تجزیه و تحلیل انواع مبرد برای یخچال و فریزر

یخچال‌ها و فریزرها، به عنوان تجهیزات ذخیره‌سازی با دمای پایین برای مصارف خانگی و تجاری، شاهد تکرارهای مداوم در انتخاب مبرد با محوریت «انطباق‌پذیری راندمان تبرید» و «الزامات نظارتی زیست‌محیطی» بوده‌اند. انواع و ویژگی‌های اصلی در مراحل مختلف، کاملاً با نیازهای تجهیزات همسو هستند.

جریان اصلی اولیه: کاربرد مبردهای CFC با «راندمان بالا اما آسیب زیاد»

از دهه 1950 تا 1990، R12 (دی کلرو دی فلوئورومتان) مبرد اصلی بود. از نظر سازگاری با تجهیزات، خواص ترمودینامیکی R12 کاملاً با نیازهای ذخیره‌سازی در دمای پایین مطابقت داشت - با دمای تبخیر استاندارد -29.8 درجه سانتیگراد، به راحتی می‌توانست نیازهای دمایی محفظه‌های تازه نگه‌داری یخچال (0-8 درجه سانتیگراد) و محفظه‌های انجماد (زیر -18 درجه سانتیگراد) را برآورده کند. علاوه بر این، پایداری شیمیایی بسیار قوی و سازگاری عالی با لوله‌های مسی، پوسته‌های فولادی و روغن‌های روان‌کننده معدنی داخل یخچال‌ها داشت و به ندرت باعث خوردگی یا انسداد لوله‌ها می‌شد و می‌توانست عمر مفید تجهیزات را بیش از 10 سال تضمین کند.

گاز R12 دارای مقدار ODP برابر با ۱.۰ (معیار پتانسیل تخریب لایه ازن) و مقدار GWP تقریباً ۸۵۰۰ است که آن را به یک گاز گلخانه‌ای قوی تبدیل می‌کند. با لازم‌الاجرا شدن پروتکل مونترال، استفاده جهانی از R12 در فریزرهای تازه تولید شده از سال ۱۹۹۶ به تدریج ممنوع شده است. در حال حاضر، تنها برخی از تجهیزات قدیمی هنوز دارای چنین مبردهایی هستند و در طول تعمیر و نگهداری با معضل عدم وجود منابع جایگزین مواجه هستند.

مرحله گذار: محدودیت‌های «جایگزینی جزئی» با مبردهای HCFC

برای جبران حذف تدریجی R12، زمانی از R22 (دی‌فلوئورومونوکلرومتان) به طور خلاصه در برخی فریزرهای تجاری (مانند فریزرهای فروشگاه‌های کوچک) استفاده می‌شد. مزیت آن در این است که عملکرد ترمودینامیکی آن نزدیک به R12 است، بدون نیاز به تغییرات قابل توجه در طراحی کمپرسور و خط لوله فریزر، و مقدار ODP آن به 0.05 کاهش یافته است که به طور قابل توجهی ظرفیت تخریب لایه ازن آن را تضعیف می‌کند.

با این حال، کاستی‌های R22 نیز آشکار است: از یک سو، مقدار GWP آن حدود ۱۸۱۰ است که هنوز هم جزو گازهای گلخانه‌ای بالا محسوب می‌شود و با روند بلندمدت حفاظت از محیط زیست مطابقت ندارد؛ از سوی دیگر، راندمان تبرید (COP) R22 کمتر از R12 است که منجر به افزایش مصرف برق حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد در هنگام استفاده در یخچال‌های خانگی می‌شود، بنابراین به جریان اصلی یخچال‌های خانگی تبدیل نشده است. با تسریع حذف مبردهای HCFC در جهان در سال ۲۰۲۰، R22 اساساً از کاربرد در زمینه یخچال و فریزر خارج شده است.

I. مبردهای رایج فعلی: تطبیق سناریوهای خاص HFCها و انواع کم GWP

در حال حاضر، انتخاب مبرد برای یخچال‌های موجود در بازار، ویژگی‌های «تمایز بین استفاده خانگی و تجاری و تعادل بین حفاظت از محیط زیست و هزینه» را نشان می‌دهد که عمدتاً به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود و با نیازهای عملکردی تجهیزات مختلف سازگار است:

