Prechod na trvalo udržateľné tepelné čerpadlá – stanovisko vedeckej komunity

My, ako členovia vedeckej komunity, pomáhame európskemu priemyslu tepelných čerpadiel s vylepšeniami ich produktov už takmer tri desaťročia. Na tomto mieste by sme sa chceli vyjadriť k prebiehajúcej diskusii o technických možnostiach a zmenách, ktoré by nastali pri použití chladiva R290/propán ako chladiva v tepelných čerpadlách.

História

Treba uviesť, že propán a iné uhľovodíky sa používajú ako chladivá už viac ako 100 rokov. Tieto kvapaliny nie sú v žiadnom prípade nové ako chladivá. Počas posledných 30 rokov sa uhľovodíky (izobután) používali v Európe ako štandardné chladivo v miliónoch domácich chladničiek, ako aj v niektorých tepelných čerpadlách a klimatizačných zariadeniach. Preto už existujú dlhoročné skúsenosti s používaním uhľovodíkov ako chladiva.

Efektívnosť

Vďaka priaznivým termodynamickým a transportným vlastnostiam propánu a iných uhľovodíkov, sú veľmi vhodné ako chladivá. Na základe vlastností možno očakávať, že budú poskytovať nízke tlakové straty a účinnosť systému rovnako vysokú alebo dokonca vyššiu ako syntetické alternatívy. Ich efektívnosť je nielen teoreticky dokázaná, ale je podporená aj porovnaním účinnosti systému vykonaným s použitím tisícok údajov o produktoch pre systémy z takmer celého trhu EÚ, ktoré používajú buď propán alebo iné chladivá.

Bezpečnosť

Je dobre známe, že propán a iné uhľovodíky sú vysoko horľavé, a to je samozrejme potrebné dôkladne zvážiť pri navrhovaní systémov. Používanie zemného plynu (napr. LNG ako paliva v automobiloch), ktoré je bežné a akceptované takmer na celom svete, zahŕňa podobné riziká. Uhľovodíky používané v tepelných čerpadlách sú obsiahnuté v hermetických systémoch. Medzinárodné bezpečnostné normy sú už zavedené a neustále sa zlepšujú. Nové normy s najväčšou pravdepodobnosťou umožnia širšie používanie uhľovodíkových chladív, keďže sa vyvíjajú podrobnejšie bezpečnostné opatrenia. Dôležitým faktorom pre zvýšenie bezpečnosti alebo rozšírenie použitia uhľovodíkov na väčšie systémy je zníženie náplne chladiva na kW vykurovacieho výkonu v tepelných čerpadlách. Toto je oblasť, ktorá bola doteraz v priemysle zanedbávaná, pretože množstvo náplne nie je dôležitým faktorom pri používaní nehorľavých kvapalín. Nedávny výskum a vývoj ukázali, že efektívne systémy môžu byť prevádzkované s približne 10 g propánu na kW v porovnaní s približne 100 g propánu na kW požadovanými pri typických konštrukciách.

Dostupnosť komponentov

Nedávny prieskum ukázal, že v Európe je komerčne dostupných niekoľko stoviek dizajnov uhľovodíkových tepelných čerpadiel od približne 48 rôznych výrobcov. Tieto čísla jasne ukazujú, že komponenty potrebné na výrobu takýchto tepelných čerpadiel sú na trhu dostupné. Všetky základné výskumné a vývojové práce na optimalizácii konštrukcie výmenníkov tepla, ako aj kompresorov využívajúcich chladivo s nízkym GWP sa vykonali za posledných 15 rokov. To viedlo k široko dostupným komponentom a konštrukčným pravidlám na zvýšenie kapacít výroby.

