No i doczekaliśmy się. Przepisy wprowadzone ustawą z dnia 15 maja 2015 roku (DzU poz. 881) o substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych zaczynają obowiązywać w Polsce. Głównym celem, jaki przyświeca autorom tej ustawy, jest szybkie ograniczenie emisji gazów cieplarnianych tak, by nie dopuścić do dalszej degradacji środowiska. Postawiono bardzo ambitne cele przed środowiskiem chłodniczym Europy. Emisja gazów cieplarnianych, przedostawanie się czynników chłodniczych do środowiska naturalnego mierzona tzw. efektem cieplarnianym wyrażana w tonach CO₂ powinna zostać zredukowana w roku 2030 do 30% tego co było w roku 1990.

Jak to osiągnąć, planując jednocześnie dalszy rozwój gospodarczy?

Cel ten postanowiono osiągnąć dwiema drogami. Jedna droga to od zaraz ograniczenie „tradycyjnej” emisji związanej z eksploatacyjną czynnika chłodniczego do środowiska. Od teraz praktycznie każde eksploatowane urządzenie chłodnicze, które zawiera powyżej 3 kg czynnika F-gazowego (a 6 kg dla urządzeń w wykonaniu hermetycznym) podlega systematycznej „profi laktycznej” kontroli szczelności dokonywanej przez odpowiednio przeszkolonego specjalistę, chłodnika. Częstotliwość takiej kontroli zależy od ilości czynnika chłodniczego w kontrolowanej instalacji. Tu trzeba wspomnieć, że od 1 stycznia 2017 roku ilość czynnika chłodniczego w instalacji chłodniczej będzie określana ekwiwalentem wyrażanym w tonach CO₂. W związku z tym niektóre instalacje dziś nie podlegające ustawie od pierwszego stycznia przyszłego roku będą jej podlegały. Wszystkie instalacje chłodnicze (i nie tylko chłodnicze) zawierające fluorowane gazy cieplarniane, które spełniają powyższe warunki podlegają na podstawie rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 14 stycznia 2016 roku zarejestrowaniu w Centralnym Rejestrze Operatorów (właścicieli) poprzez założenie i wypełnienie internetowo stosownej Karty Urządzenia. W karcie tej na bieżąco MUSZĄ być umieszczane informacje związane z przeprowadzonymi kontrolami szczelności, dodawaniem lub odzyskiem czynnika chłodniczego lub też jego wymianą. Przy czym wpisów do tej karty mogą dokonywać tylko osoby posiadające stosowny certyfi kat wydany przez Urząd Dozoru Technicznego. Osoba ta musi być pracownikiem przedsiębiorstwa, które również posiada stosowny certyfikat wydawany przez UDT. Certyfi kat przedsiębiorstwa zaświadcza, że pracownik posiada konieczne wyposażenie do wykonywania prac serwisowych oraz zobowiązany jest do przestrzegania prawidłowych procedur naprawczych. Za spełnienie tych wymagań odpowiedzialny jest właściciel instalacji chłodniczych – operator. W przypadku naruszania tych wymagań przewidziane są kary finansowe od 600 do 250 000 zł.

Druga metoda ograniczenia emisji fluorowanych czynników chłodniczych do środowiska, to systematyczne zmniejszanie kontyngentu ilości substancji wprowadzanej na rynek oraz wycofywanie czynników o wysokim współczynniku CO₂. Już od 1 stycznia 2020 roku będzie zakaz wprowadzania do obrotu i serwisowania urządzeń chłodniczych zawierających czynnik chłodniczy o GWP ≥ 2500 (Global Warming Potential większy niż 2500 ton CO₂ / kg F-gazu ). W następnych latach ciągle zmniejszany będzie kontyngent oraz kolejne rugowanie czynników o coraz niższym potencjalnie tworzenia efektu cieplarnianego. Należy wiec wnioskować, że tak jak zniknęły freony R12, R22, R502 będą znikać z rynku obecnie stosowane czynniki chłodnicze.

A więc co robić ?

Firmy, które eksploatują duże instalacje chłodnicze typu zamrażalnie, mroźnie prawie od zawsze używały amoniaku, a ten ma wskaźnik GWP = 0. Dla nich, więc sytuacja praktycznie nie zmienia się. Mimo wielu uciążliwości związanych z używaniem amoniaku (zwłaszcza dla personelu) czynnik ten obecnie przechodzi swoja „drugą młodość”. Czy jednak jest on jedyną alternatywą? Nie, czego dowodem są wymieniane w wielu dużych obiektach handlowych tradycyjne instalacje chłodnicze na instalacje pracujące z CO₂ (GWP = 1) jako czynnikiem chłodniczym. Instalacje te, ze względu na wysokie ciśnienia robocze, wymagają użycia specjalistycznego wyposażenia, dość złożonych konstrukcji, bardzo profesjonalnego montażu (zwłaszcza spawania) oraz specjalistycznego serwisu.

