W technice pomp ciepła coraz częściej stosuje się tzw. alternatywne (czasami dla niektórych z nich stosuje się nazwę „naturalne”) czynniki chłodnicze, mające odpowiednio niski potencjał tworzenia tzw. efektu cieplarnianego. Pompy ciepła, w których wykorzystano nowe czynniki, mają także dobre własności techniczne i użytkowe. Zmiany są wynikiem nowelizowanego rozporządzenia F-gazowego. W ciągu najbliższych pięciu lat wdrażane wymogi mogą wyraźnie zmienić rynek, montaż i serwisowanie pomp ciepła. Na przewidywane zmiany zaczynają też odpowiadać producenci pomp ciepła oferując nowe modele pomp ciepła pracujące na nowych czynnikach chłodniczych. Czy czeka nas w tym zakresie jakaś rewolucja w branży pomp ciepła? Co oznaczają te zmiany i co spowodują? Czy przy wyborze pompy ciepła należy zwracać na to uwagę?
O jakich przepisach mówimy?
W Europie podjęto działania na rzecz stosowanie czynników chłodniczych o niskim GWP (Global Warming Potential – potencjał tworzenia efektu cieplarnianego) ponieważ jest to elementem polityki środowiskowej UE, dzięki której emisja gazów cieplarnianych ma spaść do 2050 roku o 80–95% w porównaniu do roku 1990. W zakresie czynników chłodniczych zagadnienie to jest regulowane przez tzw. rozporządzenie F-gazowe, 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 [10][15][16].
Rozporządzenie EU przeniesiono na polski grunt tzw. ustawą F-gazową, które zawiera m.in. harmonogram wycofywania z rynku czynników chłodniczych o szczególnie wysokim GWP. Należy jednak wyraźnie powiedzieć, że docelowo w niektórych przypadkach analizowane dla pomp ciepła są tylko plany i sugestie jednak wszystko wskazuje na to Unia Europejska raczej będzie wymagać zaostrzania przepisów i Polska będzie się do nich dostosowywać. [10][15][16].
Czy czynnik chłodniczy w pompie ciepła jest ważny?
Jak już wielokrotnie opisywaliśmy na niniejszym blogu podstawowym wyposażeniem pompy ciepła jest sprężarka, zawór rozprężny oraz dwa wymienniki – parownik i skraplacz. W takim układzie pracuje czynnik chłodniczy, który w wyniku sprężania i rozprężania pobiera lub oddaje ciepło. Jakość (przede wszystkim jego parametry podczas przemian termodynamicznych) tego czynnika gwarantuje nam określone efekty energetyczne i finansowe użytkowania pompy ciepła [1][2].
Klasyczne czynniki chłodnicze są substancjami, które w wyniku niekontrolowanego wycieku do atmosfery stanowią zagrożenie dla środowiska. Ich emisja przyczynia się do niszczenia warstwy ozonowej, co w następstwie prowadzi do efektu globalnego ocieplenia. Dlatego polityka Unii Europejskiej w ostatnich latach stała się bardzo restrykcyjna wobec wszystkich czynników chłodniczych. Przykładowo niektóre z nich, tj. freony CFC (chlorofluorowęglowodory) i HCFC (wododorochlorofluorowęglowodory), musiały zostać wycofane z rynku. Podział czynników chłodniczych przedstawiono w tabeli nr 1 [3][4][5].
Rynek pomp ciepła jest mocno zróżnicowany pod względem rozwiązań technicznych. Jedną z płaszczyzn różnicujących stosowane modele pomp ciepła jest także właśnie rodzaj zastosowanego czynnika chłodniczego. Obecnie zasadniczo stosuje się najczęściej gazy z grupy czynników na bazie fluoru (HFC – hydrofluorowęglowodory), np. R407A, R410A, R134a. Mają one zerowy współczynnik ODP (Ozone Depleting Potential) i średniowysoki wskaźnik GWP (Global Warming Potential) [4][5][6][7][8].
Tabela 1. Podział czynników chłodniczych [5]
Kolejną grupą są czynniki na bazie fluoru (HFO – hydrofluoro-olefiny), które mają jeszcze niższy wskaźnik GWP. Jest to m.in. R1234yf. Grupą czynników, które obecnie są uważane za najbardziej przyszłościowe, to czynniki naturalne. W kolejnych latach zgodnie z przyjętymi porozumieniami na szczeblu EU i światowym wybrane czynniki chłodnicze szkodliwym oddziaływaniu na środowisko będą wycofywane. Przykład takiego działania, zgodnego z harmonogramem, dla określonych czynników przedstawiono na rysunku nr 1.