۱. فریزرهای کوچک: «غلبه پایدار» مبردها

R134a (تترافلوئورواتان) رایج‌ترین مبرد برای یخچال‌های فعلی (به‌ویژه مدل‌هایی با ظرفیت کمتر از 200 لیتر) است که بیش از 70٪ را تشکیل می‌دهد. مزایای اصلی سازگاری آن در سه جنبه منعکس می‌شود: اول، مطابق با استانداردهای حفاظت از محیط زیست، با مقدار ODP برابر با 0، که خطر آسیب به لایه ازن را به طور کامل از بین می‌برد و با الزامات اساسی مقررات جهانی محیط زیست مطابقت دارد؛ دوم، عملکرد ترمودینامیکی آن مناسب است، با دمای تبخیر استاندارد -26.1 درجه سانتیگراد، که همراه با کمپرسور با راندمان بالای یخچال، می‌تواند به طور پایدار دمای محفظه انجماد را از -18 درجه سانتیگراد تا -25 درجه سانتیگراد برساند و راندمان تبرید (COP) آن 8 تا 12 درصد بیشتر از R22 است که می‌تواند مصرف برق تجهیزات را کاهش دهد؛ سوم، ایمنی قابل اعتمادی دارد و متعلق به مبردهای کلاس A1 (غیرسمی و غیر قابل اشتعال) است، حتی اگر نشتی جزئی رخ دهد، خطرات ایمنی برای محیط خانواده ایجاد نمی‌کند و سازگاری خوبی با قطعات پلاستیکی و روغن روان‌کننده کمپرسور داخل یخچال دارد و میزان خرابی آن پایین است.

علاوه بر این، برخی از یخچال‌های خانگی متوسط ​​تا گران‌قیمت از R600a (ایزوبوتان، یک هیدروکربن) استفاده می‌کنند - یک مبرد طبیعی که دارای مقدار ODP 0 و مقدار GWP تنها 3 است و عملکرد زیست‌محیطی بسیار بهتری نسبت به R134a دارد و راندمان تبرید آن 5 تا 10 درصد بیشتر از R134a است که می‌تواند مصرف انرژی را بیشتر کاهش دهد. با این حال، R600a متعلق به مبردهای کلاس A3 (بسیار قابل اشتعال) است و هنگامی که غلظت حجمی آن در هوا به 1.8 تا 8.4 درصد برسد، در صورت قرار گرفتن در معرض شعله باز منفجر می‌شود. بنابراین، فقط به استفاده در یخچال‌های خانگی محدود می‌شود (میزان شارژ کاملاً محدود به ۵۰ تا ۱۵۰ گرم است، که بسیار کمتر از تجهیزات تجاری است) و یخچال باید به دستگاه‌های تشخیص نشتی (مانند حسگرهای فشار) و کمپرسورهای ضد انفجار مجهز باشد، با هزینه‌ای ۱۵ تا ۲۰ درصد بیشتر از مدل‌های R134a، بنابراین هنوز به طور کامل رایج نشده است.

۲. فریزرهای تجاری / یخچال‌های بزرگ: «نفوذ تدریجی» مبردهای با GWP پایین

فریزرهای تجاری (مانند فریزرهای جزیره‌ای سوپرمارکت‌ها) به دلیل ظرفیت زیاد (معمولاً بیش از ۵۰۰ لیتر) و بار برودتی بالا، الزامات بالاتری برای «حفاظت از محیط زیست» و «راندمان برودتی» مبردها دارند. در حال حاضر، انتخاب‌های اصلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

(1) مخلوط‌های HFC: «سازگاری با بار زیاد» R404A

R404A (مخلوطی از پنتافلوئوراتان، دی‌فلوئوروتان و تترافلوئوراتان) مبرد اصلی برای فریزرهای تجاری با دمای پایین (مانند فریزرهای انجماد سریع -40 درجه سانتیگراد) است که حدود 60٪ را تشکیل می‌دهد. مزیت آن این است که عملکرد تبرید آن در شرایط دمای پایین فوق‌العاده است - در دمای تبخیر -40 درجه سانتیگراد، ظرفیت تبرید 25 تا 30 درصد بیشتر از R134a است که می‌تواند به سرعت نیازهای ذخیره‌سازی دمای پایین فریزرها را برآورده کند. و به مبردهای کلاس A1 (غیرسمی و غیر قابل اشتعال) تعلق دارد، با مقدار شارژ تا چند کیلوگرم (بسیار بیشتر از یخچال‌های خانگی)، بدون نگرانی در مورد خطرات اشتعال‌پذیری، و با عملکرد پربار فریزرهای بزرگ سازگار است.

