بسم الله الرحمن الرحيم.

Presentasjon om: "بسم الله الرحمن الرحيم."— Utskrift av presentasjonen:

1 بسم الله الرحمن الرحيم

2 ضرورت استفاده از مبردهای طبيعی در صنايع برودتی و دورنمای آنها در قرن بيست و يکم
ارائه دهنده: مصطفی مافی هیئت علمی دانشگاه بین المللی امام خمینی (هیات مدیره انجمن علمی مهندسی حرارتی و برودتی ایران)

3 بخش اول: مقدمه

4 مقدمه: در پايان هزاره دوم ميلادی، در ليست منتشر شده توسط مراجع مختلف با عنوان «برترين اختراعات»، پس از پرواز، سفر به فضا و كامپيوترها، ”سرمايش“ جزو ده اختراع برتر قرن بيستم قرار گرفته است. واژة Refrigerant به معنای «ماده اي كه در يك سيكل تبريد و يا به صورت مستقيم نظير يخ براي ايجاد سرما به كار مي رود» ، مي باشد. استاندارد ASHRAE 34 بيش از صد مبرد مختلف را به همراه نامگذاري و طبقه بندي آنها برشمرده است. هر چند كه بسياري از آنها در سيستمهاي سرمايش معمول استفاده چنداني ندارد.

5 روند افزايشی تعداد يخچال توليدی از ابتدای قرن بيستم تا کنون
تاريخچه سرمازائی: روند افزايشی تعداد يخچال توليدی از ابتدای قرن بيستم تا کنون دستگاه در سال ميليون دستگاه در سال( استفاده از فريون ها در يخچال) ميليون دستگاه در سال ميليون دستگاه در سال اکنون الی 70 ميليون دستگاه در سال

6 کشف مواد سرماز طبق آمار IPCC (کميته بين المللی تغييرات اقليمی)
تاريخچه سرمازائی: کشف مواد سرماز طبق آمار IPCC (کميته بين المللی تغييرات اقليمی) کشف آمونياک (R717) اختراع ماشين مبرد بخاری – مايع شدن آمونياک (ياکوب پرکينس) توليد دی اکسيد کربن در حالت جامد (اثر پليته) اختراع ماشين مبرد هوائی (ژول گوری) اختراع سیيستم جذبی آب و آمونياک (فرديناند کاری) شناخت کاهش دمای مواد در اثر خفگی (ژول-تامسون) اختراع و ثبت کمپرسور آمونياکی (ديويد بويل) ساخت ماشين مبرد انيدريد کربنيک (لينده و وينه کاوزن) ساخت کمپرسور تراکم دومرحلهای با انيدريد کربنيک ساخت ماشين مبرد انژکتوری

7 کشف مواد سرماز طبق آمار IPCC (کميته بين المللی تغييرات اقليمی)
تاريخچه سرمازائی: کشف مواد سرماز طبق آمار IPCC (کميته بين المللی تغييرات اقليمی) شروع توليد فريون 12 (R12) شروع توليد فريون 22 (R22) شروع توليد فريون 502 (R502) امضاء قرارداد وين امضاء پروتکل مونترال ممنوع شدن استفاده از مبردهای CFC امضاء پروتکل کيوتو-ژاپن

8 کشف فريون ها- آغاز تحول و انقلاب در صنايع برودتی
تحقيقات در مورد خواص دی کلرو دی فلوئور متان –ميدگلی و خين مکناری (آمريکا) توليد صنعتی R12 خواص ترموديناميکی عالی فريون 12 به همراه بی بو بودن و غير قابل اشتعال بودن آن باعث شد که به جهت استفاده در سيستم های برودتی کوچک و خانگی به شدت مورد توجه قرارگيرد.