W dostarczaniu tego typu instalacji specjalizuje się obecnie tylko kilka firm w Europie. Trzeba wyraźnie zaznaczyć, że instalacje te są drogie z inwestycyjnego i serwisowego punktu widzenia, dedykowane głównie dla dużych obiektów handlowych.

W co wiec mają inwestować rolnicy? Czy dalej preferować tanie instalacje chłodnicze bezpośredniego odparowania z czynnikami F – gazowymi? 

W dzisiejszej rzeczywistości są to rozwiązania typowe w Polsce. Czy freony nowej generacji – olefiny, których wartość GWP jest bardzo niska zastąpią obecne czynniki chłodnicze. Stosunkowo szybko znalazły one uznanie w klimatyzacji samochodowej, mimo podnoszenia problemu ich palności zwłaszcza przez niemiecki przemysł samochodowy. Obecnie z powodu braku rozwiązań alternatywnych czynnik ten R1234yf jest stosowany powszechnie w przemyśle samochodowym, mimo wysokiej ceny. Czy czynnik ten znajdzie zastosowanie w przechowalniczych instalacjach chłodniczych? Na razie brak jest informacji o zastosowaniu go w przechowalnictwie warzyw czy owoców.

Jedna ze szwedzkich firm specjalizujących się w budowie urządzeń chłodniczych dla przechowalnictwa warzyw i owoców buduje instalacje, w których stosuje naturalne czynniki chłodnicze, jakimi są propan i propylen. Te naturalne węglowodory są pod względem parametrów termodynamicznych bardzo zbliżone do tak lubianego a wycofanego czynnika chłodniczego jakim był freon R22. Praktycznie czynniki te nie nastręczają żadnych problemów projektowych, materiałowych, montażowych czy serwisowych. Jedyny problem to ich palność a w mieszaninie z powietrzem (tlenem) wybuchowość. Duże doświadczenie zdobyte z dystrybucją gazu LPG (propan – butan) do ogrzewania oraz jako paliwo do samochodów spowodowało, że niektóre firmy chłodnicze zdecydowały się używać je jako czynnik chłodniczy. Aby zminimalizować potencjalne zagrożenie postanowiono nie wprowadzać go do pomieszczeń chłodzonych. W celu transportu ciepła z pomieszczeń postanowiono użyć czynnika pośred- niego. Czynnik pośredni transportuje ciepło z komory przechowalniczej do chillera, w którym ciepło to jest odbierane w propanowej chłodnicy czynnika pośredniego. Takie rozwiązanie wraz z usytuowaniem chillera na zewnątrz chłodni (wykonanie „outdoor”) radykalnie upraszcza sprawy związane z bezpiecznym używaniem propanu, a usytuowanie chillera nie tylko gwarantuje dobre chłodzenie skraplacza, ale też zapewnia dobrą wentylację „awaryjną” w przypadku powstania nieszczelności. Zastosowanie chillera i czynnika pośredniego znacznie więc ogranicza ilość użytego czynnika chłodniczego (propanu). Wykonanie chillera w specjalistycznym zakładzie, w przeciwieństwie do instalacji chłodniczych wykonywanych w warunkach „poligonowych”, charakteryzuje się wysoką jakością i niezawodnością. Niektórzy producenci, w celu poprawy efektywności działania oraz niezawodności, budują chillery składające się z kilku niezależnych układów chłodniczych. W przypadku powstania nieszczelności ulatnia się tylko cześć propanu oraz wyłączona zostaje z pracy tylko część mocy chłodniczej.

