CIELE EÚ A PHASE DOWN VYBRANÝCH CHLADÍV

 

CIELE EÚ A PHASE DOWN VYBRANÝCH CHLADÍV

Úvahy a očakávania

 

Doc. Ing. Peter Tomlein, PhD.,SZ CHKT Šamorín

 

Nariadenie č. 517/2014/EU zaviedlo postupné znižovanie a vylučovanie HFC chladív, ktoré na celosvetovej úrovni bolo prijaté v októbri 2016 v Kigali v Rwande tak, že sa HFC chladivá začlenili do Montrealského protokolu.

Európsky plán je podstatne ambicióznejší ako svetový plán phase down HFC chladív. Do roku 2030 emisie majú poklesnúť o 80 %. Z hľadiska porovnania tempa poklesu v CO2ekv je dôležitý priemerný údaj pre GWP chladív pre svet a pre EÚ. Predpokladá sa, že je podobný, cca GWP=2000 a mal by poklesnúť pod 500 v roku 2030 v rámci EÚ.

 

Postupné znižovanie HFC chladív

V EÚ významné zníženie emisií už v roku 2018 o 37 %, v roku 2021 o 55 % v roku 2024 o 69 % na rozdiel od Kigali dohody zaradenej do MP (Montrealského protokolu), kde prvé väčšie zníženie je plánované až na rok 2024.

 

Čo možno pozorovať na grafe z Kigali?

Postup EÚ je výrazne rýchlejší. V čase, keď ostatné krajiny sveta len začnú phase down v roku 2023, EÚ už bude na polovici spotreby z roku 2015. Štart EU je výrazne nižšie, keďže emisie nezahŕňajú HCFC chladivá, kdežto ostatný svet áno.

Štart EU s phase down je skorší a má viac krokov. Cieľové zníženie emisií EU plánuje v roku 2030 a ostatný svet v roku 2036.

Ciele EU sú ambicióznejšie

To, čo z grafu nie je vidieť sú nezaradené predplnené zariadenia, a problém zo znižovaní hnacích plynov v liekoch, ktoré ak budú uprednostnené, pôjde to na úkor ostatných F plynov.

 

Prvý dramatický šok

Množstevné obmedzenia vyjadrené v CO2_ekv na obr. 4 opisujú celkovú spotrebu F plynov pozostávajúcu z nových náplní, doplnení za únik, zo straty pri plnení a recyklácii. Ide o politické riešenie, ktoré má cestou Nariadenia č. 517/2014/EU zabezpečiť skokové znižovanie emisií F plynov zo 100 % v roku 2015 na 21 % v roku 2030.

Oproti základnému východiskovému množstvu v CO2_ekv z ročného priemeru chladív umiestnených na trh v rokoch 2009 až 2012 klesla spotreba v CO2_ekv v roku 2018 na 63 %. Je to veľký skok, ktorý sa darí zvládnuť najmä znižovaním únikov, vylúčením chladiva R134a z novej mobilnej klimatizácie v automobiloch, ďalej vylúčením chladív R404A a R507 z nových hermetických uzavretých (HU) okruhov a znižovaním ich podielu v iných stacionárnych zariadeniach, retrofitmi a obmedzením servisu existujúcich zariadení s náplňou od 40 ton a viac CO2_ekv (10,2 kg R404A) od 1. 1. 2020 ap.

 

Priemerné GWP hodnoty pre phase down

Uvažujúc s priemernými hodnotami GWP približne 2 200 až 2 300 všetkých   používaných HFC chladív v EU v roku 2015, po znížení na 21 % vychádza priemerné GWP v roku 2030 nižšie ako 500. Takže chladivá s vyšším GWP môžu byť postupne nedostatkové a drahšie. 

Obrázok   Pokles priemerného GWP chladív. V roku 2018 už malo byť priemerné GWP len 1450. Vo výpočte sú uvažované priemerné hodnoty na GWP približne 2200-2300 všetkých v súčasnosti používaných HFC chladív v EU. Po prepočítaní na 21 % zníženie v roku 2030 priemerné GWP bude menej ako 500. 