9 روند افزايشی ميزان توليد مبردهای CFC در قرن بيستم
تن در سال تن در سال تن در سال تن در سال تن در سال پرکاربردترين مبردهای فريونی کلروفلوئورکربن ها (CFC) و هيدروکلروفلوئورکربن ها(HCFC) R CCL3F R CCL2F2 R CHCLF2 R CCLF2-CCL2F R CCLF2-CF3

10 تخريب لايه اوزن و ممنوعيت استفاده از مبردهای CFC و HCFC
ممنوعيت استفاده از R12 از سال 1996 قطع توليد R22 تا سال 2015 (اتحاديه اوپا)

11 مبردهای فريونی مخرب لايه ازن

12 جايگزينی مبردهای مخرب لايه ازن

13 معايب مبرد هيدروفلوئور کربنی HFC134a:
ابتدا آمريکا با پيش بينی لازم R134a را به عنوان جايگزين R12 پيشنهاد داد و از طريق UNIDO و تحت عنوان کمک به کشورهای جهان سوم ، آنها را مجبور به استفاده از آن نمود. معايب مبرد هيدروفلوئور کربنی HFC134a: گران بودن آن نياز به روغن خاص نياز به تغييرات در دستگاهها به خصوص کمپرسور بالا بودن پتانسيل زمين گرمائی (GWP)

14 مبردهای HFC، بدون خاطر برای لايه ازن اما خطرات برای گرمايش کره زمين

15 گرمايش کره زمين و مبردها
در دهه 90 ميلادي بحث گرم شدن هواي زمين مجددا استفاده از مبردها را مورد انتقاد جدي قرار داد، زيرا: الف) افزايش گازهای گلخانه ای به علت افزايش انرژی مصرفی دستگاه هاي سرمايش و تهويه مطبوع، مصرف كنندگان عمده انرژي مي باشند. در ايالات متحده حدود 35 درصد مصرف انرژي، مربوط به مصارف انرژي ساختمانها از جمله سرمايش و تهويه مطبوع است ب) بسياري از مبردها خود گازهاي گلخانه اي مي باشند. بدين ترتيب بحث جايگزينی اين مواد در دهه هاي اخير هميشه موضوع بحث و بررسي بوده اند.

16 گرمايش کره زمين و مبردها
پيشنهاد ممنوعيت استفاده از مبردهائی با GWP بالا- کنفرانس ريودوژانيرو تصويب ممنوعيت استفاده از مبردهائی با GWP بالا-پروتکل کيوتو امضاء پروتکل کيوتو توسط اتحاديه اروپا امضاء پروتکل کيوتو توسط آمريکا پتانسيل زمين گرمائی (GWP) عامل مهمی است که بايد در انتخاب مبردها مورد توجه جدی قرار گيرد. استفاده از مبردهای مصنوعی با ODP, GWP=0 شامل CM1و... بازگشت به 70 سال پيش و استفاده دوباره از مبردهای طبيعی شامل هيدروکربن ها، آمونياک و ...

17 مبردهای مصنوعی پيشنهادی جانشينی R12 و R22 در روسيه

18 مقايسه CM1 با ساير مبردهای پيشنهادی

19 مزايای استفاده از ترکيب CM1 ( پيشنهاد شده توسط دانشگاه انرژی مسکو) در مقايسه با ساير مبردها
پتانسيل تخريب لايه ازن برابر با صفر خواص ترموديناميکی مشابه با R12 غير قابل اشتعال و انفجار قابليت کارکرد با روغن های معدنی مشابه سيستم های فريونی سابق. بنابراين هيچ تغييری در مواد عايق و آب بندی و قطعات کمپرسور لازم نيست. 9 تا 10 درصد کاهش مصرف انرژی الکتريکی نسبت به R12.

20 طرح يک سوال ؟

21 با توجه به مزايای فنی و اقتصادی فراوان مبرد مخلوط CM1، چرا صنايع تبريدی در ايران بدون تحقيق و پژوهش و فقط صرف تبليغات و دريافت وام از طرف UNIDO مبادرت به جايگزين نمودن مبرد HCF134a به جای R12 نمودند؟ آيا زمان آن نرسيده است که با پشتوانه تحقيق و پژوهش، تصميم درست بگيريم؟

22 مبردهای طبيعی

23 استفاده از مبردهای طبيعی
راه حل ديگر جهت جلوگيری از گرمايش کره زمين توسط مبردها که خود گاز گلخانه ای هستند و همچنين جلوگيری از تخريب بيشتر لايه ازن، استفاده از مواد طبيعی موجود در طبيعت به عنوان مبرد است (Double Zero). معايب مبردهای طبيعی نسبت به مبردهای شيميائی: شعله ور شدن و خودسوزی بعضی از آنها دارا بودن بوی تند نياز به سيستمی با فشار بالا

