Czynnik Chłodniczy

Czynniki chłodnicze R290, R410a i R32 w pompach ciepła

W pompach ciepła stosowane są różne czynniki chłodnicze, bez których wymiana ciepła nie byłaby możliwa. To temat bardzo obecny w przekazach marketingowych firm, często w odniesieniu do ekologii.

Czy wybór odpowiedniego czynnika chłodniczego naprawdę ma tak duży wpływ na wydajność, środowisko i koszty eksploatacji? W tym przewodniku udzielamy odpowiedzi na pytania dotyczące czynników chłodniczych stosowanych w pompach ciepła!

Co na ten temat mówią regulacje prawne?

Unia Europejska od kilku lat konsekwentnie angażuje się w ograniczanie zmian klimatycznych. Najważniejszą datą w tej sprawie jest 16 września 1987 r., kiedy to podpisano Protokół Montrealski, który dotyczył walki ze zubożeniem warstwy ozonowej. Postawiono wówczas konkretne ograniczenia dotyczące stosowania czynników chłodniczych o dużym potencjale niszczenia warstwy ozonowej (co opiszemy w dalszej części poradnika). Warto również zauważyć, że prawie rok później (22 września 1988 r.) została wprowadzona Konwencja Wiedeńska, która nakazywała wykonywanie pomiarów stężenia ozonu w atmosferze oraz prowadzenie badań nad skutkami zubożenia warstwy ozonowej.

W 2014 roku po raz ostatni można było serwisować układy z szeroko stosowanym do tego czasu czynnikiem chłodniczym R22. W tym czasie wprowadzono również Rozporządzenie UE nr 517/2014 w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych. W Polsce w 2017 roku dostosowano przepisy do dyrektyw unijnych, czyli wprowadzono tzw. ustawę F-gazową. Głównym celem tych przepisów jest stopniowe wycofywanie wodorofluorowęglowodorów (HFC) za pomocą narzędzi zaprojektowanych w celu zniechęcenia producentów, inwestorów i techników serwisowych do ich stosowania. Osiąga się to poprzez wprowadzanie uciążliwych procedur i obowiązków, prowadzących do powszechnej rezygnacji z ich stosowania.

Od 2025 r. zakazane będzie stosowanie czynnika chłodniczego R410A w urządzeniach, w których przewiduje się, że jego ilość przekroczy cel 3 kg. W przypadku domowych pomp ciepła do systemu wprowadza się mniej czynnika chłodniczego. Problematyczne będzie jednak zaprojektowanie większych układów do użytku komercyjnego czy przemysłowego – w takich przypadkach sprawdził się czynnik chłodniczy R410A, co omówimy w dalszej części poradnika.

Jaka jest funkcja czynnika chłodniczego w pompach ciepła?

Czynnik chłodniczy, zwany także czynnikiem termodynamicznym, odpowiada za wymianę ciepła pomiędzy dwoma źródłami (dolnym i górnym). Dolnym źródłem jest powietrze lub grunt (rzadziej woda) w przypadku pomp ciepła, natomiast górnym źródłem jest instalacja grzewcza lub zaopatrzenie w ciepłą wodę. Można powiedzieć, że czynnik chłodniczy jest swego rodzaju „nośnikiem” energii cieplnej. W przypadku pomp ciepła określenie „czynnik chłodniczy” jest mylące, ponieważ substancja ta może również przenosić ciepło. Jednak wiele modeli posiada funkcję chłodzenia pomieszczeń latem.

Co to jest GWP i ODP?

Pod skrótami GWP i ODP kryją się wskaźniki ekologii czynników chłodniczych stosowanych w pompach ciepła.

Zacznijmy od skrótu ODP od Ozone Depletion Potential, czyli potencjał niszczenia warstwy ozonowej. Należy zauważyć, że wskaźnik ten dotyczy czynnika chłodniczego R11, którego ODP wynosi 1. Jednak od razu musimy podkreślić – wszystkie nowoczesne czynniki chłodnicze nie wpływają na warstwę ozonową.

Z kolei skrót GWP od Global Warming Potential opisuje wpływ czynnika chłodniczego na globalny efekt cieplarniany. Wartość tę uzyskuje się porównując ilość ciepła zatrzymanego przez 1 kg gazu i ilość ciepła zatrzymanego przez 1 kg dwutlenku węgla – najczęściej w okresie 100 lat.

