ترکیب شیمیایی گاز R134a | تاریخچه و معرفی گاز R134a

ترکیب شیمیایی گاز R134a | تاریخچه و معرفی گاز R134a

تاریخچه و معرفی گاز R134a: انقلابی در صنعت تبرید

گاز R134a (با فرمول شیمیایی CH2FCF3) که با نام تجاری تترافلوئورواتان نیز شناخته می‌شود، در اوایل دهه 1990 به‌عنوان جایگزینی ایمن‌تر برای گاز R12 معرفی شد. این گاز مبرد که توسط شرکت DuPont توسعه یافت، پاسخی به نگرانی‌های زیست‌محیطی در مورد تخریب لایه اوزون بود.

دلایل اصلی توسعه و استفاده از R134a:

• عدم آسیب‌رسانی به لایه اوزون (ODP=0)
• سازگاری بیشتر با محیط زیست نسبت به R12
• خواص ترموداینامیکی مناسب
• ایمنی بالا در استفاده

کاربردهای اولیه و گسترش استفاده:

1. سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو (از سال 1994)
2. یخچال‌های خانگی و صنعتی
3. چیلرهای تراکمی
4. سیستم‌های سردخانه‌ای
5. اسپری‌های پزشکی و صنعتی

مزایای اصلی که باعث محبوبیت R134a شد:

• عملکرد حرارتی مطلوب
• سازگاری با روغن‌های روان‌کننده
• غیر قابل اشتعال بودن
• پایداری شیمیایی بالا
• سمیت پایین

با وجود مزایای فراوان، نگرانی‌های زیست‌محیطی جدید در مورد پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) این گاز، منجر به تلاش‌های جهانی برای یافتن جایگزین‌های سازگارتر با محیط زیست شده است.

نکته مهم: گاز R134a در حال حاضر یکی از پرکاربردترین مبردها در صنعت تبرید است، اما طبق توافقنامه‌های بین‌المللی، استفاده از آن به تدریج در حال محدود شدن است.

آشنایی بیش‌تر با ترکیب شیمیایی گاز R134a و جایگزین‌های آن

گاز سردخانه R134a (با طراحی شیمیایی ۱،۱،۱،۲) یک هیدروفلوئوروکربن است که با توجه به ترکیب شیمیاییِ مناسب آن، یک انتخاب محبوب در میانِ صاحبان سردخانه‌هاست. ساختار گاز R134a موجب شده است که بتوان آن را به طور گسترده در سیستم‌های HVAC و تهویه مطلوب استفاده کرد. نظر به تقاضای بالای بازار نسبت به خرید گاز R134a، در این مقاله به طور جامع به توضیح ترکیبات شیمیایی این گاز می‌پردازیم. این اطلاعات، به‌خصوص برای مصرف‌کنندگان گازهای سردخانه‌ای مناسب است و باعث می‌شود بتوان به طور دقیق دانست که در چه پروژه‌هایی، می‌توان از این گاز استفاده کرد.

نگاهی به ویژگی‌های گاز R134a

به طور کلی،‌ معمولا گاز سردخانه R134a، به عنوان جایگزینی برای گاز سردخانه R22 مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سیستم‌ها و تجهیزات جدید سردخانه‌ای، این گاز توانسته عملکرد قابل توجهی در سرمایش و برودت مطبوع از خود نشان دهد. گاز R134a یک گاز HFC است که آسیبی به لایه‌ی اوزون نمی‌زند. دلیلِ اصلی استفاده از R134a به عنوان جایگزینِ‌ R12 و R22، همین عدم آسیب به لایه‌ی اوزون است. از جمله مهم‌ترین خواص این مبرد گازی،‌ این است که ترکیب شیمیایی و دمایی آن ثبات بسیار بالایی دارد و می‌تواند مقاومت قابل توجهی در بازه‌های مختلف دمایی از خود نشان دهد. این گاز اشتعال‌ناپذیر است و سم‌زا نیست.

