Naturalne czynniki chłodnicze – rodzaje i perspektywy rozwoju

Obecnie stosowane czynniki chłodnicze w pompach ciepła wykazują szkodliwy wpływ na środowisko To sprawia, że coraz większą popularnością cieszą się czynniki naturalne. Są to substancje posiadające podobne właściwości co tradycyjne chłodziwa, ale mające znikomy wpływ na efekt cieplarniany. Najpopularniejsze z nich to czynnik R744 znany jako dwutlenek węgla, R717 czyli amoniak oraz R290 – propan. Ten ostatni cieszy się coraz większą popularnością w pomach ciepła, zwłaszcza wśród polskich producentów. Dlatego w poniższym wpisie wyjaśniam, czym są naturalne czynniki chłodnicze. Omawiam pompy ciepła działające na propanie oraz przedstawiam korzyści, jakie wynikają ze stosowania tego rodzaju pomp.

Czynniki chłodnicze a środowisko

Czynnik chłodniczy jest związkiem chemicznym lub mieszaniną odpowiedzialną za wymianę ciepła pomiędzy urządzeniem chłodniczym, pompą ciepła a otoczeniem. Podobnie jak krew w organizmie – czynnik krąży w układzie chłodniczym, którego sercem jest zawsze sprężarka. W ten sposób, w wyniku sprężania i rozprężania, chłodziwo pobiera lub oddaje ciepło.

Niestety czynniki chłodnicze to substancje, które w wyniku niekontrolowanego wycieku stanowią zagrożenie dla środowiska. Ich emisja przyczyna się do niszczenia warstwy ozonowej, co w następstwie prowadzi do efektu globalnego ocieplenia. Dlatego branża czynników chłodniczych od początku polega restrykcjom prawnym – głównie ze strony Unii Europejskiej.

Ze względu na fakt, iż coraz większą wagę przykłada się do zwiększonego bezpieczeństwa stosowania tych substancji, niektóre z nich – takie jak freony CFC (chlorofluorowęglowodory) i HCFC (wodorochlorofluorowęglowodory) musiały zostać wycofane z rynku. Na ich miejsce opracowano mniej szkodliwe preparaty, które każdorazowo muszą być użytkowane zgodnie z obowiązującymi przepisami prawnymi i zasadami bezpieczeństwa.

Rodzaje czynników chłodniczych

Na rynku chłodniczych wyróżniamy kilka podstawowych grup: CFC, HCFC, HFC/HC/NH3 oraz HFO. Zgodnie z obowiązującymi regulacjami prawnymi, substancje o wysokim potencjale niszczenia warstwy ozonowej zostały wycofane lub są stopniowo usuwane z obiegu. Nawet jeśli urządzenia starego typu nadal działają korzystając z czynnika chłodniczego CFC, niedozwolone jest ich uzupełnianie tym właśnie materiałem.

Miejsce szkodliwych chłodziw zastępują natomiast preparaty o bliskim zeru lub zerowym wpływie na warstwę ozonową tj. czynniki syntetyczne. Najpopularniejszy podział czynników chłodniczych przedstawia poniższa tabela.

Naturalne czynniki chłodnicze

Negatywny wpływ czynników chłodniczych HFC i HCFC na warstwę ozonową oraz ich duży udział w tworzeniu efektu cieplarnianego powoduje, że coraz większą popularnością cieszą się naturalne czynniki chłodnicze. Są to substancje, które powstały w wyniku procesów naturalnych, posiadające podobne właściwości co tradycyjne czynniki, ale mające znikomy wpływ na efekt cieplarniany czy warstwę ozonową. Najpopularniejsze z nich to czynnik R744, wszystkim znany jako zwykły dwutlenek węgla, R717 czyli amoniak, R290 – propan oraz R600a – izobutan.

Czynnik R290 – propan

W niektórych modelach pomp ciepła dostępnych na rynku stosuje się naturalny czynnik chłodniczy – niepodlegający ustawie SZWO (tzw. F-gazy). Jest to R290 czyli propan, który jest niewątpliwie czynnikiem przyszłości. Wyróżnia go zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP = 0) oraz niski współczynnik GWP wynoszący zaledwie 3.

GWP to potencjał tworzenia efektu cieplarnianego – im jest niższy, tym mniejszy ma na niego wpływ. Dla porównania – wskaźniki GWP popularnych dziś F-gazów wynoszą zazwyczaj między 1400 a 4000. Są też takie, których GWP sięga 23 000. Dla przykładu:

• dla R134a GWP wynosi 1430,
• dla R32 – 675,
• dla R410A – 2088.
• dla R404A – aż 3922.

Oznacza to, że emisja 1 kg R404A jest ekologicznie równoznaczna z uwolnieniem do atmosfery prawie 4 ton dwutlenku węgla. Z tego względu rynek pomp ciepła w najbliższej przyszłości będzie dążył do popularyzacji naturalnych czynników chłodniczych i stopniowej eliminacji czynników o wysokim GWP.

Propan w pompach ciepła

Propan ma doskonałe właściwości termodynamiczne, z tego względu znajduje coraz większe zastosowane w urządzeniach grzewczych typu powietrzne pomp ciepła. Wyróżnia je niewielki spadek mocy grzewczej i wysoki COP przy niskich temperaturach zewnętrznych. (Dla HT10, kW/COP przy A2/W35 – 9,1/4,0, przy A-7/W35 – 7,1/3,0).

Pompa ciepła wykorzystująca propan R290 z kolei nie wymaga rejestracji w Centralnym Rejestrze Operatorów – z racji, ze nie zawiera związków chloru, fluoru i ma zerowy wpływ na środowisko. W najbliższej przyszłości stosowanie czynników chloro- i fluoropodobnych, czyli tzw. f-gazów, będzie wiązało się z coraz większymi zaostrzeniami prawnymi.

Minusem czynnika R290 jest palność, jednak ilość propanu w pompach ciepła nawet w największej jednostce rynkowej HT10/20 mocy 22 kW nie przekracza 2,4 kg. Dla porównania – popularna butla turystyczna to 3 kg propanu-butanu. Cały czynnik jest w zamkniętym obiegu w jednostce zewnętrznej, czyli na zewnątrz budynku, dzięki czemu  jest to całkowicie bezpieczne rozwiązanie.

Powyższy artykuł powstał przy współpracy z firmą HKS LAZAR – producentem powietrznych pomp ciepła na propan R290

Autor: mgr inż. Damian Czernik