهای HCFC در بازه زمانی بین سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۴۰ به‌طور کامل منتفی شود. اما کشورهای صنعتی محدوده‌ی زمانی حذف این مبردها را بسیار زودتر در نظر گرفته‌اند. برای مثال سوئیس تاریخ بین سال‌های ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۲ را تعیین کرده است. آلمان استفاده از HCFC را در سیستم‌های برودتی جدید از سال ۲۰۰۰ ممنوع اعلام کرده است. سوئد از سال ۲۰۰۵ و آمریکا اجتناب از R141b را سال ۲۰۰۳ و R22 را سال ۲۰۱۰ و R123  را سال ۲۰۲۰ تعیین کرده است. اتحادیه اروپا نیز از سال ۲۰۰۰ خواهان ممنوعیت R22 و R502 است.

با مقالات جامع و معتبر تهویه مطبوع لوگرانو همراه باشید:

  1. چیلر
  2. کولر گازی
  3. داکت اسپلیت

مبرد ماده‌ای است که با جذب گرما از سیکل و انتقال آن به جای دیگر، باعث ایجاد برودت می‌شود که این انتقال گرما توسط تقطیر و تبخیر پی در پی مبردها اتفاق می‌افتد. این مواد، سیال عامل سیکل تبرید، تهویه مطبوع و پمپ‌های گرمایی هستند. تغییر فازهای ذکر شده، در هر دو سیستم تراکمی و جذبی اتفاق می‌افتند. اما در سیکل گازی که با سیال عاملی مانند هوا کار کند، با تغییر فاز روبه رو نخواهیم شد. طراحی تجهیزات تبرید کاملا وابسته به مشخصات مبرد انتخاب شده می‌باشد.

در انتخاب مبرد نیز مواردی مانند گرمای نهان تبخیر زیاد، گرمای ویژه کم، عدم اثرات زیان بار زیست محیطی، سمی نبودن، عدم خوردگی، عدم جذب رطوبت، قابلیت اختلاط با روغن سیستم، عدم قابلیت اشتعال و انفجار، کمترین اختلاف فشار بین تبخیر و تقطیر و سهولت ردیابی به هنگام نشست احتمالی تأثیر گذارند. همچنین راندمان یک سیستم تبرید به تمام اجزای آن مثل کمپرسور، اواپراتور، کندانسور ، شیر انبساط و … بستگی دارد. اما لازمه کار کردن سیستم با راندمان مورد نظر، انتخاب مبردمناسب است.

مبرد R22 از مبردهای سری HCFC هیدرو کلرو فلورو کربن می‌باشد که میزان ODP آن ۰.۰۵ و میزان شاخص GWP آن ۱۸۱۰ است. این مبرد که از مبردهای پرکاربرد در ایران می‌باشد معمولا در کپسول‌های ۱۳.۵ کیلویی در بازار موجود است.  R22در چیلرهای تهویه مطبوع ،سردخانه ، یخساز واسپلیت یونیت‌ها مورد استفاه بوده و در رنج دمایی زیر صفر و بالای صفر مورد استفاده قرار گرفته است. میزان ODP  مبرد R410a عدد ۰ و میزان شاخص GWP آن ۲۰۸۸ است.

شکل (۱۱) تاثیر تغییر دمای هوای محیط بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می‌دهد. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای هوا ضریب عملکرد افزایش  و دبی جرمی مبرد ثابت می‌ماند. در شکل (۱۱) دمای هوا “℃۵۰”   و در شکل (۱۰) دمای اواپراتور “℃۵”  در نظر گرفته شده است. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای اواپراتور هم ضریب عملکرد و هم دبی جرمی مبرد افزایش پیدا می‌کند، هرچند سرعت افزایش متفاوتی با هم خواهند داشت. با افزایش دمای اواپراتور، توان مصرفی کمپرسور کم شده و ضریب عملکرد آن با افزایش روبه رو خواهد بود. شکل (۱۰) نیز تاثیر تغییر دمای هوای محیط بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می‌دهد. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای هوا ضریب عملکرد افزایش  و دبی جرمی مبرد ثابت می‌ماند.

شکل‎ – ۱ ‎‏ تغییر ضریب عملکرد و دبی جرمی مبرد با تغییر دمای اواپراتور

شکل (۱) تاثیر تغییر دمای اواپراتور بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می دهد(در شکل(۱) دمای هوا “℃۵۰”   و در شکل (۲) دمای اواپراتور “℃۵” در نظر گرفته شده است. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای اواپراتور هم ضریب عملکرد و هم دبی جرمی مبرد افزایش پیدا می‌کند، هرچند سرعت افزایش متفاوتی با هم خواهند داشت. با افزایش دمای اواپراتور، توان مصرفی کمپرسور کم شده و ضریب عملکرد آن با افزایش روبه رو خواهد بود.

شکل (۲) نیز تاثیر تغییر دمای هوای محیط بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می‌دهد. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای هوا، ضریب عملکرد افزایش و دبی جرمی مبرد افزایش ملایمی خواهد داشت.