 

Úvahy o roku 2018

Pokles CO2_ekv zabezpečili znižujúce a úniky, nižšie používanie R404A, R507 R134a. Priebežný pokles priemerného GWP na obrázku je z hodnoty 2250 v roku 2015. V roku 2018 už by malo byť len priemerné GWP len 1450. Výrazné zníženie, zvládnuteľné v rámci zmeny chladiva v mobilnej klimatizácii v nových vozidlách a vyraďovaním chladív R404A a R507 z nových najmä HU výrobkov a retrofitom starých systémov na alternatívne chladivá.

V roku 2017 skončilo chladivo R134 s GWP=1430 v auto klimatizácii v nových vozidlách a nahradilo ho prevažne chladivo HFO1234yf s GWP=4 a len v obmedzenej miere chladivo CO2 s GWP=1. Vzhľadom na významný podiel auto klimatizácie až 40 % na celkovej spotrebe chladív pôjde o veľký pokles prepočítaný na CO2_ekv. Ostatné chladiace zariadenia výrobcovia dodávajú tiež s alternatívnymi chladivami s nižším GWP. Ide najmä o obchodné, priemyselné chladenie, tepelné čerpadlá a rozdelenú najmä bytovú klimatizáciu.

Ako plníme ciele phase down na Slovensku?

Sme v súlade s plánom EÚ!

Na Slovensku ciele plníme

 

Náhrady a alternatívy

Bez ohľadu na to, že požadované poklesy CO2_ekv sú zvládnuteľné, je potrebné navyše rešpektovať zákazy použitia chladív s GWP nad 2500. Súčasné náhrady, alternatívne chladivá s GWP do 500 i viac sú väčšinou horľavé, niektoré aj jedovaté a chladivo CO2 zase vysokotlaké.  Sú už v predaji alternatívne chladivá, zmesi s GWP medzi 300-1400 uvedené v tabuľke alternatívnych chladív.

 

Tabuľka  Alternatívne chladivá so zníženým skleníkovým efektom (GWP)

 

Náhrady za R404A a R507

Nehorľavé náhrady znižujúce CO2_ekv za R404A a R507 sú pripravené. Náhrady chladív s GWP nad 2500 v bezpečnostnej skupine A1 do nových výrobkov a náhrady za R404A s GWP pod 1500 v bezpečnostnej skupine A1 na servis metódami retrofit,  drop in po roku 2020 sú na trhu dostupné. Nie sú však vhodné pre všetky použitia.

Chladivá R404A, R507 sa už nesmú plniť do nových výrobkov v stacionárnom chladení s výnimkou pre veľmi nízke teploty. V stacionárnom chladení (nie obchodnom) sa môžu používať napríklad nehorľavé chladivá R449A, R448A, R407H. Aj keď každé chladivo s GWP nad 150 je možné označiť len ako dočasné, zatiaľ však bez časového obmedzenia používania.

Z alternatívnych chladív na retrofit stacionárneho chladenia sú vhodné R449A, R448A, ... s obmedzeniami najmä z dôvodu:

  1. nižších výkonov kondenzátora z dôvodu tsklzu,
    1. nižšieho výkonu kompresora z dôvodu nižšej objemovej chladivosti qv a
  2. vo vzťahu k zvýšenej výtlačnej teplote najmä pri mraziacich teplotách, kedy výhodnejšie môže byť chladivo R452A s GWP=2140.

Z dôvodu nižšej objemovej chladivosti R449A, R448A objemové kompresory, aby zabezpečili rovnaký chladiaci výkon musia bežať dlhšie, viac sa namáhajú, majú kratšiu životnosť. Ak chladiaci okruh na R404A nie je predimenzovaný, retrofit bez doplňujúcich opatrení na chladiacom okruhu sa nevykonáva.

Situácia sa opakuje

Je to podobné, ako to bolo s chladivom R22. Ak je zariadenie tesné, nie je dôvod vykonať retrofit. Ideálne je nechať zariadenia s chladivami R404A, R507 dobehnúť do konca životnosti pomocou zhodnocovaného, recyklovaného, regenerovaného chladiva a potom vymeniť za nový energeticky efektívnejší výrobok s vhodným chladivom.