Rys. 1. Harmonogram wycofywania wybranych czynników chłodniczych związany z podjętymi postanowieniami i porozumieniami jest nieunikniony [13]
Jest to więc planowane działanie. Stosowanie czynników chłodniczych w branży grzewczej, ale też w klimatyzacji i chłodnictwie podlega ścisłym przepisom prawnym, które wraz z rozwojem badań dopuszczają lub wycofują niektóre substancje. Zastosowanie danego czynnika ma również znaczenie w odniesieniu do wymagań bezpieczeństwa. Każde uzupełnienie czynnika chłodniczego musi być zgodne z obowiązującymi przepisami prawa. Do wskaźników pokazujących wpływ danego czynnika chłodniczego na środowisko należą [3][4][8][16]: Czynniki naturalne w natarciu
Tradycyjne czynniki chłodnicze wykazują negatywny wpływ na środowiska naturalne, dlatego w przypadku pomp ciepła, który uznawane są za najbardziej ekologiczne systemy grzewcze, powstała potrzeba znalezienia zamienników. Coraz więcej firm zaczęła więc wykorzystywać czynniki naturalne, które wykazują minimalny wpływ na efekt cieplarniany. Do tej grupy należą m.in. dwutlenek węgla (R744), amoniak (R717), propan (R290), izobutan (R600a). poniżej krótki opis wybranych czynników [3][4][5][6][7][8][9][10]:
Miary oceny czynników chłodniczych
Obecnie same wartości GWP i ODP przestają wystarczać. Aby oszacować łączne skutki związane z emisją stosowania czynnika chłodniczego w systemach klimatyzacyjnych i pomp ciepła stosuje się często metodologię znaną jako modelowanie wydajności klimatycznej w cyklu życia - Life Cycle Climate Performance (LCCP). Modelowanie takie szacuje całkowitą bezpośrednią i pośrednią emisję gazów cieplarnianych w całym okresie eksploatacji systemu od produkcji po utylizację i recykling. Modelowanie takie uwzględnia właściwości fizyczne i wydajność termodynamiczną czynnika chłodniczego, a także wpływ zastosowania tego czynnika chłodniczego w systemie klimatyzacji lub pomp ciepła w celu oszacowania całkowitej emisji ekwiwalentu CO2 w okresie eksploatacji tego systemu [11].
Rys. Efekt zmiany czynników chłodniczych w układzie wartości GWP oraz zużycia energii [11]
Rys. Przykład bezpośredniego porównania emisji generowanych przez dwa czynniki chłodnicze [11]
Należy sądzić, że docelowo decydenci będą podejmowali decyzje oparte o kompleksową ocenę czynników chłodniczych uwzgledniającej poza wskaźnikiem GWP również aspekty efektywności energetycznej, bezpieczeństwa oraz wyniki modelowania LCCP [12].
Rys. Przykład kompleksowej oceny czynników chłodniczych uwzgledniającej poza wskaźnikiem GWP również aspekty efektywności energetycznej, bezpieczeństwa oraz modelowania LCCP [12]
Podsumowanie
Rynek pomp ciepła będzie ewaluował. Do wytycznych i pewnie rosnących cen starych czynników chłodniczych będą dostosowywać się producenci urządzeń. Na pewno, jak wskazują dane z rynku będziemy pomp ciepła, będziemy montować pomp ciepłą coraz więcej. Wdrażane w EU rozporządzenia na pewno wpłyną również na pojawianie się nowych modeli pomp ciepła opartych o czynniki naturalne oraz wpłyną na stosowane technologie. Np. w odróżnieniu od konstrukcji typu split, pompy ciepła typu monoblok to urządzenia hermetycznie zamknięte. Oznacza to, że wewnętrzne układy zawierające czynnik chłodniczy są w nich zamontowane fabrycznie i producent dokonał w nich próby szczelności. Instalacja monobloków jest możliwa do szybkiego montażu bez uprawnień f-gazowych i nie wymaga okresowych prób szczelności. Z tego względu zainteresowanie tymi urządzeniami może w najbliższej przyszłości rosnąć, zwłaszcza jeśli pojawią się kolejne restrykcje ze strony Unii Europejskiej w sprawie gazów cieplarnianych i ich wpływu na środowisko. Dane podane w niniejszym artykule są następnym czynnikiem które spowodują, że pompy ciepła będą w przyszłości projektowane jako urządzenia kompaktowe i uniwersalne. Dominować będą jednostki/urządzenia typu all-in-one, zawierające wszystkie komponenty potrzebne do bezpiecznej pracy. Pompy ciepła już niedługo będą tak popularne jak kotły gazowe i ich zastosowanie musi być uniwersalne, również od strony hydraulicznej.
Czy już teraz zdecydowanie nie kupować pomp ciepła które stosują czynniki robocze o standardowych/klasycznych wartościach GWP? To wydaje się przesadą. Nawet wprowadzane za kilka lat zakazy na pewno nie spowodują że daną pompę ciepła będzie trzeba w danym domu wymontować. Na rynek będą wprowadzane zamienniki czynników chłodniczych. A nawet jeśli nie da się w danym modelu pompy ciepła zastosować zamiennika to dopuszczone będzie serwisowanie funkcjonujących urządzeń na starym czynniku. Oczywiście należy się liczyć z tym, że czynniki wycofywane będą na rynku, ale będą one droższe.
Na pewno inwestycja w pompę ciepła oparta o propan czy dwutlenek węgla oznacza inwestycję przyszłość (małą emisja do środowiska), ale też wykorzystanie zaawansowanej technologii pozywającej uzyskać wyższe parametry. Nie da się jednak ukryć, że koszt takich urządzeń będzie wyższy z racji kosztu nowej technologii.
Źródła
Ekspert ds OZE - dr inż. Adam Mroziński
Dr inż. Adam Mroziński - naukowiec, działacz na rzecz biznesu, dydaktyk.
Dr inż. Adam Mroziński - naukowiec, wspiera rozwój relacji uczelnia-biznes, dydaktyk. Autor patentów z zakresu ekologii i OZE nagradzanych na wystawach krajowych i międzynarodowych. Wykładowca Politechniki Bydgoskiej, Wydział Inżynierii Mechanicznej oraz Dyrektor Centrum Kompetencji - Interdyscyplinarnego Centrum Odnawialnych Źródeł Energii na PB
więcej informacji o autorze
Używamy plików cookies, aby ułatwić Ci korzystanie z naszego serwisu oraz do celów statystycznych. Jeśli nie blokujesz tych plików, to zgadzasz się na ich użycie oraz zapisanie w pamięci urządzenia. Pamiętaj, że możesz samodzielnie zarządzać cookies, zmieniając ustawienia przeglądarki.
Polityka Prywatności i Polityka Cookies