Čas potrebný na rekonštrukciu

Mnoho výrobcov v Európe už pracuje na nových dizajnoch tepelných čerpadiel s propánom ako chladivom. Prechod od nehorľavých syntetických chladív k horľavým uhľovodíkom si vyžaduje starostlivé zváženie bezpečnosti tak na mieste výroby, ako aj inštalácie produktov. Podobný prechod sa uskutočnil asi pred 30 rokmi, keď celý priemysel chladničiek prešiel z používania R12 na izobután v časovom rámci 3-5 rokov. Na základe týchto skutočností sa čas prechodu na propán pre vonkajšie inštalácie 3-5 rokov a pre vnútorné inštalácie 3-8 rokov zdá byť reálny, v závislosti od rôznych aplikácií a rozsahov výkonu.

Premena trhu začala

V prípade tepelných čerpadiel vzduch-voda sa prechod začal. Väčšina európskych výrobcov tepelných čerpadiel presunula svoje zameranie na propán pri nových produktoch. Šesť z desiatich najlepších modelov tepelných čerpadiel v žiadostiach o financovanie v Nemecku v roku 2022 (všetky vzduch-voda) bolo naplnených propánom. Ostatné skupiny produktov budú tento prechod a dynamiku jeho demonštrovanej cesty sledovať.

Závery

Na záver podporujeme zámer revízie nariadenia o F-plynoch. Používanie prírodných chladív vedie k celkovo udržateľnej prevádzke tepelných čerpadiel. Je to jasné rozhodnutie pre ochranu životného prostredia, ale zároveň poskytuje odvetviu dlhodobú spoľahlivú perspektívu, čo umožňuje zamerať sa skôr na ďalšiu optimalizáciu než na osvojenie si systémov na nové chladivá každých pár rokov.

Zmena chladiva na propán je nezastaviteľná

Hoci zmena chladiva na propán pre vonkajšie tepelné čerpadlá vzduch-voda je nezastaviteľná, zmena na propán pre vnútorné inštalácie je stále náročná a bude pravdepodobne vyžadovať viac ako tri roky, kvôli zložitým bezpečnostným predpisom a požiadavkám na budovy. Preto sa prihovárame za skoré oznámenie jasných a ambicióznych dátumov znižovania syntetických chladív, pričom sa použijú rôzne časové rozpätia vývoja produktov (vnútorné/vonkajšie/monoblokové/delené/viacnásobné/VRF) a aplikačné oblasti (obytné/ komerčné/priemyselné). Akýkoľvek vývoj nových produktov by sa mal jednoznačne zamerať na prírodné chladivá. Udržateľnosť tohto nedávneho prechodu na trh by sa mala podporiť definovaním vysokých, ale transparentných a ľahko uplatniteľných požiadaviek na bezpečnosť výrobkov, zjednodušených a harmonizovanejších stavebných predpisov a bezpečnostných požiadaviek pre logistiku a procesy hromadnej výroby vrátane tých, ktoré sa vzťahujú na výrobné miesta.

Európa, 2. februára 2023

Stanovisko vypracovali na KTH vo Švédsku a podporili ho okrem iných aj SZ CHKT a SV IIR :

KTH Royal Institute of Technology, Sweden, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Freiburg, Germany Technical University of Valencia (UPV, Polytechnic University of Milan, Italy, RWTH Aachen, Germany, Technische Hochschule Ingolstadt, Germany, University College London, Great Britain, University of Gdansk, Poland,  University of Rijeka, University of Skopje, North Macedonia, University of Liege, Belgium, Kaunas University of Technology, Lithuania, University of Vigo, Spain, Norwegian University of Science and Technology, Norway, Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden, Germany, University of Rennes, France, University of Belgrade, Chair for Refrigeration and Heat Pumps, Belgrade, Serbia, University of Zagreb, Croatia, TU Delft, Netherlands, SZ CHKT – Slovak Association for Refrigeration, AC and HPs, SV IIR -Slovak committee for cooperation with IIR, University of Ljubljana, Slovenia, Department of Thermal Technology, Silesian University, Gliwice, Poland, Graz University of Technology, Austria, University of Stuttgart, Germany, OST-Eastern Switzerland University of Applied Sciences, Heat Pump Test Center WPZ

uhľovodíkom si vyžaduje starostlivé zváženie bezpečnosti tak na mieste výroby, ako aj inštalácie produktov. Podobný prechod sa uskutočnil asi pred 30 rokmi, keď celý priemysel chladničiek prešiel z používania R12 na izobután v časovom rámci 3-5 rokov. Na základe týchto skutočností sa čas prechodu na propán pre vonkajšie inštalácie 3-5 rokov a pre vnútorné inštalácie 3-8 rokov zdá byť reálny, v závislosti od rôznych aplikácií a rozsahov výkonu.