Naukowcy Politechniki Białostockiej, Instytutu Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku oraz Instytutu Ogrodownictwa w Skierniewicach już od kilku lat zajmują się zagadnieniem wykorzystania propanu jako czynnika chłodniczego w przechowalniczych instalacjach chłodniczych. Zespół ten w swych działaniach skoncentrował się na dwóch głównych celach. Pierwszy to zastosowanie innowacyjnej technologii chłodzenia, która lepiej spełnia wymagania przechowywanych owoców niż rozwiązania tradycyjne, drugi to zbudowanie i praktyczna eksploatacja propanowego urządzenia chłodniczego realizującego innowacyjną technologię chłodzenia w przechowalnictwie. Istota innowacyjnego sposobu chłodzenia polega na płynnej regulacji wydajności chłodnicy powietrza. Dla układów pośrednich w tradycyjnych rozwiązaniach dostosowanie wydajności chłodnicy powietrza do chwilowego zapotrzebowania odbywa się przez regulację czasu jej pracy (rys. 1a), w innowacyjnym zaś rozwiązaniu regulacja wydajności chłodnicy powietrza odbywa się w sposób płynny (rys. 1b). W rozwiązaniu innowacyjnym zastosowano pompę cyrkulacyjną, której zadaniem jest wywołanie ciągłej cyrkulacji czynnika pośredniego przez chłodnicę lub zespół chłodnic powietrza. Ten obieg cyrkulacyjny jest niezależny od chwilowego obciążenia chłodnicy czy zespołu chłodnic powietrza. Umieszczony na wylocie czujnik temperatury powietrza poprzez termostat analogowy steruje stopniem otwarcia zaworu trójdrogowego, dostosowując temperaturę cyrkulującego przez chłodnicę czynnika pośredniego, aby chwilowa różnica temperatury pomiędzy cyrkulującym w komorze powietrzem a tym czynnikiem odpowiadała chwilowemu zapotrzebowaniu wydajności chłodnicy powietrza.

Rys. 1. Regulacja wydajności chłodnicy powietrza: a) w tradycyjnej instalacji chłodniczej (z termostatem cyfrowym on/off); b) w instalacji innowacyjnej (z termostatem analogowym 0-100%)

Zastosowanie płynnej regulacji wydajności chłodnicy powietrza powoduje, że temperatura powietrza na wlocie i wylocie z chłodnicy powietrza jest stabilna, co z kolei powoduje, że temperatura przechowywanych produktów jest równie stabilna i niska. Rysunek 2. przedstawia zmienność temperatury powietrza na wlocie i wylocie z chłodnicy powietrza i temperatury produktu zarejestrowaną podczas badań dwóch identycznych komór przechowalniczych, przy czym jedna była wyposażona w tradycyjny układ regulacji wydajności chłodnicy powietrza (on/off) a druga w układ innowacyjny z płynną regulacją.

Zgodnie z powyższym w trakcie trwania 6 miesięcznego testu przechowalniczego od jesieni poprzez zimę do wiosny obciążenie komory przechowalniczej było zmienne, co powodowało, że temperatura przechowywanego produktu (tu marchwi) była zmienna. Rysunek 3. przedstawia zmienność temperatury w całym okresie przechowalniczym.

Zgodnie z prawem Van’t Hoff a [1] temperatura przechowywanych produktów jest najważniejszym czynnikiem mającym wpływ na ich aktywność biologiczną (co wpływa na szybkość ich starzenia się). Bezwzględną jednostką miary aktywności jest ilość ciepła wydzielanego przez produkt.

Porównując wiec ilość ciepła wydzielanego przez marchew przechowywaną w tradycyjnej komorze (temperatura marchwi +2,5°C) 2,315 MJ/tonę/dobę, z ciepłem wydzielanym przez marchew przechowywaną w komorze z innowacyjną instalacją chłodniczą (temperatura marchwi +0,5°C) 1,855 MJ/tonę/dobę, można stwierdzić, że w komorze tradycyjnej procesy życiowe przechowywanej marchwi są o 25% bardziej intensywne niż w komorze innowacyjnej. Ten wzrost aktywności to nie tylko większe ciepło wydzielane przez przechowywaną marchew, ale też szybsze jej starzenie się, utrata masy, jakości, szybsze pobudzenie do wiosennej aktywności.

Drugim równie istotnym czynnikiem, który ma bardzo duży wpływ na jakość przechowywanych warzyw i owoców jest wilgotność. Warunkiem najbardziej korzystnym dla większości warzyw i owoców jest wysoka i stabilna wilgotność. Jednak wykraplanie się wilgoci na przechowywanym produkcie jest zjawiskiem bardzo szkodliwym. Produkt, na którym wykrapla się wilgoć szybko ulega pleśnieniu i gniciu. Rysunek 4. przedstawia pomiar zmienności wilgotności w komorze innowacyjnej b) i referencyjnej komorze z tradycyjnym chłodzeniem a). Analizując te wykresy, trzeba jednak zaznaczyć, że pomiar wilgotności w temperaturze bliskiej zera i wilgotności bliskiej 100% jest bardzo nieprecyzyjny i nie pokazuje kiedy następuje wykraplanie wilgoci. Można jedynie z dynamiki zmienności wskazać obszary kiedy ten proces może występować.