با این حال، کاستی‌های حفاظت از محیط زیست R404A به تدریج برجسته شده است. مقدار GWP آن به ۳۹۲۲ می‌رسد که متعلق به گازهای گلخانه‌ای بالا است. در حال حاضر، اتحادیه اروپا و سایر مناطق مقرراتی را برای محدود کردن استفاده از آن وضع کرده‌اند (مانند ممنوعیت استفاده از مبردهایی با GWP>2500 در فریزرهای تجاری تازه تولید شده پس از سال ۲۰۲۲). بنابراین، R404A به تدریج با مبردهای با GWP پایین جایگزین می‌شود.

(2) انواع با GWP پایین: «جایگزین‌های زیست‌محیطی» R290 و CO₂

در مقابل مقررات سختگیرانه‌تر زیست‌محیطی، R290 (پروپان) و CO₂ (R744) به گزینه‌های نوظهوری برای فریزرهای تجاری تبدیل شده‌اند که با نیازهای مختلف در سناریوهای مختلف سازگار می‌شوند:

R290 (پروپان): عمدتاً در فریزرهای تجاری کوچک (مانند فریزرهای افقی فروشگاه‌های رفاه) استفاده می‌شود. مقدار ODP آن 0 و مقدار GWP آن حدود 3 است و محافظت محیطی بسیار قوی دارد. و راندمان تبرید آن 10 تا 15 درصد بیشتر از R404A است که می‌تواند مصرف انرژی عملیاتی فریزرهای تجاری را کاهش دهد (تجهیزات تجاری بیش از 20 ساعت در روز کار می‌کنند و هزینه‌های مصرف انرژی بخش زیادی از آن را تشکیل می‌دهد). با این حال، R290 متعلق به مبردهای کلاس A3 (بسیار قابل اشتعال) است و مقدار شارژ آن باید به شدت در محدوده 200 گرم کنترل شود (بنابراین فقط به فریزرهای کوچک محدود می‌شود). علاوه بر این، فریزر باید کمپرسورهای ضد انفجار، خطوط لوله ضد نشت (مانند لوله‌های آلیاژ مس-نیکل) و طرح‌های تهویه و اتلاف گرما را اتخاذ کند. در حال حاضر، نسبت آن در فریزرهای فروشگاه‌های رفاه اروپا از 30 درصد فراتر رفته است.

CO₂ (R744): عمدتاً در فریزرهای تجاری با دمای بسیار پایین (مانند فریزرهای نمونه بیولوژیکی -60 درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود. دمای تبخیر استاندارد آن -78.5 درجه سانتیگراد است که می‌تواند بدون سیستم تبرید آبشاری پیچیده، ذخیره‌سازی در دمای بسیار پایین را محقق کند. و دارای مقدار ODP 0 و مقدار GWP 1 با حفاظت محیطی غیرقابل تعویض است و غیرسمی و غیر قابل اشتعال است و ایمنی بهتری نسبت به R290 دارد. با این حال، CO₂ دمای بحرانی پایینی (31.1 درجه سانتیگراد) دارد. هنگامی که دمای محیط از 25 درجه سانتیگراد فراتر رود، فناوری "چرخه انتقالی" مورد نیاز است که در نتیجه فشار کمپرسور فریزر به 10-12 مگاپاسکال می‌رسد و نیاز به استفاده از خطوط لوله فولادی ضد زنگ با استحکام بالا و کمپرسورهای مقاوم در برابر فشار بالا دارد و هزینه آن 30 تا 40 درصد بیشتر از فریزرهای R404A است. بنابراین، در حال حاضر عمدتاً در سناریوهایی با الزامات بسیار بالا برای حفاظت از محیط زیست و دمای پایین (مانند فریزرهای تحقیقات پزشکی و علمی) استفاده می‌شود.

دوم. روندهای آینده مبردها: GWP پایین و ایمنی بالا به جهت‌گیری‌های اصلی تبدیل می‌شوند

همراه با مقررات زیست‌محیطی جهانی (مانند مقررات گازهای F اتحادیه اروپا، طرح اجرای پروتکل مونترال چین) و ارتقاء فناوری تجهیزات، مبردهای یخچال و فریزر سه روند اصلی را در آینده نشان خواهند داد:

یخچال‌های خانگی: R600a به تدریج جایگزین R134a می‌شود - با بلوغ فناوری‌های ضد نشت و ضد انفجار (مانند نوارهای آب‌بندی جدید، دستگاه‌های قطع خودکار نشت)، هزینه R600a به تدریج کاهش می‌یابد (پیش‌بینی می‌شود که هزینه در 5 سال آینده 30 درصد کاهش یابد) و مزایای آن از جمله حفاظت بالای محیط زیست و راندمان بالای تبرید برجسته خواهد شد. پیش‌بینی می‌شود که سهم R600a در یخچال‌های خانگی تا سال 2030 از 50 درصد فراتر رود و جایگزین R134a به عنوان جریان اصلی شود.

