Na przełomie listopada i grudnia ubiegłego roku na poświęconej w sprawie zmian klimatu Konferencji Narodów Zjednoczonych UNFCCC COP21 w Paryżu przyjęto drogę do podpisania porozumienia będącego kontynuacją protokołu z Kyoto, które będzie się opierać o wiążące cele w zakresie redukcji dla poszczególnych państw. To, jak ważny jest globalny klimat, zostało pokazane poprzez ustalenie celu 2° z opcją 1,5°.

Niedługo wcześniej na OEWG 37 Meeting w Dubaju osiągnięto porozumienie regulujące międzynarodowe wdrożenie porozumienia w sprawie ochrony klimatu w ramach Protokołu Montrealskiego, który wcześniej regulował tylko kwestie substancji redukujących ozon. Oba te fakty podkreślają konieczność respektowania porozumień na poziomie międzynarodowym w celu ustalenia wymagań dla krajowych planów wdrażania. Na OEWG 38 Meeting w Wiedniu przedstawione zostały różne scenariusze HFC Phasedown UE, USA, Indii i Państw Wyspiarskich.

20 lipca w USA amerykańska agencja ochrony środowiska EPA ogłosiła usunięcie z listy SNAP wielu mieszanin chlorofl uorowęglowodorów i mieszanin chlorofl uorowęglowodorów do stosowania w chłodnictwie, klimatyzacji, pianach i aerozolach. Na szczególną uwagę zasługuje usunięcie czynników chłodniczych o GWP >1400, np. R404A, R422D lub R507 do konwersji (retrofitu) istniejących instalacji od 20.07.2016 r. i przy wykonywaniu nowych instalacji od 1.01.2017 r. Ustalone zostały również wymagania i terminy dla zespołów skraplających i pojedynczych instalacji. Jeszcze 29 marca poprzez listę SNAP agencji EPA ustalony został zakaz stosowania R134a w systemach turbinowych i chłodnicach na 1.01.2024 r.

12.06.2013 r. w Japonii rząd wydał ustawę w sprawie odzysku i niszczenia węglowodorów, która weszła w życie 1.04.2015 r. Ustawa ta zajmuje się wspieraniem instalacji i systemów z czynnikami chłodniczymi o niskim GWP, wycofywaniem węglowodorów fluorowanych oraz działaniami mającymi na celu zapewnienie szczelności przemysłowych instalacji chłodniczych. Te cztery działania dotyczą całego cyklu życia – od produkcji aż po utylizację – i zostały wydane dodatkowo, oprócz już istniejącego prawa w zakresie odzysku i niszczenia węglowodorów fluorowanych.

Rys. 1.: Zużycie gazów F w różnych zastosowaniach

W Europie od 2008 r. obowiązuje rozporządzenie F-Gas, obecnie w zmienionej formie (2014). W zmianie wprowadzono stopniową redukcję do roku 2030, począwszy od roku 2015.

Niezależnie od różnych regionów, analiza zastosowań stosowanych F-gazów szybko wykaże, gdzie występuje największa potrzeba działania. Zgodnie z EEA Report (Fluorinated Greenhouse Gases 2014), 76% zużycia F-gazów ważonych jako emisje CO₂ to zastosowania w chłodnictwie i klimatyzacji.

Rys. 2. Udział różnych typów chlorofluorowęglowodorów w chłodnictwie i klimatyzacji, ważony jako emisje CO₂

Analiza zużycia w sektorze chłodnictwa i klimatyzacji pokazuje, że 97% zużycia ważonego jako emisje CO₂ pochodzi z czynników R125, R134a i R143a. R143a można jeden do jednego przypisać segmentowi supermarketów z czynnikami chłodniczymi R404A/R507. Ponadto R125 jest wykorzystywany w mieszaninach czynników R407 i R410A. R134a jest używany np. w klimatyzacji samochodowej i agregatach chłodniczych, a także w wielu małych zespołach skraplających.

