wprowadzenieprozon.org.pl/files/file/material_ra(1).pdf · real alternatives moduł 1 wprowadzenie...

REAL Alternatives Moduł 1 Wprowadzenie do czynników alternatywnych | 1

Wprowadzenie do czynników alternatywnych

Treść 1-Wprowadzenie 2-R744 (dwutlenek węgla, CO2) 3-R717 (amoniak, NH3) 4-R32 (HFC) 5-R1234ze (HFO) 6-Bezpieczeństwo 7-Toksyczność i palność 8-Wyższe ciśnienia 9-Ograniczenia stosowania 10-Porównanie charakterystyk 11-Wpływ na środowisko 12-Wycieki 13-Test sprawdzający

REAL Alternatives Moduł 1 Wprowadzenie do czynników alternatywnych 1


Copyright © 2015 Instytut Chłodnictwa w Wielkiej Brytanii ([email protected]) i partnerzy

Wszelkie prawa zastrzeżone. Praca ta nie może być kopiowana, powielana lub rozpowszechniana w całości bądź części, bez pisemnej zgody wydawcy

Publikacja powstała w ramach europejskiego projektu szkoleniowego REAL Alternatives, współfinansowanego z programu Leonardo – Uczenie się przez całe życie.

WYDAWCA: PROZON Fundacja Ochrony Klimatu

03-876 Warszawa ul. Matuszewska 14, bud. B9

tel. 22 392 74 63 e-mail: [email protected]

www.prozon.org.pl

WYDANIE I

REAL Alternatives Moduł 1 Wprowadzenie do czynników alternatywnych2


Niniejsza publikacja jest elementem projektu szkoleń wielopostaciowych REAL Alternatives Europe – programu edukacyjnego dla techników chłodnictwa, klimatyzacji i pomp ciepła, z zakresu tzw. czynników alternatywnych. Oparta została o Moduł 1 (wprowadzający).Całość składa się z następujących modułów:

1. Wprowadzenie do czynników alternatywnych - bezpieczeństwo, wydajność, trwałość i dobre praktyki (OBOWIĄZKOWE).

2. Projektowanie instalacji chłodniczych z zastosowaniem czynników alternatywnych. 3. Szczelność i wykrywanie wycieków czynników alternatywnych. 4. Konserwacja i naprawa instalacji na czynniki alternatywne. 5. Przezbrajanie istniejących instalacji. 6. Wykaz obowiązków prawnych osób pracujących z czynnikami alternatywnymi. 7. Określanie finansowych i środowiskowych skutków wycieków. 8. Narzędzia i poradniki, dotyczące inspekcji urządzeń i instalacji.

Dodatkowe elementy wspomagające naukę:

biblioteka Dodatkowych Zasobów (online)

narzędzia i wzory dokumentów do pobrania (ikona DOKUMENTY).

Do dyspozycji kursantów są platforma e-szkoleń, poradniki drukowane, narzędzia, testy egzaminacyjne (dostępne dla centrów szkoleniowych) oraz e-biblioteka dodatkowych materiałów, zgłoszonych przez użytkowników. Na podstawie stron e-szkoleń powstały też podręczniki, do nieodpłatnego pobrania ze strony projektu www.realalternatives.eu/downloads Warunki korzystania z kursu, w tym niniejszej publikacji Materiały szkoleniowe REAL Alternatives stosowane w celach edukacyjnych są nieodpłatne dla kursantów. Nie mogą być sprzedawane, kopiowane ani powielane bez uprzedniej pisemnej zgody Instytutu Chłodnictwa w Wielkiej Brytanii ([email protected]) i partnerów. Prawa autorskie do wszystkich materiałów są własnością Instytutu Chłodnictwa i partnerów. Oświadczenie Materiały zostały przygotowane przez ekspertów oraz uważnie sprawdzone i przetestowane, jednak Instytut i partnerzy nie ponoszą odpowiedzialności za błędy i przeoczenia. Założeniem kursu jest zapewnienie informacji uzupełniającej ćwiczenia praktyczne w miejscu pracy czy uznanym centrum szkoleniowym, gdzie ma miejsce nauka praktyczna. Nie zastępuje on doświadczenia i ćwiczeń praktycznych, niezbędnych dla pełnej nauki. Więcej informacji o testach i egzaminach z dostępnej w modułach wiedzy oraz uzyskania certyfikatu Kształcenia Ustawicznego znajduje się na stronie www.realalternatives.eu. Egzamin możliwy jest tylko w uznanych centrach szkoleniowych.



Wprowadzenie Publikacja zawiera przydatne informacje źródłowe dla osób pracujących w sektorze chłodnictwa, klimatyzacji i pomp ciepła (RACHP). Skierowana jest do osób znających instalacje RACHP na czynniki HFC. Cel i zakres publikacji Celem publikacji jest wprowadzenie do zagadnienia aktualnie dostępnych alternatyw wobec czynników fluorowcopochodnych (HFC) o wysokim potencjale ocieplenia globalnego (GWP) oraz umożliwia porównanie ich cech, charakterystyki, bezpieczeństwa, wpływu na środowisko i łatwości stosowania.

Opisano następujące czynniki: R744 (dwutlenek węgla, CO2) R717 (amoniak, NH3) R32 (czynnik HFC o GWP niższym w porównaniu do powszechnie stosowanych

czynników HFC) R1234ze i R1234yf (także inne hydrofluoroolefiny o niskim GWP lub czynniki HFO) R290 (propan), R1270 (propen, propylen) i R600a (izobutan).

Czynniki te stosowane są w nowych, specjalnie zaprojektowanych instalacjach - rzadko nadają się do zastąpienia czynników pracujących w systemach istniejących. Główne czynniki alternatywne mają niskie (nawet osiągające 0) wartości GWP, jednak wybiera się je nie tylko ze względu na ten wskaźnik, należy też brać pod uwagę inne cechy, takie jak: • ciśnienia robocze; • charakterystyka - wydajność i sprawność; • zgodność materiałowa, w tym ze smarem sprężarki; • bezpieczeństwo, w tym palność i toksyczność; • poślizg temperaturowy; • prostota stosowania i umiejętności projektantów i techników zajmujących się montażem, serwisem i konserwacją. Informacja o normach Aby nie naruszyć praw autorskich, w platformie e-szkoleniowej REAL Alternatives i niniejszym materiale, nie zamieszcza się kopii norm. Ograniczenia e-szkoleń E-szkolenia stanowią wprowadzenie do zagadnień i nie zastępują ćwiczeń praktycznych ani doświadczenia. Na końcu Modułu zamieszczone są linki do przydatnych informacji dodatkowych, wybrane przez partnerów projektu spośród licznych źródeł i stanowiące zalecane wskazówki techniczne dla zainteresowanych pogłębieniem wybranego tematu.