 

 

adbanner

شکل (۳) تاثیر تغییر دمای اواپراتور بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می دهد(در شکل(۳) دمای هوا “℃۵۰” و در شکل (۴) دمای اواپراتور “℃۵” در نظر گرفته شده است. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای اواپراتور هم ضریب عملکرد و هم دبی جرمی مبرد افزایش پیدا می‌کند، هرچند سرعت افزایش متفاوتی با هم خواهند داشت. با افزایش دمای اواپراتور، توان مصرفی کمپرسور کم شده و ضریب عملکرد آن با افزایش روبه رو خواهد بود.

شکل (۵) نیز تاثیر تغییر دمای هوای محیط بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می‌دهد. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای هوا، ضریب عملکرد افزایش و دبی جرمی مبرد افزایش ملایمی خواهد داشت.

شکل (۶) تاثیر تغییر دمای اواپراتور بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می-دهد(در شکل(۶) دمای هوا “℃۵۰” و در شکل (۷) دمای اواپراتور “℃۵” در نظر گرفته شده است. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای اواپراتور هم ضریب عملکرد و هم دبی جرمی مبرد افزایش پیدا می کند، هرچند سرعت افزایش متفاوتی با هم خواهند داشت. با افزایش دمای اواپراتور، توان مصرفی کمپرسور کم شده و ضریب عملکرد آن با افزایش روبه رو خواهد بود.

شکل (۷) نیز تاثیر تغییر دمای هوای محیط بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می دهد. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای هوا، ضریب عملکرد افزایش و دبی جرمی مبرد افزایش ملایمی خواهد داشت.

شکل (۸) تاثیر تغییر دمای اواپراتور بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می­دهد(در شکل(۸) دمای هوا و در شکل (۹) دمای اواپراتور در نظر گرفته شده است. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای اواپراتور هم ضریب عملکرد و هم دبی جرمی مبرد افزایش پیدا می­کند، هرچند سرعت افزایش متفاوتی با هم خواهند داشت. با افزایش دمای اواپراتور، توان مصرفی کمپرسور کم شده و ضریب عملکرد آن با افزایش روبه­رو خواهد بود.

شکل (۹) نیز تاثیر تغییر دمای هوای محیط بر روی دبی جرمی مبرد و ضریب عملکرد سیکل تبرید را نشان می­دهد. همانطور که نشان داده شده است با افزایش دمای هوا، ضریب عملکرد افزایش  و دبی جرمی مبرد نیز افزایش خواهد داشت.

برای تصمیم‌گیری در مورد مبرد جایگزین، باید میانگین مقادیر مربوط به توان مصرفی کمپرسور، ضریب عملکرد سیکل تبرید تراکمی و دمای گاز خروجی از کمپرسور بررسی شود. با توجه به بررسی‌ها، مبردهایی که عملکرد آن­ها در تغییر پارامترهای مورد مطالعه، از جمله توان مصرفی کمپرسور، ضریب عملکرد سیکل تبرید و دمای گاز خروجی از کمپرسور، نزدیک مبرد R22 است، عبارتند از: مبرد R410A و R407C.

 

 

حال بنا به اهمیت توان مصرفی کمپرسور یا دمای گاز خروجی از کمپرسور و ضریب عملکرد مبرد جایگزین انتخاب می­‌شود. اگر توان مصرفی کمپرسور و دمای گاز خروجی از کمپرسور معیار جایگزینی انتخاب شود، مبرد R407C مبرد مناسب جایگزینی و اگر ضریب عملکرد معیار جایگزینی انتخاب گردد، مبرد R410A مبرد مناسب جایگزین R22 انتخاب خواهد شد. همانطور که قبلا هم اشاره شد، مبردهای مطالعه شده برای جایگزینی با مبرد R22 از دسته مبردهای HFC هستند. بایستی در انتخاب این مبردها هم محتاطانه عمل نمود، به دلیل اینکه این مبردها تحت پروتکل کیوتو شامل محدودیت‌هایی می‌باشند.

در شکل ۱۲ میزان تخریب اگزرژی اجزای سیکل تبرید تراکمی شامل کندانسور، کمپرسور فشار پایین، کمپرسور فشار بالا، اواپراتور و شیرهای انبساط برای سه مبرد R22، R407C و R410a نشان داده شده است. مطابق شکل میزان تخریب اگزرژی اجزای سیکل برای دومبرد R22 و R410a در اکثر موارد تقریبا یکسان است.

 

در شکل ۱۳ میزان ضریب عملکرد و همچنین راندمان های قانون دوم ترمودینامیک را برای مبرد های نامبرده شده نشان می دهد. مطابق این شکل میزان عملکرد برای مبرد R410a بیشتر از سایر مبردهاست.

 

در شکل ۱۴ میزان حرارت دفع شده در کندانسور، میزان حرارت جذب شده در اواپراتور و مقدار کار کمپرسور را برای سه مبرد نشان می دهد. مقادیر حرارت برای مبرد R410a بیشتر از سایر مبرد ها و مقدار کار کمپرسور برای این مبرد کمتر است.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پنج × پنج =

    خانهداکت اسپلیتتماس با ما