Zásobování energií s tepelnými čerpadly R290 Technický článek v HLH
Důležitým cílem pro budoucnost je využití obnovitelných systémů výroby tepla a s tím spojené snížení emisí CO2.
Rozhodující roli v tom hrají tepelná čerpadla s přírodními chladivy.
Pohled na aktuální projekt na stuttgartském předměstí Leonberg ukazuje, jakým rozhodnutím v současné době čelí inženýři a specializovaní projektanti a jaké podkladové informace lze použít k vytvoření rozumného a dlouhodobého řešení pro zákazníka.
Uprostřed Leonbergu v Bádensku-Württembersku se v současné době staví řadová nová budova jednoho z největších světových dodavatelů automobilového průmyslu.
Budova s výškou střechy dobrých 26 metrů se má stát novým pracovištěm pro přibližně 2 000 zaměstnanců.
V přízemí se nachází školka a restaurace, zatímco zbytek nové budovy má být využit pro administrativní a výzkumné činnosti.
Od roku 2020 může společnost tvrdit, že všech jejích více než 400 poboček je klimaticky neutrálních.
V souladu s tím se nová budova v Leonbergu zaměřila také na udržitelnost a energetickou účinnost.
Například požadavky na vytápění a chlazení mají pokrýt vzduchem chlazené chladicí jednotky a vodou chlazená tepelná čerpadla.
Co je zde ale třeba vzít v úvahu a jaké optimalizace ovlivňují efektivitu projektu?
Od ozonové díry k věčné chemii
Výběr chladiva je nevyhnutelnou součástí každého projektu, protože je také zásadní.
Nabídka je velká, stejně jako současná nejistota.
Evropský parlament například usiluje o změnu takzvaného nařízení o F-plynech.
Nařízení (EU) č. 517/2014 o fluorovaných skleníkových plynech je v platnosti od 1. ledna 2015.
Jeho cílem je snížit do roku 2030 emise fluorovaných skleníkových plynů v EU o 70 milionů tun ekvivalentu CO2 ekvivalentu o 70 milionů tun.
Tyto cíle mají být nyní znovu upraveny a termíny zkráceny – s významným dopadem na chladiva používaná v tepelných čerpadlech.
Nejprve se však začněme tím, že se podíváme na chladiva v 1970. letech.
Je dobře známo, že chlorfluoruhlovodíky (CFC jako R12) jsou z velké části zodpovědné za poškozování ozonové vrstvy.
Poté, co se to prokázalo, bylo používání freonů zakázáno.
K vytěsnění došlo poměrně rychle, protože fluorované uhlovodíky (HFC) již byly přesvědčivé jako nánáplně s podobně dobrými termodynamickými vlastnostmi.
Co však v té době nikdo netušil, byl vliv skleníkových plynů těchto látek.
V roce 1997 klasifikoval Kjótský protokol OSN HFC a HFC jako skleníkové plyny.
V konečném důsledku se jedná o důležitý krok k ochraně Země před chemicky vyráběnými chladivy škodlivými pro životní prostředí.
S původní vyhláškou o F-plynech z roku 2006, jejím novým vydáním z roku 2014 a očekávanou novelou na začátku roku 2024 přišly a přicházejí další stavební kameny, které dále omezují používání fluorovaných plynů.
To má již nyní dopad na dostupnost a ceny.
Podle návrhu, který je v současné době projednáván v Evropském parlamentu, již od roku 2030 nebude možné používat F-plyny s potenciálem globálního oteplování (GWP) vyšším než 150 pro údržbu a servis.
Kromě toho platí obecný zákaz nových stacionárních chladicích systémů s fluorovanými chladivy od roku 2025, o kterém se od letošního roku stále více diskutuje, protože pod obecným pojmem PFAS (per- a polyfluoralkylové látky) byla identifikována nová negativní vlastnost těchto HFC a HFC.
Jedná se o látky obsahující fluor v chladivech, které jsou extrémně perzistentní a také představují nebezpečí pro člověka v důsledku otravy životního prostředí.
EU v současné době zvažuje dalekosáhlý zákaz těchto „věčných chemikálií“.
Alternativa: Přírodní chladiva
Na pozadí výše popsaných nejistot je používání přírodních chladiv stále důležitější.
Například na letošním veletrhu ISH již řada výrobců představila tepelná čerpadla s propanovými chladicími okruhy.
Propan (R290) je uhlovodík a zaujme svými vynikajícími termodynamickými vlastnostmi a vysokou ekologickou kompatibilitou (GWP 3).
Proto nebude podléhat zákazům ze strany nařízení EU.
Přestože je chladivo propan hořlavý plyn (klasifikovaný podle ISO 817 a ANSI/ASHRAE 34 v bezpečnostní klasifikaci A3), s nezbytnými znalostmi lze u systémů R290 přijmout opatření, aby se předešlo jakýmkoli rizikům v tomto ohledu.
Je důležité, aby byly systémy navrženy tak, aby vyhovovaly zákonným normám a specifikacím.
Aby byl únik co nejnepravděpodobnější, musí být všechny spoje dlouhodobě technicky těsné.
Pokud by přesto došlo k úniku, vstupuje v platnost koncepce bezpečnosti zařízení, která se používá také v Leonbergu.
Zde jsou systémy nepřetržitě monitorovány plynovým senzorem spojeným s dvoustupňovým systémem.
Často je možné postavit propanový systém venku.
To by mělo být používáno, kdykoli je to možné.
Propan je velmi těkavý, takže při správné venkovní instalaci nemůže dojít k hromadění propanu.
Dnes existují také řešení pro vnitřní aplikace, a to buď navržením speciálních strojoven, nebo pomocí systémů s nízkou náplní chladiva a větraným pláštěm, které lze modulárně rozšířit.