Podstawowe własności

Tabela 1. Własności czynników alternatywnych

Czynnik Informacje GWP1 Temp. nasycenia2

Przykłady zastosowań

R744 Dwutlenek węgla, CO2 Wysokie ciśnienia

1 -78OC

Urządzenia handlowe, pompy ciepła, meble chłodnicze

R717 Amoniak, NH3 Toksyczny i słabo palny

0 -33OC Chłodnictwo przemysłowe

R32 Hydrofluorowęglowodór, HFC

Słabo palny

675 -52OC Klimatyzatory split

R1234ze HFC nienasycony(inaczej hydrofluoroolefina, HFO)

Słabo palny

7 -19OC Agregaty, klimatyzatory split, meble chłodnicze

R600a Izobutan, C4H10,

węglowodór (HC) Palny 3 -12OC

Instalacje domowe i małe komercyjne

R290 Propan, C3H8,

węglowodór (HC) Palny 3 -42OC

Agregaty, meble chłodnicze

R1270 Propen (propylene), C3H6, węglowodór (HC)

Palny 3 -48OC Agregaty, meble chłodnicze

Niektóre z tych czynników są już szeroko stosowane, inne są właśnie testowane i wdrażane. Ich stosowanie jest często ograniczone z powodu toksyczności i palności.

1 GWP według rozporządzenia F-gazowego EU 517:2014 2 Temp. nasycenia– temperatura nasycenia przy ciśnieniu atmosferycznym (1 bar g), z wyjątkiem R744 , gdzie jest to temperatura powierzchni stałego R744 pod ciśnieniem atmosferycznym.



Tabela 2. Zastosowanie czynników alternatywnych

Czynnik Urządzenia centralne

VRV, VRF

Klimatyzatory split/ pompy ciepła

Agregaty Skraplacze zdalne

Urządzenia zintegrowane

R744

R717

R32

R1234ze

R600a

R290 i R1270

Zielony – w tych instalacjach można stosować dany czynnik, wielkość zwykle mieści się w granicach określonych w PN-EN378. Wymagane są pewne zmiany projektowe, np. urządzeń elektrycznych lub wentylacji. .

Żółty – w tych instalacjach można stosować dany czynnik z ograniczeniami wynikającymi z maksymalnego napełnienia lub z wartości granicznych określonych w PN-EN378 (2). Wymagane są pewne zmiany projektowe, np. urządzeń elektrycznych lub wentylacji. W niektórych przypadkach objętościowa wydajność chłodnicza czynnika powoduje, że nie jest on najlepszy do danego zastosowania.

Czerwony – w tych instalacjach nie należy stosować danego typu czynnika, zwykle z powodu przekroczenia maksymalnej wielkości instalacji, określonej w PN-EN378-1.

Uwagi: (1) VRV - Zmienna ilość czynnika (Variable Refrigerant Volume) i VFR - Zmienny przepływ czynnika (Variable Refrigerant Flow). (2) Praktyczna granica stężenia dla czynnika oznacza najwyższe dopuszczalne stężenie w strefie przebywania ludzi, nie powodujące pogorszenia warunków ewakuacji (PN-EN378 Część 1).



R744 (dwutlenek węgla, CO2) GWP = 1 R744 ma wysokie ciśnienia robocze, niską temperaturę krytyczną (31⁰C) i wysoką temperaturę punktu potrójnego. Jego objętościowa wydajność chłodnicza 5-8-krotnie przekracza wartość dla czynników HFC, co zmniejsza wielkość wymaganej sprężarki i wymiar rur. Jego własności mają wpływ na projektowanie i działanie instalacji, szczególnie w wysokiej temperaturze zewnętrznej. Ma wysoką temperaturę tłoczenia, co w przypadku instalacji niskotemperaturowych wymaga sprężania dwustopniowego.

Zastosowanie R744 stosowany jest w następujących instalacjach:

Pompowe obiegi wtórne – gdzie R744 jest płynem wtórnym, chłodzonym przez instalację pierwotną. R744 jest płynem lotnym, co - w połączeniu z wysoką wydajnością i gęstością - obniża wymaganą moc pompy, w porównaniu do innych płynów wtórnych, np. glikolu.

Instalacje kaskadowe – ciepło odpadowe ze skraplającego się R744 absorbowane jest przez czynnik odparowujący w odrębnym systemie wysokoparametrowym. W systemach tych R744 pracuje poniżej punktu krytycznego, a ciśnienie po stronie wysokiej zwykle nie przekracza 40 bar g. Instalacja wysokoparametrowa może pracować na R744 (patrz poniżej) lub na HFC, HC, HFO lub R717.

Instalacje nadkrytyczne – ciepło R744 usuwane jest do otaczającego powietrza, w temperaturze zewnętrznej ponad 21°C R744 przekroczy punkt krytyczny (31°C), tzn. przejdzie w stan nadkrytyczny. R744 nie skrapla się. Pozostaje płynem nadkrytycznym aż do zmniejszenia ciśnienia poniżej wartości krytycznej (72,8 bar g). Ciśnienie po stronie wysokiej w stanie nadkrytycznym wynosi zwykle ok. 90 bar g.

Obecnie (2015 rok), R744 stosowany jest w kilku tysiącach instalacji handlowych i przemysłowych w Europie. Zaczyna być stosowany w pompach ciepła i meblach chłodniczych (agregatach zintegrowanych). Stosowanie R744 wymaga dodatkowych umiejętności projektantów i wykonawców oraz dostępności części zamiennych.



R717 (Amoniak, NH3)GWP = 0 R717 ma stosunkowo wysoką temperaturę nasycenia pod ciśnieniem atmosferycznym, jest wysoce toksyczny, słabo palny i cechuje się nieprzyjemnym zapachem. Jest wyczuwalny już w stężeniach 3 mg/m3 , można więc stwierdzić jego obecność w ilościach dużo mniejszych niż niebezpieczne (ATEL / NDS wynosi 350 mg/m3 ). Jest to powszechnie stosowany czynnik chłodniczy, lżejszy od powietrza, co oznacza, że wycieki rozprzestrzeniają się bardzo szybko.

