Rashladni gasovi u toplotnim pumpama: ekološki uticaj i evropski pravac razvoja - Clivet SEE Serbia

Kako funkcionišu rashladna sredstva u toplotnim pumpama i kakav je njihov uticaj na životnu sredinu

Toplotne pumpe su poslednjih godina postale sve popularnije kao sistemi za grejanje i hlađenje, ali mnogi nisu svesni da ovi sistemi za svoj rad koriste rashladna sredstva. U ovom tekstu razmatramo kako rashladna sredstva funkcionišu u toplotnim pumpama i kakav je njihov uticaj na životnu sredinu.

Zahvaljujući svojim karakteristikama u pogledu energetske uštede i efikasnosti, toplotne pumpe se ne ograničavaju samo na ulogu inovativnog sistema za grejanje, hlađenje i proizvodnju sanitarne tople vode, već predstavljaju ključni element strategije Evropske unije za borbu protiv klimatskih promena. Naime, kao što je opšte poznato, primarni cilj Evropskog zelenog dogovora (European Green Deal) jeste postizanje klimatske neutralnosti do 2050. godine u svim državama članicama EU.

Dekarbonizacija

Evropa sve intenzivnije reguliše upotrebu rashladnih sredstava, sa primarnim ciljem postizanja dekarbonizacije. Ovaj cilj – dekarbonizacija – u toplotnim pumpama pronalazi snažnog saveznika, s obzirom na to da energija potrebna za njihov rad, koja se dobija iz zemlje, vazduha ili podzemnih voda, omogućava potpuno izostavljanje upotrebe fosilnih goriva.

Energetska efikasnost toplotnih pumpi

Kao proizvodi povezani sa upotrebom energije, toplotne pumpe spadaju u oblast primene Direktive Evropskog parlamenta 2009/125/EZ od 21. oktobra 2009. godine, kojom se regulišu ekološki prihvatljiv dizajn i definisanje minimalnih zahteva u okviru „eco-design“ pristupa. Ova direktiva je tokom godina rezultirala brojnim provedbenim propisima, poput Uredbe 813/2013, namenjene pojedinačnim i kombinovanim sistemima grejanja, i omogućila je da se samo u 2021. godini uštedi više od 120 milijardi evra energije. Direktivom 2010/30/EU od 19. maja 2010. godine uvedeno je energetsko označavanje proizvoda povezanih sa energijom, uključujući i toplotne pumpe, kojim se potrošnja jasno prikazuje putem energetske klase i drugih relevantnih parametara.

Upotreba obnovljive energije

Kada se govori o obnovljivim izvorima energije, neizostavno je pomenuti tzv. „Renewable Energy Directive“ (2009/28/EZ) – direktivu usmerenu na razvoj i širenje čiste energije u svim sektorima evropske ekonomije, koja je tokom godina kontinuirano proširivala svoje ciljeve. Nakon ostvarenja prvog cilja – najmanje 20% energije iz obnovljivih izvora do 2020. godine (uz porast potrošnje sa 12,5% u 2010. na 21,8% u 2021.), Evropska komisija je predložila povećanje tog udela na 40% do 2030. godine. Planom „RePowerEU“, pokrenutim u maju 2022. godine kao odgovor na poremećaje na energetskom tržištu izazvane ruskom invazijom na Ukrajinu, predviđeno je dodatno povećanje ovog cilja na 45%.Ne samo to – zahvaljujući ovoj inicijativi, zemlje EU su smanjile zavisnost od ruskih energenata, ostvarile uštedu energije od oko 20% i uvele gornju granicu cena gasa i nafte.

Toplotne pumpe

i rashladno sredstvo

Kao što smo već videli, toplotne pumpe predstavljaju efikasnu „zelenu“ alternativu klasičnom kotlu, jer „koriste“ toplotnu energiju dostupnu u prirodi za prenos toplote iz hladnijeg u topliji prostor. Reč je o inovativnoj tehnologiji koja manje zagađuje i obezbeđuje značajne uštede na računima za energiju. Među brojnim komponentama koje karakterišu toplotne pumpe – danas sve rasprostranjenije u stambenom, komercijalnom i industrijskom sektoru – postoji jedan element koji može imati značajan uticaj na životnu sredinu i koji je neophodan za rad uređaja: rashladno sredstvo.

Prema standardu DIN EN 378-1, rashladno sredstvo je fluid koji se koristi u rashladnom sistemu i koji, zahvaljujući svojim fizičkim svojstvima, omogućava prenos toplote. Reč je o procesu u kojem rashladno sredstvo cirkuliše kroz zatvoren krug koji se sastoji od kompresora (2), kondenzatora (3), ekspanzionog ventila (4) i isparivača (1), prelazeći iz tečnog u gasovito stanje i obrnuto.

Često se može čuti i izraz „rashladna tečnost“, koji se nepravilno koristi kao sinonim za rashladno sredstvo. Međutim, rashladna tečnost sama po sebi nije dovoljna za pravilno funkcionisanje toplotne pumpe, jer uklanja toplotu samo kada je temperatura okoline niža od temperature objekta. Nasuprot tome, rashladno sredstvo omogućava odvođenje toplote čak i kada je temperatura okoline viša od temperature objekta koji se hladi.

