OBMEDZENIE NÁPLNE CHLADIVA PRE CHLADIACE SYSTÉMY

Doc. Ing. Peter Tomlein, CSc.,SZ CHKT, Šamorín, výber z noriem

 

Príďte diskutovať na konferenciu v hoteli Patria

 

24.10.2018 organizujeme okrúhly stôl k rizikám pri používaní horľavých chladív. Príďte sa podeliť o svoje skúsenosti a získajte nové vedomosti.  

 

Limity náplne chladiva sa vypočítajú podľa STN EN 378-1:2016 prílohy C tabuľky C1 a C2 v závislosti od toxicity a/alebo horľavosti chladiva.

 

V norme EN378:2016

je dovolené množstvo horľavého chladiva v chladiacom zariadení podľa prílohy C

„20 % x LFL x objem priestoru a nesmie byť väčšie definovaný strop“.

Pre všeobecne obsadené priestory s ľudským komfortom je presnejší vzorec zohľadňujúci nielen horľavosť, objem miestnosti, ale aj výšku umiestnenia potencionálneho miesta úniku podľa prílohy C2. Maximálna náplň sa vypočíta:

m_max = 2,5 x LFL^5/4 x h₀ x A^1/2

Pôvodný výpočet max náplne chladiva:

m_max= PL x objem miestnosti

 

je v norme EN 378-1:2016 upravený nasledovne:

1. určí sa prístup osôb a, b alebo c a umiestnenie okruhu (I, II, III, IV podľa C.1);
2. určí sa toxicita (A alebo B podľa E) ATEL/ODL aleboPL vyberie sa vyššia hodnota.
3. určí sa limit náplne podľa tabuľkyC.1;
4. určí sa limit horľavosti chladiva LFL (1, 2L, 2, 3, podľa E);
5. určí sa limit náplne podľa tabuľkyC.2.
6. použije sa nižší limit náplne podľa bodovc) a e).

 

Chladenie pre ľudské pohodlie

Projektant si môže pri chladení pre ľudské pohodlie zvoliť výpočet s prísnejšou hornou hranicou alebo použiť prídavné bezpečnostné opatrenia a použiť väčšie množstvo chladiva.

 

Stropy (cap factors)

Limity náplní chladiva podľa tabuľky  C.2 majú stropy vypočítané v závislosti od LFL chladiva a objemu odvodeného pre stropy chladiva R290 propán. V prípade horľavosti tried 2 alebo 3 základné stropy sú m1, m2 a m3. Pre triedu horľavosti 2L základné stropy sú zvýšené faktorom 1,5 vzhľadom na nižšiu rýchlosť horenia a nižšiu pravdepodobnosť vznietenia.

 

Rizikový manažment

Sumár požiadaviek na rizikový manažmentpre priestory triedy a_II podľa C.3

Podľa C.3 berie do úvahy pomer [náplň]/[objem izby], RCL, QLMV, QLAV a klimatizovanú plochu. Rozlišuje nasledovné opatrenia pre nad a podzemné priestory obsadené osobami:

 

Prehľad požiadaviek na rizikový manažment pre priestory triedy a_II

Alternatívny rizikový manažmentv obsadených priestoroch uvedených vC.3
kg/m3				>QLAV
Nadzemie	-	-	1 opatrenie min	2 opatrenia min
Podzemie	-	1 opatrenie min	2 opatrenia min	Nie je dovolené

*Opatrenia podľa STN EN 378-3:2016

 

Príklady výpočtov obmedzení náplní chladív

 

1. Príklad výpočtu max náplne na rizikový alternatívny manažment podľa C3

Pôvodný výpočet PL x objem = 0,44 x 100 = 44 kg. Novým výpočtom, ak priamy systém s chladivom R410A skupina A1 v zariadení inštalovanom v priestore s umiestnením trieda a_II podľa EN 378:2016 je max náplň vyššia podľa tabuľky H.2.

Z tabuľky vyplýva, že v priestore 100 m³ pôvodná max náplň 44 kg sa môže zvýšiť až na 150 kg, ak sa realizujú dve doplňujúce opatrenia.