Czynniki chłodnicze i strategie ich zamiany

Tylko rozsądna zamiana tych czynników chłodniczych umożliwi spełnienie ambitnych wymagań rozporządzenia F-Gas. Rozporządzenie F-Gas wymaga redukcji o 79% w porównaniu do roku bazowego 2015 na rok 2030. Niezbędna jest zatem szybka wymiana czynników chłodniczych o wysokim GWP. Powinno odbywać się to na dwa sposoby. Po pierwsze poprzez wprowadzanie czynników chłodniczych o niższym GWP, najlepiej z jednoczesną redukcją ich ilości w instalacjach, z wyważonym uwzględnieniem efektywności energetycznej, niezawodności instalacji i dostępności ekonomicznej. Po drugie za pomocą serwisowych czynników chłodniczych o niskim GWP, które są dopuszczone przez producentów.

Gdy przyjrzymy się czynnikom chłodniczym na „poziomie molekularnym”, okazuje się, że F-Atom, który w czynnikach chłodniczych F-Gas zapewnia chemiczną stabilność i niepalność, jest jednocześnie odpowiedzialny za wysoki potencjał tworzenia efektu cieplarnianego. Pomijając CO₂, redukcja udziału F, a tym samym potencjału tworzenia efektu cieplarnianego w czynnikach chłodniczych, prowadzi często do zwiększenia palności i pogorszenia stabilności chemicznej. Dlatego do uzyskania maksymalnej redukcji potencjału tworzenia efektu cieplarnianego przez stosowane czynniki chłodnicze konieczne są dobre kompromisy lub rozwiązania alternatywne, dostosowane do indywidualnych potrzeb. Powinno się to odbywać z uwzględnieniem globalnego wpływu na ekologię i ekonomię (Bitzer Refrigerant Report 18, str. 7, 09/2014).

Wśród potencjalnych kandydatów wyróżnia się czynnik R32. Ma on właściwości, które czynią z niego kluczowy element przyszłych strategii doboru czynników chłodniczych.

R32 jest od wielu lat stosowany w mieszaninach R407 i w R410A. Ponadto nowe opracowania w dziedzinie urządzeń klimatyzacyjnych przewidują jego stosowanie od 2012 w formie czystej substancji. Szacunki mówią o 15 milionach instalacji, które zostały już sprzedane w niemal 50 krajach. Przyczyną tego są ważne właściwości, które łączy w sobie ten czynnik chłodniczy:

• wysoka wydajność, bardzo dobra efektywność;
• bardzo dobre przenoszenie ciepła;
• zredukowany GWP przy zachowaniu stabilności chemicznej;
• umiarkowana palność;
• dostępność ekonomiczna, niskie koszty;
• małe wzajemne oddziaływania z materiałami w instalacjach chłodniczych;
• wieloletnie doświadczenie w stosowaniu jako składnik w R407 i R410A.

Dzięki tym właściwościom R32 jest również atrakcyjnym składnikiem mieszanin czynników chłodniczych o niskim GWP. W ramach testów AHRI AREP (Air-Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute, Alternatinave Refrigerant Evaluation Program) producenci czynników chłodniczych, użytkownicy i laboratoria badawcze przeprowadziły testy, w większości których kandydatem był R32.

Zastosowania w chłodnictwie

Do bezpośredniej wymiany w istniejących systemach R404A firma Daikin opracowała czynnik R407H, który zapewnia optymalną efektywność i moc chłodniczą w typowych zastosowaniach R404A. Jest to mieszanina składająca się z R32/R125/ R134a w ilości 32,5/15/52,5 ma.% jako R407H jest zgłoszona do ASHRAE34, a oczekiwana klasyfikacja to A1.

Jako perspektywiczną długoterminową alternatywę dla tego segmentu aplikacji, Daikin oferuje mieszaninę R454A. Do instalacji z R134a Daikin oferuje zamiennik R513B, który zapewnia optymalną wydajność z zachowaniem obowiązujących wymogów bezpieczeństwa, przy jednoczesnej minimalizacji GWP.

