Nové směry ve vývoji chladiv do roku 2030

Ing.Jiří Brož
prezident Svazu chladící a klimatizační techniky, Praha

V současné době se nacházíme v době, kdy vstupují v platnost nové právní a technické předpisy týkající se používání syntetických, fluorovaných, uhlovodíkových chladiv. Jednoznačným trendem do budoucnosti je zvýšený tlak na plnění ekologických požadavků a z toho vyplývající  omezení v používání fluorovaných chladiv.

Prvním významným právním dokumentem, který se týkal dané oblasti bylo nařízení Evropského parlamentu č. 842/2006/ES  O některých fluorovaných skleníkových plynech.  Na toto nařízení navazoval český zákon 73/2012 Sb. O látkách, které poškozují ozónovou vrstvu a o fluorovaných skleníkových plynech. Prováděcím dokumentem byla vyhláška č. 257/2012 Sb. Snahou těchto právních předpisů bylo omezení úniků fluorovaných chladiv do atmosféry, kde tyto plyny spolu s kysličníkem uhličitým vytváření skleníkový efekt způsobující ohřev atmosféry.

Hlavní důraz byl kladen na omezení úniků chladiv a na zvýšení kvalifikace servisního a obsluhujícího personálu. Postupem doby se ale ukázalo, že jak evropské nařízení, tak navazující český zákon nesplňují očekávání, která do nich byla kladena.  Hlavním důvodem byla skutečnost, že se tyto právní předpisy vztahovaly pouze na stacionární chladící, klimatizační zařízení a tepelná čerpadla. Z výzkumů renomovaných evropských univerzit totiž jasně vyplývalo, že největší úniky chladiv jsou v oblastech  přepravního chlazení a klimatizací. Populárně řečeno chladírenská přeprava kamiony, železničními vagony, říční a námořní lodní přeprava, klimatizace vlaků, tramvají a autobusů. Tedy všude tam, kde se chladící okruh pohybuje a působí na něj vibrace.

Došlo tedy k přehodnocení celé ekologické filosofie a bylo vydáno nové nařízení Evropského parlamentu pod číslem 517/2014/ES O fluorovaných skleníkových plynech a o zrušení nařízení 842/2006. Toto nové nařízení přebralo požadavky zrušeného nařízení 842/2006 na školení obsluhujícího personálu a omezení úniků chladiv, nově však zavádí  množstevní omezení v používání fluorovaných chladiv. Základním hodnotícím ukazatelem přestalo být množství chladiva udávané v kilogramech a přešlo se na množství ekvivalentu kysličníku uhličitého vyjádřené v tunách. Zkratka tohoto označení je tCO2 eq (některá literatura uvádí označení eq tCO2 ) a hodnotící ukazatel GWP       ( Global warming potential). Hodnota GWP se vypočítává podle daných vzorců a vyjadřuje nebezpečnost chladiva k životnímu prostředí. Jako základní, referenční hodnota GWP byla stanovena hodnota GWP u CO2 . Tato hodnota je GWP=1. Čím je hodnota GWP vyšší, tím je chladivo nebezpečnější pro životní prostředí.

Již při přípravě nařízení 517/2014 bylo jasno, že bude stanovena hranice GWP, která bude omezovat technické a časové použití fluorovaných chladiv.  Tato hranice byla stanovena ve výši GWP = 2500 a chladiva s hodnotou GWP vyšší než 2500 nebude možné používat od roku 2020.  Zároveň byla stanovena tzv. kvóta v tCO2 eq, která může být každoročně uvedena na trh EU. Jako základní referenční hodnota byl vzat aritmetický průměr množství chladiv uvedených na trh v letech 2009-2012. Jako koncové datum používání stávajících uhlovodíkových chladiv byl stanoven rok 2030.

Na obr.1 je  graficky znázorněn pokles množství chladiv, která bude možné uvést na trh EU v následujících letech.

26-01_CLR
Obr.1

Dodržení předepsaného průběhu snižování množství chladiv vynucuje Evropská komice drastickými pokutami a dalšími striktními opatřeními, která krátí povolená množství chladiv daná tCO2 eq. Pro lepší porozumění. Krácení by mělo být dvojnásobkem překročeného množství tCO2 eq.

Z výše uvedeného grafu je zřejmé, že technicky není možné v budoucnu žít pouze s 20% objemu chladiv, když se působnost chlazení neustále rozšiřuje i do oblastí, které dříve neexistovaly. Typickým příkladem je skutečnost, kdy Evropská komise na jedné straně podporuje rozšiřování tepelných čerpadel jako zdrojů obnovitelné energie pro vytápění domů a na druhé straně omezuje chladiva, používaná v tepelných čerpadlech.

