PREČO JE ČISTÉ CHLADENIE PREFEROVANÝM RIEŠENÍM V NÓRSKU

Prof. Armin Hafner

Nórska univerzita vedy a techniky, Trondheim, 7491, Nórsko, preložil PT

ABSTRAKT

Chladiarenská spoločnosť má skvelú príležitosť podporiť zelenú transformáciu potrebnú na dosiahnutie globálnych environmentálnych cieľov v pravý čas. Revidované nariadenie EÚ o F-plynoch a obmedzenie PFAS ilustrujú, že v nových systémoch musíme nahradiť syntetické pracovné kvapaliny vždy, keď je to možné.

Počas posledných desaťročí, vyvolaných Montrealským a Kjótskym protokolom, sektor chladenia vyvinul alternatívne systémové riešenia pre väčšinu aplikácií, ktoré sú schopné zabezpečiť chladenie a vykurovanie, čisté a energeticky účinné.

Normy a predpisy sú zavedené na bezpečnú implementáciu takýchto systémov. Komunikácia smerom k vlastníkom a koncovým užívateľom je kľúčom k zrýchleniu miery implementácie. Know-how, prenos znalostí a školenia na všetkých úrovniach umožňujú prechod od systémov na báze F-plynov k čistým riešeniam.

Tento článok ilustruje, prečo nórski koncoví užívatelia uprednostňujú technológie odolné voči budúcnosti, aby zabezpečili tvorbu hodnoty svojich aktív. R744 a R290 sa stali bežnými chladivami a zručnosti sa dosiahli a preniesli rôznymi spôsobmi.

Kľúčové slová: Čisté chladenie a tepelné čerpanie; školenie o používaní a implementácii prírodných chladív

ÚVOD

Ako už skôr uviedli Lorentzen (1994 a 1995), Ciconkov (2018) a Kauffeld a Dudita (2021), je nevyhnutné ukončiť výrobu, používanie a úniky umelých chladív. Technológia chladenia a tepelných čerpadiel s prírodnými chladivami sa nepretržite používa od zavedenia mechanického chladenia v 19. storočí. 

Umelé chladivá celkovo spôsobujú vážne riziká pre životné prostredie a ľudské zdravie per- a polyfluóralkylovými látkami (PFAS), ktoré majú vysokú perzistenciu. Ako také, okrem revidovaných nariadení EÚ o F-plynoch a dodatku k Montrealskému protokolu, nové obmedzenie Európskej chemickej agentúry (ECHA) skôr či neskôr zakáže výrobu/používanie väčšiny umelých chladív, PFAS (2023). Toto dobre mienené navrhované obmedzenie je dobrou správou pre sektor chladenia a tepelného čerpania. Vzhľadom na dostupné alternatívne systémové architektúry využívajúce prirodzené pracovné chladivá, HVAC & Ref. sa teraz môže stať proaktívnym a podporným pre koncových používateľov inštaláciou iba systémov odolných voči budúcnosti. Koncoví užívatelia ocenia tieto inovatívne, čisté a energeticky efektívne systémy s dlhodobou perspektívou bez žiadosti úradov o výmenu.

Existujúce zariadenia sa musia riadne a často udržiavať, aby sa zabezpečil znížený vplyv na životné prostredie počas prevádzky a štruktúrovaná demontáž na konci životnosti vrátane správnej manipulácie a zničenia syntetických pracovných kvapalín.

VPLYV VKLADOV ZALOŽENÝCH NA GWP V NÓRSKU

Obrázok 1 znázorňuje vývoj zálohy, ktorá sa má zaplatiť prostredníctvom colných orgánov pri dovoze látok súvisiacich so skleníkovými plynmi do Nórska. Použil sa paušálny výmenný kurz 8,72 NOK/€

Po desiatich rokoch zavedenia a zachovania paušálnej sadzby sa od roku 2013 táto sadzba takmer každý rok upravovala a v súčasnosti súvisí s daňou z CO2, ktorá sa platí v Nórsku pri vypúšťaní skleníkových plynov. Použitie kvapalín s vysokým potenciálom globálneho otepľovania (GWP) bolo výrazne ovplyvnené týmito dodatočnými nákladmi, najmä v sektore komerčného chladenia. V súčasnosti, približne 20 rokov po zavedení tohto systému zálohovania, prvé reťazce supermarketov oznamujú, že v priebehu budúceho fiškálneho roka nahradia svoj posledný systém založený na HFC, t. j. stanú sa podnikmi bez HFC. Preferovanou technológiou pre nové a renovované supermarkety počas posledných desaťročí boli centralizované posilňovacie systémy R744 so správnou rekuperáciou tepla. Samostatné skrine s malou kapacitou v predajniach navyše používajú R290.