 

2. Príklad VRV systému s chladivom R410A

Systém VRF/VRV s použitím R-410A v hoteli s izbami s rozmermi 5 m x 3 m x 2,2 m

Ak chladivo patrí do kategórie A1, tento príklad používa Tabuľku C.1 v norme EN378

Tabuľka C.1 – požiadavky na množstvo náplne pre chladiace systémy podľa toxicity

Hotelové izby sú označené ako všeobecne prístupné (a) a trieda umiestnenia ako II. Preto sa maximálne množstvo náplne pre označenie II_a vypočíta takto:

 

Rozmery miestnosti = 5 m x 3 m x 2,2 m  =  Objem miestnosti = 33 m³

RCL                 = 0,39 kg/m³

QLAV             = 0,42 kg/m³

QLMV            = 0,42 kg/m³

 

Maximálne množstvo

m_max pri RCL = 33 m³ x 0,39 kg/m³           = 12,87 kg

m_max pri QLAV = 33 m³ x 0,42 kg/m³      = 13,86 kg

m_max pri QLMV = 33 m³ x 0,42 kg/m³    = 13,86 kg

 

[Všimnite si, že QLAV a QLMV pre R410A sú rovnaké]

 

Ak sa časť systému nachádza pod úrovňou zeme

musí byť použitý objem miestnosti s RCL koncentráciou. Ak v niektorej miestnosti presiahne RCL, treba použiť systém na detekciu úniku + alarm.

Treba poznamenať, že pre každý typ dostupnosti b a c nie sú obmedzenia na množstvo náplne, okrem prípadu, keď by sa pod úrovňou zeme nachádzali kancelárie.

 

3. Výpočty pre chladivá kategórie A2L

Sú oveľa zložitejšie, pretože existuje viac obmedzení kvôli ich mierne horľavým vlastnostiam. Používa sa rovnaký postup na zisťovanie množstva, no limity sa líšia v závislosti od umiestnenia vnútornej jednotky a kategórie dostupnosti.

Tento postup na výpočet množstva náplne sa delí podľa známych troch faktorov m₁, m₂ a m₃,:

-         m₁ = 4 m³ x LFL

-         m₂ = 26 m³ x LFL

-         m₃ = 130 m³ x LFL

 

Historicky, bezpečnostný faktor 20 % alebo 25 % z LFL sa používal, aby sa vyhlo vzniku horľavej koncentrácie chladiva v miestnosti.

IEC ISO JWG zistila, že konštantný podiel 25% v rôznych objemoch miestností môže byť nebezpečný. Zmiešavanie so vzduchom je relatívne slabé vo veľkých inštaláciách najmä bližšie k podlahe a tam sú predpoklady k vzniku horľavých oblakov.

Nasledujúci vzorec s použitím „h_o“ sa využíva na výpočet  maximálnej náplne chladiva, aby sa nevytvárali uviaznuté horľavé oblaky  podľa IEC60335-2-40, ISO 5149 a EN378-1.

 

Výpočet pre chladivá A2L pre kategóriu a_II

m_max = 2,5 x LFL^5/4 x h₀ x A^1/2

m_max je prípustné maximálne množstvo náplne v miestnosti v kg;

m je množstvo chladiacej náplne v systéme v kg;

A_min je minimálna požadovaná plocha miestnosti v m² na dané množstvo chladiva;

A je plocha miestnosti v m²;

LFL je limit nižšej horľavosti v kg/m³, ako je to uvedené v Prílohe E;

 

ho je výškový faktor zariadenia – je to výška, z ktorej sa uvoľňuje chladivo pri úniku:

-         0,6 pre umiestnenie na podlahe;

-         1,8 pre upevnenie na strechu;

-         1,0 pre upevnenie na okno;

-         2,2 pre upevnenie na strop,

-         pričom LFL v kg/m³ sa uvádza v Prílohe E a molekulárna hmotnosť chladiva je väčšia ako 42 g/mol.

 

Tri hranice max náplní chladiva podľa zavedených doplňujúcich bezpečnostných opatrení

Hranice  M₁, M₂, M₃ sú pre chladivá A2L R1234yf a R32 v triede umiestnenia a_II

 

4.    Príklad split systému s chladivom R32

 

Komfortné chladenie s použitím R-32 v split rozdelenej jednotke s vnútornou jednotkou vo výške 2,2 m v hoteli s izbami s rozmermi 5 m x 3 m x 2,2 m

 

Ak chladivo patrí do kategórie A2L, tento príklad používa Tabuľku C.2 v norme EN378

Rozmery miestnosti = 5 m x 3 m x 2,2 m  =  Objem miestnosti = 33 m³

Chladivo	Prípustná koncentrácia (kg/m3) RCL	QLMV (kg/m3)	QLAV (kg/m3)
R-32	0,061	0,063	0,15 c

 