Ako je  to s CO2 a propánom?

CO2 si svoje miesto ako chladivo nachádza najmä v obchodnom, priemyselnom chladení a presadzuje sa aj v tepelných čerpadlách na ohrev teplej vody, počíta sa s ním aj v prepravnom chladení. Propán je používaný najmä v sólo jednotkách a  v kaskáde s CO2.

 

Náhrady za R410A

Čaká sa na náhradu za R410A. Zatiaľ chladivo R410A nepodlieha žiadnym zákazom. Za chladivo R410A (GWP 2088) zatiaľ adekvátne alternatívne chladivo, ktoré by bolo nehorľavé s podobnou objemovou chladivosťou a energetickou efektívnosťou, v predaji nie je. To môže byť problém pre veľké stavby s vyššou energetickou triedou. Nehorľavá náhrada za R410A sa predpokladá R466A GWP=733, 49% R32, 11.5% R125, 39.5 % CF3I.  Horľavých alternatív je viac napr. R454B R-32 (68.9%) & R-1234yf (31.1%)) s GWP=468používané napr. v tepelných čerpadlách.

To znamená, že začínajúce veľké stavby, ktoré sú dokončované v rokoch 2020-2021 zatiaľ nemajú na výber pokiaľ chcú použiť napríklad VRV systém s cieľom dosiahnuť zaradenie stavby do vyššej energetickej triedy. Ak napríklad bude stavba ukončená v roku 2020 a predpokladaná životnosť VRV systému je 15 rokov, tak v roku 2030 už chladivo R410A na servis môže byť drahšie. Nemalo by však byť nedostatkové. Predpokladá sa, že budú existovať tiež náhrady.

Alternatívne je možné použiť R134a v nepriamych systémoch, čím sa však budova môže preradiť do nižšej energetickej triedy. Chladivo R134a je energeticky veľmi efektívne, nie je však vhodné vzhľadom na nižšiu objemovú chladivosť pre priame systémy.

Chladivá R32 (GWP 675) a jeho zmesi R454B (R-32 (68.9%) & R-1234yf (31.1%)) s GWP=468), ... s HFO sú považované za adekvátne náhrady R410A, ale sú mierne horľavé. Sú v STN EN 378_1 zaradené v bezpečnostnej skupine A2L. Zatiaľ sa využívajú najmä pre jednoduché split systémy, tepelné čerpadlá a nepriame chladenie v tzv. hybridných riešeniach, pretože si vyžadujú väčšie bezpečnostné opatrenia.

 

Náhrady za R134a

  1. Relatívne nízke GWP (1430) dovoľuje používať chladivo R134a dlhšie
    1. Existujú nehorľavé náhrady R450A, R513A, ..
    2. Významne nižšia objemová chladivosť R1234ze, R600a voči R134a
    3. Vyššia objemová chladivosť R290 voči R134a

Chladivo R134a má náhrady na trhu dostupné. Sú s nižším GWP, ale zväčšia energeticky mierne menej efektívne okrem R1234ze. Medzi nehorľavé náhrady patria R513A, R450A a medzi horľavé náhrady patria chladivá bezpečnostných skupín:

  1. A2L HFO chladivá R1234yf, R1234ze
    1. A3 HC chladivá R290 a R1270

Z porovnaní alternatívnych chladív ku R134a nevyplýva väčšinou lepšia energetická efektívnosť, ale ide o nevýznamný rozdiel, ktorý má len nevýznamný podiel na celkovej úspornosti prevádzky. Plánované priemerné GWP po roku 2022, má byť nižšie ako 1000 na úrovni po roku 2023 na úrovni 700.  Chladivo R134a má GWP 1430, ale zatiaľ nemá žiadne obmedzenia a je s ním v danom priemere počítané.

Keďže však chladivo R134a už má nielen horľavé ale aj nehorľavé náhrady napríklad R513, predpokladá sa, že pri nasledujúcej novelizácii Nar. 517/2014/EÚ príde k jeho postupnému obmedzovaniu, ktoré by však nemalo byť rýchle. Prvé obmedzenie už bolo v automobilovom priemysle, kde bolo nahradené chladivom HFO1234yf.

