Powodowane przez ludzi emisje szkodliwych gazów cieplarnianych w ostatnich latach stanowiły przedmiot wielu regulacji na poziomie krajowym i międzynarodowym. Chociaż fluorowane gazy cieplarniane (tzw. F-gazy), stanowiące zaledwie ok. 2% wśród stosowanych substancji, generują dziś tylko ułamek emisji gazów cieplarnianych, uznaje się je za łatwy do rozwiązania problem i na szczeblu UE podlegają już regulacjom od 2006 roku.

Na początku listopada 2015 roku w Dubaju (27th Meeting of the Parties to the Montreal Protocol Dubai, 1st – 5th Nov 2015) postanowiono, że na szczeblu międzynarodowym należy utworzyć warunki kontrolowania przyszłego zużycia HFC poprzez Protokół Montrealski (MP). W UE weszło w życie zmodyfi kowane rozporządzenie w sprawie F-gazów od dnia 1.1.2015 r. Jako centralne narzędzie wprowadzono system kwotowy, który w oparciu o ekwiwalenty CO2 przewiduje stopniowe wycofanie z rynku F-gazów. Punkty kluczowe dla systemu kwotowego to 100% wartość bazowa w 2015 r., która ma zostać zredukowana do 21% w roku 2030.

Zakresy problematyczne

Analiza wprowadzanych na rynek ilości substancji pokazuje, dla których czynników chłodniczych i zastosowań trzeba najszybciej znaleźć rozwiązanie lub alternatywę.

Rys. 1. Redukcja zużycia ekwiwalentów CO2 dla F-gazów

W 2013 roku sprzedaż F-gazów w UE wyrażona w postaci ekwiwalentu CO₂ dla segmentu związanym z chłodnictwem, klimatyzacją i pompami ciepła wyniosła 84% (patrz rysunek 2). Jeśli przyjrzymy się w drugim kroku stosowanym czynnikom chłodniczym, wyraźnie widać, że R125, R134a i R143a generowały ponad 90% emisji HFC w 2013 roku (patrz rysunek 3). R134a razem z R125 stosowano prawie wyłącznie jako R404A lub R507 często w zakresie chłodzenia w segmencie działalności gospodarczej. Z kolei R125 razem z R32 znajduje zastosowanie jako mieszanka w postaci czynników R410A lub R407, które są znane jako typowe czynniki chłodnicze do klimatyzacji. R134a jest stosowany zarówno w zakresie chłodzenia, jak i w (mobilnych) układach klimatyzacji. Zastępcze czynniki chłodnicze oraz strategie chłodzenia związane ze stosowaniem czynników R404A/R507, R410A/R407C i R134a są z tego względu kluczowymi elementami dla osiągnięcia efektywnej redukcji ważonej emisji CO₂ według rozporządzenia w sprawie F-gazów.

Rys. 2. Zastosowania F-gazów w 2013 r. w UE (EEA)

Rys. 3. Stosowane czynniki chłodnicze w 2013 r. w UE (EEA)

Warunki ramowe

Wszystkie strategie zastępcze realizują zasadniczo dwa cele. Wczesna zmiana na czynnik chłodniczy z niższym GWP jako zamiennik uproszczony (drop in) lub zamiennik (retrofit) w ramach aktywności dotyczących zmiany – gdzie to jest możliwe i zastosowanie czynników chłodniczych o najniższych GWP z odmienną klasyfi kacją bezpieczeństwa w przypadku przebudowy i nowych instalacji. 

Występujące instalacje z R404A/R507, R410A/R407C i R134a są zaprojektowane odpowiednio dla czynników chłodniczych z klasyfikacją A1. Należy to uwzględnić przy stosowaniu substancji zamiennych. 