Stosunkowo wysoka temperatura nasycenia oznacza, że wiele zastosowań niskotemperaturowych (np. mroźnie żywności i zamrażarki szokowe) po stronie niskiej pracują pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego. R717 pracuje z wysokimi temperaturami tłoczenia. Stąd można stosować sprężanie jednostopniowe w temperaturze odparowania wyższej niż -10OC. Poniżej tej wartości, konieczne jest sprężanie dwustopniowe z chłodzeniem międzystanowym. Wysoka toksyczność ogranicza zastosowanie amoniaku do systemów z bardzo małą ilością czynnika lub do zastosowań przemysłowych (np. instalacje w miejscach niedostępnych dla ludzi). Typowe zastosowania to chłodnie i przetwarzanie żywności, zwykle z wykorzystaniem instalacji wtórnych, gdzie R717 jest czynnikiem pierwotnym. Amoniak powoduje korozję miedzi, trzeba wiec stosować rury stalowe i sprężarki otwarte, z zewnętrznym silnikiem. Amoniak nie miesza się z typowymi olejami mineralnymi, co wymaga rektyfikacji oleju. Stosowanie rur stalowych, sprężarek otwartych oraz rektyfikacji oleju powoduje wysoki koszt instalacji amoniakalnych.



R32 (HFC) GWP=675 Własności R32 jest szybko gasnącym czynnikiem z grupy HFC. Jego charakterystyka i ciśnienia robocze są bardzo podobne do własności R410A, zatem zaczyna się pojawiać w podobnych zastosowaniach - pompy ciepła, klimatyzatory split i agregaty wody lodowej.

Słaba palność ogranicza wielkość napełnienia, ale nie tak bardzo, jak w przypadku palnych węglowodorów. W instalacjach należy stosować urządzenia elektryczne nieiskrzące, ponieważ wyciek czynnika może skutkować powstaniem stężenia palnego wokół tych urządzeń. Ciśnienia robocze są wyższe niż dla większości czynników z grupy HFC, jednak podobne do własności R410A. Typowe ciśnienie maksymalne po stronie ciśnienia wysokiego wynosi 35 bar g.



R1234ze(i inne czynniki HFO) GWP=7 R1234ze to słabo palny czynnik z grupy HFC, wprowadzany na rynek jako HFO – hydrofluoroolefina. Stanowi fluorowocopochodną węglodoru, zawierającą wodór, fluor i węgiel nienasycony. Należy do tej samej rodziny czynników, co R1234yf, stosowany obecnie w instalacjach samochodowych. W przyszłości, czynnik ten może też znaleźć zastosowanie w instalacjach stacjonarnych.

Słaba palność ogranicza wielkość napełnienia instalacji, ale nie w takim stopniu, jak w przypadku bardziej palnych węglowodorów. Urządzenia elektryczne w instalacji powinny być typu nieiskrzącego, gdyż wyciek może doprowadzić do powstania strefy zagrożenia wybuchem wokół urządzenia. Temperatura nasycenia pod ciśnieniem atmosferycznym jest wysoka, w porównaniu do innych czynników, więc dla wielu zastosowań po stronie niskiej będą warunki próżni. Zatem, czynnik dobrze się nadaje dla średnio- i wysokotemperaturowych zastosowań, jak agregaty wody lodowej. Jego wydajność chłodnicza jest niższa niż w przypadku innych czynników HFC, co wymaga innych sprężarek (o większej wydajności). R1234ze nie jest jeszcze powszechnie dostępny, ale jest sprawdzanyw agregatach wody lodowej i meblach chłodniczych. Do celów testowych udostępniono kilka mieszanin zawierających R1234ze. Mają niższe temperatury nasycenia, więc nadają się do zastosowań niskotemperaturowych. GWP tych substancji przekracza 300. Niektóre są niepalne, ale wówczas mają znacznie wyższe GWP. R1234yf jest czynnikiem podobnym do R1234zei zaczyna być stosowany w klimatyzacji samochodowej.



R290, R1270 i R600a (HCs) GWP = 3 R1270 (propen, propylen) i R600a (izobutan) są węglowodorami. Są wysoce palne, więc wielkość napełnienia w wielu zastosowaniach jest ograniczona. Zawęża to stosowanie węglowodorów głównie do urządzeń integralnych, agregatów wody lodowej i niektórych klimatyzatorów split. Urządzenia elektryczne w instalacji powinny być typu nieiskrzącego, gdyż wyciek może doprowadzić do powstania atmosfery wybuchowej wokół urządzenia.

R290 i R1270 mają charakterystykę i ciśnienia robocze podobne do R404 A i występują w zastosowaniach komercyjnych wysoko-, średnio-, i niskotemperaturowych. R600a ma znacznie wyższą temperaturę nasycenia niż inne czynniki i w większości zastosowań pracuje w próżni po stronie niskiej. Stosowanie jest ograniczone do domowych i bardzo małych instalacji komercyjnych o minimalnych wyciekach, aby powietrze i wilgoć nie przedostawały się do układu w przypadku wycieku. Dostępne są też mieszanki węglowodorów, np. Care 30 (propan i izobuten) oraz Care 50 (propan i etan). Są wysoce palne i mają znaczny poślizg temperaturowy.



Bezpieczeństwo Wszystkie czynniki alternatywne, opisane w niniejszym poradniku, wymagają innego podejścia do spraw bezpieczeństwa niż czynniki z grupy HFC. Dotyczy to następujących parametrów:

Palność – słaba (HFO, R32 i R717) i wysoka (HC); Toksyczność – niska (R744) i wysoka (R717); Wysokie ciśnienie (R744).

Klasyfikacja Poniższa klasyfikacja bezpieczeństwa opisana jest w normie ISO817:2009 i stosowana w normie PN-EN378-1:2008 A2:2012. Klasyfikacja obejmuje dwie części:

A lub B określa stopień toksyczności 1, 2, 2L lub 3 określa stopień palności

Toksyczność

Klasa A to niższa toksyczność (większość czynników jest w klasie A). Klasa B to wyższa toksyczność (R717 jest w klasie B).

