رویکردی نو به مبرد ها - قسمت اول

یکی از موضوعات همیشگی در صنعت HVAC یافتن یک مبرد بهتر است. هنگام در نظر گرفتن مبردهای جایگزین، تولیدکنندگان باید بین راندمان مبرد و تأثیرات زیست محیطی آن موازنه ای برقرار کنند تا بتوانند گزینه بهینه را تعیین نمایند.

این مقاله ابتدا تاریخچه مختصری از مبردهای مورد استفاده در صنعت HVAC و مقررات وضع شده را ارائه می کند و سپس ملاحظات مربوط به تجهیزات جدید و موجود، همراه با گزینه ها و خطرات تعویض مبرد را مورد بحث قرار می دهد.

 

تاریخچه مبرد

در سال های اولیه استفاده از مبردها، تمرکز اصلی صنعت HVAC صرفاً بر یافتن مبردی بود که سرمایش موثر رافراهم کند. بسیاری از مبردهای اولیه از قبیل دی اکسید گوگرد، متیل کلراید و آمونیاک این هدف را تأمین می کردند اما به لحاظ سمیت یا قابلیت اشتعال بالای خود، خطرات ایمنی را به وجود می آورند.

در دهه 1930، مبرد های کلروفلوروکربن ( CFC ) به عنوان جایگزین های ایمن برای مواد شیمیایی که قبل از آنها استفاده می شدند معرفی گردیدند.

CFC ها به خاطر ایمنی و راندمان خود به عنوان مبردهای غالب ابتدا در تبرید و سپس در HVAC  به کار گرفته شدند. هیدرو کلروفلورو کربن ها (HCFCs ) نیز در دهه 1950 به مجموعه مبردهای جایگزین اضافه شدند.

در دهه 1970، نگرانی های زیست محیطی درباره کاربرد مبردها مطرح شدند. دانشمندان دریافتند که CFCها و به میزان کمتر HCFCها در تخریب لایه ازن نقش دارند.

پروتکل مونرال

نگرانی های جهانی درباره تخریب لایه ازن منجر به پروتکل مونرال شد؛ یک معاهده بین المللی که تاریخ هایی را برای پایان دادن تدریجی استفاده و تولید مواد مخرب لایه ازن تدوین کرد. این پروتکل در سال 1987 به اجرا درآمد که ابتدا  CFC ها و سپس HCFC ها را هدف قرار داد . CFC ها با HCFC ها که پتانسیل تخریب ازن (ODP ) کمتری دارند، یا با هدروفلور کربن ها (HFCs)  که ODP آن ها صفر است، تعویض شدند. از رده خارج شدن تدریجی CFC در سال 1996 تکمیل شد.

تاریخ از رده خارج شدن HCFCها به لحاظ ODP پایینی که دارند از 2004 به 2030( 2040 در کشورهای در حال توسعه ) موکول شد.

پروتکل کیوتو

در دهه 1990، نگرانی هایی درباره مبردهایی که بر اساس فازبندی مورد استفاده قرار می گرفتند به وجود آمد چرا که ODP مطلوب آنها در افزایش دمای زمین (GWP ) تاثیر می گذاشت. پتانسیل افزایش دمای زمین مبرد ها اینک به عنوان یک فاکتور مطرح شد.این نگرانی ها همراه با تغییرات جوی جهانی به پروتکل کیوتو در سال 1997 منجر گردید. کیوتو اهداف کاهش را برای گازهای گلخانه ای از جمله HFCها در کشورهای توسعه یافته تدوین کرد. CFCها و HCFCها به دلیل اینکه قبلا تحت پوشش پروتکل مونرال قرار گرفته بودند، در پروتکل کیوتو منظور نشدند.

وضعیت کنونی

هر دو پروتکل به کشور های شرکت کننده در پروتکل اجازه می دهند تا کاهش های مبرد های خود را به نحوی کنترل کنند که تعهد آن ها به پیروی از قوانین برآورده شود.

در ایالات متحده، آژانس حفاظت محیط زیست ( EPA ) تحت " قانون هوای پاک "، مقرراتی را به منظور پایان دادن تدریجی و زمان بندی شده تولید و واردات CFCها و HCFC ها وضع کرده است‌.