Záloha tiež pomohla zabezpečiť správnu prax zhodnocovania kvapalín HFC z chladiacich systémov a systémov tepelného čerpania v sektore, ako je znázornené na obrázku 2.

Systémy supermarketov, aktivátory pre širokú technológiu R744

Školenie o tom, ako navrhnúť, postaviť, uviesť do prevádzky a prevádzkovať tieto jednotky R744, sa uskutočnilo na všetkých úrovniach v sektore chladenia. Na univerzitnej úrovni sa absolventi magisterského štúdia, ktorí prešli programom trvalo udržateľnej energie v rámci technológií chladenia a tepelného čerpania, trénovali v navrhovaní a skúmaní systémov na báze prírodných pracovných tekutín po celé desaťročia. 

Laboratóriá NTNU poskytujú toto vzdelávanie ročne približne 50 záujemcom, približne 50 % sa pripája na prednášky a laboratórne cvičenia zo zahraničia a s odovzdanými poznatkami sa vracia do vlasti. Nórska spoločnosť pre chladenie (NKF) vydala v roku 2016 učebnicu týkajúcu sa chladiacej technológie R744, ktorá slúži ako základ pre doplnkové vzdelávacie a školiace podujatia, na ktorých sa zúčastnilo takmer 1 000 účastníkov, ktoré organizuje NKF. Obsah učebnice bol priebežne aktualizovaný a prekladaný do viacerých jazykov.

Školenie technického personálu (učňov) pre predajcov a montážnikov chladiacich zariadení prebieha v záverečnej časti školského vzdelávania v úzkej spolupráci s firmami, ktoré učňov prijímajú a zamestnávajú.

Široké a rozsiahle zavedenie technológie R744 pre supermarkety podporilo väčšinu predajcov pri získavaní skúseností s týmito druhmi systémov, pretože dopyt po kvalifikovaných osobách na vykonávanie práce pre všetky reťazce supermarketov bol v celej krajine vysoký. Znalosť a dostupnosť kvalifikovaného personálu umožňuje v dnešnej dobe dodávať a implementovať technológiu R744 aj mimo sektora supermarketov.

Najnovšie zjednodušenie s ohľadom na zníženie nákladov a kompaktnosť posilňovacieho systému R744, vyvinutého v Nórsku, podporovaného multiejektorom, je znázornené na obrázku 3 a 4. Táto architektúra zahŕňa možnosti integrovaného AC pre komfortné chladenie budovy. Podobný systém bez rekuperácie tepla a klimatizácie je v prevádzke v Portugalsku od konca roku 2023, ako opísali Roos a kol. 2024.

Architektúra inovatívneho prístupu

Obrázok 3 a 4 zobrazuje a ďalej rozvíja architektúru inovatívneho prístupu, ktorý podrobne opísal Pardiñas et al. 2023 pre čiastočné obídenie ejektorov bez paralelných kompresorov a zameranie sa na jednoduchosť, zníženie CapEx a účinnosť. Ak dôjde k dostatočnej expanznej práci, je aktívny ejektor, ktorý pôsobí ako posilňovacie zariadenie a predbežne stláča celý prúd pary do sania kompresora MT. 

Pri nízkych okolitých teplotách (< 15-20 °C) je teplota za chladičom plynu a výmenníkom tepla v sacom potrubí dostatočne nízka, ako aj dostupná dilatačná práca. Tým sú všetky hnacie dýzy ejektora uzavreté a R744 je privádzaný priamo do výparníkov cez jednotlivé napájacie ventily. 

Kompresor MT udržiava tlak v zberači, v ktorom sa para z výparníkov vracia cez pasívny ejektor s poklesom tlaku pod 0,1 bar (= 0,1 K) pri maximálnom chladiacom výkone z výstupu výparníka do výstupu nízkotlakového prijímača. 

Povedomie koncového používateľa

Okrem nákladového aspektu implementácie možnej straty chladiva a výsledného vplyvu na životné prostredie už v rámci poplatku vopred, uvedomenie si zodpovednosti vlastníka za škody spôsobené technickými zariadeniami je kľúčom k prechodu od F-plynov v našom sektore. Ak sú poskytnuté informácie o vplyve pracovnej tekutiny na životné prostredie a zdravie, nákladový aspekt nie je nevyhnutne jediným/hlavným rozhodovacím kritériom. V minulosti bola prvá cena dominantným faktorom av niektorých častiach Európy stále je. Taxonómia a požadované ročné správy o udržateľnosti popisujúce pokrok a zmeny však v súčasnosti pomáhajú nášmu sektoru zavádzať do budúcnosti osvedčené technológie chladenia a tepelného čerpania zodpovedným vlastníkom aktív a poskytovateľom služieb.