Należy jednak wziąć pod uwagę jedną ważną rzecz. Żaden z czynników chłodniczych nie będzie miał wpływu na globalne ocieplenie, jeśli nie będzie wycieku z pompy ciepła lub klimatyzatora. „Zużyty” czynnik chłodniczy należy poddać recyklingowi. Jeśli więc nigdy nie było wycieku z pompy, a czynnik chłodniczy został poddany recyklingowi – niezależnie od rodzaju czynnika chłodniczego – jesteśmy w 100% eko!

Rodzaje czynników chłodniczych w pompach ciepła

W tym przewodniku przyjrzymy się bliżej najpopularniejszym czynnikom chłodniczym stosowanym w pompach ciepła – R410A i R32. Opiszemy również czynnik chłodniczy, który dopiero niedawno pojawił się w grzejnikach – R290. Na koniec dodajmy kilka słów o mniej znanych „substancjach” przekazujących ciepło do budynków.

Czynnik chłodniczy R410A

Czynnik ten jest jednym z najpopularniejszych stosowanych w klimatyzatorach i pompach ciepła. R410A został opracowany przez amerykańską firmę AlliedSignal (związaną z przemysłem motoryzacyjnym, maszynowym i lotniczym) w 1991 roku. Do tej pory Honeywell (z którym AlliedSignal połączył się w 1999 r.) jest liderem rynku sprzedaży R410A. Jednak pierwszy klimatyzator do pomieszczeń mieszkalnych z tym czynnikiem chłodniczym został wyprodukowany w 1996 roku.

Czynnik chłodniczy R410A zastąpił czynnik chłodniczy R32, który został całkowicie wycofany z produkcji w USA w 2020 r. ze względu na bardzo wysoki potencjał niszczenia warstwy ozonowej. Warto zaznaczyć, że wszystkie czynniki chłodnicze stosowane obecnie w pompach ciepła mają ODP równe 0. Wynika to z zastosowania fluoru zamiast bromu czy chloru, które są wycofywane z użytku.

Bardzo interesujące jest to, że 50% R410A to R32. Druga połowa składa się z R125.

Czynnik chłodniczy R410A stosowany jest w układach chłodniczych, grzewczych i klimatyzacyjnych, gdzie temperatura parowania mieści się w zakresie od -70°C do 40°C.

Czynnik chłodniczy R410 jest niepalny i niewybuchowy i należy do grupy A1/A1. Nie jest toksyczny dla ludzi, ale wdychanie może powodować efekty psychoaktywne. Bezpośredni kontakt może spowodować odmrożenie skóry i podrażnienie oczu. Ma niską zdolność do frakcjonowania (rozbijania „struktury” czynnika chłodniczego), ale należy to wziąć pod uwagę przy jego stosowaniu.

Materiały zalecane razem z czynnikiem chłodniczym R410A to stal, aluminium, miedź lub mosiądz. Reaguje jednak chemicznie z magnezem, cynkiem i ołowiem. Surowo wzbroniony jest kontakt z materiałami takimi jak potas, sód, wapń i sproszkowane aluminium.

Czynnik chłodniczy R32

Sytuacja na rynku czynników chłodniczych zmienia się bardzo szybko. Do niedawna czynnik chłodniczy R32 budził strach wśród instalatorów, którzy obawiali się jego łatwopalności. Jest to o tyle ciekawe, że mało kto o tym myśli, jeśli chodzi o ogrzewanie gazowe.

Jednak niedobór R410A na rynku i jego wyższa wartość GWP nieuchronnie zmusiły producentów do przyjęcia czynnika chłodniczego R32 i instalowania instalatorów, pomp ciepła i systemów klimatyzacji z tą substancją.

Czynnik chłodniczy R32 ma znacznie niższy współczynnik GWP niż czynnik chłodniczy R410A, który wynosi dokładnie 675.

Zgodnie z normą ISO 817 czynnik chłodniczy R32 należy do grupy o niskiej palności. Samozapłon czynnika chłodniczego R32 może nastąpić dopiero w temperaturze +600°C, która jest daleko poza „zasięgiem” normalnych warunków pracy. Dodatkowo, nawet gdyby gaz wydostał się całkowicie z pompy ciepła do pomieszczenia o powierzchni 12m2, nie osiągnąłby on dolnej granicy palności.