Podobný postup pro snižování množství chladiv byl přijat v USA, Japonsku, Jižní Korei a dalších státech. Postupné snižování v těchto zemích je znázorněno na  obr.2.   Pozor, nezaměňovat tento trend snižování množství chladiv s klimatickou konferencí konanou v Paříži.  Chladiva jsou pouze menší část dohody z Paříže.

Začalo tedy celosvětové hledání nových chladiv, která by byla dlouhodobě použitelná s ohledem na evropskou legislativu na jedné straně a na odpisové sazby zařízení na straně druhé. Našla se celá řada již známých chladiv jak přírodních ( čpavek, CO2 , voda, SO2 ), tak syntetických (propan, isobutan, propylen, R32, R154 a další). Každé z těchto chladiv má však nějakou nevýhodnou vlastnost, proč je jeho použití omezené.  U CO2 to jsou velmi vysoké pracovní tlaky v rozmezí 80-180bar, u čpavku a kysličníku siřičitého to je jedovatost. Propan, propylen a další syntetické uhlovodíky jsou hořlavé.

26-02_CLR
Obr.2

Bylo zjištěno, že chladiva s hodnotou GWP 450-650 jsou více či méně hořlavá. Čím nižší hodnota GWP, tím hořlavější. Bylo tedy nutné změnit stávající klasifikaci chladiv a zařadit novou skupinu chladiv tzv. skupinu A2L ( někdy označovanou jako 2L).  Jedná se o skupinu chladiv, která  nejsou zápalná elektrickou jiskrou nebo výbojem, ale pouze otevřeným plamenem. Jejich rychlost hoření je menší než 10cm.s-1.

Základní rozdělení chladiv do skupin je uvedeno v ASHRAE 34 ( americká norma), ze které vychází norma ISO 817.  Obě tyto technické normy nově definují skupinu 2L.  V EU by měla zavést skupinu 2L nově revidovaná norma EN 378 . Bohužel, tato norma již měla platit od poloviny roku 2015, ale pro množství připomínek a rozporná ustanovení s novým nařízením PED je optimistický předpoklad platnosti od poloviny roku 2016. Znamená to tedy, že v současné době EU nemá technický předpis pro zavedení chladiv skupiny 2L.  V praxi to znamená pro projektanty a provozovatele chladících a klimatizačních zařízení stav nehořlavý- hořlavý typu propan.

Schéma rozdělení chladiv do skupin podle nebezpečnosti je uvedeno v tab.1

Rychlost hoření Nízká toxicita Vysoká toxicita
Nehořlavé 0,0cm/s A1 B1
Málo hořlavé <10cm/s A2L B2L
Hořlavé >10cm/s A2 B2
Vysoce hořlavé A3 B3

Tab.1

Vybraná chladiva a jejich rychlost hoření:
A2L  R32 – 6,32cm/s,  R1234yf – 1,5cm/s (nové chladivo pro autoklimatizace)
A2    R152a – 23cm/s
A3    R290 (propan) – 43cm/s
B2L  R 717 (amoniak) – 7,7cm/s
Chladiva R134a, R404A, R407C,R410A a další patří do skupiny A1.

Několik upozornění na závěr
Chladírenský mechanik smí na vyhrazených tlakových zařízeních provádět tyto práce:

  • připojení nebo odpojení potrubí přírubovým spojem, šroubením nebo pájením na tvrdo nebo svářením.
  • výměnu pojistného ventilu způsobem kus za kus.
  • montáž nebo výměnu manometrů, elektrických snímačů hladiny a jiných pojistných nebo výstražných zařízení.

Revizní technik tlakových zařízení nesmí u chladícího okruhu:

  • jakýmkoliv způsobem manipulovat s chladivem.
  • zkoušet funkčnost pojistného ventilu odfouknutím.

Seznam nejběžněji používaných chladiv s jejich hodnotou GWP:

R134a = 1430

R245fa= 1030

R404A = 3922

R407C = 1774

R407F =1825

R410A =2088

R417A =2346

R422D =2729

R507 = 3895

Jakákoliv manipulace s chladivem R22 je v civilním sektoru zakázána. Použití chladiva R22 je povoleno pouze v jaderných elektrárnách nebo v armádních zařízeních sloužících k bojové činnosti nebo obraně.  V žádném případě ne ve skladech, kantýnách, jídelnách nebo ubytovacích prostorech.