مبرد‌ها و نقش آن‌ها در سیستم‌های سرمایشی ساختمان‌ها

از قرن نوزدهم، مبرد‌ها یک جزء کلیدی سیستم های سرمایشی و تهویه مطبوع بوده‌اند. گذشته از پیشرفت‌‌های تکنولوژیکی، تغییر عمده ایجاد شده در استفاده از آن‌ها، تمرکز فزاینده بر کاهش تاثیرات مخرب بر محیط زیست است.


این در حالی است که گازهای گلخانه‌‌ای به لایه‌‌های جو زمین در فضای خالی آسیب نمی‌‌رسانند و اتحادیه اروپا تصمیم دارد تا سال ۲۰۳۰ استفاده از گاز‌های مخرب را تا دو سوم کاهش دهد. به طور خاص، مقررات استفاده از گاز‌های گلخانه‌‌ای که در سال ۲۰۰۶ تصویب شد در سال ۲۰۱۵ با مقررات جدید جایگزین می‌شوند.

شاید نگران کننده باشد که قوانین جدید، الزامات سخت‌ تری را از قبیل محدود کردن میزان گازهای فسیلی که می‌توان در اتحادیه اروپا فروخت و ممنوعیت استفاده از گازهای گلخانه‌ای در برخی از تجهیزات جدید در صورت وجود گزینه‌‌های بهتر در بازار، شامل می‌شود.

سیستم‌های سرمایشی در اجرای تاسیسات مکانیکی ساختمان‌ به طور کلی برای اهداف زیر استفاده می‌شوند:

  • در سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (سیستم تهویه هوا)
  • ایجاد سرما و خنک سازی محیط‌‌های مسکونی
  • خنک سازی در فرایندهای صنعتی

سیستم‌ های سرمایشی یک فرایند خنک کننده، که عمدتا مشابه کارکرد آن در یخچال‌‌های خانگی که بر اساس فشرده‌‌سازی یا جذب است، را ارائه می‌دهند. در سیستم‌‌های فشرده‌ سازی، یک مبرد مایع با نقطه جوش کم، گرما را جذب می‌کند و در حالت بخار خنک می‌شود تا گاز تولید کند. گاز به دست آمده سپس فشرده شده و دمای آن افزایش می‌یابد. سپس گاز خنثی می‌شود و گرمای پنهان آن را رها می‌کند و این فرایند تکرار می‌شود.

به طور معمول، در سیستم‌‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، واحدهای خنک کننده از مبرد‌ها برای تولید آب سرد استفاده می‌کنند که برای واحد هوای متحرک و یا واحدهای فن کویل جهت خنک‌ سازی هوا که ساختمان را احاطه کرده است، استفاده می‌شود. آب گرم شده سپس به واحد خنک کننده بازگردانده می‌شود.

یک سیستم جایگزین، مبرد را (به جای آب سرد) به واحد‌های خروجی مناطق مختلف حرارتی می‌دهد. این سیستم‌‌های جریان متغیر مبرد از یک واحد خنک کننده خارجی و چندین تبخیر کننده داخلی استفاده می‌کنند و می‌توانند کارآمد‌تر، فشرده‌‌تر و انعطاف‌‌پذیری بیشتری نسبت به سایر سیستم‌‌های HVAC باشند.

در پمپ‌های گرمایشی که در آن‌ها از مبرد‌ها استفاده می‌شود، می‌توان مخالف دقیق فرایند تبرید را به دست آورد، اما چرخه را به عقب بر‌گرداند، به طوری که به جای خنک‌ سازی، گرما به ساختمان عرضه می‌شود. بعضی از سیستم‌‌ها که برگشت‌ پذیر هستند، قادر به حرارت دادن یا خنک شدن هستند.

برخی از مبرد‌ها در اجرای تاسیسات مکانیکی ساختمان دارای پتانسیل تخریب ازن و پتانسیل گرم شدن زمین هستند و در نتیجه، این دست از مبرد‌ها مانند CFC (کلروفلوئوروکربن ها) ممنوع هستند. استفاده از HCFC ها (هیدروکلروفلوئوروکربن‌ ها) مانند R22 و R408A در سال 2001 ( و 2004 برای سیستم‌های کوچک) در تجهیزات جدید ممنوع شد و استفاده از HCFC طبیعی نیز برای تولید مبرد MCFC برای ساخت آن‌ها یا تامین‌ کنندگان موجودی در سال 2010 ممنوع شده است.

همچنین از 1 ژانویه 2015 استفاده از هرگونه HCFC حتی برای تعمیر و نگهداری ممنوع است. مایع‌‌هایی مانند (HFC (hydrofluorocarbons اغلب می‌توانند به عنوان جایگزین‌‌های قطره‌ای برای HCFC استفاده شوند، اما در عین حال می‌توانند منجر به کاهش کارایی شوند و بنابراین ممکن است به ظرفیت کمپرسور اضافی و یا مبدل حرارتی نیاز باشد.

گازهای گلخانه‌‌ای 

گاز‌های گلخانه‌‌ای گازهای تخلیه نیستند و اغلب به عنوان جایگزین برای CFC و HCFC استفاده می‌شوند. با این حال آن‌ها تا 20،000 برابر قدرتمندتر از CO2 هستند و به عنوان بخشی از پروتکل گازهای گلخانه‌‌ای فهرست شده‌اند. گازهای گلخانه‌‌ای به هنگام انتشار افزایش می‌یابند، بنابراین استفاده از آن‌ها تحت کنترل بیشتری قرار می‌گیرد.

هیدروفلوئوروکربن‌ها (HFC) گازهای فسیلی هستند که معمولا در ساختمان‌‌ها استفاده می‌شوند و شامل مبرد‌هایی نظیر R134a، R404A، R407C و R507C می‌باشند. سایر گازهای گلخانه‌ای عبارتند از: پرفرولوکوربن‌ها و سولفورهگزافلوئورید. در 15 اکتبر سال 2016 اعلام شد که 170 کشور در کیگالی، رواندا، موافقت کردند که همه HFC ها باید از طریق اصلاحیه پروتکل مونترال را به مرحله اجرا در آورند.

نشت گاز‌ها

لازم به ذکر است که مبرد‌ها در اجرای تاسیسات مکانیکی ساختمان  در صورت نشت به جو و اتمسفر تنها مسبب پدیده‌ گرم شدن هوا و سوراخ شدن لایه‌ ازن می‌شوند که این پدیده در سیستم‌‌های مهندسی بیشتر از سیستم‌‌های مدولار رایج است که در کارخانه‌‌ها به شکل انعطاف پذیری رخ می‌دهد. طراحی دقیق، نصب و نگهداری همچنین می‌تواند نشت را کاهش دهد و در این زمینه سیستم‌‌های نظارت و تشخیصی و پیش آگهی در دسترس هستند که می‌توانند نشت را شناسایی و یا حتی پیش بینی کنند.