مفاهیم تبرید و یا برودت همواره در زندگی روزمره ما نقش مهمی دارند. سرما و گرما یکی از نیازهای اساسی و پراهمیت در زندگی بشر بوده است. در بیشتر مواقع دمای محیطی که در آن هستیم متعادل نیست و انسان دائماً با تغییر دما مواجه است. اما بشر توانسته با استفاده از گرما و سرما دمای اطراف خود را متعادل و کنترل نماید. همان‌طور که توضیح دادیم سرما یکی از این دو بخش مهم است. نیاز به سرما، نیازی نیست که با پیشرفت علم دیگر درخواستی برای آن وجود نداشته باشد و نیاز به آن برطرف شود. مبرد یکی از مواد بسیار مهم و حیاتی در سیستم‌های برودتی است که با توجه به شرایطی که دارند، استفاده از آن‌ها به یک ضرورت تبدیل شده است. در ادامه با تهویه آسمان همراه باشید تا به کاربرد این ماده‌ی مهم و ضروری بپردازیم و نحوه عملکرد آن را برای شما شرح دهیم.
فهرست مطالب
مبرد چیست؟
مُبَرِد (به انگلیسی Refrigerant) مادهای است که باتوجه به نوع عملکردش در سیستم‌های برودتی مانند کولر خودرو، یخچال و سیستم‌های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماده مبرد می‌تواند به راحتی بین دو حالت مایع و گاز تغییر فاز داده و حالتش را تغییر دهد. از این ماده که به‌منظور کاهش دمای قسمتی مشخص از یک ناحیه در فرآیند تبرید بهره برده میشود، در سیستم‌هایی با سیکل تبرید تراکمی بخار، استفاده میشود.
در ساخت مبردهایی که در سیستم‌های تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرند، از عناصری مانند کربن، نیتروژن، گوگرد، هیدروژن، فلوئور، کلر و برم استفاده میشود. در سال‌های اخیر و به دلیل حساسیت‌هایی که در رابطه با تخریب لایه اوزون بوجود آمده، عملاً از کلر و برم نیز نمی‌توان در محصولات مصرفی جدید استفاده کرد زیرا آن‌ها لایه اوزون را از بین می برند.
بیشتر بدانید: تلفظ مبرد چیست؟
انواع مختلفی از مبرد وجود دارند که در طول زمان با توجه به شرایط از آن‌ها استفاده می‌شده اما بعد از مدتی کنار گذاشته شده و از مبرد دیگری استفاده میشود. عمده دلایلی که باعث میشود یک مبرد کنار گذاشته شود برمی‌گردد به میزان سمی بودن آن گاز مبرد و خطرات ایمنی و زیست محیطی که با خود به همراه دارد. اکنون اگر به قوانین کشورهای مختلف نگاهی بیاندازیم، مشاهده می‌کنیم با توجه به میزان حساسیت هر کشور، ممکن است انواعی از مبرد در آن‌ها ممنوع باشد. به‌طور کلی نمی‌توان مبردی پیدا کرد که کاملاً پاک بوده و هیچ‌گونه خسارتی به جا نگذارد اما با توجه به نیازی که همیشه بشر به استفاده از این ماده و کارایی آن دارد، عملاً هیچ‌گاه نتوانسته آن را کنار بگذارد، فقط مجبور است بین آن‌ها تحقیق کند تا کم‌ضررترین مبرد را برای استفاده پیدا کند.
چگونه مبرد کار می کند؟
انواع مبردها
مبردها بر اساس ترکیبات و ساختار شیمیایی دسته‌بندی می‌شوند. یکی از اصلی‌ترین دسته‌بندی‌ها، هالوکربن‌ها (Halocarbon) هستند که در ترکیبات خود حداقل دارای یک هالوژن هستند. هالوکربن‌ها نیز خود به چند گروه تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
- کلرو فلورو کربن (CFC): این دسته از ترکیبات حاوی کلر، فلوئور و کربن هستند و بسیار خطرناکتر از دی اکسید کربن و متان هستند. تاکنون تلاش‌های زیادی برای حذف این دسته از مبردها صورت گرفته است.
- هیدرو کلرو فلرو کربن (HCFC): معروف‌ترین مبردی که در این دسته قرار می‌گیرد، گاز R22 است که در سال 2010 و در نتیجه قانون هوای پاک در ایالات متحده، استفاده از آن ممنوع شد و می‌بایست تا سال 2020 کاملاً حذف شود.
- هیدرو فلرو کربن (HFC): معروف‌ترین مبردهایی که در این دسته قرار می‌گیرد، عبارتند از R134، R410A و R407C. شاخصه اصلی این دسته، عدم استفاده از کلر (chlorine) در ساختار مبرد می‌باشد که باعث میشود آن‌ها بیشتر با محیط زیست دوست باشند.