Personál poradenských spoločností a úroveň ich znalostí, ktoré podporujú koncových používateľov pri implementácii alebo rekonštrukcii nových technologických zariadení, zohrávajú kľúčovú úlohu v ekologickom prechode. Ak títo ľudia nemajú aktuálne informácie, súťažné podklady sa stále pýtajú na systémy, ktoré majú byť prevádzkované s F-plynmi s vysokým GWP v Európe, aj keď aktualizované nariadenie o F-plynoch takéto tekutiny vo veľmi blízkej budúcnosti zakazuje. Pri analýze investičných rozhodnutí od koncových užívateľov v Nórsku a ich vzťahu k zapojeným konzultantom existuje jednoduchá súvislosť; najinovatívnejšie a ekologicky neškodné systémy navrhuje hŕstka odborníkov z rôznych poradenských spoločností. Dúfajme, že ponuka nových kandidátov z inštitúcií vysokoškolského vzdelávania a interné doplnkové školenie pomôže všetkým koncovým používateľom vyhnúť sa nákupu aktív, ktoré si čoskoro vyžiadali značné investície. Hlavná otázka, ktorú treba položiť koncovým používateľom: „Máte peniaze na investovanie dvakrát počas nasledujúceho desaťročia?“.

Príklad veľkokapacitnej vnútornej inštalácie R290

Okrem R744, použiteľného od nízkoteplotných systémov spracovania potravín až po vysokoteplotné tepelné čerpadlá s napájacou vodou kotlov, ktoré súčasne poskytujú voľné procesné chladenie, získavajú chladiče s tepelným čerpadlom R290 významné podiely na trhu.

Nový a čiastočne zrekonštruovaný komplex budov v nórskom Trondheime, ktorý vlastní súkromná realitná investičná spoločnosť, nedávno získal chladiacu jednotku tepelného čerpadla R290 s výkonom 1,8 MW. Jednotka je inštalovaná v suteréne budovy, vedľa podzemnej garáže pre autá, ako je podrobne opísané v Saher et al. 2024.

Obrázok 5 zobrazuje časti dosky z jednej z dvoch nainštalovaných jednotiek R290. Tieto moduly sú miesta vo vnútri odvetrávaných skríň, ktoré sú samo o sebe umiestnené vo vetranej strojovni s obmedzeným prístupom.

Každá z 8 jednotiek tepelného čerpadla má náplň chladiva 12 kg. Celý systém je dimenzovaný tak, aby umožňoval dodávku tepla a chladenej vody pre komfortné chladenie celého komplexu budov s výkonom 1,8 MW pri teplote prívodnej/vratnej vody 9/14 °C. Systém ohrevu vody je navrhnutý a prevádzkovaný pri prívode/spiatočke 45/37 °C resp.

Majiteľ je s dodávkou mimoriadne spokojný a rozhodol sa krok za krokom nahradiť väčšinu chladiacich zariadení v iných komplexoch budov s podobnými systémami.

Existuje mnoho ďalších príkladov podobného vývoja, kde konzultant a predajca pomohli konečnému užívateľovi nájsť a získať integrované trvalo udržateľné tepelné čerpadlá a chladiace systémy umožňujúce energeticky a nákladovo efektívnu prevádzku budov a procesov.

Zákony o verejnom obstarávaní sú tiež dosť jasné a podporujú zelený prechod, keď je zavedené obmedzenie PFAS. Podľa nórskeho zákona sa v zákone o verejnom obstarávaní v § 5 zmieňuje: Štátne, okresné a mestské orgány a orgány podľa verejného práva musia upraviť svoje postupy obstarávania tak, aby prispievali k znižovaniu škodlivého vplyvu na životné prostredie a podporovali riešenia šetrné voči klíme, ak je to relevantné.

ZÁVER

Chladiace systémy R744 a iné systémy na báze prírodných pracovných tekutín boli pozoruhodne vyvinuté od zavedenia Montrealského protokolu pred takmer 3 desaťročiami. Mnoho energeticky a nákladovo efektívnych systémov, najmä pre teplovodné tepelné čerpadlá a supermarkety, je teraz dostupných na polici. Komerčné chladenie má za sebou množstvo úspešných uvedení na trh s vysokou mierou rastu smerujúcou k zjednodušeniu a zvyšovaniu efektívnosti. Chladiče tepelných čerpadiel s prírodnými pracovnými kvapalinami (R744, R717 a R290) budú nasledovať tento trend s podporou známych konzultantov a predajcov.

Umelé chladivá, škodlivé pre životné prostredie a ľudské zdravie, celkovo pokrývajú len najziskovejšie trhy v strednom teplotnom rozsahu. Odteraz, pripomenuté návrhom na obmedzenie PFAS, by nemalo byť pochýb o tom, že sektor musí opustiť umelé chladivá a opäť používať iba prírodné.

Literatúra: na www.szchkt.org

IIR konferencia Compressors 2024