Ako bude vyzerať budúcnosť chladenia a vykurovania?

Chladivo tepelného čerpadla zabezpečuje prenos tepla vnútri zariadenia. Pri prechode okruhom v čerpadle mení svoje skupenstvo z kvapalného na plynné a späť. Kľúčovou vlastnosťou všetkých používaných látok je nízky bod varu. Pôvodne bol masovo používaným chladivom freón, teraz však aj toto odvetvie zaznamenáva posun k výrazne ekologickejším alternatívam.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

Norma ČSN EN 378-l+Al „Chladiace zariadenia a tepelné čerpadlá – Bezpečnostné a environmentálne požiadavky“ definuje chladivo ako látku používanú na prenos tepla v chladiacom systéme.

Teplo sa absorbuje zmenou skupenstva, pri nízkych teplotách a nízkych tlakoch sa vyparuje, teda je absorbované do chladiva, pri vyšších teplotách a vyšších tlakoch kondenzuje, je teda odovzdávané ďalej, mimo chladiaceho okruhu. Pojem chladivo sa pritom často zamieňa za pojem „chladiaca kvapalina“, čo však nie je z technického hľadiska správne – tepelné čerpadlá potrebujú na svoj chod chladivá, chladiaca kvapalina nie je na tento účel vhodná.

Ako funguje tepelné čerpadlo?

Tepelné čerpadlá odoberajú teplo z okolitého prostredia a prostredníctvom chladiva ho prenášajú do interiéru budovy. Chladivá cyklicky prechádzajú kompresorom a expanzným ventilom a menia svoje skupenstvo z plynného na kvapalné a späť. Keď je chladivo v kompresore stláčané, jeho teplota stúpa; keď sa rozpína ​​a mení sa na plyn, jeho teplota klesá. Týmto spôsobom môžu chladivá prijímať teplo z jedného miesta (vonkajšieho prostredia) a prenášať ho inam (do interiéru).

V súčasnosti sa na tieto účely bežne používajú fluórované uhľovodíky (HFC, PFC). Tieto chladivá nachádzajú uplatnenie nielen v tepelných čerpadlách, ale aj v klimatizačných systémoch. Čoskoro by ich však mali nahradiť prírodné chladivá (propán, čpavok, CO₂ atď.), ktorých podiel sa medzi aktuálne používanými chladivami neustále zvyšuje. Za chladivo, o ktorom rozhodne ešte budeme počuť a ktorému výrobcovia prorokujú veľkú budúcnosť, je považované najmä R290 (propán), už teraz používané v rámci tepelných čerpadiel.

Chladivá a súčasná legislatíva 

Od roku 2024 je v platnosti nariadenie EP a Rady (EÚ) č. 2024/573 o fluórovaných skleníkových plynoch, ktoré nahradilo dovtedy platné nariadenie EP a Rady (ES) č. 842/2006 o niektorých fluórovaných skleníkových plynoch. Toto nariadenie uvádza okrem iného aj podmienky pre zariadenia obsahujúce fluórované skleníkové plyny, konkrétne v článku 12 ide o „Označovanie a informácie o výrobku a zariadení“:

• Nasledujúce výrobky a zariadenia, ktoré obsahujú fluórované skleníkové plyny alebo ktorých fungovanie závisí od týchto plynov, môžu byť uvedené na trh, následne dodané alebo sprístupnené akejkoľvek inej osobe, iba ak sú označené ako:
  • chladiace zariadenia;
  • klimatizačné zariadenia;
  • tepelné čerpadlá;
  • protipožiarne zariadenia;
  • elektrické spínacie zariadenia;
  • aerosólové rozprašovače, ktoré obsahujú fluórované skleníkové plyny, s výnimkou inhalátorov odmeraných dávok na podávanie zložiek liečivých prípravkov;
  • všetky nádoby na fluórované skleníkové plyny;
  • rozpúšťadla na báze fluórovaných skleníkových plynov;
  • organické Rankinove
• Výrobky alebo zariadenia, na ktoré sa vzťahuje výnimka podľa čl. 11 ods. 5, ako aj výrobky alebo zariadenia obsahujúce fluórované skleníkové plyny uvedené v oddiele 1 prílohy I, na ktoré sa vzťahuje výnimka podľa čl. 16 ods. 4, musia byť odpovedajúcim spôsobom označené s uvedením konečného dátumu výnimky a musia obsahovať odkaz, že tieto výrobky alebo zariadenia možno používať len na účely, na ktoré bola výnimka podľa uvedeného článku udelená.
• Štítok požadovaný podľa ods. 1 obsahuje tieto informácie:
  • údaj o tom, že výrobok alebo zariadenie obsahuje fluórované skleníkové plyny alebo že jeho fungovanie závisí od týchto plynov;
  • prijaté priemyslové označenie dotyčných fluórovaných skleníkových plynov alebo, ak také označenie nie je k dispozícii, chemický názov;
  • od 1. januára 2017 množstvo fluórovaných skleníkových plynov vyjadrené v hmotnosti a v ekvivalente CO₂ obsiahnuté vo výrobku alebo v zariadení alebo množstvo fluórovaných skleníkových plynov, na ktoré je zariadenie navrhnuté, a potenciál týchto plynov ku globálnemu otepľovaniu (…).

Článok 11, ods. 5 uvádza:

Na základe odôvodnenej žiadosti príslušného orgánu členského štátu a s prihliadnutím na ciele tohto nariadenia môže Komisia výnimočne prostredníctvom vykonávacích aktov povoliť výnimku až na obdobie 4 rokov, ktorá umožní uviesť na trh výrobky a zariadenia uvedené v prílohe IV alebo, odchylne od článku 13 ods. 9, uviesť do prevádzky nové alebo rozšírené elektrické rozvádzače vrátane ich častí, ktoré obsahujú fluórované skleníkové plyny alebo ktorých fungovanie závisí od týchto plynov, ak je preukázané, že:

1. pre konkrétny výrobok alebo časť zariadenia alebo pre určitú kategóriu výrobkov alebo zariadení nie sú dostupné alternatívy alebo ich nemožno použiť z technických alebo bezpečnostných dôvodov; alebo
2. použitie technicky realizovateľných a bezpečných alternatív by znamenalo neprimerané náklady.

Tieto vykonávacie akty sa prijímajú v súlade s postupom podľa čl. 34 ods. 2.

A článok 16, ods. 4 uvádza:
Na základe odôvodnenej žiadosti príslušného orgánu členského štátu, so zreteľom na ciele tohto nariadenia a na základe akýchkoľvek údajov poskytnutých Európskou agentúrou pre liečivé prípravky môže Komisia výnimočne prostredníctvom vykonávacích aktov povoliť výnimku až na obdobie 4 rokov a vylúčiť z požiadavky kvóty stanovenej v odseku 1 čiastočne fluórované uhľovodíky na použitie v osobitných aplikáciách alebo vo zvláštnych kategóriách výrobkov alebo zariadení, ak je v žiadosti preukázané, že:

• pre tieto konkrétne aplikácie, produkty alebo zariadenia nie sú dostupné alternatívy alebo ich nemožno použiť z technických alebo bezpečnostných dôvodov, alebo z dôvodu rizika pre verejné zdravie; a
• dostatočné zásobovanie fluórovanými uhľovodíkmi nemožno zaistiť bez neprimeraných nákladov.
  Tieto vykonávacie akty sa prijímajú v súlade s postupom podľa čl. 34 ods. 2.

Spomínaný článok 34, odsek 2 potom spresňuje: Ak sa odkazuje na tento odsek, uplatňuje sa článok 5 „Preskúmací postup“ nariadenia (EÚ) č. 182/2011, ktorým sa
stanovujú pravidlá a všeobecné zásady spôsobu, akým členské štáty kontrolujú Komisiu pri výkone vykonávacích právomocí.

Fluórované skleníkové plyny (inak tiež F-plyny) sa v rámci tohto nariadenia delia do skupín obsahujúcich čiastočne fluórované uhľovodíky (látky HFC), úplne fluórované uhľovodíky (látky PFC), fluorid sírový (SF6) a ďalšie fluórované skleníkové plyny.