Palność omówiona jest w tabeli 3.

Tabela 1, Klasy bezpieczeństwa

Klasa bezpieczeństwa

Dolna granica palności, % objętościowy w powietrzu

Ciepło spalania, J/kg

Rozprzestrzenianie płomienia

1 Bez rozprzestrzenia płomienia podczas testów przy 60OC oraz 101,3 kPa

2, niższa palność

> 3, 5 < 19,000 Rozprzestrzenianie płomienia podczas testów przy 60OC oraz 101,3 kPa

2L, niższa palność, proponowana podklasa

> 3, 5 < 19,000 Rozprzestrzenianie płomienia podczas testów przy 60OC oraz 101,3 kPa, przy maksymalnej prędkości spalania ≤ 10 cm/s podczas testów przy 23OC i 101,3 kPa

3, wyższa palność

≤ 3,5 ≥ 19,000 Rozprzestrzenianie płomienia podczas testów przy 60OC oraz 101,3 kPa

Uwaga – proponuje się uwzględnić klasę 2L, w nowelizacji norm PN-EN 378, ISO 817 i ISO5149. Klasa ta występuje już w normach ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers) i de facto jest używana, stąd umieszczono ją w niniejszym dokumencie.



Tabela 4, Bezpieczeństwo

Czynnik

Klasa bezpieczeństwaa

Dolna granica palności, kg/m3b

Temp. samozapłonu, OC

Praktyczna granica stężenia, kg/m3c

CO2 R744

A1 Nie stosuje się

Nie stosuje się

0,1

NH3 R717

B2L (proponowana)

0,116 630 0,00035

HFC R32e

A2L (proponowana)

0,307 648 0,061

HFO R1234ze f

A2L (proponowana)

0,303 368 0,061

HC R600a

A3 0,043 460 0,011

HC R290

A3 0,038 470 0,008

HC R1270

A3 0,047 455 0,008

a. Klasa bezpieczeństwa według PN-EN378-1. b. Dolna granica palności (kg/m3) - według normy PN-EN378-1. c. Praktyczna granica stężenia (PL) według normy PN-EN378-1. Dla czynników A1 jest to

najwyższe dopuszczalne stężenie w strefie przebywania ludzi, nie powodujące pogorszenia warunków ewakuacji. Dla czynników A3 wynosi ok. 20% dolnej granicy palności.

d. Informacje o R32 pochodzą z proponowanej zmiany normy PN-EN378. e. R1234ze nie jest obecnie wymieniony w normie PN-EN378. Informacja pochodzi z

proponowanej zmiany normy. R1234ze nie rozprzestrzenia ognia w warunkach testowych, ale ma to miejsce w temperaturze powyżej 30OC. Dolną granicę palności określono na 60OC.



Toksyczność Narażenie Wdychanie par czynnika w odpowiednio dużych ilościach prowadzi do uduszenia, problemów z układem krążenia lub wpływa na centralny układ nerwowy. Mogą powodować ospałność i kołatania serca. Toksyczność R717 jest toksyczny i ma bardzo niską praktyczną granicę stężenia –0,00035kg/m3 Własności duszące Własności duszące mają wszystkie czynniki chłodnicze. Szczególnie groźne jest uwolnienie dużej ilości czynnika w zamkniętej przestrzeni, ale małe ilości wyciekającego czynnika także stanowią zagrożenie. Stosowanie dwutlenku węgla (R744) jako czynnika staje się coraz bardziej powszechne, a z wysokimi ciśnieniami roboczymi wiąże się większe niebezpieczeństwo wycieku czynnika, powodującego wzrost stężenia dwutlenku węgla w maszynowni. Technicy powinni być świadomi niekorzystnego wpływu obniżonej zawartości tlenu w powietrzu, a w przypadku podejrzenia dużego wycieku, stosować maski tlenowe. Produkty rozkładu HFC i HFO tworzą toksyczne produkty rozkładu podczas spalania, np. podczas pożaru sprężarki. Fluorowodorek powstaje w wyniku kontaktu kwasu fluorowodorowego z wilgocią. Wynikiem wdychania lub kontaktu z tym produktem są poważne obrażenia, wymagające hospitalizacji.



Wyższe ciśnienia Poniższe wykresy obrazują, zależność ciśnienia od temperatury nasycenia dla czynników alternatywnych i dla porównania dla czynników R404A i R134a: Rys. 1. Zależność ciśnienia od temperatury, czynniki nisko- I średniociśnieniowe

Rys. 1, Zależność ciśnienia od temperatury, czynniki wysokociśnieniowe

-5

0

5

10

15

20

25

30

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

R134a

R404A

R717

R1234ze

R600a

R290

R1270

Ciśn

ieni

e, b

ar g

Temp. nasycenia, OC

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

R404A

R744

R32

Ciśn

ieni

e, b

ar g

Temp. nasycenia. OC



Większość czynników alternatywnych pracuje z ciśnieniami niższymi niż R404A, co umożliwia stosowanie typowych narzędzi i sprzętu (o ile są odpowiednie z innych powodów, np. palność czy zgodność materiałowa jak w przypadku amoniaku). Jednakże, R32 i R744 pracują z wyższymi ciśnieniami:

Maksymalne ciśnienie skraplania w instalacjach R32 wynosi zwykle 35 bar g; Maksymalne ciśnienie robocze w systemach nadkrytycznych R744 wynosi zwykle 90 bar

g. Nie zostało to pokazane na powyższym wykresie, ponieważ wartość ta przekracza temperaturę krytyczną, wynoszącą 31OC. Jest to funkcja albo ustawień sterowania (np. w handlowych instalacjach centralnych) albo ilości czynnika w instalacji (w typowej instalacji integralnej);

Maksymalne ciśnienie skraplania w typowej instalacji kaskadowej R744 wynosi 35 bar g.

Wyższe ciśnienie robocze wpływa na:

Jakość stosowanych części składowych; Grubość rur; Narzędzia stosowane do serwisu; Sprzęt do odzysku czynnika.

W większości przypadków dostępne są już odpowiednie elementy, narzędzia i sprzęt – jednak niezmiernie istotne jest stosowanie prawidłowych narzędzie, zgodnych materiałowo z danym czynnikiem.