داشتن ثبات بالای شیمیایی و دمایی موجب شده است که R134a با اکثر تجهیزات برودتی و سرمایشی تطابق داشته باشد. R134a یکی از مبردهای A1 است که در گروه L1 جای می‌گیرد. مبرد گازی R134a با روغن‌های سنتیِ مورد استفاده، توسط گازهایی هم‌چون R11 مخلوط نمی‌شود (از جمله روغن‌های معدنی و الکیل بنزن‌ها). حال آن‌که به طور کامل با روغن‌های پلی‌استر (POE) مخلوط می‌شود. از این رو، این مبرد گازی را فقط می‌توان با POE استفاده کرد.

گذشته از موارد ذکرشده، گاز سردخانه R134a به عنوان جایگزینی‌ برای گاز R12 و R22 مورد استفاده قرار می‌گیرد. معمولا سیستم‌های سنتی که قصد دارند تجهیزات خود را آپدیت کنند، از R134a استفاده می‌کنند. علاوه بر این، مبرد R134a یکی از انواع مبردهایی‌ست که به طور گسترده در سیستم‌های سرمایشی خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله دیگر موارد کاربرد این مبرد گازی، یخچال‌های خانگی و سیستم‌های هوای مطبوع خانگی‌ست. گذشته از این، در پروژه‌های صنعتی، از جمله چیلرهای صنعتی و بازرگانی و سیستم‌های یخچال‌های باربری، از R134a به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.

مشخصات فنی، ویژگی‌ها و ترکیب شیمیایی گاز R134a

ساختار مولکولی و ترکیب شیمیایی گاز R134a:

• فرمول مولکولی: CH2FCF3 (1,1,1,2-تترافلوئورواتان)
• وزن مولکولی:03 گرم بر مول
• ساختار: مولکول‌های خطی با پیوندهای کربن-فلوئور و کربن-هیدروژن
• گروه شیمیایی: هیدروفلوئوروکربن (HFC)

خواص فیزیکی کلیدی گاز R134a:

1. نقطه جوش: -26.3 درجه سانتیگراد در فشار اتمسفر
2. نقطه انجماد: -103.3 درجه سانتیگراد
3. دمای بحرانی: 101.1 درجه سانتیگراد
4. فشار بحرانی: 40.7 بار
5. چگالی مایع (در 25 درجه): 1.206 گرم بر سانتی‌متر مکعب
6. فشار بخار (در 25 درجه): 6.657 بار

خواص ترموداینامیکی گاز R134a:

• گرمای نهان تبخیر: 217.2 کیلوژول بر کیلوگرم
• ظرفیت گرمایی ویژه مایع: 1.44 کیلوژول بر کیلوگرم-کلوین
• هدایت حرارتی (در 25 درجه): 0.0145 وات بر متر-کلوین
• ویسکوزیته دینامیکی: 0.202 میلی‌پاسکال-ثانیه

خواص ایمنی و زیست‌محیطی گاز R134a:

• طبقه‌بندی ایمنی ASHRAE: A1 (سمیت پایین، غیر قابل اشتعال)
• پتانسیل تخریب لایه اوزون (ODP): 0
• پتانسیل گرمایش جهانی (GWP): 1430
• زمان ماندگاری در اتمسفر: 14 سال
• حد مجاز تماس شغلی (TWA): 1000 ppm

سازگاری گاز R134a با مواد:

✓ سازگار با:

• روغن‌های پلی‌استر (POE)
• آلومینیوم
• مس
• فولاد
• پلاستیک‌های فلوئوروکربنی

✗ ناسازگار با:

• روغن‌های معدنی
• لاستیک‌های طبیعی
• برخی الاستومرها

کاربردهای تخصصی گاز R134a بر اساس خواص:

1. سیستم‌های تبرید با دمای متوسط
2. کمپرسورهای رفت و برگشتی
3. سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو
4. چیلرهای صنعتی

نکات مهم در استفاده:

• نیاز به خشک بودن سیستم (رطوبت کمتر از 50 ppm)
• استفاده از فیلترهای مناسب برای جذب رطوبت
• کنترل دقیق دما و فشار در سیستم
• استفاده از روغن‌های روان‌کننده سازگار

این اطلاعات فنی و دقیق، راهنمای جامعی برای متخصصان تبرید و تهویه مطبوع در استفاده از گاز R134a فراهم می‌کند.

