Nowe czynniki chłodnicze w klimatyzacji

W Indiach można już spotkać klimatyzatory na R290

Nowe czynniki chłodnicze wprowadzane są do techniki klimatyzacyjnej, by spełnić wymogi związane z GWP (Global Warming Potential, potencjał tworzenia globalnego ocieplenia). Od 1 stycznia 2025 roku w nowych (wprowadzanych do obrotu) klimatyzatorach typu split o pojemności czynnika chłodniczego poniżej 3 kg zakazane będzie stosowanie czynników chłodniczych o GWP>750.

Jednym z kierunków rozwoju czynników dla klimatyzacji jest poszukiwanie takich rozwiązań, w których połączone zostaną niskie GWP i niska palność – zwykle czynniki o niskim GWP są przynajmniej lekko palne, a standardowym przykładem palnego czynnika ekologicznego (GWP=1) jest propan.

R466A – niskie GWP i brak palności

Pierwszą udaną próbę stworzenia czynnika niepalnego o niskim GWP podjęła firma Honeywell. Opracowany we współpracy z producentami urządzeń klimatyzacyjnych czynnik R466A (GWP=737) cechuje się klasą palności A1. Stało się to możliwe dzięki nowatorskiemu składowi. Do popularnych składników R32 i R125 został dodany CF3I (GWP=0,4). Związek ten nie był do tej pory stosowany w technice chłodniczej, znany jest z ochrony ppoż. jako środek gaśniczy. Jego znaczny udział (39,5% w odniesieniu do 49% R32 i 11,5% R125) przyczynia się nie tylko do obniżenia GWP całej mieszaniny, ale i pozwala na realizację celu, dla którego producent w ogóle brał go pod uwagę – czynnik został zaklasyfikowany jako niepalny (A1). Nowy czynnik właśnie wchodzi na rynek, a jego głównych zastosowań upatruje się w większych systemach klimatyzacyjnych – przede wszystkim VRF – dla których do tej pory brakowało zamiennika R410A. Zainteresowanie tym zastosowaniem oficjalnie zapowiadają pierwsi producenci. Można oczekiwać, że pewien wycinek rynku klimatyzatorów split – ze względu na brak konieczności stosowania dodatkowych środków bezpieczeństwa – w przyszłości będzie obejmował urządzenia pracujące właśnie z tym czynnikiem.

Co zamiast R410A?

Drugim kierunkiem badań producentów czynników jest poszukiwanie zamienników bezpośrednich (drop-in) czynnika R410A. Czynnik R32 sprawdza się w nowych urządzeniach, natomiast nie nadaje się do tego, by zastąpić nim czynnik R410 w istniejących urządzeniach. Obecnie – co jest problemem szczególnie w przypadku większych instalacji VRF/VRV – na rynku nie ma zamiennika R410A typu drop-in. Jest to sytuacja dużo trudniejsza niż w przypadku instalacji komercyjnych i przemysłowych – pracujące w nich czynniki R404A i R507A miały swoje bezpośrednie zamienniki, stąd przezbrajanie instalacji było stosunkowo łatwe, szybkie i rozsądne kosztowo. Taka możliwość nie istnieje dla R410A.

Jak jednak zapowiada jeden z brytyjskich producentów czynników chłodniczych, ta sytuacja może się zmienić. W 2020 roku na rynek ma wejść czynnik R470A (GWP=909). Atrakcyjność tego czynnika polega na tym, że jest niepalny (klasa A1) i może być stosowany jako bezpośredni zamiennik R410A w istniejących urządzeniach. Ma zbliżoną do R410A charakterystykę termodynamiczną i jest kompatybilny z olejami stosowanymi w instalacjach z R410A. W skład nowego czynnika wchodzą: HFO1234ze(E) (44%), R125 (19%), R32 (17%), R134a (7%), R227ea (3%) oraz mała ilość CO2. Poślizg temperaturowy tej mieszaniny wynosi 8K (temp. otoczenia 25ºC i temp. powietrza na wylocie ze skraplacza ok. 12ºC) .