Chladivo R134a patrí medzi chladivá s najvyššou energetickou účinnosťou a s najnižšími únikmi zväčšia pri nepriamom chladení, ale politické rozhodnutia nie vždy zohľadňujú takéto skutočnosti tam, kde existuje relevantná náhrada s nižším GWP.

 

Energeticky efektívna prevádzka

Prevádzkovateliazariadení s HFCs chladivami, sú zodpovední za bezpečnú, spoľahlivú a správnu technickú i energeticky efektívnu prevádzku zariadení a systémov. Prevádzkovatelia zodpovedajú za zhodnotenie chladiva, pravidelnosť kontrol v stanovených intervaloch a za veľkosť únikov plynov, zabraňujú týmto únikom a sú povinní zabezpečiť, aby sa bezodkladne vykonala oprava zariadenia v prípade zistenia úniku. Za nadlimitné úniky sa im môže uložiť pokuta. Zodpovedajú tiež za vedenie záznamníka (prevádzkového denníka) a sú povinní oznamovať údaje príslušnému ministerstvu. Oznamovanie si môžu zmluvne zaistiť servisnou organizáciou, certifikovanou fyzickou osobou podnikateľom alebo právnickou osobou, ktorá zodpovedajúcu evidenciu vedie.

Celý systém vzťahov medzi prevádzkovateľom a certifikovanou servisnou organizáciou by mal byť komplexne prepojený a jeho spoločným mottom by malo byť:

  • ak chladiaci okruh pracuje správne, uniká menej chladiva a zariadenie sa menej kazí,
  • ak sa chladiaci okruh pravidelne kontroluje, úniky sa včas zistia a systém je energeticky efektívnejší,
  • ak sú prevádzkové parametre správne nastavené a ovládané dosahuje sa nielen  zníženie zaťaženia chladiaceho okruhu, dlhšia životnosť, ale tiež významné úspory energie.

Ak kompresor pracuje v normálnych prevádzkových tlakoch, nenastávajú prejavy porúch vysokého či nízkeho tlaku, únik chladiva je v medziach zákona, funkcia okruhu je správne nastavená a okruh je bezpečný. Zákazník by mal vyžadovať vyplnený záznamník najlepšie v programe Leaklog, nalepený štítok kontroly úniku, prípadne štítok doplneného, regenerovaného chladiva. Takisto by mal objednať termín ďalšej kontroly a oznámiť údaje na OÚ ŽP do 31. januára.

Zákazy uvedenia na trh

Zákazy uvedenia na trh podľa článku 11 ods. 1 Nariadenia 517/2014/EU, príloha III. Z tabuľky nevyplývajú zákazy uvedenia na trh stacionárnych chladiacich zariadení s chladivami s GWP do 2500.

Z tabuľky nevyplývajú zákazy uvedenia na trh stacionárnych chladiacich zariadení s chladivami s GWP do 2500. To znamená, že ani v klimatizačných zariadeniach zatiaľ obmedzenia nie sú okrem mobilných interiérových klimatizačných zariadení s výkonmi do 1 kW, kde sa už plní chladivo propán a  jednoduchých rozdelených klimatizačných systémov do 3 kg, kde sa už plní chladivo R32 s GWP = 675 a napríklad v Číne, Indii, .. aj chladivo propán s GWP = 6.

 

Závery

Závery je možné formulovať z pohľadu:

1.     technických noriem a správnej inžinierskej praxe

2.     právnych noriem

3.     eko_efektívnosti

 

Ad.1. Z pohľadu správnej inžinierskej praxe a technických noriem

V niektorých použitiach sú alternatívne chladivá už na trhu a v niektorých použitiach napríklad v klimatizácii za R410A sa na vhodné nehorľavé chladivá ešte len čaká.  Pokiaľ chladivo R410A, v okrem split jednotkách či v hybridných riešeniach, na svoje alternatívne chladivá ešte čaká, chladivo R134a ich už na trhu dostupné má.