Warto zaznaczyć, że maksymalna ilość czynnika chłodniczego R32 w układzie wynosi 60 kg, co oznacza, że ​​nie można go stosować w dużych układach VRF. Ponadto w przypadku ilości większych niż 12 kg należy podjąć dodatkowe środki ostrożności, co sprawia, że ​​procedury są bardzo uciążliwe nawet w przypadku mniejszych instalacji VRF.

Czynnik chłodniczy R32 czy R410A?

Od 2025 r., na mocy zmian wprowadzonych przez Komisję Europejską, wszystkie czynniki chłodnicze o współczynniku GWP większym niż 750 zostaną zakazane – stąd też czynnik chłodniczy R410A znalazł się na tej liście. Warto jednak pamiętać, że to ograniczenie dotyczy tylko nowych pomp ciepła i systemów klimatyzacji. Przepisy nie dotyczą również sytuacji, gdy ilość czynnika chłodniczego w układzie nie przekracza 3 kg.

Ciśnienia robocze obu czynników chłodniczych są podobne. Dla R32 jest to 4,29 MPa, natomiast dla R410A 4,15 MPa.

Warto jednak zauważyć, że R32 można stosować nawet o 30% mniej niż R410A w podobnych układach. Z tego powodu w systemach chłodzenia i ogrzewania stosuje się mniejsze rury, co również wpływa na wydajność instalacji. Warto również zauważyć, że cena obu czynników chłodniczych – w przypadku R410A – stale rośnie, podczas gdy cena R32 maleje. Koszt R32 jest o około 20% niższy niż koszt czynnika chłodniczego R410A.

Czynnik chłodniczy R290

Czynnik chłodniczy jest kluczowym elementem instalacji pomp ciepła. To dzięki niemu dzieje się cała magia iw zasadzie czysta nauka – termodynamika. Czynnik chłodniczy (zwany też płynem roboczym lub płynem obiegowym) to nic innego jak mieszanina gazów, która zmienia swój stan skupienia z ciekłego na gazowy i odwrotnie w celu przekazania energii cieplnej do budynku. Kiedy zmienia się stan skupienia czynnika chłodniczego, następuje wymiana energii.

Rozróżniamy czynniki chłodnicze syntetyczne i naturalne. Pierwszymi syntetycznymi czynnikami chłodniczymi były tak zwane freony. Okazały się one bardzo szkodliwe dla środowiska, zwłaszcza dla warstwy ozonowej, dlatego stopniowo zastępowano je tzw. F-gazami (gazy fluorowane).

F-gazy nie niszczą warstwy ozonowej w takim stopniu, jak freony w przypadku potencjalnego wycieku, ale nadal mają duży wpływ na efekt cieplarniany.

Alternatywą dla syntetycznych czynników chłodniczych są naturalne czynniki chłodnicze, czyli gazy, które powstają w wyniku naturalnych procesów, takie jak czynnik chłodniczy R744, który potocznie nazywany jest dwutlenkiem węgla, R717 lub amoniakiem lub R290 – propanem.

Przyszłość naturalnych czynników chłodniczych (w tym popularnego R290) to obecnie gorący temat wśród producentów pomp ciepła.

Jest to trend nie do powstrzymania, a dni popularnych F-gazów wydają się być policzone. Dlaczego? Oprócz wygody i ochrony środowiska czynnik chłodniczy R290 oferuje coś jeszcze: doskonałe właściwości termodynamiczne, które znajdują odzwierciedlenie w ponadprzeciętnej wydajności pompy.

Branża pomp ciepła od kilku lat przechodzi stopniową transformację w zakresie czynników chłodniczych. Powodem tego jest rosnąca świadomość ekologiczna inwestorów oraz obowiązujące przepisy prawa. W Polsce kwestie te reguluje ustawa o substancjach zubożających warstwę ozonową z 2015 roku tzw.

Oprócz obowiązków nałożonych na inwestorów i instalatorów, prawo ogranicza stosowanie czynników chłodniczych o wysokim potencjale niszczenia warstwy ozonowej (ODP) lub przyczyniających się do efektu cieplarnianego (Global Warming Potential – GWP).

Ustawa o f-gazach przewiduje stopniową redukcję zużycia f-gazów o 79% (w stosunku do pierwotnej emisji) do 2030 r.

W rezultacie producenci pomp ciepła coraz częściej decydują się na stosowanie naturalnych czynników chłodniczych, takich jak R290, który ma niski wpływ na efekt cieplarniany (GWP = tylko 3) i zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP = 0).