Czynniki chłodnicze w pompach ciepła a ekologia

Czynniki chłodnicze uczestniczą w procesie wymiany ciepła, która ma miejsce w urządzeniach chłodniczych, klimatyzacyjnych i pompach ciepła. To od nich w dużej mierze zależy efektywność oraz wydajność działania urządzenia. Odpowiedni dobór czynnika chłodniczego jest również ważny ze względów ekologicznych. Czynniki chłodnicze mogą wpływać na środowisko naturalne, w tym na warstwę ozonową i efekt cieplarniany. Dlatego ważne jest stosowanie czynników o niskim współczynniku globalnego ocieplenia i potencjale niszczenia warstwy ozonowej. Czym charakteryzują się najpopularniejsze czynniki chłodnicze? Jakie związki są najbardziej ekologiczne?

Rola czynnika chłodniczego w pompie ciepła

Czynnik chłodniczy jest bardzo ważnym elementem w pompie ciepła, ponieważ odpowiada za przenoszenie ciepła z dolnego źródła (np. powietrza, gruntu, wody) do instalacji grzewczej. W pompie ciepła czynnik chłodniczy krąży w zamkniętym obiegu, przepływając przez wymiennik ciepła. Czynnik chłodniczy w trakcie pracy wrząc pod niskim ciśnieniem i w niskiej temperaturze, pobiera ciepło, które następnie oddaje w trakcie skraplania pod wyższym ciśnieniem i w wyższej temperaturze.

Czynniki chłodnicze powinny mieć właściwości termodynamiczne umożliwiające uzyskanie wysokiego współczynnika wydajności COP (Coefficient of Performance), który jest miarą efektywności pompy ciepła. Jednocześnie, powinny one mieć jak najniższy potencjał wpływu na globalne ocieplenie (GWP), aby ograniczyć negatywny wpływ na środowisko naturalne.

Współczynnik globalnego ocieplenia GPW – co oznacza?

Współczynnik globalnego ocieplenia (GWP) jest jednym z najważniejszych wskaźników wpływu gazów na zmiany klimatu. GWP jest miarą względnej zdolności danego czynnika do przyczyniania się do globalnego ocieplenia w porównaniu z dwutlenkiem węgla, który ma GWP równy 1.

GWP zależy od kilku czynników, takich jak właściwości fizyczne i chemiczne danego gazu oraz jego zdolność do pochłaniania promieniowania podczerwonego i zatrzymywania go w atmosferze.

ODP, czyli potencjał niszczenia warstwy ozonowej – co oznacza?

ODP (Ozone Depletion Potential) określa zdolności substancji chemicznych do niszczenia warstwy ozonowej. Substancje, które posiadają wysokie ODP, powodują degradację ozonu w stratosferze, co z kolei prowadzi do powstawania tzw. „dziury ozonowej”.

ODP określa się w stosunku do zdolności degradacji ozonu przez CFC-11 (trichlorofluorometan), który został wykorzystany jako punkt odniesienia. CFC-11 ma ODP wynoszący 1, a inne substancje chemiczne mają ODP wyrażone w stosunku do tej wartości.

Z powodu wysokiego współczynnika ODP, wiele substancji chemicznych, takich jak CFC i HCFC (hydrochlorofluorowęglowce), zostało wycofanych z użycia, a ich użycie jest regulowane przez międzynarodowe umowy, takie jak Protokół z Montrealu.

Jaki czynnik chłodniczy do pompy ciepła?

Idealny czynnik chłodniczy do pomp ciepła powinien być bezpieczny dla środowiska, nie mieć wpływu na warstwę ozonową i mieć wysoką wydajność energetyczną. Im bardziej ekologiczny jest czynnik tym lepiej, chociażby ze względu na regulacje prawne, które wprowadzają ograniczenia ich stosowania i nakładają na użytkowników dodatkowe obowiązki jak np. konieczność przeprowadzania kontroli.

Wybór odpowiedniego czynnika chłodniczego zależy m.in. od wymaganej temperatury zasilania wody grzewczej. Wysokotemperaturowe pompy ciepła, które produkują wodę grzewczą o temperaturze zasilania powyżej 60 stopni Celsjusza, wymagają zastosowania specjalnych czynników chłodniczych, które pozwalają na pracę w wyższej temperaturze. Jednym z takich czynników może być R290 (propan), który ma bardzo dobre właściwości termodynamiczne i umożliwia osiągnięcie wysokich temperatur pracy pompy ciepła.

Czynniki R12 i R22

R12 i R22 to czynniki chłodnicze, które były stosowane w przeszłości, ale zostały wycofane z użycia ze względu na swoje negatywne skutki dla środowiska. R12 był chlorofluorowęglowcem, który miał wysoką wartość ODP (1) i GWP na poziomie 10 900, co oznaczało, że powodował degradację warstwy ozonowej i wpływał na globalne ocieplenie. R22 był już lepszy pod względem ODP (0,055), ale miał nadal wysokie wartości GWP (1 810).

Czynnik R12 ze względu na wysoką zawartość chloru jest zabroniony od stycznia 2004 roku. Jego całkowite usunięcie z użycia nastąpiło w 2013 roku. Podobnie związek R2, który był ograniczany od 2004 i  dopuszczony do stosowania do 2014 roku.