Karakteristike i glavne vrste rashladnih sredstava

Rashladna sredstva nisu sva ista. Naprotiv, postoje značajne razlike u zavisnosti od oblasti primene. Ipak, postoje određene zajedničke karakteristike, kao što su visoka hemijska stabilnost i visok koeficijent učinka. Pored toga, većina rashladnih sredstava ima mali zapreminski udeo pare, kondenzuje se pri niskom pritisku i ima nisku tačku ključanja.

Rashladna sredstva se mogu podeliti u tri glavne kategorije:
- čisti organski fluidi, kao što su voda i amonijak;
- ugljovodonici, poput butana, izobutana, propana i propilena, i
- halogeni ugljovodonici, odnosno hidrofluorougljenici (HFC), hlorofluorougljenici (CFC), hidrohlorofluorougljenici (HCFC) i perfluorougljenici (PFC). Ali koja su rashladna sredstva najčešće korišćena u toplotnim pumpama? Pre svega, važno je istaći ona koja se ne mogu koristiti. Na primer, CFC i HCFC su zabranjeni jer se smatraju među glavnim uzročnicima oštećenja ozonskog omotača. Aktuelni standard, međutim, predviđa upotrebu HFC kako u toplotnim pumpama, tako i u sistemima za klimatizaciju zgrada i vozila uopšte.

Uredba 517/2014 o F-gasovima

Emisija fluorisanih gasova sa efektom staklene bašte, poznatih kao F-gasovi, dovodi do zagrevanja koje je znatno izraženije od zagrevanja izazvanog ugljen-dioksidom. Zbog toga Evropska unija sprovodi sve strožu kontrolu nad vrstama rashladnih gasova koji se mogu koristiti u uređajima za grejanje i hlađenje. Uredbom 517/2014 o F-gasovima, objavljenom 2014. godine, uveden je niz obaveza koje su stupale na snagu postepeno i koje će u potpunosti biti primenjene do 2025. godine. Cilj? Smanjenje emisije F-gasova za 79% do 2030. godine, u odnosu na prosek iz perioda 2009–2012. Koja su konkretna ograničenja propisana ovom uredbom? Prve konkretne mere odnosile su se na komercijalne rashladne sisteme, kao što su rashladne vitrine i komore u magacinima i supermarketima. Početkom 2020. godine, propisi su zabranili upotrebu HFC gasova sa potencijalom globalnog zagrevanja (GWP – indeks koji označava štetnost gasa u pogledu efekta staklene bašte) jednakim ili većim od 2.500 u ovoj vrsti sistema. Od 2022. godine, GWP mora biti niži od 150.

Nakon toga, propisi su prošireni i na opremu industrijskih rashladnih postrojenja sa snagom većom ili jednakom 40 kW, gde je od 1. januara 2022. godine zabranjena upotreba gasova sa GWP većim od 150, izuzev primarnog kruga kaskadnih sistema, u kojima rashladno sredstvo mora imati GWP manji od 1.500. Kada je reč o stambenim klima-uređajima sa punjenjem gasa manjim od 3 kg, odnosno o klasičnim split sistemima, nova pravila će se primenjivati od 2025. godine, kada više neće biti dozvoljena upotreba rashladnih gasova sa GWP većim od 750 u svim novim modelima.

Kako se bira odgovarajuće rashladno sredstvo?

Iako je primarni kriterijum za izbor rashladnog sredstva njegova namena (klimatizacija, hlađenje, toplotna pumpa itd.), postoje i brojni drugi faktori koje treba uzeti u obzir – ekološki, bezbednosni, termodinamički i ekonomski.

Sa aspekta bezbednosti, rashladna sredstva se ocenjuju prema dve ključne osobine: toksičnosti i zapaljivosti. Radi preciznije procene i klasifikacije rizika, Američko društvo inženjera za grejanje, hlađenje i klimatizaciju (ASHRAE) definisalo je:
- dve klase toksičnosti
A = niska toksičnost
B = visoka toksičnost
- tri klase zapaljivosti:
1 = nezapaljivo
2 = zapaljivo
3 = veoma zapaljivo. Neki primeri? Ugljovodonici, kao što su rashladni propan (R290) i butan (R600), spadaju u klasu A3, jer nisu toksični, ali su veoma zapaljivi, dok se većina hidrofluorougljenika (HFC) svrstava u klasu A1.

Rashladna sredstva kompanije „Clivet“ i zaštita životne sredine

Clivet

Od 2025. godine, kao što je već pomenuto, za nove kupovine biće neophodno birati klima-uređaje i toplotne pumpe (sa punjenjem gasa manjim od 3 kg) koje koriste rashladna sredstva sa GWP manjim od 750. Kompanija „Clivet“ se ovim zahtevima prilagodila još ranije, koristeći rashladno sredstvo sa znatno nižim GWP u poređenju sa nekada najčešće korišćenom mešavinom R-410A. Reč je o gasu R-32, koji se, iako se smatra rashladnim sredstvom nove generacije, koristi već dugi niz godina, budući da je činio 50% mešavine R-410A. Novi R-32, prisutan u svim split i monoblok toplotnim pumpama kompanije „Clivet“, karakteriše ODP (potencijal oštećenja ozonskog omotača) jednak 0 i GWP od 675 – što je približno trećina vrednosti gasa R-410A, čiji GWP iznosi oko 2.088.