آینده مبردها پس از حذف تدریجی R۴۱۰A و R۱۳۴a؛ صنعت تبرید و تهویه مطبوع به کدام سمت می رود؟

1. مقدمه

صنعت تبرید و تهویه مطبوع در دهه های اخیر تغییرات گسترده ای را تجربه کرده است. یکی از مهم ترین این تحولات، تغییر مداوم مبردهای مورد استفاده در تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به منظور کاهش اثرات زیست محیطی بوده است. پس از حذف مبردهای مخرب لایه اوزون مانند R11 و R22، اکنون نوبت به مبردهای پرکاربردی مانند R410A و R134a رسیده است که به دلیل پتانسیل بالای گرمایش جهانی (GWP) در بسیاری از کشورها در حال محدود شدن یا حذف تدریجی هستند.

افزایش نگرانی ها درباره تغییرات اقلیمی و تصویب قوانین بین المللی نظیر اصلاحیه کیگالی پروتکل مونترال، تولیدکنندگان تجهیزات HVAC را به سمت توسعه فناوری های جدید و استفاده از مبردهای کم اثرتر بر محیط زیست سوق داده است. در این مقاله به بررسی دلایل حذف R410A و R134a، جایگزین های احتمالی آن ها و آینده صنعت تبرید و تهویه مطبوع خواهیم پرداخت.

2. چرا R410A و R134a در حال حذف شدن هستند؟

مهم ترین دلیل حذف تدریجی این مبردها، اثر قابل توجه آن ها بر گرمایش زمین است. اگرچه این مبردها برخلاف نسل های قدیمی تر به لایه اوزون آسیب نمی رسانند، اما در صورت نشت به جو، اثر گلخانه ای قابل توجهی ایجاد می کنند.

_{2.1. مبرد R410A}

مبرد R410A سال ها به عنوان جایگزین R22 در سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گرفت. این مبرد دارای ویژگی های ترمودینامیکی مناسبی بوده و راندمان بالایی ارائه می دهد. با این حال، مقدار GWP آن حدود 2088 است که عددی بسیار بالا محسوب می شود.

_{2.2. مبرد R134a}

R134a یکی از رایج ترین مبردهای مورد استفاده در چیلرها، سیستم های تهویه خودرو و تجهیزات تبرید تجاری است. این مبرد نیز دارای GWP حدود 1430 بوده و در فهرست مبردهای هدف برای کاهش مصرف قرار گرفته است.

به همین دلیل بسیاری از کشورها برنامه های زمان بندی شده ای برای کاهش تولید، واردات و استفاده از این مبردها تدوین کرده اند.

3. نقش اصلاحیه کیگالی در آینده مبردها

در سال 2016 کشورهای عضو پروتکل مونترال اصلاحیه ای تحت عنوان «کیگالی» را تصویب کردند. هدف اصلی این توافق، کاهش تدریجی مصرف هیدروفلوئوروکربن ها (HFCs) است که شامل R410A و R134a نیز می شود.

بر اساس این توافق، کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه موظف هستند طی چند دهه آینده مصرف این مبردها را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. این موضوع باعث شده است تولیدکنندگان بزرگ تجهیزات تهویه مطبوع و تبرید میلیاردها دلار در توسعه مبردهای جدید سرمایه گذاری کنند.

4. ویژگی های مبردهای نسل آینده

مبردهای آینده باید چند ویژگی کلیدی داشته باشند:

1. پتانسیل گرمایش جهانی پایین

مهم ترین معیار انتخاب مبردهای جدید، کاهش GWP است. هرچه این شاخص کمتر باشد، اثر زیست محیطی مبرد نیز کمتر خواهد بود.

2. راندمان انرژی بالا

مبردهای جدید نباید باعث افزایش مصرف انرژی شوند. در واقع انتظار می رود راندمان سیستم های جدید حتی بهتر از تجهیزات فعلی باشد.

3. ایمنی مناسب

برخی مبردهای جدید دارای درجه ای از اشتعال پذیری هستند. بنابراین رعایت استانداردهای ایمنی در طراحی و بهره برداری اهمیت بیشتری پیدا کرده است.

4. سازگاری با تجهیزات

مبردهای جدید باید تا حد امکان امکان استفاده در تجهیزات موجود یا طراحی تجهیزات جدید با هزینه منطقی را فراهم کنند.

5. R32؛ یکی از مهم ترین جایگزین های R410A

در حال حاضر R32 به عنوان یکی از موفق ترین جایگزین های R410A شناخته می شود.

_{مزایای R32}

• GWP حدود 675
• راندمان انرژی بالاتر نسبت به R410A
• ظرفیت سرمایشی مناسب
• نیاز به شارژ مبرد کمتر
• انتقال حرارت بهتر

_{چالش های R32}

• دارای درجه اشتعال پذیری A2L
• نیازمند رعایت استانداردهای ایمنی جدید
• محدودیت در برخی کاربردهای خاص

امروزه بسیاری از شرکت های مطرح جهان در اسپلیت ها، داکت اسپلیت ها و سیستم های VRF از R32 استفاده می کنند و انتظار می رود سهم آن در سال های آینده افزایش یابد.

6. 7. R454B؛ نسل جدید سیستم های تهویه مطبوع

یکی دیگر از گزینه های مطرح برای جایگزینی R410A، مبرد R454B است.

این مبرد ترکیبی از R32 و R1234yf بوده و دارای GWP حدود 466 است که تقریبا 78 درصد کمتر از R410A محسوب می شود.

_مزایا

• کاهش قابل توجه اثرات زیست محیطی
• عملکرد نزدیک به R410A
• مناسب برای تجهیزات نسل جدید
• راندمان انرژی مطلوب

به همین دلیل بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ چیلر و سیستم های تهویه مطبوع در حال انتقال محصولات خود به R454B هستند.

