Paweł Dębski
inżynier Ekolog
W pompach ciepła coraz częściej stosuje się tzw. alternatywne czynniki chłodnicze, mające odpowiednio niski potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP).
Stosowanie czynników o niskim GWP (Global Warming Potential – potencjał tworzenia efektu cieplarnianego) jest elementem polityki środowiskowej Unii Europejskiej.
W zakresie czynników chłodniczych zagadnienie to jest regulowane przez rozporządzenie F-gazowe[1], którego celem jest ograniczenie emisji F-gazów (fluorowanych gazów cieplarnianych z grupy HFC-węglowodorów fluorowanych) o 2/3 do 2030 roku, w porównaniu do roku 2014.
Rozporządzenie to, przeniesione na polski grunt ustawą F-gazową[2], zawiera m.in. harmonogram wycofywania z rynku czynników chłodniczych o szczególnie wysokim GWP. Oznacza to na przykład, że od 2025 roku w nowych klimatyzatorach typu split o napełnieniu do 3 kg nie będzie można stosować czynnika chłodniczego o GWP ≥750. Mimo, że w obecnej wersji rozporządzenia F-gazowego wycofywanie czynników nie dotyczy pomp ciepła, może się to zmienić. Trwający aktualnie przegląd rozporządzeń branży chłodniczej, właśnie w kontekście zaostrzania kryteriów doboru czynników chłodniczych, może spowodować kolejne zmiany w tym zakresie. Wśród propozycji znalazł się m.in. całkowity zakaz stosowania czynników o GWP ≥750 w klimatyzatorach stacjonarnych i pompach ciepła oraz zakaz stosowania czynników o GWP > 150 w klimatyzatorach i pompach ciepła o mocy chłodniczej/grzewczej poniżej 12 kW[3].
Urządzenia podlegające ustawie F-gazowej wymagają założenia i uzupełnienia ich kart w Centralnym Rejestrze Operatorów oraz regularnych kontroli szczelności, których częstotliwość zależy od wielkości napełnienia pompy ciepła, wyrażonej w tonach ekwiwalentu CO2. Pompa ciepła zawierająca czynnik chłodniczy z grupy gazów fluorowanych, ale o niskim GWP – np. R32 (GWP675) czy R454C (GWP 146) może więc nie podlegać wymogom ustawy F-gazowej. Jej wymogom nie podlegają także pompy ciepła pracujące na czynnikach, które nie są F-gazami – chodzi głównie o propan R290 (GWP3) i dwutlenek węgla R744 (GWP1).
Zmiany w zakresie wykorzystywanych czynników chłodniczych napędzane są również przez wzrost popytu i podaży tzw. wysokotemperaturowych pomp ciepła, czyli pomp produkujących bez dodatkowego wspomagania wodę grzewczą o temperaturze zasilania 55oC i więcej.
Warto zwrócić uwagę na ewentualne problemy związane z korzystaniem z czynników alternatywnych, do których należy przede wszystkim palność. Niemal wszystkie czynniki alternatywne, które można stosować w pompach ciepła ( z wyjątkiem R744 czyli dwutlenku węgla) są wysoce palne (klasa 3) lub palne (klasa 2).
Palność czynników wymaga odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych (szczególnie sprężarek), uzależnienia maksymalnej wielkości napełnienia urządzeń od ich zastosowania (np. czy będą stosowane w miejscach częstego przebywania ludzi), właściwej konstrukcji i wentylacji obudowy oraz edukacji instalatorów i zachowania zasad bezpiecznego montażu czy konserwacji. Z powodu palności czynników chłodniczych pompy ciepła na nowe czynniki są najczęściej oferowane jako monoblokowe - szczególnie dla obiektów mieszkaniowych.
Zagadnienia konstrukcyjne i produkcyjne mogą stanowić kolejną barierę dla producentów. Zastosowanie nowego czynnika w istniejących już urządzeniach wymaga zmian konstrukcyjnych, głównie odpowiednich sprężarek czy wymienników ciepła, dostosowanych do wymagań dotyczących palności (szczególnie urządzenia na R290, czyli propan) czy konkretnych parametrów pracy układu chłodniczego, np. ciśnienia (szczególnie urządzeń na R744 - dwutlenek węgla GWP1). Warto podkreślić, że wprowadzenie na rynek urządzenia o zmienionej konstrukcji, poprzedzone powinno zostać procesem certyfikacji.
W komercyjnych i przemysłowych pompach ciepła jako czynnik chłodniczy znajduje zastosowanie R744, czyli dwutlenek węgla. Wykorzystanie tego gazu następuje pod bardzo wysokim ciśnieniem, co wymusza spełnienie określnych wymagań technicznych[4] i zastosowanie konkretnych typów sprężarki. Pompy ciepła, pracujące w oparciu o czynnik R744 mogą produkować wodę grzewczą o temperaturze wynoszącej nawet 90 oC, przy ujemnej temperaturze otoczenia -25 oC. Oznacza to także możliwość przygotowania wody gorącej (użytkowej i technologicznej) w trybie przepływowym.
W przypadku większych pomp, znaczenie mogą mieć także czynniki chłodnicze tzw. IV generacji – hydrofluoroolefiny (HFO), pochodne propylenu (propenu) oznaczone jako R1234. Cechują się bardzo niskim GWP i lekką palnością. Izomer 1234yf (GWP4) stosowany jest powszechnie w klimatyzacji samochodowej, a R1234ze (GWP7) – w nowych urządzeniach chłodniczych średnio- i wysokotemperaturowych (głównie duże układy dla chłodnictwa komercyjnego i przemysłowego), w miejsce R134a.
Zastosowanie izomeru R1234ze jako czynnika chłodniczego znalazło także zastosowanie w wysokotemperaturowych pompach ciepła do zastosowań przemysłowych. Na rynek trafiła już nowa przemysłowa pompa ciepła, która może korzystać z takich dolnych źródeł jak woda technologiczna, ścieki czy ciepło odpadowe z procesów przemysłowych, zapewniając produkcję wody grzewczej o temperaturze nawet 120 oC[5].
[1] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 517/2014 z dnia 16.04.2014 r. w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych i uchylenia rozporządzenia (WE) nr 842/2006, Dz. Urz. UE L 150/195 z 20.05.2014
[2] Ustawa z dnia 15 maja 2015 o substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych, Dz. U. 2019 poz. 2158
[3] Czy będzie zakaz stosowania R410A w nowych urządzeniach? - STREFA INSTALATORA
[4] Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 11 lipca 2016 r. w sprawie wymagań dla urządzeń ciśnieniowych i zespołu urządzeń ciśnieniowych, Dz. U. 2019 poz. 211