W obszarze chłodnictwa i klimatyzacji dotyczy to głównie czynnika R22, który jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych czynników ziębniczych.
Na obszarze „starej” Unii Europejskiej proces zakazu wprowadzania na rynek nowych urządzeń zawierających czynniki HCFC rozpoczął się praktycznie od roku 2000 (z małymi wyjątkami) i ostatecznie zakończył się w roku 2004.
W naszym kraju, zakaz ten obowiązuje od roku 2004 – kiedy to Polska przystąpiła do UE i automatycznie przyjęła unijne prawodawstwo m.in. Rozporządzenie (WE) nr 2037/2000, które zostało dodatkowo doprecyzowane przepisami krajowymi takimi jak Ustawa z dnia 20 kwietnia 2004 r. o substancjach zubożających warstwę ozonową. Z dniem 01.01.2010 weszło w życie przekształcenie Rozporządzenia (WE) nr 2037/2000 i obecnie obowiązuje już Rozporządzenie (WE) nr 1005/2009, w którym przyjęto m.in. znacznie bardziej rygorystycznie przepisy dotyczące obrotu czynnikami ziębniczymi z grupy HCFC. Zgodnie z tym rozporządzeniem, obecnie do obrotu mogą zostać wprowadzone tylko posiadające odpowiedni opis i dokumentację zregenerowane czynniki HCFC. Czynniki HCFC poddane jedynie recyklingowi mogą być stosowane wyłącznie przez przedsiębiorstwo, które dokonało lub na zlecenie którego dokonano odzysku czynnika w ramach konserwacji lub serwisowania. Należy także pamiętać że od 1 stycznia 2015 r. nie będzie można stosować już żadnych czynników z grupy HCFC.
W wielu przypadkach okres eksploatacji instalacji i urządzeń z czynnikiem R22, od daty zakupu do daty zakazu stosowania wszelkich czynników z grupy HCFC, może wynosić w Polsce zaledwie 10 lat (od roku 2004 do końca 2014 roku).
Koszty związane z tak krótkim okresem pomiędzy możliwością wprowadzania nowych urządzeń z czynnikiem R22 na rynek Polski a całkowitym zakazem stosowania tego typu czynników (w tym także pochodzących z odzysku) na terenie całej Unii Europejskiej, obciążą głównie przemysł oraz właścicieli np. dużych chłodni składowych czy systemów klimatyzacyjnych. Znaczna część tego typu instalacji ziębniczych prawdopodobnie będzie znajdowała się wciąż w okresie pełnej eksploatacji. W większości przypadków w momencie zakupu zakładano dłuższy okres użytkowania instalacji bez konieczności wymiany na nową, czy też ponoszenia dodatkowych kosztów wynikających z przezbrojenia na zamienne czynniki. Szczególnie dotkliwy na całym obszarze Unii Europejskiej, po granicznej dacie 1 stycznia 2015 roku, może się okazać średni czas eksploatacji urządzenia (od zakupu nowego, do zakładanego końca jego eksploatacji) w konfrontacji z równoczesnym brakiem możliwości naprawy czy też serwisu, jeżeli w jego obiegu znajdować się będzie czynnik z grupy HCFC.
Konieczne jest zatem podjęcie działań, które pozwolą uniknąć, na ile to jest możliwe, dodatkowych wydatków oraz problemów technicznych. Aby zminimalizować ryzyko działań prace te muszą zostać wcześniej odpowiednio zaplanowane i przygotowane.
Przygotowanie do zmiany czynnika ziębniczego
Ocena stanu technicznego jest niezbędna z uwagi na konieczność podjęcia m.in. decyzji, czy dany układ jest w takim stanie, że przeprowadzanie operacji przezbrojenia, i w związku z tym, inwestowanie w tą instalację jest wciąż opłacalne (okres eksploatacji, zużycie, awaryjność itp.)
Analiza dostępnych danych instalacji ma na celu wybór optymalnego rozwiązania, które będzie minimalizować techniczne problemy oraz zakres koniecznych zmian.
W zamian za R22
Generalnie syntetyczne czynniki ziębnicze stosowane jako zamienniki można zasadniczo podzielić na dwie podstawowe grupy:
Analiza konsekwencji wymiany czynnika
Ciekawym przykładem konsekwencji tego zjawiska są badania dot. czynnika R407C, który jako mieszanina zeotropowa ma znaczny poślizg temperaturowy. Jak wynika z opublikowanych badań w przypadku zastosowania R407C jako zamiennika R22 w parowaczu typu zalanego (gdzie czynnik ziębniczy wrze na zewnątrz rur, a w rurach przepływa medium ochładzane np. woda) nastąpił drastyczny spadek współczynnika przenikania ciepła od strony czynnika sięgający nawet 75%, w zależności od wielkości poślizgu temperaturowego. Znacznie mniejsze spadki, bo około 20 do 25% współczynnika przenikania ciepła odnotowano w przypadku parowacza suchego (DX). Wyniki zostały przedstawione na rys. 1.
Zjawisko to ma wpływ na pracę całego urządzenia. Dla porównania w tabeli przytoczone zostały wyniki badań oraz procentowe porównanie podstawowych parametrów wytwornic wody ziębniczej, o podobnej konstrukcji, dla różnego typu parowaczy i zeotropowej mieszaniny R32/R125/R134A, w odniesieniu do pierwotnie stosowanego czynnika R22. Między innymi z tego też powodu czynniki będące mieszaninami zeotropowymi w większości przypadków nie są zalecane do stosowania w systemach z: parownikami pracującymi jako zalane, zbiornikami ciekłego czynnika z niskim ciśnieniem czy też np. w układach ze sprężarkami odśrodkowymi.