Maximálne množstvo chladiva ak by išlo o chladivo A1 v miestnosti s objemom 33 m³  by bolo:

pri RCL           = 33 m³ x 0,061 kg/m³                       = 2,013 kg

pri QLMV      = 33 m³ x 0,063 kg/m³                       = 2,079kg

pri QLAV       = 33 m³ x 0,15 kg/m³                           = 4,95 kg

 

Ak ide o chladivo A2L použije sa tabuľka C2 v EN 378-1

 

Ktorá špecifikuje maximálnu náplň ohraničenú pre chladivá A2L nasledovne:

·        M_max= m2 x 1,5 = 26 x 0,307 x 1,5 = 12 kg

·        m_max = 2,5 x LFL ^5/4 x ho x A^1/2 = 2,5 x 0,307^1,25 x 2,2 x 15^0,5 = 3,87 kg     (na plochu 15m²)

Ak sa použije pravidlo palca, uvažujúc 20 % LFL ako hranicu pre koncentráciu chladiva:

·        m_max = 20% x LFL x objem priestoru = 0,2 x 0,307 x 33,3 =2,04 kg      (na objem 33,3m³)

 

Z výpočtov je vidieť:

·        že pri uvažovaní umiestnení vnútornej jednotky vo výške 2,2 m v danej miestnosti = 5 m x 3 m x 2,2 m  =  s objemom = 33 m³ a plochou 15 m₂ je maximálna náplň A2L chladiva R32 3.87 kg, čo je menej ako 12 kg.

 

Porovnanie výsledkov

a.      Metódou palca sa vypočíta nižšia m_max =2,04 kg

b.     Metódou zohľadňujúcou výšku umiestnenia a zrieďovací efekt m_max =3,87 kg

c.      V prípade, ak by išlo o chladivo A1 bola by m_max  = 4,95 kg, čo nie je až tak veľký rozdiel.

 

2.    Príklad systému s chladičom kvapaliny s chladivom R290 propánom A3

 

Pre klasifikáciu A3 tabuľka C2 v EN 378-1 sa použije pre prístup osôb a, b, c

Chladiče kvapalín s chladivami bezpečnostnej skupiny A3

 

Problém dovolenej a potrebnej náplne R290 sa netýka chladičov kvapalín. Je to problém najmä klimatizovaných priestorov a obchodných zariadení. R32 narazí na limity pri 12 kg.

Pre iné chladiace systémy, ako sú chladiče kvapalín, sa norma nemení a neexistujú žiadne iné obmedzenia, ako sú pri chladičoch, ktoré používajú chladivá kategórie A3, a sú to tieto:

 

Trieda chladív A3	Trieda umiestnenia III
a všeobecný prístup	5 kg (okrem úrovne pod zemou = 1 kg)
b dozorovaný prístup	10 kg (okrem úrovne pod zemou = 1 kg)
c autorizovaný prístup	Bez obmedzení (okrem úrovne pod zemou = 1 kg)

 

 

 

6.    Príklad  – Chladiareň používajúca R290 na úrovni prízemia s oddelenou kondenzačnou jednotkou umiestnenou vo vonkajšom priestore

 

Príklad výpočtu maximálnej náplne aplikáciou praktického limitu pre R290 v malom chladiacom boxe podľa rovnice z normy EN 378:2012_C3:

1.                 Veľkosť boxu: 3,5 x 3 x 2,4 m

2.                 Objem miestnosti: 25,2 m³

3.                 Praktický limit PL pre R290 (príloha E norma EN 378): 0,008 kg/m³

4.                 LFL pre R290 (príloha E norma EN 378): 0,038

5.                 Maximálna náplň : PL x objem miestnosti  = 0,008 x 25,2 = 0,202 kg

6.                 Maximálna náplň : 20 % x LFL x objem miestnosti  = 20% x 0,038 x 25,2 = 0,191 kg

Náplň je nižšia ako 10 kg s umiestnením chladiaceho okruhu II a s prístupom osôb b.

 

Zhrnutie

·        Chladivo je v bezpečnostnej triede A3, viď tabuľku C.2 v platnej EN 378-1:2016.

·        Kategória prístupnosti je v tomto príklade b.

·        Používanie je „iné použitie“.

·        Systém je nad zemou.

·        Umiestnenie zariadenia je klasifikované v triede II, pretože kondenzačná jednotka je umiestnená vonku. 

 

Tabuľka C.2 určuje maximálnu náplň chladiva, ako je uvedené nasledovne:

 

20 % x LFL x objem miestnosti, a zároveň nie viac ako 2,5 kg.