Správna inžinierska prax používajúca k hodnoteniu chladív parametre energetickú efektívnosť, TEWI, Eko_efektívnosť a podobne by nemala pripustiť uprednostnenie chladív, ktoré nie sú predovšetkým ekologicky výhodnejšie.

Chladivo R134a patrí medzi chladivá s najvyššou energetickou efektívnosťou a s najnižšími únikmi najmä pri nepriamom chladení, ale politické rozhodnutia nie vždy zohľadňujú takéto skutočnosti tam, kde existuje relevantná náhrada s nižším GWP. Pre chladivo R134a existujú alternatívne syntetické chladivá, ktoré sú porovnateľné, aj keď nie jednoznačne ekologicky a ekonomicky výhodnejšie. Chladivo R134a je tak ekologicky a ekonomicky stále výhodným chladivom, ktoré vo svete vyrába zatiaľ 10 výrobcov.

 

Ad.2. Z pohľadu právnych noriem

Z právnych noriem vyplýva zodpovednosť prevádzkovateľov nielen za prevádzku zariadení s HFC chladivami, ale aj za výber chladiva tak, aby zodpovedal cieľom v nariadeniach o F plynoch.

Plánované priemerné GWP po roku 2022, má byť nižšie ako na úrovni 1000 a po roku 2023 na úrovni 700.  Chladivá R410A má GWP 2088 a R134a má GWP 1430. Zatiaľ nemajú žiadne obmedzenia a je s nimi v danom priemere zrejme počítané.

Keďže však chladivo R134a už má nielen horľavé ale aj nehorľavé náhrady napríklad R513, R540, predpokladá sa, že pri nasledujúcej novelizácii Nar. 517/2014/EÚ príde k jeho postupnému obmedzovaniu, ktoré by však nemalo byť rýchle. Prvé obmedzenie už bolo v automobilovom priemysle, kde bolo nahradené väčšinou chladivom HFO1234yf.

 

Ad. 3. Eko_efektívnosť

            Podľa správnej inžinierskej praxe a právnych, technických noriem výber chladiva by mal zodpovedať ekologickým a ekonomickým požiadavkám vyjadrenými eko_efektívnosťou, čo je vlastne vzťah ekonomického a ekologického riešenia. Ekologické riešenie by nemalo byť vyjadrené len parametrom GWP, ale aj energetickou efektívnosťou v parametre TEWI.

            Napriek uvedenému, pokračujúcemu používaniu chladív R410A a R134a bráni plán postupného znižovania priemerného GWP v Nariadení 517/2014/EÚ, ktorý postupne prinúti dodávateľov chladív znižovať objem predaja chladív s vyšším GWP, respektíve zvýšiť ich cenu. Predpokladá sa tak postupne ich nedostatok spočiatku v rámci EÚ a neskôr i sveta v rámci dohody v Kigali z roku 2015. To však by mala byť pomerne vzdialená budúcnosť.

Literatúra:

[1] Tomlein, P.: Chladivá. Učebné texty SZ CHKT, 2010.

[2] Tomlein, P.: Chladiace okruhy s HFCs chladivami. In: 2/2011 | TZB Haustechnik.

[3] Normy STN EN 13313, STN EN 378 1-2 +A2, ASHRAE 34, ISO 817,

[4] Nariadenia EP a R č. 842/2006/EU, 517/2014/EU, 1005/2009/EU,

[5] Správy SZ CHKT 6-8/2014, 1/2015 Sprievodca F plynmi www.szchkt.org

[6] Zákony č. 286/2009 Z.z., 321/2012 Z.z., vyhláška 314/2009 Z.z.

[7] Firemné materiály DuPont, Honeywell, Bitzer, EPEE, AREA

[8] Manuscript ID: 1292DOI: 10.18462/iir.icr.2019.1292 Long term viability of R-513A in a stationary refrigeration system Jethro

[9] Experimental comparison of the use of R134a and R1234ze(E) in a semi-hermetic recip. compressor

 

Viac informácií nájdete v časopise Správy 8/2019