7. R1234yf؛ جایگزین مهم R134a

یکی از مهم ترین مبردهایی که برای جایگزینی R134a توسعه یافته است، R1234yf می باشد.

این مبرد دارای GWP کمتر از 1 است که آن را به یکی از سازگارترین مبردها با محیط زیست تبدیل می کند.

کاربردها

• سیستم های تهویه مطبوع خودرو
• چیلرهای کوچک
• تجهیزات تبرید تجاری
• سیستم های پمپ حرارتی

بسیاری از خودروسازان بزرگ جهان در سال های اخیر استفاده از R1234yf را جایگزین R134a کرده اند.

8. بازگشت مبردهای طبیعی

یکی از مهم ترین روندهای آینده صنعت HVAC بازگشت مبردهای طبیعی است. این مبردها دهه ها پیش مورد استفاده قرار می گرفتند اما به دلایل مختلف کنار گذاشته شدند. امروزه با پیشرفت فناوری، مجددا مورد توجه قرار گرفته اند.

_{8.1. دی اکسید کربن (CO₂ یا R744)}

مزایا:

• GWP برابر 1
• غیرسمی
• غیرقابل اشتعال
• قیمت پایین

چالش ها:

• فشار کاری بسیار بالا
• نیاز به تجهیزات تخصصی

امروزه در فروشگاه های زنجیره ای، سردخانه ها و پمپ های حرارتی پیشرفته کاربرد گسترده ای پیدا کرده است.

_{8.2. پروپان (R290)}

پروپان یکی از جذاب ترین مبردهای طبیعی نسل جدید محسوب می شود.

مزایا:

• GWP حدود 3
• راندمان انرژی بسیار بالا
• سازگاری زیست محیطی عالی

چالش ها:

• اشتعال پذیری بالا
• محدودیت مقدار شارژ مبرد

در کولرهای گازی، ویترین های فروشگاهی و تجهیزات تبرید کوچک به سرعت در حال گسترش است.

_{8.3. آمونیاک (R717)}

آمونیاک بیش از یک قرن است که در صنایع تبرید استفاده می شود.

مزایا:

• راندمان بسیار بالا
• GWP صفر
• هزینه پایین

معایب:

• سمیت بالا
• نیاز به تمهیدات ایمنی ویژه

این مبرد همچنان در صنایع غذایی، سردخانه های بزرگ و واحدهای صنعتی کاربرد گسترده دارد.

9. تاثیر تغییر مبردها بر طراحی تاسیسات ساختمان

تغییر مبردها صرفا به معنای جایگزینی یک سیال با سیال دیگر نیست. این تحول بر کل فرآیند طراحی تاسیسات ساختمان تاثیر خواهد گذاشت.

_{طراحی سیستم های ایمنی}

با افزایش استفاده از مبردهای A2L و مبردهای قابل اشتعال، طراحان باید الزامات ایمنی جدید را در پروژه ها لحاظ کنند.

_{تغییر در انتخاب تجهیزات}

چیلرها، اسپلیت ها، پمپ های حرارتی و سیستم های VRF نسل جدید با مبردهای جدید طراحی خواهند شد و امکان استفاده از مبردهای قدیمی در بسیاری از تجهیزات آینده وجود نخواهد داشت.

_{افزایش اهمیت بهره وری انرژی}

مقررات جدید انرژی در سراسر جهان تولیدکنندگان را به سمت طراحی تجهیزات با راندمان بالاتر سوق می دهد و انتخاب مبرد نقش مهمی در این فرآیند خواهد داشت.

10. وضعیت ایران در مواجهه با مبردهای جدید

صنعت تهویه مطبوع ایران نیز دیر یا زود تحت تاثیر این تغییرات قرار خواهد گرفت. بسیاری از تجهیزات وارداتی و حتی تولیدات داخلی همچنان بر پایه R410A و R134a طراحی می شوند، اما روند جهانی نشان می دهد که طی سال های آینده استفاده از مبردهای کم GWP اجتناب ناپذیر خواهد بود.

شرکت های فعال در حوزه تاسیسات باید از هم اکنون برای موارد زیر برنامه ریزی کنند:

• آموزش نیروهای فنی
• آشنایی با مبردهای A2L
• به روزرسانی استانداردهای نصب
• سرمایه گذاری در تجهیزات سرویس و نگهداری جدید
• افزایش دانش فنی در زمینه مبردهای طبیعی

11. سخن پایانی 

صنعت تبرید و تهویه مطبوع در آستانه یکی از بزرگ ترین تغییرات تاریخ خود قرار دارد. مبردهای پرکاربردی مانند R410A و R134a به دلیل اثرات زیست محیطی بالا به تدریج از بازار حذف خواهند شد و جای خود را به نسل جدیدی از مبردها خواهند داد.

R32، R454B و R1234yf از مهم ترین گزینه های کوتاه مدت و میان مدت محسوب می شوند، در حالی که مبردهای طبیعی نظیر CO₂، پروپان و آمونیاک چشم انداز بلندمدت صنعت را شکل می دهند. موفقیت این گذار نیازمند توسعه فناوری، آموزش نیروی انسانی و بازنگری در استانداردهای طراحی و بهره برداری است.

برای مهندسان تاسیسات مکانیکی، آشنایی با این تغییرات دیگر یک انتخاب نیست؛ بلکه ضرورتی است که آینده حرفه ای و فنی آن ها را تحت تاثیر قرار خواهد داد. در سال های آینده، دانش مبردهای کم کربن و فناوری های مرتبط با آن ها به یکی از مهم ترین مهارت های مورد نیاز متخصصان صنعت HVAC تبدیل خواهد شد.