Ograniczenia stosowania, np. maksymalne napełnienia Norma PN-EN 3783 podaje praktyczne granice stężenia oraz maksymalne napełnienia dla czynników. Praktyczne granice stężenia pokazane są w tabeli 4i wynikają z głównego zagrożenia związanego z danym czynnikiem:

Toksyczność (R717); lub Palność (R600a, R290, R1270, R32, R1234ze); lub Własności duszące (R744).

Praktyczna granica stężenia (PL) to najwyższe stężenie w strefie przebywania ludzi, które nie powoduje pogorszenia warunków ewakuacji. Jeśli głównym zagrożeniem jest palność, praktyczna granica stężenia wynosi 20% dolnej granicy palności. PL używa się, by określić maksymalne napełnienie dla danego czynnika, w sytuacji, kiedy czynnik może wyciec do strefy przebywania ludzi. PN-EN 378 podaje, że maksymalne napełnienia zależą od:

Położenia urządzeń, np. powyżej lub poniżej poziomu gruntu, w obszarze chłodzonym, w maszynowni;

Obecności w chłodzonej przestrzeni, np. ograniczony lub nieograniczony dostęp dla ludzi;

Rodzaju instalacji, np. rozprężanie bezpośrednie czy wtórne/ chłodnictwo czy klimatyzacja.

Poniższe tabele zawierają podsumowanie informacji zawartych w PN-EN378, w której można znaleźć bardziej szczegółowe dane. Uwagi do tabel 5 i 6.

1. Obszar chłodzony – szczegółowe wyjaśnienia i przykłady w tabeli 7. Jeśli występuje więcej niż jedna kategoria dostępu, stosuje się wymaganie bardziej restrykcyjne. Jeśli obszary są od siebie oddzielone, dla każdego stosuje się wymagania z odpowiedniej kategorii.

2. Nie ma ograniczeń, chyba, że instalacja mieści się poniżej poziomu terenu lub na górnych piętrach bez odpowiednich wyjść ewakuacyjnych.

3. Komórki z pomarańczowymtłem odnoszą się tylko do zastosowań przemysłowych.

3 PN-EN378-1:2008 A2:2012, F3



Tabela 5, Maksymalne napełnienie dla instalacji z odparowaniem bezpośrednim (DX)

Obszar chłodzony1

Położenie instalacji

Maks. napełnienie, czynniki A1



Maks. napełnienie, czynniki B2

Wszystkie obszary

Część lub całość instalacji pod poziomem gruntu

Jak poniżej Jak poniżej 1 kg Jak poniżej

Dostęp ogólny klasa A

Strefa przebywania ludzi i maszynownie

PL x kubatura

38 x LFL 1,5 kg PL x kubatura


Sprężarka i odbiornik w maszynowni lub na zewnątrz

PL x kubatura

38 x LFL 1,5 kg PL x kubatura


Cała instalacja w maszynowni lub na zewnątrz

Brak ograniczeń

132 x LFL 5 kg 2,5 kg

Dostęp kontrolowany – klasa B


PL x kubatura2 lub brak ograniczeń

10 kg 2,5 kg 10 kg



Brak ograniczeń

25 kg 2,5 kg 25 kg


Cały system w maszynowni lub na zewnątrz

Brak ograniczeń

Brak ograniczeń

10 kg Brak ograniczeń

Dostęp autoryzowany – klasa C


PL x kubatura * lub brak ograniczeń

10 kg, lub 50 kg, jeśli < 1 os/ 10 m2

10 kg 10 kg, lub 50 kg, jeśli < 1 os/ 10 m2



Brak ograniczeń

25 kg, lub brak ograniczeń jeśli < 1 os/ 10 m2

25 kg 25 kg, lub brak ograniczeń, jeśli < 1 os/ 10 m2



Brak ograniczeń

Brak ograniczeń

Brak ograniczeń

Brak ograniczeń



Tabela6, Maksymalne napełnienie dla instalacji pośrednich

Obszar chłodzony 1

Położenie instalacji Maks. napełnienie, czynniki A1



Maks. napełnienie, czynniki B2

Wszystkie obszary

Część lub całość instalacji pod poziomem gruntu

Jak poniżej Jak poniżej 1 kg Jak poniżej



Jak dla systemu bezpośredniego






Bez ograniczeń PL x kubatura ub granica klimatyzacji komfortu

1,5 kg PL x kubatura



Bez ograniczeń Bez ograniczeń, jeśli z wyjściem na zewnątrz I bez bezpośredniego połączenia z A i B

5 kg Bez ograniczeń, jeśli z wyjściem na zewnątrz I bez bezpośredniego połączenia z A i B










2,5 kg Bez ograniczeń




10 kg Bez ograniczeń











25 kg Bez ograniczeń





No restriction Bez ograniczeń



Maksymalne napełnienia dla chłodzenia i grzania komfortu Aby wyznaczyć maksymalne napełnienia dla chłodzenia i ogrzewania komfortu, stosuje się następujące równanie:

M = 2,5 x LFL1,25 x h x √A gdzie: M = maks. napełnienie, kg LFL = dolna granica palności, kg/m3 (0,038 dla R290, 0,040 dla R1270) h = wysokość montażu jednostki wewnętrznej, m (0,6 przypodłogowe, 1,0 okienne, 1,8 ścienne, 2,2 sufitowe) A = powierzchnia podłogi, m2

Tabela7, Klasyfikacja przebywania ludzi

Klasa Lokalizacja gdzie … Przykłady

A Ludzie śpią; Liczba osób nie jest kontrolowana; Dostęp jest otwarty, bez indywidualnych szkoleń z zakresu bezpieczeństwa

Szpitale i domy opieki Więzienia Teatry, sale wykładowe Supermarkety, restauracje, hotele Terminale lotnisk, dworce Lodowiska

B Może być tylko ograniczona liczba osób, niektóre muszą mieć przeszkolenie z zakresu bezpieczeństwa. Może być to pomieszczenie lub część budynku.

Laboratoria Produkcja Budynki biurowe

C Dozwolony jest dostęp tylko dla osób upoważnionych. Osoby upoważnione zaznajomione są z ogólnymi zasadami bezpieczeństwa.