روش نگهداری گاز R134a

گاز سردخانه R134a سم‌زایی کمی دارد و شاخص LCLO آن در طی چهار ساعت، حتی از نرخ ۵۰۰۰۰۰ پی‌پی‌ام هم کم‌تر است. نرخ NOEL آن هم برای مشکلات قلبی،‌ به حدود ۷۵۰۰۰ پی‌پی‌ام می‌رسد. حتی با وجود حضور در محیطی که این مبرد گازی به مدت ۱۰۴ هفته و با غلظت ۱۰۰۰۰ پی‌پی‌ام گسترده بود، هیچ عارضه‌ای مشاهده نشد. در صورتی که کانتینرهای R134a به طور گسترده انبار ‌شوند، باید حتما آن‌ها را در محیطی خشک و خنک نگه داشت.

توجه شود که محیط می‌بایست به طور دائم تهویه گردد، علاوه بر این، می‌بایست کانتینرهای R134a را از هر منبع حرارت دور کرد. در صورت پراکنش گاز R134a در محیط، مولکول‌های آن از هوا سنگین‌تر خواهند بود و معمولا در طول زمان،‌ بر روی زمین نشست می‌کند. با این وجود، به دلیل عدم سم‌زایی این مبرد گازی، حضور در محیطی که این گاز انبار شده است مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند و امنیت این گاز، بسیار بالاست.

خواص شیمیایی گاز مبرد R134a

نظر به نرخ بالای GWP در R134a، در سال‌های اخیر شاهد جایگزین‌های جدیدتر و بهتری برای این گاز سردخانه هستیم. با این حال، R134a یک گاز گلخانه‌ای محسوب می‌شود و نرخ گرمایش زمین آن ۱۴۳۰ بار بیشتر از تاثیرِ حجم مشابهی از کربن دی‌اکسید، در بازه‌ی زمانی ۱۰۰ ساله است. البته نرخ گرمایش زمین برای R134a نسبت به گازهای دیگر سردخانه‌ای بسیار پایین‌تر است و می‌تواند بهترین انتخاب برای سیستم‌های سرمایشی سنتی (که قصد آپگرید و ارتقای تجهیزات خود را دارند) باشد.

معرفی جایگزین‌های گاز R134a در صنعت تبرید

1. گاز R1234yf: جایگزین پیشرو
   این مبرد نسل جدید با GWP پایین (حدود 4) به‌عنوان اصلی‌ترین جایگزین R134a شناخته می‌شود. عملکرد خنک‌کنندگی مشابه با R134a داشته و در سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو کاربرد گسترده‌ای دارد. مزیت اصلی آن سازگاری بیشتر با محیط زیست است، اما هزینه بالاتر و قابلیت اشتعال خفیف از چالش‌های آن محسوب می‌شود.
2. گاز R152a: گزینه اقتصادی
   با GWP حدود 124، این مبرد گزینه‌ای مقرون به صرفه است. کارایی انرژی بالاتری نسبت به R134a دارد و در سیستم‌های کوچک‌تر عملکرد خوبی نشان می‌دهد. البته قابلیت اشتعال بالاتر آن نیازمند رعایت اصول ایمنی ویژه است.
3. گاز R744 (CO2): راهکار طبیعی
   دی‌اکسید کربن به‌عنوان یک مبرد طبیعی با GWP برابر 1، گزینه‌ای کاملاً سازگار با محیط زیست است. مناسب برای سیستم‌های تبرید صنعتی و تجاری بوده، اما نیاز به فشار کاری بالاتر و تجهیزات خاص دارد.
4. گاز R513A: مخلوط جایگزین
   ترکیبی از R1234yf و R134a است که GWP متوسطی (631) دارد. این مبرد برای جایگزینی مستقیم R134a مناسب است و نیاز به تغییرات اساسی در سیستم ندارد.
5. گاز R450A: انتخاب ایمن
   با GWP حدود 605، این مخلوط غیرقابل اشتعال برای کاربردهای تجاری و صنعتی مناسب است. عملکرد مشابه با R134a داشته و سازگاری خوبی با سیستم‌های موجود دارد.