 

Chladiareň rozmerov 3,5 m krát 3 m s 2,4 m výškou;

Objem chladiarne = 3,5 x 3 x 2,4 = 25,2 m³;

R290 LFL = 0,038 kg/m³;

 

Maximálna náplň = 0,2 x LFL x objem

= 0,2 x 0,038 x 25,2 = 0,192 kg.

To je menej než 2,5 kg.

 

Obrázok, príklad chladiarne s monoblokovým systémom pracujúcim s uhľovodíkmi

Výpočet maximálnej náplne alebo minimálneho priestoru

 

Predchádzajúci výpočet pre chladivo R290 môže byť použitý na výpočet maximálnej náplne chladiva pre daný priestor, s daným prístupom osôb a umiestnením chladiaceho okruhu. Výpočet je možné použiť aj na výpočet minimálneho priestoru, ktorý pre danú náplň chladiva, obsadenosť a umiestnenie chladiaceho okruhu musí byť zabezpečený.

 

Podľa LFL a tabuľky C.2 m_max =20 % x LFL x objem priestoru celková náplň chladiva pri umiestnení II musí byť menšia ako 1,5 kg (na obrázku vpravo hore)

 

7.     Príklad pre okennú klimatizáciu s propánom

 

Klimatizačný systém s náplňou m =300 g chladivaR290.

LFL chladiva R290 sa rovná 0,038 kg m^-3.

Najskôr výpočet stropu – cap faktor m2

·        Náplň vychádza vyššia ako 152 g (m1 = 4 × LFL), takže minimálna plocha priestoru A musí byť vypočítaná v závislosti od umiestnenia klimatizácie:

A_min= (m : (2,5 × LFL ^5/4 × h₀))²                                                         

 

V prípade komfortnej okennej klimatizácie (umiestnenie I s náplňou 300 g = 0,3 kg) sa môže použiť vzťah zohľadňujúci výšku inštalovanej jednotky.

 

A_min= (m : (2,5 × LFL ^5/4 × h₀))²    = (0,3 : (2,5 x 0,038 ^1,25 x  2,2))=10,6 m²

 

Minimálny objem vypočítaný z minimálnej plochy, ak h_o= 2,2 m

 

Umiestnenie jednotky	Výškový faktor	Min plocha podlahy m2	Min objem priestoru m3
Na podlahe	0,6	142,1	312,6
Na stene	1,8	15,8	34,7
V okne	1	51,2	112,5
Na strope	2,2	10,6	23,3

 

 

Príklad  - výpočet podľa objemu (metóda palca)

Pre priestor 30 m³ maximálna dovolená náplňR290 pre okennú klimatizáciu je228 g.

Alebo použijeme výpočet m_max  podľa plochy a výškového faktoru nasledovne:

 

Ak chceme vypočítať m_max preR290naplochu 30 m² a pre okennú klimatizáciu namontovanú v okne s výškovým faktorom 1 dosadením do nasledujúceho vzťahu zohľadňujúcim výškový faktor dostaneme m_max = 230 gramov:

 

m_max= 2,5 x LFL ^5/4 x ho x A^1/2 = 2,5 x 0,038^1,25 x 1 x 30^0,5 = 230 g

 

8.     Príklad  Splitová jednotka s R32, vnútorná jednotka pod stropná

 

Chladivo je v bezpečnostnej triede A2L, viď tabuľka C.2 v platnej EN 378-1:2016.

Kategória prístupu pre tento príklad je A.

Použitie je komfortné chladenie / vykurovanie.

Umiestnenie zariadenia je klasifikované v triede II, pretože kondenzačná jednotka je umiestnená vonku.

 

Tabuľka C.2 určuje maximálnu náplň chladiva, ako je uvedené nasledovne:

 

            Rovnica C2 a zároveň nie viac, ako m² x 1,5 kg

 

Poznámka – EN 378 Umožňuje dosiahnuť väčšieho množstva náplne, pokiaľ sú vykonané alternatívne bezpečnostné opatrenia, obsahujúce detekciu chladiva/alarm, zavretie ventilov a vetranie.

 

 

9.         Príklad – chladivo R744 Centrálny systém pre obchodné chladiace boxy a chladiareň

R744 s ATEL = 0,072 kg/m³   PL=0,1 kg/m³

 

Chladivo má bezpečnostnú klasifikáciu A1, tak je použitá tabuľka C.1 podľa EN 378-1:2016.  Strojné vybavenie je klasifikované II, pretože ako kompakt je umiestnené vonkuZKJ je na streche.Prístup osôb k vitrínam je a - všeobecný a do chladiacich boxov chladiareň prístupná iba personálu je b.