Chłodnie i rzeźnie Rafineria Supermarkety - część niedostępna dla klientów Budynku produkcyjne (np. chemikalia, żywność)



Przykład 1 –Chłodnictwo przemysłowe Przykład zastosowania praktycznego ograniczenia stosowania R290 w małej chłodni:

Wielkość chłodni: 3,5 m x 3 m x 2,4 m (wysokość); Kubatura chłodni = 3,5 x 3 x 2,4 = 25,2 m3; Granica praktyczna dla R290 = 0,008 kg/m3; Maksymalne napełnienie =granica praktyczna x kubatura = 0,008 x 25,2 = 0,202 kg.

Przykład 2 - Ogrzewanie/chłodzenie komfortu Przykładem równania dla chłodzenia/grzania komfortu jest zależność dla pomieszczenia chłodzonego klimatyzatorem split na czynnik R1234ze z kasetonową jednostką wewnętrzną:

LFLR1234ze = 0,303 kg/m3 h = 2,2 dla klimatyzatora kasetonowego A = 9 m x 5,5 m = 49,5 m2 M = 2,5 x 0,303 x 1, 25 x 2,2 x √49,5 M = 3,95 kg.

Wyznaczanie kubatury minimalnej Powyższe obliczenia można wykorzystać też do wyznaczenia minimalnej kubatury pomieszczenia dla instalacji o danym napełnieniu.



Porównanie charakterystyk Poniższa tabela obejmuje charakterystyki czynników alternatywnych - dla porównania zamieszczono także charakterystykę R404A. Informacje pochodzą z programu CoolPack, o ile nie zaznaczono inaczej. Poniższe dane umożliwiają porównanie charakterystyk w oparciu o cykl teoretyczny. Rzeczywiste porównanie zależy od technologii sprężarki, zastosowania, otoczenia i rodzaju instalacji. Dane producentów/oprogramowanie umożliwiają dokładne porównanie dla konkretnego zastosowania. Dotyczy to szczególnie R744, gdzie –przykładowo – spodziewany COP, będzie wyższy niż podany poniżej dla jego typowych zastosowań. Tabela 8, Porównanie charakterystyk

Czynnik Temperatura nasycenia 0 bar g, OC

Wymagana wydajność m3/h

COP Temperatura na tłoczeniu, OC

Stopień sprężaniaa

R404A -46 14,84 2.94 57 3,82

R744 -78 3,88 1.75c 114 3,42

R717 -33 14,3 3.27 152 4,82

R32b -52 9,65 3.17 99.5 3,77

R1234zeb -19 35,14 3.28 52 4,54

R600a -12 47,13 3.26 51 4,40

R290 -42 17,35 3.18 59 3,61

R1270 -48 14,3 3.17 67 3,53

a. Stopień sprężania to ciśnienie na tłoczeniu, podzielone przez ciśnienie na ssaniu,

obie wartości w barach. b. Dane z Refprop4; c. Wszystkie wartości COP w powyższej tabeli to wartości teoretyczne cyklu

chłodniczego. R744 pracuje powyżej temp. krytycznej w cyklu odniesienia, w praktyce COP będzie wyższy niż w niniejszym uproszczonym porównaniu.

Porównanie wykonano dla następujących warunków: Wydajność chłodnicza, 10kW Temperatura parowania, -10°C Temperatura skraplania, 35°C (R744 nadkrytyczny, temperatura wylotu gazu 35°C) Przegrzanie, 5K Przechłodzenie, 2K Straty ciśnienia odpowiadające 0,5K Sprawność izentropowa, 0,7

4 Refprop (Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database) jest dostępne na www.nist.gov



Wskaźnik efektywności energetycznej (EER) EER jest stosowany do porównania efektywności w klimatyzacji lub technice pomp ciepła. Jest to stosunek wydajności chłodniczej klimatyzatora w kW lub BTUna godzinę, do całkowitej pobieranej mocy elektrycznej w kW lub watach w danych warunkach testowych. Poniższe wykresy pokazują wymaganą pojemność dla danej wydajności chłodniczej oraz COP, porównane do R404, w opisanych powyżej warunkach pracy. Rys. 3. Wydajności w porównaniu do R404A

Rys. 2, COP w porównaniu do R404A



Wpływ na środowisko Potencjał ocieplenia globalnego (GWP) Dane podane w tabeli 1 dotyczą bezpośredniego potencjału ocieplenia globalnego (GWP) dla czynników alternatywnych. Nie należy jednak rozpatrywać tej własności w oderwaniu od konkretnego zastosowania czynnika. Znaczenie GWP wyraźnie się zmniejsza, jeśli czynnik nie wycieka podczas typowej pracy, a serwis instalacji przebiega bez strat czynnika. Jednak, nowelizacja unijnego rozporządzenia F-gazowego wprowadza obowiązek stosowania czynników o niskim GWP. GWP R717 wynosi zero, R744 - 1, R32 - 675, R1234ze - 7. R290, R1270 i R600a mają GWP o wartości 3. Można to porównać do typowych GWPs dla czynników HFC – dla R404A 3922, dla R410A 2088. TEWI Całkowity wpływ instalacji i czynnika chłodniczego na klimat szacowany jest przy użyciu TEWI – całkowitego równoważnego wskaźnika wpływu na efekt cieplarniany (Total Equivalent Warming Impact). Jest to metoda szacowania wpływu na zmiany klimatu przez całe życie instalacji, przez połączenie:

bezpośredniego udziału - emisji czynnika do atmosfery +

pośredniego udziału - CO2 wynikającego z energii zużytej na pracę instalacji Jest to bardzo przydatna metoda porównywania różnych opcji czynnik+instalacja na etapie projektowania, jeśli planowane jest przezbrajanie instalacji, np. z R22. TEWI można obniżyć na kilka sposobów, m.in. poprzez:

Ograniczenie wycieków czynnika (co zmniejsza zarówno pośredni, jak i bezpośredni wpływ, ponieważ nieszczelne instalacje zużywają więcej energii);

Stosowanie czynników o niskim GWP; Zmniejszanie obciążenia chłodniczego; Zwiększanie efektywności energetycznej poprzez odpowiedni projekt i instalację; Odpowiednią konserwację; Zmniejszenie strat czynnika podczas prac serwisowych; Odzysk i recykling zużytych czynników (i zużytej instalacji, w której do spieniania

zastosowano substancję z niskim GWP).