Dla R404A/R507 mające niską wartość GWP mieszaniny czynników chłodniczych z klasyfikacją A1 są już dostępne jako zamiennik uproszczony drop in. Podobnie jak w przypadku czynników R448A i R449, opierają się one częściowo na czynnikach R1234yf i R1234ze(E). Alternatywnie Daikin oferuje nowy czynnik chłodniczy D407 zgłoszony do ASHRAE jako R407H, który jest mieszaniną R32/R125/R134a (32/15/53%). w klasyfi kacji palnej A1. Nowa mieszanina czynnika chłodniczego, przy porównywalnych wartościach redukuje GWP < 1500, a jednocześnie pozwala zrezygnować z drogich komponentów HFO. 

W nowych instalacjach występują dodatkowe możliwości. W zależności od warunków lokalnych można stosować także palne substancje zamienne. Mieszanki HFO z klasyfi kacją A2L umożliwiają konstrukcję ekonomicznych systemów przy równie wysokiej sprawnośći. Przykładowo, nowy czynnik R454A (mieszanina z R32/R1234yf przy udziale masowym 35/65%) jako A2L klasyfi kowane pod ASHRAE 34., opracowywany przez Daikin, ma GWP poniżej 250.

Dla R134a występuje substancja zamienna w postaci R1234yf, która znana już jest ze swojego zastosowania w klimatyzacji w pojazdach (MAC). Do nowych instalacji można ją bez problemu stosować, jeśli uwzględni się odpowiednie środki bezpieczeństwa. Dla występujących instalacji ze względu na klasyfikację A2L obowiązuje to tylko warunkowo. Dla typowych zastosowań R134a, np. kontenery chłodzące lub istniejące instalacje, które wymagają czynnika chłodniczego A1, Daikin opracował zastępczy czynnik chłodniczy w postaci D4Yb (zgłoszenie do ASHRAE 34 w opracowaniu, oczekiwana klasyfikacja A1), który spełnia te wymogi bezpieczeństwa, a równocześnie z GWP poniżej 600 zmniejsza ekwiwalentną emisję CO₂ w porównaniu z R134a o ponad połowę i równocześnie zapewnia wysoką efektywność i moc chłodzenia.

W zastosowaniach klimatyzacyjnych nie są znane zastępcze czynniki chłodnicze dla R410, R407C, które mają podobne właściwości termofi zyczne, nie palą się i mogą być stosowane w istniejących instalacjach bez dalszych zmian.

W nowych instalacjach można stosować palne czynniki chłodnicze z niższym GWP, jeśli uwzględni się przy tym odpowiednie środki bezpieczeństwa. Czynnik R32 predysponowany jako długotrwałe rozwiązanie, wprawdzie klasyfi kowany jako palny A2L, ale z możliwym do przyjęcia nakładem na środki bezpieczeństwa, umożliwia tworzenie najbardziej efektywnych nowych instalacji w segmencie klimatyzacji. R32 ma GWP 675, który poprzez równoczesną redukcję wymaganej ilości czynnika w systemie w stosunku do R410A można zredukować „GWP dla instalacji” o ponad 75%.

Podsumowanie

Nowe rozporządzenie w sprawie F-gazów wymaga redukcji obciążenia GWP stosowanych czynników chłodniczych. W podziale według ekwiwalentów CO2 R125, R134a i R143a są w ponad 90% głównymi nośnikami zużywanych HFC w UE w 2013 roku. Zużycie można krótkotrwale zredukować poprzez substancje zamienne o tej samej klasie ryzyka lub można osiągnąć wartość docelową w określonym czasie poprzez wprowadzenie czynnika chłodniczego z grupy A2L.

Firma Dalkin oferuje również rozwiązania w postaci szybkich zamienników klasy A1 dla czynników R404A/R507 i R134a. To samo dotyczy czynników alternatywnych klasy A2L przeznaczonych dla nowych instalacji oraz jako zamienniki instalacjach istniejących, pod warunkiem, że istnieje możliwość zmiany klasyfikacji bezpieczeństwa.