Zastosowania w klimatyzacji i pompach ciepła

Typowym zastosowaniem R32 jako substancji czystej są instalacje klimatyzacyjne i pomp ciepła. Zwłaszcza w ostatnich latach w tym segmencie rynku zwiększył się asortyment dostępnych urządzeń typu Split i Multisplit. Oprócz bardzo dobrych parametrów w zakresie efektywności energetycznej i wydajności, zastosowanie R32 w tych urządzeniach umożliwia redukcję ilości środka o 30% w porównaniu do R410A. Wraz z niższym GWP, wynoszącym 675 (R32) w porównaniu do 2088 (R410A), można uzyskać redukcję obciążenia dwutlenkiem węgla o 75%. (patrz rys. 3.). Dlatego z punktu widzenia ochrony środowiska R32 jest perspektywicznie najlepszą alternatywą dla R410A w takich instalacjach.

Rys. 3. Redukcja wpływu wywołującego efekt cieplarniany z R32 w porównaniu do R410A

W chłodnictwie stacjonarnym muszą być uzyskiwane niższe temperatury niż w przypadku klimatyzacji. W wielu mieszaninach R32 jest stosowany jako decydujący składnik, ponieważ wysokociśnieniowy czynnik chłodniczy ma on korzystne cechy w zakresie przenoszenia ciepła, bardzo wysoką objętościową wydajność chłodzenia oraz bardzo wysoką sprawność. Zalety te umożliwiają również stosowanie tego czynnika w czystej formie w niskotemperaturowych zastosowaniach chłodniczych, z zachowaniem obowiązujących standardów bezpieczeństwa.

Aspekty bezpieczeństwa

Jak już wspomniano, redukcja GWP odbywa się kosztem pogorszenia niepalności, a często również stabilności chemicznej. Wskutek obowiązywania norm bezpieczeństwa, palność czynników chłodniczych wpływa na maksymalną dozwoloną ilość środka w instalacji chłodniczej. Palność klasyfikowana jest wg ASHRAE34 co obrazuje tabela 2.

Możliwe do zastosowania ilości czynników chłodniczych w instalacjach zależą od kategorii systemu (np. system bezpośredni czy pośredni) i od lokalizacji (miejsca publiczne, dostęp nadzorowany lub autoryzowany). Maksymalną ilość regulują normy bezpieczeństwa, np. ISO 5149, IEC/EN60335-2-40, IEC/EN60335-2-89 lub EN378.

Dostępność

W związku z popularyzacją klimatyzatorów na R32, czynnik ten jest dostępny w opakowaniach we wszystkich powszechnie stosowanych w Europie wielkościach. Ponieważ R32 jest według GHS/TDG klasyfikowany jako substancja palna, fabryczne opakowania w niektórych krajach posiadają złącza lewoobrotowe. W obszarach warsztatowych dostępne są urządzenia i narzędzia, które są dopuszczone zarówno do R32, jak i do R410A. Zalecana jest szczególna uwaga pod kątem tego, czy zestawy manometryczne, wykrywacze nieszczelności czy układy odzysku R32 są dopuszczone do tego czynnika.

Podsumowanie

Regulacje ustawowe zwiększają nacisk, presje na wycofywanie czynników chłodniczych o wysokim GWP, np. R125 i R143a, ponieważ te składniki/czynniki chłodnicze stanowią dużą część zużycia F-gazów, dla których odbywa się ważona ocena emisji. Wymagają one jak najszybszego zastąpienia z uwzględnieniem obowiązujących wymogów bezpieczeństwa i kryteriów efektywności. R32 odgrywa kluczową rolę jako substancja czysta, ale również jako składnik mieszanin w przyszłych czynnikach chłodniczych o niskim GWP, takich jak R407H lub R454B.

Daikin Chemical Europe GmbH
www.daikinchem.de