Ze względu na te negatywne skutki, R12 i R22 zostały zastąpione przez bardziej przyjazne dla środowiska czynniki chłodnicze, takie jak R134A, R404A czy R410A.

Czynnik R410A 

GWP czynnika chłodniczego R410A wynosi około 2088, co oznacza, że jego wpływ na globalne ocieplenie jest około 2088 razy większy niż dwutlenku węgla. Wynik ten jest znacznie niższy niż w przypadku wielu wcześniej stosowanych czynników chłodniczych, takich jak freony, których GWP wynosiło w niektórych przypadkach ponad 10 000, ale nadal bardzo wysoki. ODP czynnika R410A wynosi 0, to oznacza, że czynnik ten nie ma wpływu na warstwę ozonową. 

Czynnik R32

R32 to jeden z bardziej ekologicznych czynników chłodniczych stosowanych w pompach ciepła i klimatyzacji. Jego współczynnik globalnego ocieplenia (GWP) jest równy 675, co oznacza, że jego wpływ na środowisko jest około trzy razy mniejszy niż w przypadku popularnego R-410A (GWP=2088). R32 ma zerowy wpływ na warstwę ozonową, co czyni go przyjaznym środowisku. 

R32 ma również korzystne właściwości termodynamiczne, dzięki którym jest bardziej wydajny energetycznie niż większość popularnych czynników chłodniczych. Ma on także niższe ciśnienie robocze niż R-410A, co oznacza, że może być stosowany w systemach o mniejszej wydajności.

R32 jest łatwopalny, wymaga więc zastosowania odpowiednich zabezpieczeń i procedur bezpieczeństwa w instalacji i obsłudze.

Czynnik R290 czyli propan

Czynnik R290 to inaczej propan, czyli organiczny związek chemiczny z grupy węglowodorów alifatycznych. 

GWP czynnika R290 (propan) wynosi 3, jest to również związek o zerowym potencjale niszczenia warstwy ozonowej (ODP=0). Wartości wskaźników decydujących o wpływie na środowisko propanu są znacznie niższe niż w przypadku innych popularnych czynników chłodniczych, takich jak R22 (GWP 1810) czy R410A (GWP 2088), co czyni propan bardziej przyjaznym dla środowiska. 

Czynnik R290 należy do przyszłościowych rozwiązań. Nie jest on objętych zaostrzeniami wynikających z tzw. ustawy F-gazowej. 

Pompy wykorzystujące propan nie muszą być rejestrowane w Centralnym Rejestrze Operatorów, nie wymagają także przeglądów.

Tab.1. Porównanie popularnych czynników chłodniczych 

Czynniki chłodnicze a regulacje prawne

Tzw. ustawa F-gazowa od 1 stycznia wprowadza zakaz produkcji urządzeń, w których zastosowano czynnik chłodniczy o GWP równym bądź większym niż 2500. W 2025 roku wartość ta będzie obniżona do 750 co oznacza, że zakaz dotknie popularnego czynnika R410A. Należy pamiętać, że zakaz dotyczy nowych pomp ciepła, a nie już użytkowanych.

Zastosowany czynnik a kontrole szczelności

Pompy ciepła zawierające czynniki chłodnicze z grupy F-gazów (jak np. R410A, R407C, R32) wymagają regularnej kontroli pod kątem szczelności. Kontrolę powinien przeprowadzić specjalista z certyfikatem F-gazowym.

Pompa ciepła:

• hermetycznie zamknięta (monoblok) – przegląd co roku, jeśli zawiera co najmniej 10 ton ekwiwalentu CO2 (w przypadku domowych pomp ciepła zazwyczaj takie wartości nie są osiągane, przez co kontrole nie są wymagane),
• niehermetycznie zamknięta pompa ciepła (split) – przegląd co roku, jeśli zawiera co najmniej 5 ton ekwiwalentu CO2.

Jakie cechy powinien mieć czynnik chłodniczy?

Czynniki chłodnicze używane w pompach ciepła powinny charakteryzować się kilkoma cechami jak:

• niska temperatura wrzenia – im niższa tym skuteczniej i szybciej odprowadzane jest ciepło,
• niski potencjał wpływu na warstwę ozonową i efekt cieplarniany,
• właściwości termodynamiczne umożliwiające skuteczną i wydajną pracę pompy ciepła, pozwalające na osiągnięcie wysokiej wartość współczynnika wydajności sezonowej (SCOP),
• bezpieczne w użytkowaniu,
• łatwo dostępne – tak by umożliwić łatwe i tanie serwisowanie.

Jeśli jesteś zainteresowany ekologicznymi i wydajnymi rozwiązaniami grzewczymi dla Twojego domu, to nie czekaj i zainwestuj w pompę ciepła już dziś! Skontaktuj się z nami, a nasi eksperci pomogą Ci dobrać odpowiednie urządzenie oraz odpowiedzą na wszystkie Twoje pytania. Zadbaj o środowisko, oszczędź na rachunkach za ogrzewanie i ciesz się komfortową temperaturą w swoim domu.