پروتکل های مونرال و کیوتو تاریخ هایی را تدوین کرده اند که در دسترس بودن طولانی مدت را تضمین می کنند. وقتی تولید یک مبرد متوقف می شود، خطوط زمانی تعیین شده اجازه می دهند که موجودی های بازیابی شده یا ذخیره شده کماکان بدون محدودیت مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، تولید CFC ها در سال 1996 به پایان رسید، اما این مبردها هموز به راحتی در دسترسند.

وضعیت پیش رو

فشار سیاسی موثر بر تقریبا کلیه مبردهای تجاری که امروزه در دسترسند، ظهور مبردهای جایگزین را تسریع کرده است. نسل آینده مبردها که به عنوان هیدروفلورو اُلِفین ها(HFOs) شناخته می شوند، دارای خواصی مشابه HCFCها و HFCها بوده اما حداقل تاثیر مستقیم زیست محیطی را دارند. اولین HFO معرفی شده به بازار به منظور جایگزینی در خودروها عرضه شده است که این تعویض امسال در اروپا اجرائی خواهد شد. کاربرد HFO ها در صنعت HVAC  با تاخیر انجام خواهد شد زیرا تولیدکنندگان، جایگزین های جدیدی را عرضه و تست می کنند، و مقررات جهانی مسیر آینده را تعیین خواهند کرد.

یک رویکرد متوازن

هنگان در نظر گرفتن مبرد های جایگزین برای آینده، سیاست گذاران، عامه مردم، و تولیدکنندگان باید بین نگرانی های زیست محیطی مستقیم ( ODP, GWP, نشتی)، تاثیرات زیست محیطی غیرمستقیم ( راندمان انرژی )، ایمنی و کارایی توازن برقرار کنند.

تاثیرات مستقیم و غیر مستقیم

تاثیر زیست محیطی مستقیم یک سیستم HVAC به ODP, GWP  مبرد و نرخ نشت مبرد به محیط بستگی دارد. اگر چه نرخ های نشتی می توانند بین محصولات مختلف HVAC تفاوت زیادی داشته باشند، اما با طراحی و سرویس مناسب می توان نرخ نشتی را در یک حداقل حفظ نمود.

سال ها پیش، هنگامی که چیلر ها از CFCها استفاده می کردند و در رویه های سرویس توجه کمتری به کاهش انتشار مبردها به محیط می شد، نرخ های نشتی 2/5  تا 10 برابر نرخ های امروزی بودند. به واسطه پیشرفت در فناوری و استفاده از مبرد های با GWP  بسیار پایین تر، تاثیر زیست محیطی مستقیم تجهیزات HVAC اینک 20 تا 600 برابر کمتر از چیلرهای قدیمی با مبرد CFC است.

نرخ های نشتی پایین همراه با مبرد های جدید، تاثیر مستقیم سیستم بر افزایش دمای زمین را به زیر 5 درصد تاثیر کلی سیستم (مستقیم و غیر مستقیم) بر افزایش دمای زمین رسانده است.

برای سیستم های بسته، تاثیر غیرمستقیم یعنی انرژی مورد استفاده برای به کار انداختن سیستم های HVAC، تا 95 درصد تاثیر کلی سیستم بر محیط زیست را تشکیل می دهد. بنابر اعلام دپارتمان انرژی ایالات متحده، 83 درصد توان اولیه مصرفی در ایالات متحده توسط سوزاندن سوخت های فسیلی تولید می شود که باعث انتشار گازهای گلخانه ای می گردد.

با در نظر گرقتن هر دو تاثیرات مستقیم و غیرمستقیم زیست محیطی، HCFCها و HFC ها به دلیل راندمان انرژی بالای خود، سازگارترین مبردها با محیط زیست بوده و برای بسیاری از کاربردهای HVAC بهترین گزینه ای هستند که امروزه در دسترسند.

پایان قسمت اول

برگرفته از مقاله Jeff Moe

Trane Engineers Newsletter, June 2011