24 شعله ور شدن و خودسوزی بعضی از مبردهای طبيعی
R290: پروپان R600a: ايزوبوتان R717: آمونياک

25 راه حل های افزايش ايمنی تجهيزات برودتی استفاده کننده از مبردهای طبيعی:
کمتر شارژ کردن سيستم کيپ بودن بيشتر تجهيزات جهت جلوگيری از نشتی تبيين ضوابط و استانداردهائی برای کاهش ريسک خطر آتش سوزی مبردهای طبيعی

26 دورنمای مبردهای طبيعی:
نمونه هائی از استفاده از مبردهای طبيعی: استفاده از CO2 در تهويه مطبوع خودرو-نروژ استفاده از ايزوبوتان و پروپان در ساخت يخچال های خانگی در برزيل، چين، ترکيه و ... استفاده از آمونياک در سيستم های سوپرمارکتی و کشتی ها در اروپا دورنمای مبردهای طبيعی: در قرن بيست و يکم استفاده از مبردهای طبيعی در تمامی صنايع برودتی متداول خواهد شد. در ايران نيز بايد تحقيقات بسياری بر روی توسعه استفاده از مبردهای طبيعی متمرکز شود.

27 مصرف انرژی و دورنمای صنايع برودتی در قرن بيست و يکم
کمبود انرژی در اواسط قرن 21 به حد بحرانی می رسد . بحثی نيست که برای صرفه جوئی انرژی بايد سيستم های برودتی با راندمان پائين حذف شوند. توسعه استفاده از تکنولوژی های جديد در ساخت کمپرسورها، مبدل های حرارتی و ... توسعه استفاده از سيستم های ترموالکتريکی با مواد نيمه هادی جديد و پديده الکتروکالريک

28 مصرف انرژی و دورنمای صنايع برودتی در قرن بيست و يکم
استفاده از صنعت برودت در قرن بيست و يکم می تواند به عنوان يکی از روشهای اساسی توليد انرژی مطرح شود بدين صورت که با استفاده از سرمايش عميق می توان گازهای خروجی از پالايشگاهها را که اکنون سوزانده می شوند ، جداسازی و مايع نموده و سپس به عنوان مواد انرژی زا استفاده نمود با استفاده از مبردها که هم اکنون به جهت دارا بودن پتانسيل بالای تخريب لايه ازن و گرمايش کره زمين، مخرب محيط زيست هستند در راستای جداسازی گازهای خروجی از پالايشگاه ها، می توان مبردها در جهت خدمت به محيط زيست بکار گرفت.

29 ملاحظات فنی در جایگزینی مبردهای طبیعی
بخش دوم: ملاحظات فنی در جایگزینی مبردهای طبیعی

30 مبردها طبيعی مصنوعی مخلوط زئوتروپ آزئوتروپ
خالص طبيعی مصنوعی مخلوط زئوتروپ آزئوتروپ CFC HCFC HFC NH3 CO2 HC R500 series R400 series

31 مبردهای مخلوط

32 مبردهای چندجزئی (مخلوط)
الف) مبردهای آزئوتروپ: مخلوط هائی که در هنگام چگالش و يا تبخير در فشار ثابت، درصد فازهای بخار و مايع برای اجزاء مختلف مبرد، يکسان است. رفتار مبردهای چندجزئی آزئوتروپ به مانند مبردهای تک جزئی می باشد. مخلوط های آزئوتروپ را نمی توان به وسيله تقطير جداسازی نمود. R507 (R125/R143a)

33 مبردهای چندجزئی (مخلوط)
ب) مبردهای زئوتروپ: مخلوط هائی که در هنگام چگالش و يا تبخير در فشار ثابت، درصد فازهای بخار و مايع برای جزء های مختلف، متفاوت می باشند. لزوم شارژ مايع (R32/R134a)

34 دياگرام فشار-آنتالپی مبردهای زئوتروپ
دياگرام فشار-آنتالپی مبردهای زئوتروپ

35 دياگرام فشار-آنتالپی مبرد زئوتروپ R407C
Bubble Point Dew Point دياگرام فشار-آنتالپی مبرد زئوتروپ R407C

36 جدول خواص ترموديناميکی مبرد R407C R32/R125/R134a (23/25/52)
Glide Temperature [C] =T bubble – T Dew