Premena trhu začala

V prípade tepelných čerpadiel vzduch-voda sa prechod začal. Väčšina európskych výrobcov tepelných čerpadiel presunula svoje zameranie na propán pri nových produktoch. Šesť z desiatich najlepších modelov tepelných čerpadiel v žiadostiach o financovanie v Nemecku v roku 2022 (všetky vzduch-voda) bolo naplnených propánom. Ostatné skupiny produktov budú tento prechod a dynamiku jeho demonštrovanej cesty sledovať.

Závery

Na záver podporujeme zámer revízie nariadenia o F-plynoch. Používanie prírodných chladív vedie k celkovo udržateľnej prevádzke tepelných čerpadiel. Je to jasné rozhodnutie pre ochranu životného prostredia, ale zároveň poskytuje odvetviu dlhodobú spoľahlivú perspektívu, čo umožňuje zamerať sa skôr na ďalšiu optimalizáciu než na osvojenie si systémov na nové chladivá každých pár rokov.

Zmena chladiva na propán je nezastaviteľná

Hoci zmena chladiva na propán pre vonkajšie tepelné čerpadlá vzduch-voda je nezastaviteľná, zmena na propán pre vnútorné inštalácie je stále náročná a bude pravdepodobne vyžadovať viac ako tri roky, kvôli zložitým bezpečnostným predpisom a požiadavkám na budovy. Preto sa prihovárame za skoré oznámenie jasných a ambicióznych dátumov znižovania syntetických chladív, pričom sa použijú rôzne časové rozpätia vývoja produktov (vnútorné/vonkajšie/monoblokové/delené/viacnásobné/VRF) a aplikačné oblasti (obytné/ komerčné/priemyselné). Akýkoľvek vývoj nových produktov by sa mal jednoznačne zamerať na prírodné chladivá. Udržateľnosť tohto nedávneho prechodu na trh by sa mala podporiť definovaním vysokých, ale transparentných a ľahko uplatniteľných požiadaviek na bezpečnosť výrobkov, zjednodušených a harmonizovanejších stavebných predpisov a bezpečnostných požiadaviek pre logistiku a procesy hromadnej výroby vrátane tých, ktoré sa vzťahujú na výrobné miesta.

Európa, 2. februára 2023

Stanovisko vypracovali na KTH vo Švédsku a podporili ho okrem iných aj SZ CHKT a SV IIR :

KTH Royal Institute of Technology, Sweden, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Freiburg, Germany Technical University of Valencia (UPV, Polytechnic University of Milan, Italy, RWTH Aachen, Germany, Technische Hochschule Ingolstadt, Germany, University College London, Great Britain, University of Gdansk, Poland,  University of Rijeka, University of Skopje, North Macedonia, University of Liege, Belgium, Kaunas University of Technology, Lithuania, University of Vigo, Spain, Norwegian University of Science and Technology, Norway, Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden, Germany, University of Rennes, France, University of Belgrade, Chair for Refrigeration and Heat Pumps, Belgrade, Serbia, University of Zagreb, Croatia, TU Delft, Netherlands, SZ CHKT – Slovak Association for Refrigeration, AC and HPs, SV IIR -Slovak committee for cooperation with IIR, University of Ljubljana, Slovenia, Department of Thermal Technology, Silesian University, Gliwice, Poland, Graz University of Technology, Austria, University of Stuttgart, Germany, OST-Eastern Switzerland University of Applied Sciences, Heat Pump Test Center WPZ

Viac informácií nájdete v časopise Správy 2/2023