Svet rezidenčných tepelných čerpadiel sa mení. A to v kontexte nástupu chladiva R290
Časopis TZB Haustechnik 
Veríme mýtom, alebo sa budeme držať faktov? Apel uvedený v článku je cielený na odbornú verejnosť. Vnímajme nástup nového chladiva R290 v prípade rezidenčných tepelných čerpadiel pozitívne. Pri jednotlivých profesiách vychádzajú informácie okrem iného aj z osobných skúseností získaných počas školenia veľkého množstva inštalačných technikov a odborných firiem. Pre pridružené odbory to predstavuje príležitosť nahliadnuť do tém, ktorými si odvetvie prechádza.
Na úvod sa určite patrí povedať, že to, čo budeme v tomto článku rozoberať, je v priemysle aj na univerzitách už dávno známa vec. Nejednému čitateľovi by zdvihlo obočie, keby našiel rezidenčné tepelné čerpadlo na vodu (áno, H2O v chladiacom cykle). Budúci inžinieri pri prvom kontakte s chladiacou technikou dobre vedia, že najlepšie chladivo by bola voda.
No prináša to so sebou zopár termodynamických a technických výziev, preto sa v praxi nepoužíva. Hneď za vodou máme v hľadáčiku už známejšie výrazy z rodiny prírodných chladív ako oxid uhličitý, propán, bután, čpavok… Tie majú výborné termodynamické vlastnosti, ale sprevádzajú ich technické, resp. bezpečnostné výzvy.
Preto sme zažili medziobdobie syntetických chladív, ktoré už nemajú výborné, ale aspoň dobré termodynamické vlastnosti. Išlo o daň za vysokú bezpečnosť – nehoria a nespôsobujú koróziu. Na druhej strane netreba zabúdať na jeden „malý“ detail: poškodzujú životné prostredie. Treba si na rovinu povedať, že práve tieto vlastnosti dovolili masovo vyrábať a inštalovať klimatizácie v ekonomických a technických možnostiach bežnej európskej budovy a domácnosti.
Len sa zamyslite, kto z blízkeho okolia mal pred 30 rokmi klimatizáciu. Práve z týchto klimatizácií sa postupne vyvinuli moderné rezidenčné tepelné čerpadlá. Človek je tvor uvedomelý a zodpovedný k životnému prostrediu, preto EÚ zaradila spiatočku. Keďže sa nám úspešne podarilo etablovať takýto typ zariadenia na trh, prišiel čas obzrieť sa späť a následne sa posunúť vpred. No a to je paradox súčasnej reality, za čo si EÚ často neprávom vyslúži kritiku. Práve dobre známy propán, ktorý tiež poznáme ako chladivo R290, nás stále trochu znepokojuje.
Pritom mimo rezidenčného sektora je táto technológia osvedčená a rokmi overená. Mimochodom, aj z tohto predpokladu vychádzajú regulácie EÚ.Kým neprekonáme fundamentálne technické problémy s chladiacim okruhom na vodu, s vysokou pravdepodobnosťou už nebudeme každých 5 až 10 rokov meniť chladivá. R290 má v chladiacom okruhu lepšie termodynamické vlastnosti ako doteraz používané R32 alebo R410A, takže jednoznačne ideme vpred. Ani pán Darwin by opísaný proces určite nenazval inak ako evolúcia.
Stret dvoch svetov, chladenie verzus vykurovanie
Od poetického úvodu prejdime k faktom. Tepelné čerpadlá s chladivom R290 sú schopné ako monovalentný zdroj vykurovania dosiahnuť teplotu výstupnej vody až 75 °C. To bolo pre predchádzajúce generácie s R32 alebo R410A, až na výnimky, nepredstaviteľné. Bežných 55 °C stačilo v prípade rodinných domov na novostavby alebo rekonštrukcie, ale často sme narážali na jeden vážny problém – technické znalosti a zvyky inštalačných technikov z oblasti „klasického vykurovania“, čiže kotlov, boli často v rozpore s tým, čo si vyžadovalo tepelné čerpadlo.
Relatívne nízka výstupná teplota vody a ΔT spôsobovali inštalatérom najmä v začiatkoch nemalé problémy. Vysoké rýchlosti vo vykurovacom okruhu a chyby prietoku boli na dennom poriadku. Vykurovacie systémy fungovali s nízkou účinnosťou, čo často nespravodlivo vrhalo zlé svetlo na tepelné čerpadlo ako stroj.