37 تاثير پارامترGlide مبردهای زئوتروپ در اواپراتور
اواپراتور DX: حفظ نسبت جرمی جزءهای مبرد در ورود و خروج. مناسب برای مبردهای زئوتروپ اواپراتور Flooded: عدم حفظ نسبت جرمی جزءهای مبرد در ورود و خروج. ناکارا برای مبردهای زئوتروپ

38 نامگذاری و طبقه بندی مبردها

39 نامگذاری مبردها مطابق روش ASHRAE 34
1- مبردهای هالوژن اشباع (مشتق شده از آلکان ها با فرمول CnH2n+2 شامل مشتقات متان، اتان و پروپان): R xyz X+1: تعداد اتم های کربن Y-1: تعداد اتم های هيدروژن Z: تعداد اتم های فلوئور مثال: CClF2-CF3 تعداد اتم های کربن: X=1 تعداد اتم های هيدروژن: Y=1 تعداد اتم های فلوئور: Z=5 R115

40 نامگذاری مبردها مطابق روش ASHRAE 34
تبصره1 : اگر X برابر با صفر شود، شماره مبرد دو رقمی می شود. مثال: CHCLF2 تعداد اتم های کربن: X=0 تعداد اتم های هيدروژن: Y=2 تعداد اتم های فلوئور: Z=2 R22 تبصره2 : اگر به جای اتم های کلر، اتم برمايد استفاده شود: مثال: CBrF3 تعداد اتم های کربن: X=0 تعداد اتم های هيدروژن: Y=1 تعداد اتم های فلوئور: Z=3 تعداد اتم های برمايد: 1 R13B1

41 نامگذاری مبردها مطابق روش ASHRAE 34
2- مخلوط های زئوتروپ: R 4xx مثال: R410A R-32/R (50%, 50%) by mass R410B R-32/R (45%, 55%) by mass 3- مخلوط های آزئوتروپ: R 5xx مثال: R R-12/R-152a (73.8%, 26.2%) by mass R R-22/R (75%, 25%) by mass

42 نامگذاری مبردها مطابق روش ASHRAE 34
4- مواد آلی (به غير از موارد ذکر شده در بندهای 1، 2 و 3): R 6xx مثال: Hydrocarbons Butane R CH3CH2CH2CH3 Isobutene R600a CH(CH3)2CH3 Oxygen Compounds Ethyl Ether R CH3CH2OCH2CH3 Methyl Formate R HCOOCH3 Nitrogen Compounds Methyl Amine R CH3NH2 Ethyl Amine R CH3CH2(NH2)

43 نامگذاری مبردها مطابق روش ASHRAE 34
5- مبردهای غير آلی :(Inorganic) R 700+وزن مولکولی مثال: Ammonia (NH3) وزن مولکولی= R717 Water (H2O) وزن مولکولی= R718 Air وزن مولکولی= R729 Carbon Dioxide (Co2) وزن مولکولی= R744 Nitrogen (N2) وزن مولکولی= R728 Helium (He) وزن مولکولی= R704

44 نامگذاری مبردها مطابق روش ASHRAE 34
6- مواد آلی اشباع نشده: R nxyz n: تعداد پيوندهای کربن-کربن غير اشباع X+1: تعداد اتم های کربن Y-1: تعداد اتم های هيدروژن Z: تعداد اتم های فلوئور مثال: Ethene (Ethylene) CH2=CH R1150 Propene (Propylene) CH3CH=CH R1270

45 طبقه بندی مبردها براساس سميت و اشتعال پذيری ASHRAE 34

46 نقش اتم های کلر ، فلوئور ، برمايد و هيدروژن در خواص مبردها
GWP ODP

47 برنامه زمان بندی جايگزينی مبردها

48 نگاهی گذرا به برنامه زمان بندی جايگزينی مبردها

49 جايگزين های مناسب برای ميان مدت و دراز مدت

50 جايگزين های مناسب با توجه به نوع کاربری

51 خواص ايده ال مبرد

52 روغنکاری

53 ظرفيت حجمی مبردهای مختلف

54 کمپرسورهای مناسب برای مبردهای مختلف

55 مثال هائی برای جايگزينی مبرد

56 جايگزينی مبرد R22 با R407

57 جايگزينی مبرد R22 با R410A

58 جايگزينی مبرد R22 با R290

59 با تشکر