W wielu przypadkach zmiany parametrów pracy układów ziębniczych mogą nie być aż tak znaczące. Należy jednak pamiętać, że pomimo dobrych własności termodynamicznych zamiennych czynników ziębniczych należy je dobierać z dużą rozwagą, ponieważ stosowane one będą w układach i urządzeniach pierwotnie zaprojektowanych dla innego czynnika np. R22. Przykładowo zastosowanie mieszanin zeotropowych w układach ziębniczych, w których np. skraplacz wodny lub parowacz został zaprojektowany w układzie współprądowym (co nie miało istotnego znaczenia dla czynnika R22, który jest czynnikiem jednorodnym) w przypadku czynników ze znacznym poślizgiem temperaturowym, z uwagi na wymianę ciepła, jest już niekorzystne.
Po uwzględnieniu lub wykluczeniu dla danej instalacji rozwiązań ograniczających stosowanie typowych zamienników (mieszanin zeotropowych) umożliwiających przeprowadzenie tzw. retrofitu uproszczonego, następuje etap dalszej selekcji mający na celu wybór optymalnego zamiennego czynnika.
Należy przeprowadzić analizę porównawczą potencjalnych zamienników w odniesieniu do czynnika pierwotnie znajdującego się w instalacji np. R22.Aby tego dokonać choćby w uproszczony sposób dla konkretnej instalacji konieczne są m.in. dane zgromadzone w trakcie oceny stanu technicznego instalacji takie jak:
Posiadając te podstawowe parametry oraz parametry branych pod uwagę czynników ziębniczych można podjąć próbę wykonania w sposób uproszczony teoretycznego szacunku wpływu zastosowania potencjalnych zamienników np. czynnika R22 dla danej instalacji. Bardzo przybliżoną tego typu analizę można oprzeć na podstawowych zależnościach zakładając, że sprężarka może pracować z nowym czynnikiem i pozostaje bez zmian, zatem jej teoretyczna wydajność objętościowa także pozostaje bez zmian. Oczywiście zmienia się m.in. stopień dostarczenia λ (dla sprężarek pracujących z czynnikami syntetycznymi są to wartości około od 0,6 do 0,9). Jednak dla tak uproszczonych i szybkich analiz, w pewnych przypadkach, można założyć, że nie ulega on istotnej zmianie.
Tego typu szacunkowy sposób określenia wydajności ziębniczej czy poboru mocy układu ma co prawda jedynie charakter teoretyczny i bazuje na uproszczeniach oraz tylko podstawowych zależnościach. Obecnie są dostępne także programy takie jak np.: DUPREX DuPont Refrigerant Expert lub Solkane Refrigerant Software bazujące na własnościach czynników ziębniczych i umożliwiające przeprowadzenie tego typu analizy. Ważne jest wykonanie takich szacunków, gdyż dzięki nawet bardzo przybliżonej teoretycznej analizie użytkownik będzie miał szansę podjąć decyzję o przeprowadzeniu operacji zmiany czynnika w sposób bardziej świadomy – mając informacje o grożących mu potencjalnie konsekwencjach takich jak np. ograniczenie wydajności ziębniczej czy wzrost poboru mocy.
W Centralnym Ośrodku Chłodnictwa COCH na bieżąco monitorowane i porównywane są własności pojawiających się nowych czynników ziębniczych. Analizy te mają na celu ułatwienie wyboru optymalnego zamiennika oraz rozwiązania i procedury operacji retrofitu instalacji.
Na rys. 2 i 3 przedstawiono przykładowe zestawienie wielkości charakterystycznych wybranych czynników dla teoretycznego jednostopniowego obiegu sprężarkowego.
W analizach i ocenie możliwości zmiany czynnika ziębniczego na nowy w danej instalacji szczególnie ważnym aspektem jest wzięcie pod uwagę dopuszczalnych poziomów ciśnień, na które układ został pierwotnie zaprojektowany. W przypadku wzrostu tych wartości układ i jego zabezpieczenia muszą zostać przeanalizowane (zawory bezpieczeństwa, presostaty wysokiego i niskiego ciśnienia, manometry pomiarowe itp). Szczególnie ważne jest aby nie dopuścić do przekroczenia maksymalnych ciśnień roboczych przewidzianych w przezbrajanych instalacjach. Na rys. 4 przedstawiono przykładowe zestawienie własności ciśnienia nasycenia od temperatury dla R22 i wybranych czynników zamiennych.
Zależność ciśnienia nasycenia od temperatury dla R22 i wybranych czynników zamiennych
W ostatnim okresie w Centralnym Ośrodku Chłodnictwa COCH w związku planowanymi operacjami przezbrajania instalacji z czynników grupy HCFC na nowe czynniki zamienne, przeprowadzane są, na zlecenie użytkowników i właścicieli, analizy stanu technicznego instalacji i urządzeń ziębniczych wraz z wyborem optymalnego zamiennego czynnika ziębniczego oraz proponowanymi procedurami tego typu operacji. Daje to możliwość określenia czy w przypadku danej instalacji dalsze inwestowanie oraz zmiana czynnika jest uzasadniona technicznie i finansowo, pozwala także określić zakres optymalnych rozwiązań i procedur wymiany czynnika ziębniczego w danym przypadku.
W trakcie procesu zmiany rodzaju czynnika ziębniczego używanego w instalacji, powinno się m.in. wykonać wyszczególnione poniżej czynności sprawdzające oraz potwierdzić ich zgodność z normą PN EN 378.
Autor: Witold Skrzypulec
Centralny Ośrodek Chłodnictwa COCH w Krakowie