ZKJ na streche

 

Pre obchodnú plochu (kategória prístupu A) tabuľka C.1 určuje maximálnu náplň nasledovne:

 

Limit toxicity x objem miestnosti

 

podlahová plocha obchodu je 25 m x 50 m s 5 m výškou

ATEL pre R744 je 0,072 kg/m³

 

M = 0,072 x 25 x 50 x 5 = 450 kg

 

Pre chladiareň (ktorá má kategóriu prístupu b) nie je žiadne obmedzenie náplne. Ale keďže praktický limit (ATEL) bude prekročený, podľa EN378-3 sekcia 9.1 musia byť nainštalované pevné detektory, ktoré vedia v prípade nastavených limitov (50%/ATEL) spustiť alarm, poslať SMS, email zodpovedným pracovníkom.

 

PL pre R744 je 0,1 kg/m^3. Ak je ZKJ umiestnená na streche nesmie sa dostať uniknuté chladivo do budovy. Ak takéto riziko existuje fixný detektor je nutný.

 

Detektor citlivý na R744 by mal hlásiť poplach pri dosiahnutí 50 % ATEL/ODL, čo je 0,5 x 0,072 pre R744 (0,036 kg/m³).  Poznámka – skutočný limit pre R744 je 0,1 kg/m³, takže v malej chladiarni bude táto hranica v prípade úniku pravdepodobne prekročená.

 

Okrem toho sa v tabuľke C.1 odkazuje na EN 378-3:2016 4.2 pre zariadenie umiestnené vonku, ktoré určuje, aby chladivo nemohlo byť schopné prúdiť do budovy v prípade úniku. Ak je nejaké riziko, že by unikajúce chladivo mohlo prekročiť bezpečnostnú hranicu nastavenú EN378, vrátane možnosti zhlukovania či udržiavania sa na určitej hodnote, potom detektor plynu a alarm bude povinný.

 

 

10.     Príklad  – R717 chladič umiestnený vonku

 

Chladivo má bezpečnostnú klasifikáciu B2L viď platná tabuľka C.1.  

 

Príklad systému s chladičom kvapaliny s chladivom R717 amoniakom triedy B2L s ATEL = 0,0032 kg/m³ a LFL 0,023 kg/m³

Podľa LFL a tabuľky C.2 pre chladivo 2L s umiestnením III v strojovni, nie je žiadne obmedzenie na limit množstva chladiva v zariadení.

Vonkajšie umiestnenie chladiaceho zariadenia je klasifikované III. Nie je žiadne obmedzenie náplne v akejkoľvek kategórii prístupu.  

 

V dodatku tabuľky C.1 odkazujúcej na EN 378-3:2016 4.2 pre zariadenia umiestnené vonku sa určuje, že chladivá by nemali mať možnosť prúdiť do budovy v prípade úniku. Pokiaľ existuje akékoľvek nebezpečie, že by uniknuté chladivo mohlo prekročiť bezpečnostné limity stanovené normou EN378, je vyžadovaný systém detekcie plynu a alarmu.

 

Dodatočné požiadavky na poplašné zariadenie pre zariadenia s R717 s náplňou nad 3 000 kg. Používateľ/vlastník chladiaceho zariadenia musí zaistiť trvalé obslužné stanovište ako ústredné stanovište poplašného zariadenia. Špeciálny personál musí byť na mieste do 60 min od poplachu. Personál môže byť takisto informovaný o poplachu technickými prostriedkami, napríklad mobilným telefónom, pagerom (peidžrom).

 

 

11.  Príklad  – výpočet minimálneho objemu miestnosti pre pult s lahôdkami s náplňou 350 g R1270

 

Chladivo má bezpečnostnú klasifikáciu A3, viď tabuľka C.2 v platnej EN 378-1:2016.

Kategória prístupu pre tento príklad je A.

Použitie: "iné použitie".

 

Umiestnenie zariadenia je klasifikované triedou I, ako integrovaná skriňa.

 

Tabuľka C.2 určuje maximálnu náplň nasledujúco:

 

20 % x LFL x objem miestnosti a nie viac než 1,5 kg

 

Takže minimálny objem miestnosti robí = náplň / (0,2 x LFL) = 0,35 / (0,2 x 0,046) = 38 m³.

 

Literatúra

Peter Tomlein: Príručka používania normy STN EN 378-1

STN EN 378-1:2016

 

 

Viac informácií nájdete v časopise Správy 7/2018