مزایای اصلی جایگزین‌های گاز R134a:

• اثرات زیست‌محیطی کمتر
• کارایی انرژی بالاتر در برخی موارد
• سازگاری با قوانین جدید
• امکان استفاده در تجهیزات مدرن

چالش‌های استفاده از جایگزین‌های گاز R134a:

• هزینه‌های بالاتر در برخی موارد
• نیاز به تغییرات در سیستم‌های موجود
• الزامات ایمنی خاص
• محدودیت‌های دسترسی در برخی مناطق

نکات مهم در انتخاب جایگزین مناسب گاز R134a:

1. نوع کاربرد و ظرفیت سیستم
2. هزینه‌های اجرایی و نگهداری
3. دسترسی به خدمات فنی
4. الزامات قانونی منطقه‌ای
5. ملاحظات ایمنی خاص

این جایگزین‌ها با توجه به شرایط کاربری و الزامات قانونی مختلف، گزینه‌های متنوعی را برای جایگزینی R134a ارائه می‌دهند.

دقت کنید که پروسه‌ی انتخاب و جایگزینی گاز سردخانه به هیچ عنوان نباید به صورت سرخود و بدون نظر متخصص اجرا شود. بازرگانی گرام، به عنوان نماینده‌ی رسمی و انحصاری برندهای برتر برودتیِ‌ جهان در ایران، این امکان را برای شما برقرار ساخته است که در کم‌ترین زمان، بهترین جایگزین را برای R134a خریداری کنید.

مقایسه فنی و اقتصادی گاز R134a با جایگزین‌های اصلی

1. مقایسه عملکرد خنک‌کنندگی:
   R134a با ظرفیت سرمایشی 100% به‌عنوان مبنای مقایسه در نظر گرفته می‌شود. R1234yf با ظرفیت 95% نزدیک‌ترین عملکرد را دارد. R744 با ظرفیت 110% بالاترین توان سرمایشی را نشان می‌دهد. R152a با 96% و R513A با 98% عملکرد قابل قبولی ارائه می‌دهند.
2. هزینه‌های اقتصادی:
   قیمت R134a در بازار متوسط است. R1234yf حدود 3 تا 4 برابر گران‌تر بوده و هزینه‌های نگهداری بالاتری دارد. R744 نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه بالا برای تجهیزات است اما هزینه گاز پایین است. R152a از نظر قیمتی مقرون به صرفه‌تر است. R513A قیمتی نزدیک به R134a دارد.
3. مصرف انرژی و بازدهی:
   R134a بازدهی انرژی متوسطی دارد. R1234yf مصرف انرژی مشابهی نشان می‌دهد. R744 در شرایط دمایی مناسب بازدهی بالاتری دارد. R152a از نظر مصرف انرژی عملکرد بهتری نسبت به R134a دارد. R513A بازدهی مشابه R134a را ارائه می‌دهد.
4. سازگاری با تجهیزات موجود:
   R134a در سیستم‌های فعلی استفاده می‌شود. R1234yf نیاز به تغییرات جزئی دارد. R744 نیازمند تجهیزات کاملاً جدید است. R152a تغییرات ایمنی خاص می‌طلبد. R513A بیشترین سازگاری را با سیستم‌های R134a دارد.
5. هزینه‌های نگهداری و تعمیرات:
   نگهداری R134a هزینه متوسطی دارد. R1234yf نیاز به تخصص بیشتر و قطعات گران‌تر دارد. R744 هزینه‌های نگهداری بالاتری به دلیل فشار کاری زیاد دارد. R152a هزینه‌های نگهداری متوسطی دارد. R513A هزینه‌های مشابه R134a را داراست.
6. دسترسی و توزیع:
   R134a به راحتی در دسترس است. R1234yf محدودیت‌های توزیع بیشتری دارد. R744 به راحتی قابل تهیه است اما تجهیزات آن محدود است. R152a دسترسی متوسطی دارد. R513A در حال افزایش دسترسی در بازار است.
7. عمر مفید سیستم:
   سیستم‌های R134a عمر طولانی دارند. R1234yf عمر مشابهی ارائه می‌دهد. R744 با مراقبت مناسب عمر بالایی دارد. R152a و R513A عمر مفید مشابه R134a را نشان می‌دهند.
8. تأثیر بر طراحی سیستم:
   R134a طراحی استاندارد دارد. R1234yf نیاز به تغییرات جزئی در طراحی دارد. R744 نیازمند طراحی کاملاً متفاوت است. R152a تغییرات ایمنی در طراحی می‌طلبد. R513A کمترین تغییر در طراحی را نیاز دارد.