TEWI oblicza się następująco: TEWI = wpływ wycieków + wpływ strat przy odzysku + wpływ zużycia energii

Wpływ wycieków = GWP x L x n Wpływ strat przy odzysku = GWP x m x (1-αrecovery) Wpływ zużycia energii = n x Eannual x β

Gdzie: L = wycieki w kg/rok n = praca systemu, lata m = napełnienie czynnikiem, kg αrecovery = wskaźnik odzysk / recykling między 0 i 1 Eannual = zużycie energii, kWh/rok β = emisja CO2 , kg / kWh, uwaga - znaczne różnice między krajami. T



Wiele parametrów użytych w niniejszych obliczeniach zmienia się znacząco i zależy od rodzaju instalacji. Parametry te można określić samodzielnie, z własnego doświadczenia (np. wycieki), można też użyć znanych wskaźników (np. dla β) lub skorzystać z parametrów wskazywanych przez branżę (np. opracowane przez Brytyjskie Stowarzyszenie Chłodnictwa). Aby dokładnie porównać znacznie różniące się opcje instalacji, warto posłużyć się TEWI jednostkowym

TEWI / (Echłodzenie użyteczne + Eogrzewanie + Eodzysk ciepła) Gdzie:

Echłodzenie użyteczne - użyteczna wydajność chłodnicza (instalacje chłodnicze), kWh/rok Eogrzewanie - użyteczna wydajność grzewcza (pompy ciepła), kWh/rok Eodzysk ciepła - użyteczny odzysk ciepła, kWh/rok.



Problemy wycieków Jakiegokolwiek czynnika się nie stosuje, należy ograniczać jego wycieki. Czynniki alternatywne o niskim GWP niosą zwykle zagrożenia związane ciśnieniem, palnością czy toksycznością, więc wyciek jest problemem bezpieczeństwa. Poza tym – wycieki powodują większe zużycie energii przez instalację, co oznacza jej mniejszą efektywność i pośredni wpływ na klimat. Potencjał wycieków stanowi połączenie czynników takich jak ciśnienie robocze, wielkość cząsteczki czynnika i wielkość/rodzaj instalacji. Tabela 9, Ryzyko wycieków, zagrożenia i łatwość wykrywania wycieków

Czynnik Ryzyko wycieku Zagrożenia Łatwość wykrywania

R744

Wysokie Wysokie ciśnienia robocze Stosowany w dużych

instalacjach z wieloma połączeniami

Ulatnia się podczas serwisu

Wysokie ciśnienia robocze i postojowe

Dobra –dostępne detektory wycieków

R717

Średnie Ciśnienia robocze niskie do

średnich Zwykle stosowane w

instalacjach z małą ilością połączeń

Sprężarki otwarte z uszczelnieniami wału

Toksyczność i słaba palność

Dobra – po zapachu, detektory wycieków

R32

Średnie Średnie do wysokich

ciśnień roboczych Stosowane w systemach

klimatyzacyjnych, ale zwykle z połączeniami spawanymi

Słaba palność Dostępne detektory wycieków wycieków

R1234ze

Średnie Ciśnienia robocze niskie do

średnich Zwykle stosowane w

instalacjach z małą ilością połączeń

Słaba palność Na rynku pojawiają się detektory wycieków

R600a R290 R1270

Niskie Ciśnienia robocze niskie do

średnich Stosowane w instalacjach

o małym napełnieniu, ale spełniających wymagania dla czynników A3

Wysoka palność Dostępne urządzenia wykrywające



DODATEK

Perspektywa producentów – słabo palne czynniki syntetyczne Tym, co sprawia producentom największy problem, jest słaba palność nowych czynników syntetycznych. Zagrożenie wybuchem pojawia się, kiedy wystąpią jednocześnie trzy okoliczności:

wyciek czynnika; obecność tlenu; obecność źródła zapłonu.

Należy przede wszystkim unikać powstawania palnych mieszanin tlenu z czynnikiem chłodniczym, w tym wycieków czynnika i zapowietrzania instalacji. Wtórnym środkiem ochrony jest odpowiednie zabezpieczenie źródeł zapłonu (np. pracujących urządzeń mechanicznych), jeśli w ich pobliżu powstanie mieszanina palna. Poniżej podano przykładowe rozwiązania techniczne, związane z palnością czynników oraz wskazówki posługiwania się tymi czynnikami, pochodzące od producentów konkretnych urządzeń.

Urządzenia na HFO Czynniki z grupy HFO wciąż nie doczekały się zapisów normowych, podających ich parametry techniczne. Ich klasyfikacja jako A2L – czynniki słabo palne – dopiero ma znaleźć się w normie PN-EN 378. Mimo ogólnej ostrożności, niektóre firmy (np. Airedale, Trane czy Danfoss) decyduje się na wprowadzenie do sprzedaży urządzeń opartych o te czynniki, ponieważ jest to rozwiązanie długoterminowe. Przykładem jest seria chillerów TCC/TCF na R1234ze firmy Airedale.

Wśród wielu rozwiązań technicznych wprowadzono związane z obecnością tego czynnika:

• detektory nieszczelności w standardzie (możliwość lokalizacji w 3 miejscach); • wentylowana obudowa; • zastosowanie w obudowie wentylatorów 24 V, zgodnych z ATEX. Urządzenia te będą

nadal działać w przypadku wycieku, podczas gdy wszystkie inne elementy elektryczne w instalacji zostaną odłączone (jak źródła zapłonu).

• Opcjonalne zawory kulowe, zapobiegające migracji czynnika chłodniczego do przewodów ssących . W przypadku wycieku, sprężarki będą nadal pracować, anapęd 24 V odizoluje czynnik chłodniczy w parowniku, gdy poziom osiągnie 70%. W standardzie, bez zaworu kulowego, w przypadku wycieku nastąpi odłączenie elementów elektrycznych i odizolowanie czynnika w parowniku.



Przykład obudowy wentylowanej

Zalety R1234ze, podawane przez Airedale:

• Techniczne. R1234ze(E) jest zamiennikiem dla R134a, zCOP podobnym do COP zamiennika R1234yf, który jednak jest droższy, bardziej palny i mniej elastyczny punktu widzenia dyrektywy ATEX.

Zależność ciśnienie-temperatura dla R134a i czynników R1234yf oraz R1234ze

• Środowiskowe. Ze względu na niskie GWP, nie będzie ograniczeń stosowania, nawet w

długiej perspektywie. Potwierdzeniem są decyzje rynkowe - różni producenci sprężarek (Danfoss Turbocor )przyjęli ten czynnik do dalszego rozwoju.