فریزرهای تجاری«توسعه دوگانه» مخلوط‌های CO₂ و HFOها - برای فریزرهای تجاری با دمای بسیار پایین (زیر -40 درجه سانتیگراد)، بلوغ فنی CO₂ همچنان بهبود خواهد یافت (مانند کمپرسورهای چرخه فوق بحرانی با راندمان بالا)، و هزینه به تدریج کاهش می‌یابد، و انتظار می‌رود این نسبت تا سال 2028 از 40٪ فراتر رود؛ برای فریزرهای تجاری با دمای متوسط ​​(-25 درجه سانتیگراد تا -18 درجه سانتیگراد)، R454C (مخلوطی از HFOها و HFCها، GWP≈466) به جریان اصلی تبدیل خواهد شد، با عملکرد تبرید نزدیک به R404A، و متعلق به مبردهای کلاس A2L (سمیت کم و اشتعال‌پذیری کم)، بدون محدودیت سختگیرانه در مقدار شارژ، که بین حفاظت از محیط زیست و کاربردی بودن تعادل برقرار می‌کند.

استانداردهای ایمنی ارتقا یافتهاز «حفاظت غیرفعال» تا «نظارت فعال» - صرف نظر از تجهیزات خانگی یا تجاری، سیستم‌های مبرد آینده عموماً به عملکردهای «نظارت هوشمند نشتی + عملیات اضطراری خودکار» (مانند حسگرهای نشتی لیزری برای یخچال‌های خانگی، آلارم‌های غلظت و دستگاه‌های اتصال تهویه برای فریزرهای تجاری) مجهز خواهند شد، به ویژه برای مبردهای قابل اشتعال مانند R600a و R290، تا خطرات ایمنی بالقوه را از طریق روش‌های فنی از بین برده و محبوبیت مبردهای با GWP پایین را ارتقا دهند.

III. اولویت تطبیق سناریوی اصلی

برای نیازهای کاربران مختلف، هنگام انتخاب مبردهای یخچال می‌توان اصول زیر را رعایت کرد:

کاربران خانگی: اولویت با مدل‌های R600a است (تعادل بین حفاظت از محیط زیست و صرفه‌جویی در مصرف انرژی) - در صورت وجود بودجه (200 تا 500 یوان بیشتر از مدل‌های R134a)، اولویت باید به یخچال‌هایی داده شود که با "مبرد R600a" مشخص شده‌اند. مصرف برق آنها 8 تا 12 درصد کمتر از مدل‌های R134a است و با محیط زیست سازگارتر هستند. پس از خرید، باید به جلوگیری از نزدیک شدن قسمت پشت یخچال (جایی که کمپرسور قرار دارد) به شعله‌های آتش توجه شود و به طور مرتب سفتی درزگیرهای درب بررسی شود تا خطر نشتی کاهش یابد.

کاربران تجاری:انتخاب بر اساس نیازهای دمایی (تعادل هزینه و حفاظت از محیط زیست) - فریزرهای دمای متوسط ​​(مانند فریزرهای فروشگاه‌های رفاه) می‌توانند مدل‌های R290 را انتخاب کنند که هزینه‌های مصرف انرژی عملیاتی بلندمدت کمتری دارند؛ برای فریزرهای دمای بسیار پایین (مانند تجهیزات انجماد سریع)، اگر بودجه کافی باشد، مدل‌های CO₂ ترجیح داده می‌شوند که با روند مقررات زیست‌محیطی مطابقت دارند و از خطر حذف تدریجی در آینده جلوگیری می‌کنند؛ اگر حساسیت به هزینه کوتاه‌مدت نگران‌کننده است، مدل‌های R454C را می‌توان به عنوان یک گزینه گذار انتخاب کرد که عملکرد و حفاظت از محیط زیست را متعادل می‌کند.

تعمیر و نگهداری و جایگزینینوع مبرد را دقیقاً با نوع اصلی آن مطابقت دهید - هنگام نگهداری یخچال و فریزرهای قدیمی، خودسرانه نوع مبرد را جایگزین نکنید (مانند جایگزینی R134a با R600a)، زیرا مبردهای مختلف نیازهای متفاوتی برای روغن روانکاری کمپرسور و فشار خط لوله دارند. استفاده ترکیبی باعث آسیب به کمپرسور یا خرابی سیستم تبرید می‌شود. برای اضافه کردن مبردها طبق نوع مشخص شده روی پلاک دستگاه، لازم است با متخصصان تماس بگیرید.