این مقایسه‌ها نشان می‌دهد هر جایگزین مزایا و معایب خاص خود را دارد و انتخاب نهایی باید بر اساس شرایط خاص هر پروژه صورت گیرد.

جدول مقایسه فنی و اقتصادی R134a با جایگزین‌های اصلی

بهترین روش‌ها و نگهداری گاز R134a

اصول صحیح نگهداری و استفاده از گاز R134a نقش مهمی در افزایش عمر مفید سیستم و کاهش اثرات زیست‌محیطی دارد. رعایت استانداردهای فنی و ایمنی در این زمینه ضروری است.

1. نگهداری و ذخیره‌سازی:
   سیلندرهای گاز R134a باید در محیطی خشک و خنک با دمای کمتر از 50 درجه سانتیگراد نگهداری شوند. محل نگهداری باید دارای تهویه مناسب بوده و از تابش مستقیم خورشید محافظت شود. سیلندرها باید در وضعیت عمودی و با درپوش محافظ نگهداری شوند تا از آسیب به شیر جلوگیری شود.
2. شناسایی و کنترل نشتی:
   بازرسی منظم سیستم برای یافتن نشتی‌های احتمالی ضروری است. استفاده از دستگاه‌های نشت‌یاب الکترونیکی یا محلول‌های صابونی برای شناسایی نشتی توصیه می‌شود. در صورت مشاهده نشتی، باید سریعاً نسبت به رفع آن اقدام کرد تا از هدررفت گاز و آسیب زیست‌محیطی جلوگیری شود.
3. بازیافت و شارژ مجدد:
   هنگام تعمیرات سیستم، گاز باید توسط دستگاه‌های مخصوص بازیافت شود. تخلیه گاز در محیط اکیداً ممنوع است. قبل از شارژ مجدد، سیستم باید کاملاً تخلیه و خشک شود. استفاده از پمپ وکیوم برای حذف رطوبت و هوا ضروری است.
4. کنترل روغن و رطوبت:
   روغن مورد استفاده در سیستم باید از نوع POE مخصوص R134a باشد. کنترل منظم سطح و کیفیت روغن اهمیت دارد. استفاده از فیلتر درایر مناسب برای جذب رطوبت و ذرات معلق ضروری است و باید طبق برنامه تعویض شود.
5. بهینه‌سازی عملکرد:
   تنظیم دقیق فشار کاری و دمای سیستم برای دستیابی به بهترین عملکرد ضروری است. کنترل منظم دمای سوپرهیت و سابکول به بهبود عملکرد سیستم کمک می‌کند. سرویس‌های دوره‌ای شامل تمیزکاری کندانسور و اواپراتور باید انجام شود.
6. مستندسازی و پایش:
   ثبت دقیق تمام عملیات نگهداری، تعمیرات و میزان شارژ گاز ضروری است. این اطلاعات در برنامه‌ریزی نگهداری پیشگیرانه و بهینه‌سازی مصرف گاز مفید خواهد بود.
7. ایمنی و حفاظت فردی:
   استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مانند دستکش و عینک ایمنی هنگام کار با گاز الزامی است. محل کار باید دارای تهویه مناسب باشد و دستورالعمل‌های ایمنی باید در دسترس باشد.

رعایت این اصول علاوه بر افزایش عمر مفید سیستم و کاهش هزینه‌ها، به حفاظت از محیط زیست نیز کمک می‌کند. آموزش مداوم تکنسین‌ها و به‌روزرسانی دانش فنی آنها در این زمینه ضروری است.