W poszukiwaniu jeszcze niższego GWP

Należy także dodać, że horyzont 2030 roku – wtedy ma zostać osiągnięte obniżenie ilości syntetycznych czynników chłodniczych do ok. 21% obecnego poziomu – nie kończy procesu obniżania wpływu czynników chłodniczych na klimat! Po 2030 roku zakładane jest m.in. stosowanie czynników chłodniczych o jeszcze niższych wskaźnikach GWP.

Jeden z producentów podaje, że pracuje nad wprowadzeniem na rynek małego klimatyzatora typu split z wykorzystaniem czynnika chłodniczego R454C (GWP=146!), opracowanego przez Chemours. Jest to mieszanina czynników R32 i R1234yf (ten drugi składnik znany jest także jako rozwiązanie samodzielne, stosowane m.in. w klimatyzacji samochodowej w miejsce czynnika R134a). Czynnik R454C opracowany został jako zamiennik dla popularnego w średnio- i niskotemperaturowych rozwiązaniach chłodniczych czynnika R404A, nie jest więc pierwszym wyborem producentów klimatyzacji komfortu. Wymienniki urządzeń pracujących z tym czynnikiem mają mniejszą wydajność (o 10% mniej w odniesieniu do R404A). Stąd w konstrukcji pionierskiego urządzenia split zastosowano zastrzeżone rozwiązania techniczne optymalizujące objętość przepływu, a dzięki temu podnoszące wydajność wymiennika. Ze względu na bardzo niski wskaźnik GWP (GWP=146) jest to czynnik obiecujący i przyszłościowy i nie należy wykluczać, że w kolejnych latach prace nad takimi urządzeniami podejmą inni producenci.

Palność niestraszna?

Inną możliwością radykalnego obniżenia GWP czynników chłodniczych jest stosowanie czynników o GWP=1, czyli czynników tzw. naturalnych i niektórych hydrofluoroolefin (zwanych też czynnikami HFO). W obszarze czynników naturalnych w kontekście klimatyzacji komfortu prowadzi się badania w zakresie zastosowania dwutlenku węgla (R744) oraz propanu (R290). Ciekawą analizę przeprowadziła niemiecka agencja GIZ – według jej raportu, przejście na wysokoefektywne klimatyzatory oparte na propanie w skali 50% udziału w rynku do 2050 roku pozwoliłoby na ograniczenie całkowitej emisji gazów cieplarnianych o 25%. Jednak ze względu na wysoką palność, stosowanie propanu w klimatyzacji komfortu obwarowane jest szeregiem wymagań bezpieczeństwa, takich jak zwiększona szczelność np. poprzez dodatkową obudowę, minimalna wielkość napełnienia czynnikiem, brak źródeł zapłonu w otoczeniu, ograniczenie rozprzestrzeniania czynnika w przypadku wycieku i inne środki ograniczenia ryzyka.

Wymogi te muszą zostać przełożone na rozwiązania techniczne, by w ogóle można było mówić o zastosowaniu propanu w klimatyzacji. Pierwsze eksperymentalne zastosowania w Indiach i Indonezji (gdzie wymogi prawne są inne niż w Europie) wydają się obiecujące. W horyzoncie czasowym 2022-2025 niewykluczone jest też powstanie układów kaskadowych HFO/propan. Kaskada umożliwiłaby m.in. zastosowanie niewielkiej (bezpiecznej) ilości czynnika palnego. Odpowiedzią na problemy z palnością mogą być też rozwiązania oparte o same czynniki HFO (hydrofluoroolefiny). Producenci nie wykluczają np. prac nad klimatyzacją komfortu opartą na czynniku R1233zd oraz wysokoobrotowej sprężarce. Ten jednorodny czynnik jest niepalny, a jego GWP wynosi 1. Te własności w połączeniu z dobrą wydajnością cieplną zapewniły mu zastosowanie w rozwiązaniach ze sprężarkami odśrodkowymi dla dużych układów klimatyzacyjnych (np. przemysłowych). Na razie są to jednak tylko rozważania teoretyczne, poparte dobrymi doświadczeniami z segmentów HVAC zupełnie innych niż klimatyzacja komfortu.

Warto przeczytać także:

Leave a Comment