Fluórované skleníkové plyny síce nemajú potenciál poškodzovať ozónovú vrstvu Zeme, zato však majú tzv. potenciál globálneho otepľovania (GWP, z anglického Global Warming Potential). Emisie týchto látok teda majú negatívny vplyv na klimatický systém Zeme v zmysle jeho otepľovania. Potenciál GWP je vztiahnutý na molekulu CO2, pre ktorú je stanovený potenciál rovný 1.

Niektoré fluórované plyny majú pritom potenciál až tisícnásobne vyšší ako jedna molekula CO2. Znamená to teda, že ak má látka GWP = 1 430, jedna vypustená molekula do atmosféry má rovnaký efekt ako 1 430 vypustených molekúl CO2. Aj tieto látky sú chemicky pomerne stále a pri vypustení emisií pretrvávajú v atmosfére aj niekoľko desiatok rokov.

Zmesi chladív

Okrem fluórovaných skleníkových plynov uvedených v tab. 1 sa ako chladivá používajú aj zmesi obsahujúce chladivá. Pod týmto pojmom sa skrývajú tekutiny skladajúce sa z dvoch alebo viacerých látok, z ktorých aspoň jedna je látka uvedená v prílohe I alebo II nariadenia č. 517/2014. GWP pre tieto zmesi sa počíta podľa prílohy IV menovaného nariadenia, teda ako vážený priemer odvodený od súčtu hmotnostných zlomkov jednotlivých látok vynásobených ich GWP, pokiaľ nie je uvedené inak, vrátane látok, ktoré nie sú fluórovanými skleníkovými plynmi. Vybrané zmesi a ich vplyv GWP vidieť v tab. 2.

Prírodné chladivá

Prírodné chladivá sú zlúčeniny, ktoré majú výrazne nižšie hodnoty GWP oproti chladivám uvedeným v tab. 1 a 2. Ide o zlúčeniny, ktoré sa objavujú v prírodných biochemických procesoch. Aj práve preto nepoškodzujú (alebo len veľmi minimálne) ozónovú vrstvu a neprispievajú ku globálnemu otepľovaniu, rovnako tak ich uhlíková stopa je veľmi malá.

Prírodné chladivá sa vo veľkom používali najmä v 50. rokoch min. storočia, než boli na trh uvedené chladivá na báze fluórokarbónu. Teraz priemysel hlási ich návrat vzhľadom na ich minimálne dosahy na životné prostredie a na plánované sprísnenie limitov GWP chladív v tepelných čerpadlách v nadchádzajúcich rokoch.

Chladivá a trendy

Bez ohľadu na GWP sa v súčasnosti používajú pri výrobe tepelných čerpadiel najviac chladivá R404A (GWP 2 088), R410A (GWP 1 774), R407C (GWP 1 526), R32 (GWP 675) a R290 (GWP 3). Chladivové okruhy tepelných čerpadiel sú síce bežne hermeticky uzavreté, riziko úniku je tak minimálne, ak by však došlo k netesnostiam alebo nešetrnej likvidácii systému, chladivá by mohli unikať do ovzdušia, kde by boli škodlivejšie ako CO2.

Aj preto sa EÚ chce zamerať v rámci svojich nariadení a krokov pre zelenšiu a čistejšiu budúcnosť na tepelné čerpadlá. Pochopiteľne by nešlo o plošný zákaz tepelných čerpadiel, skôr len o ďalšie obmedzenie chladív a teda nadstavbu či rozšírenie existujúceho nariadenia č. 517/2014.

Budúcnosť tepelných čerpadiel

Podľa Európskej únie (a spomínaného nariadenia 2024/573) by sa tak napríklad od roku 2027 už nemali vyrábať a predávať tepelné čerpadlá, ktoré obsahujú F-plyny s potenciálom globálneho otepľovania vyšším ako 150. Limity sa budú postupne sprísňovať, aby výrobcovia aj koncoví zákazníci mali dostatok času zareagovať na tieto nariadenia. Využívaním alternatívnych, prírodných chladív by sa tiež mohla znížiť závislosť priemyslu od Číny, ktorá je hlavným producentom fluoritu, potrebného práve na výrobu F-plynov.