Rys. 2. Stabilność temperatury powietrza na wlocie i wylocie z chłodnicy powietrza oraz temperatury przechowywanego produktu w identycznych komorach przechowalniczych przy czym jedna była wyposażona w tradycyjny układ regulacji wydajności chłodnicy powietrza (on/off), a druga w innowacyjny system z płynną regulacją wydajności chłodnicy powietrza

Przeprowadzone badania w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych, podczas których występowały bardzo wysokie i bardzo niskie temperatury zewnętrzne potwierdziły, że innowacyjna instalacja chłodnicza z propanem jako czynnikiem chłodniczym pracuje w polskich warunkach klimatycznych bezproblemowo. Badaną innowacyjną instalację chłodniczą wyposażono w układ odzysku ciepła skraplania dla potrzeb odtajania chłodnicy powietrza. Układ ten pracował prawidłowo, dając wymierne oszczędności energetyczne w porównaniu z odtajaniem elektrycznym.

O ile pomiary eksploatacyjne potwierdziły osiągnięcie zamierzonych warunków przechowywania w komorze przechowalniczej i porównano je z warunkami panującymi w tradycyjnej komorze przechowalniczej, to ocena jakości przechowanej marchewki dokonana przez pracowników naukowych Instytutu Ogrodownictwa w Skierniewicach po 6 miesięcznym okresie przechowania pokazała korzyści jakie innowacyjny system chłodzenia z płynną regulacją wydajności chłodniczej ma na jakość produktu po okresie przechowywania. Tabela 1. przedstawia ocenę jakości marchwi, a rysunek 6. ocenę jej wartości handlowej [2].

Oceniając wyniki eksperymentów z punktu widzenia przyszłego użytkownika, rolnika, należy dodać, że uzyskana wyższa jakość produktów, to wyższa wartość handlowa po okresie przechowywania, to także mniejsza pracochłonność przygotowania ich do sprzedaży. Sieci supermarketów nie chcą przyjmować do sprzedaży towaru niepełnowartościowego, nawet jeżeli mają one bardzo niską cenę. Opisane w powyższych publikacjach rozwiązanie propanowej instalacji chłodniczej jest adresowane do obsługi jednokomorowych niezbyt dużych przechowalni warzyw i owoców. W takie przechowalnie winni być wyposażeni właściwie wszyscy producenci warzyw i owoców, aby zabezpieczyć ich jakość.

Rys. 3. Temperatura przechowywanego produktu (marchwi) w czasie 6 miesięcznego testu

W ostatnich latach innowacyjną technologię chłodzenia wdrożono również na kilku nowo wybudowanych dużych obiektach przechowalniczych, obiektach wielokomorowych. Rozwiązanie to zostało opatentowane P.403 402. Ponieważ w trakcie budowy tych przechowalni nie obowiązywała w Polsce jeszcze ustawa F-gazowa, inwestorzy nie byli zainteresowani eksperymentowaniem z nieznanymi bliżej w przechowalnictwie, nowymi czynnikami chłodniczymi. O ile innowacyjna technologia chłodzenia znalazła szybko dość szerokie uznanie wśród inwestorów, o tyle oferty budowy instalacji chłodniczych z naturalnymi lub proekologicznymi czynnikami chłodniczymi nie zyskały uznania. Rozwiązania proekologiczne dość powoli przebijają się w praktyce przechowalniczej z powodu braku szerszego doświadczenia związanego z ich budową, eksploatacją i serwisowaniem. Ustawa F – gazowa oraz restrykcje przez nią wprowadzone przyczynić mogą się do wymuszenia na przyszłych inwestorach stosowania rozwiązań z naturalnymi czynnikami chłodniczymi.

Odpowiadając na zadane na wstępie pytanie: jak sprostać przepisom, planując jednocześnie dalszy rozwój gospodarczy, należy stwierdzić:

Rys. 4. Wilgotność powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza: a) komora referencyjna z chłodzeniem tradycyjnym; b) komora innowacyjna z płynną regulacją wydajności chłodnicy powietrza

Obiekty przechowalnicze małej i średniej wielkości

(...)

Obiekty wielokomorowe z centralną maszynownią chłodniczą

(...)

mgr inż. Grzegorz MIZERA
 Instytut Maszyn Przepływowych
im. Roberta Szewalskiego PAN

LITERATURA:

[1] F. ADAMICKI, Z. CZERKO: Przechowalnictwo warzyw i ziemniaka. Poznań, 2002.
[2] M. GRZEGORZEWSKA, E. BADEŁEK, F. ADAMICKI: Konferencja Pamiętny Dworek. Skierniewice. 14-09-2012. referat: Badania przechowalnicze marchwi w warunkach chłodzenia ze sterowaniem ciągłym oraz dyskretnym układów chłodniczych