در جدول زیر می‌توانید گازهای مهم مبرد که در شاخه هالوکربن‌ها قرار می‌گیرند را مشاهده نمایید:
| شماره مبرد | نام شیمیایی | فرمول شیمیایی |
| R11 | تری کلرو فلورو متان | CCL3F |
| R12 | دی کلرو دی فلور متان |
CCL₂F₂
|
| R22 | دی فلورو منو کلرو متان | CHCLF2 |
| R23 | تری فلورو متان | CHF3 |
| R134a | تترا فلوراتان | CH2FCF3 |
| R143a | تری فلورواتان | C2H3F3 |
| R123 | دی کلرو تری فلورو اتان | C2HCl2F3 |
| R124 | کلرو تترا فلورو اتان | C2HClF4 |
| R125 | پنتا فلورو اتان | C2HF5 |
| R410A | هیدرو فلوئور و کربن | 50%CH2F2/50%CHF2CF3 |
نحوه عملکرد سیستم برودتی
برای فهم بهتر سیکل تبرید در ابتدا به مفهوم سرما و گرما می‌پردازیم. گرما صورتی از انرژی است و سرما نبود گرماست. جسمی که گرمای بیشتری دارد، دمای آن بالاتر است و برعکس، جسمی که گرمای کمتری دارد، دمای آن پایین‌تر است. انرژی گرما هیچ‌گاه از بین نمی‌رود و فقط می‌توان آن را انتقال داد. اما همان‌طور که گفتیم سرما یک انرژی نیست بلکه پدیده‌ای است که بر اثر کاهش گرما روی می‌دهد. این پدیده در تبرید نقش مهمی دارد.
قبل از اینکه به بررسی انواع مبرد بپردازیم، باید کمی با نحوه کار سیستم‌های برودتی که از سیکل تبرید استفاده می‌کنند آشنا شویم.
سیستم‌های برودتی شامل چهار عضو مهم هستند که عبارتند از:
- کمپرسور (Compressor)
- کندانسور (Condenser)
- شیرانبساط (Expansion Valve)
- اواپراتور (Evaporator)
کمپرسور به عنوان قلب تپندۀ سیکل تبرید شناخته میشود که سیکل برودت را آغاز کرده و محرک گاز برودتی می‌باشد. کمپرسور فشار مبرد را افزایش داده و با افزایش فشار، دمای آن نیز افزایش می‌یابد.
در کندانسور این مبرد تغییر فاز داده و عمل تقطیر بر روی آن انجام میشود. مبرد گازی در کندانسور بر اثر تقطیر به مایع تبدیل میشود. سپس مایع مبرد به مسیر خود ادامه داده و در اثر وجود شیر انبساط دچار کاهش فشار و کاهش دما میشود.
با کاهش فشار مایع مبرد، دمای مبرد نیز کاهش میابد و وارد اواپراتور میشود. در پایان، مایع در اواپراتور تبخیر و تبدیل به گاز شده و دوباره به کمپرسور برمی‌گردد و این سیکل تبرید دائماً تکرار میشود.
در تصویر زیر چرخه تبرید را مشاهده می‌نمایید.
جمع‌بندی
گازهای مبرد یک ضرورت در سیستم‌های تبرید هستند که حذف آن‌ها عملاً ممکن نیست. اما این ضرورت به یک معضل بزرگ نیز برای زندگی بشر تبدیل شده است. زیرا گازهای مبرد در هر نوعی هم که باشند، به محیط زیست و لایه ازن آسیب وارد کرده و باعث تخریب آن می‌شوند. اگر عبارت دوستدار محیط زیست را بر روی بعضی از انواع گازهای مبرد مشاهده می‌کنید، خیلی به آن توجه نکنید زیرا در نهایت ذات این گاز به‌گونه‌ای است که آثار تخریبی با خود به همراه دارد. فقط ممکن است میزان تخریب بعضی از مدل‌ها از بعضی دیگر کمتر باشد و عملاً تفاوت میزان تخریب آن‌ها است که باعث میشود که از این عبارت برای آن استفاده شود.
پرسش و پاسخ
معنی کلمه مبرد چیست؟
مبرد در فرهنگ معین به معنای خنک کننده و سرد کننده معنی میشود. با توجه به اینکه در علم شیمی مادهای وجود دارد که وظیفه آن خنک کردن است، برای آن نام مبرد را انتخاب کردهاند.
آیا مبرد یک گاز است؟
مبرد یک ماده شیمیایی مایع شکل است که توانایی شگفت انگیزی در جذب گرما پس از تبدیل از حالت گاز به مایع دارد. هنگامی که مبرد از طریق فشار و فشرده سازی از حالتی به حالت دیگر تغییر می‌کند، می‌تواند گرمای داخل خانه شما را جذب کرده و آن را به بیرون دفع کند.