• Dla inwestora. Zastosowanie instalacji na HFO zapewnia niską emisję równoważnego CO2 (dla urządzeń typoszeregu TurboChill mniejsza od1000 kgCO2e/kW. Urządzenia ze R1234ze dostają 2 punkty certyfikacji BREEAM automatycznie!



Urządzenia na R32 R32 znany jest technikom chłodnictwa jako składnik R410A (R410A stanowi mieszaninę czynników R32 i R125, po połowie). Dlatego ma własności bardzo zbliżone – np. temperatura wrzenia R410A wynosi -51,7°C dla R32, zaś -51,5°C dla R32. Pierwsze doświadczenia producentów z tym czynnikiem związane są z techniką klimatyzacyjną. Na polskim rynku można znaleźć m.in. urządzenia Daikin. Producent podaje, że w porównaniu do urządzenia na R410A, wybór jednostki na R32 redukuje wpływ na środowisko o 68%.

Przykłady klimatyzatorów split na R32 – Daikin Emura i Daikin FTXM-K

Przewaga R32 nad R410A Niższy współczynnik GWP (675 a 2100) Wyższa przewodność cieplna Mniejsza lepkość (mniejszy spadek ciśnienia) Mniejsza gęstość (mniejsza ilość czynnika) Jednoskładnikowy czynnik chłodniczy(brak poślizgu temperaturowego)

Natomiast głównym ograniczeniem R32 jest słaba palność, dlatego w pomieszczeniu, gdzie mieszczą się urządzenia, trzeba zwrócić uwagę na dwa zagadnienia:

Obniżenia poziomu podłogi (rowki, rynny, studzienki itd.) zwiększają ryzyko związane z palnością akumulacja!

Konieczne jest zapewnienie wentylacji, przy uwzględnieniu, że R32 jest cięższy od powietrza

Tabela 10, Zagrożenia związane z palnością czynnika R32, inne niż wyciek (według Daikin)

Problem Ryzyko Zapobieganie

1 Zassanie powietrza podczas wypompowania

Mieszanina palna R32 i O2

UNIKAĆ sprawdź manometr

2 R32 zablokowany w obiegu czynnika chłodniczego

podczas naprawy

Mieszanina palna R32 i O2

UNIKAĆ przepłukać azotem + sprawdzić przepływ lub wyciąć część

lub przebić rurę



Krótki przewodnik Daikin – zasady bezpieczeństwa pracy z czynnikiem R32 Naprawy w pomieszczeniu Należy upewnić się, że działa wentylacja mechaniczna (wentylator, + 500 m³/ h), która zapewni dopływ świeżego powietrza oraz pozwoli na usunięcie R32 z pomieszczenia, dzięki czemu uniknie się wzrostu stężenia powyżej dolne granicy wybuchowości.

Naprawa na zewnątrz Wentylacja wymuszona jest wymagana tylko wtedy, gdy istnieje ryzyko akumulacji czynnika na otaczających ścianach lub w przypadku, gdy urządzenie jest zamontowane poniżej poziomu terenu.

Powietrze dostało się do wnętrza instalacji

• W każdym układzie chłodniczym należy unikać dostania się powietrza (tlenu) do jego wnętrza.

• Zaleca się, aby po opróżnieniu urządzenia lub gdy nie ma żadnych wątpliwości, że powietrze mogło przedostać się do systemu, zmierzyć ciśnienie/temperaturę nasycenia.

• Wykorzystać wykres ciśnienia / temperatury, aby sprawdzić, czy jakikolwiek inny gaz nie dostał się do instalacji

Zablokowanie R32 wewnątrz instalacji Zawsze należy sprawdzić, czy czynnik chłodniczy nie pozostał w obiegu, poprzez płukanie azotem przed rozpoczęciem prac lutowniczych. Upewnić się, że jest przepływ azotu.

Odzyskać czynnik chłodniczy – porównać ilość odzyskaną z napełnieniem fabrycznym. Zawsze wycinać elementy, które muszą być naprawione. Jeżeli wycięcie rury jest niemożliwe, przebić ją.

Niezamierzony wyciek R32

Upewnić się, czy jest odpowiednia wentylacja. Odłączyć zasilanie od wszystkich urządzeń i spróbować ugasić otwarty ogień. Ewakuować się z pomieszczenia i zaczekać, aż cały czynnik chłodniczy uwolni się i

odparuje

Zasady bezpiecznego przewozu butli z R32 samochodem Takie same, jak dla przewodu acetylenu do lutowania:

Wentylacja w dolnej części samochodu (R32 cięższy od powietrza); Ciągła wentylacja podczas jazdy; Zakaz palenia.



Test sprawdzający Zachęcamy do sprawdzenia swojej wiedzy, przez odpowiedzi na cztery pytania (tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa) Pyt. 1. Zagrożenia związane z R32 obejmują:

i. Wysoką palność ii. Słabą palność

iii. Wysoką toksyczność iv. Średnią toksyczność

Pyt. 2. Jakie jest maksymalne napełnienie R290, które może być stosowane w supermarkecie (kategoria przebywania ludzi A)

i. Nie można go stosować w takim rozwiązaniu. ii. 150 g

iii. 1,5 kg iv. Bez ograniczeń

Pyt. 3 Jako czynnik chłodniczy, R290 ma według normy PN-EN 378 klasę:

I. A2 II. A3

III. B2 IV. A2L

Pyt. 4. Według normy PN-EN 378, jakie jest maksymalne napełnienie czynnikiem R290 instalacji chłodniczej z odparowaniem bezpośrednim w pomieszczeniu dostępnym (5x4m, wysokość 2,5m), ze sprężarką, skraplaczem i odbiornikiem poza pomieszczeniem?

I. 1,5kg II. 0,4kg

III. 3,25 IV. 0,15kg

UWAGA. Pełne zestawy pytań egzaminacyjnych dostępne w programie REAL Alternatives dla centrów szkoleniowych.

Prawidłowe odpowiedzi: P1 = ii, P2 = iii. P3 = ii, P4 = ii.


wprowadzenieprozon.org.pl/files/file/material_ra(1).pdf · real alternatives moduł 1 wprowadzenie...

Documents