Obmedzenie predaja tepelných čerpadiel využívajúcich menej ekologické chladivá je tak logickým krokom do budúcnosti, ktorý koncový užívateľ prakticky nepocíti, pre výrobcu pôjde o prechod po malých krôčikoch a pre planétu to bude znamenať veľký skok k ekologickejšej budúcnosti. V konečnom dôsledku ekologickejšie chladivá prinesú efektívnejšiu prevádzku čerpadiel a v praxi aj nižšie náklady na vykurovanie.

Najznámejšie chladivá

Freón (R-22)

Freón bol ešte pred niekoľkými rokmi štandardne využívaným chladivom, jeho negatívny dosah na ozónovú vrstvu však viedol k jeho vyradeniu z trhu. V súčasnosti by sme sa tak s výrobkami s chladivom na báze freónu nemali už vôbec stretnúť.

R-410A

Toto moderné chladivo sa stalo nástupcom freónu. Ide o zmes dvoch hydrofluórovaných uhľovodíkov, ktorá má nižšie GWP a neškodí ozónovej vrstve. Oproti freónu má tiež vyššiu tepelnú kapacitu a je teda účinnejšia, na druhej strane je tiež drahšia a na svoju prevádzku si vyžaduje vyšší tlak.

R410A

V súčasnosti najpoužívanejšie chladivo s GWP 2 088, čo v praxi znamená, že ak by došlo k úniku, znečistenie by bolo 2 088 kg CO₂, čo je ekvivalent jazdy autom na vzdialenosť 18 000 km.

R32

Chladivo R32 sa v súčasnosti označuje ako náhrada chladiva R410A. Úspešne spĺňa všetky normy EÚ a vyznačuje sa nízkym GWP 675, vďaka čomu je jeho uhlíková stopa nižšia než u väčšiny plynov zo skupiny HFC. Populárne aplikácie pre R32 sú priemyselné chladenie a klimatizačné systémy pre domácnosti a kancelárie, používa sa najmä v inštaláciách AC.

Propán, R290

Aktuálne sa považuje za chladivo budúcnosti. S GWP s hodnotou ​​iba 3 je rozhodne najekologickejším variantom, ktorý sa v súčasnosti aktívne využíva. Kilogram tohto uniknutého chladiva sa rovná „iba“ 20 kilometrom jazdy autom.

Výhodou je jeho vysoká tepelná kapacita, ktorá zlepšuje účinnosť tepelných čerpadiel. Podľa súčasných výskumov je toto chladivo možné využiť aj vo vyspelých tepelných čerpadlách určených pre rodinné domy. Zatiaľ jediným známym problémom R290 je vysoká horľavosť, a teda riziko požiaru v prípade úniku chladiva.

Chladivo alebo chladiaca kvapalina?

Chladivo odvádza teplo bez ohľadu na teplotu okolia a teplotu chladeného objektu. Chladiaca kvapalina môže teplo odvádzať iba v momente, keď je teplota okolia nižšia ako teplota chladeného objektu. Z toho dôvodu chladenie v zariadeniach, ktoré vytvárajú nižšie teploty, ako je teplota okolia, si vyžaduje použitie chladiva – vrátane tepelných čerpadiel, ktoré fungujú obdobne, iba obrátene.

Tab. 1 Fluórované skleníkové plyny podľa nariadenia č. 517/2014 (výber); kompletné znenie je uvedené v nariadení

Tab. 2 Používané zmesi obsahujúce chladivá HFC s najvyššími hodnotami GWP

Tab. 3 Vybrané prírodné chladivá a ich GWP (medzi prírodné chladivá sa radí aj vzduch či voda)

TEXT: Článok bol publikovaný v českej edícii TZB Haustechnik 2/2024
FOTO: Shutterstock

Článok bol uverejnený v časopise TZB 3/2024