Navyše chladiaci okruh v tepelnom čerpadle predstavoval pre kúrenára veľkú neznámu.Naopak, pre chladiarov, resp. klimatizérov sa začal otvárať úplne nový, veľký svet vykurovania. Samozrejme, v opačnom poradí, preto často doháňali znalosti z oblasti vykurovania.
Rezidenčný trh tvorili z väčšej časti tzv. splitové tepelné čerpadlá, rozdelené na vonkajšiu a vnútornú jednotku. Zahŕňali chladiarinu, elektrinu a hydrauliku v jednom, pre šikovného technika jedna báseň. Dodávka a montáž tepelného čerpadla v celkovom finančnom vyčíslení je pritom v porovnaní s klimatizáciou niekedy až desaťnásobná. Ale dopyt bol veľký a trend jednoznačný, výrobcovia (najmä tí, ktorí donedávna vyrábali prevažne kotly) potrebovali uspokojiť požiadavky trhu a chladiarov nebolo na rozdávanie.
Neviditeľná ruka trhu zariadila, že sa čoraz viac dodávali zariadenia typu monoblok. Pri nich sa chladiaci okruh nachádza v jednej uzavretej zostave a priamo z výrobného závodu vychádza pripravený na použitie tak, ako sme naučení napríklad pri chladničkách. Vďaka tomu boli aj kúrenári schopní namontovať a nastaviť tepelné čerpadlo bez nutnosti ďalšej profesie. Teda, len do prvej poruchy chladiaceho okruhu.
Tepelné čerpadlo je často mimoriadne komplikovaný stroj a jedno bez druhého jednoducho nefunguje. Ale jednoznačne môžeme konštatovať, že chladiarenský (resp. klimatizačný) a kúrenársky segment sa k sebe postupne nezadržateľne približujú. S tým však neustále stúpajú aj nároky na schopnosti inštalačných a servisných technikov.
Môžete sa pýtať, ako to súvisí s chladivom R290, a odpoveď je jednoduchá. Z dôvodu vysokej horľavosti tohto chladiva môžeme na našom trhu prevádzkovať iba tepelné čerpadlá vo verzii monoblok. Tie sú umiestnené mimo budovy, pri dodržaní prísnejších podmienok ako doteraz. Biznis s tepelnými čerpadlami R290 sa tak v plnej miere stáva dostupným aj osobám a organizáciám bez certifikátu na F-plyny a prírodné chladivá (bez možnosti zásahu do chladiaceho okruhu).
Vzhľadom na nedostatok pracovnej sily už nemusíme tlačiť na certifikáciu týchto firiem. Nie vždy je v silách inštalačných technikov zvládnuť aj toto remeslo, čo môže viesť k zníženiu kvality dodaných prác a služieb. Dokonca sa pri použití tohto staronového chladiva vraciame k prevádzkovým parametrom vykurovacieho systému – začínajú sa opäť podobať tým, ktoré nastavujeme, keď spúšťame plynový kotol.
V neposlednom rade je dôležité podotknúť, že na manipuláciu s chladivami R290, resp. na servis chladiaceho okruhu tepelných čerpadiel musí byť osoba a organizácia aj naďalej certifikovaná tak ako doteraz, aj keď už priamo nejde o F-plyny. A práve tu vzniká priestor pre odborníkov, ktorí majú záujem ísť do hĺbky remesla, aby využili svoje schopnosti s patričným ohodnotením.
Riziko, ktoré sme ochotní prijať
Najväčšou výzvou je horľavosť R290. Hneď na úvod si môžeme položiť otázku: aký je rozdiel medzi plynovou fľašou propán-butánu a R290? V horľavosti a tlaku nijako zásadný. Chladiaci okruh však potrebuje čo najčistejšiu pracovnú látku, preto R290 nie je odorizované, a tak nevieme použiť žiadny ľudský zmysel, na ktorý sa spoliehame v prípade úniku plynu (napríklad keď pripájame gril). Preto bude potrebné podstupovať dodatočné opatrenia, na ktoré sme doteraz neboli zvyknutí.
Detaily, ako pracovať s týmto chladivom na rozdiel od tých predchádzajúcich, nechajme na školenia a certifikačné orgány. Pre potreby tohto článku nám bude stačiť použiť zdravý rozum. Určite si pamätáme nešťastnú udalosť v Prešove, keď únik plynu spôsobil výbuch v bytovke. Nebezpečná koncentrácia, pri ktorej hrozí výbuch zemného plynu, je zhruba od 5 %, túto hrozbu berieme vážne a prijímame protiopatrenia.
V prípade R290 síce začíname od koncentrácie 2 %, ale celková náplň v bežnom tepelnom čerpadle má často len desatinu hmotnosti v porovnaní s fľašou propán-butánu. Preto sa toto riziko významne nelíši od toho, na čo sme zvyknutí.Azda najdôležitejším protiopatrením je fakt, že tepelné čerpadlo na R290 môže byť umiestnené iba vo vonkajšom prostredí. V jeho blízkosti sa nesmú nachádzať prístupy do budovy, ako napríklad okná, dvere či vetracie šachty.
Takisto musíme zabrániť, aby sa v blízkosti nachádzali potenciálne zdroje zapálenia, teda najmä zásuvky, vypínače a všetko, čo môže vytvoriť iskru alebo mať horúci povrch (zdroj vznietenia). Čo sa týka zariadení, tie sú výrobcami pripravené a certifikované pre náš trh. Tak ako vždy sa dostávame k tomu, že si treba pozorne prečítať inštalačný manuál, kde sú všetky pravidlá jasne uvedené.To, že elektrina kope a môže spôsobiť vážne zranenia alebo smrť, je každému jasné.
Plynový kotol v nás vyvoláva prirodzenú mieru rešpektu, no propán-butánová fľaša vedľa grilu s otvoreným ohňom nám až tak neprekáža. Skúsme tak použiť podobnú analógiu a zmierme sa s faktom, že po novom bude chladivo v tepelnom čerpadle horľavé. Alebo to otočme naopak a tešme sa, že konečne máme chladivo, ktoré je schopné svojimi vlastnosťami zaistiť všetky potreby bežnej domácnosti.
Únik chladiva do vykurovacieho systému súvisí s ochranou proti zamrznutiu
Asi najhoršia možná situácia by nastala v prípade úniku chladiva R290 z výmenníka tepla chladivo-voda, keď by sa chladivo dostalo do vykurovacieho systému. Veľmi ľahko by sa mohlo dostať do technickej miestnosti, kde je spravidla umiestnený odvzdušňovací ventil. Práve z tohto dôvodu umiestňujú výrobcovia na strane hydraulického okruhu odlučovač plynu za výmenník a potenciálne nebezpečné chladivo z vykurovacej vody je vypudené a vypustené do vonkajšieho prostredia.
Okrem situácie, keď vykurovacia voda vo výmenníku chladivo-voda zamrzne a poškodí ho, môže dôjsť k úniku len veľmi ťažko. Pochopiteľne je však potrebné týmto situáciám predchádzať. Tepelné čerpadlo vo verzii monoblok je vybavené rôznymi ochrannými mechanizmami proti zamrznutiu. Napríklad v prípade, že je systém v režime vykurovania vypnutý a teplota vody sa blíži k 0 °C, automaticky sa spustí obehové čerpadlo, prípadne zapne prídavný ohrev tak, aby sa zamrznutiu zabránilo. Ale to je už dávno vyriešené.
Viac nás trápi situácia v prípade výpadku elektrického napájania alebo poškodenia kľúčových komponentov ako obehové čerpadlo či riadiaca elektronika. Vtedy je systém nechránený a do hry vstupujú aktívne alebo pasívne ochranné prvky. Napríklad termický ochranný ventil, ktorý funguje na princípe bimetalu a v prípade poklesu teploty vody vypustí vykurovaciu vodu zo systému. V takom prípade však voda vyteká z vykurovacieho systému samospádom a v prípade, že potrubia nie sú dobre vyspádované a systém sa nestihne dobre zavzdušniť, stáva sa toto riešenie neefektívnym.
Jediným zaručeným a vždy účinným riešením je použitie nemrznúcej zmesi. Už zhruba od 15-percentnej koncentrácie (záleží na type a prekročení bodu tuhnutia) nemusí zmes zamrznúť do takej miery, že by upchala potrubie a roztrhla výmenník chladivo-voda.Niekto by namietal použitie nemrznúcej zmesi z dôvodu zníženia výkonu tepelného čerpadla, resp. vykurovacieho systému.
Je dôležité podotknúť, že moderné tepelné čerpadlá sú už vybavené obehovými čerpadlami s plynulým riadením výkonu a možnosťami nastavenia rôznych parametrov ako výstupná teplota vody alebo ΔT. Tento argument zníženia výkonu tak odpadá (čo je možné overiť pomocou kalorimetrickej rovnice).Na záver môžeme konštatovať, že jediné, čo by mohlo komplikovať nástup tepelných čerpadiel s chladivom R290 na náš trh, sú staré zvyky, neochota učiť sa nové veci a dopredanie skladových zásob.
TEXT A FOTO: Klimavex
