Nástup chladiva R290: Co čeká rezidenční tepelná čerpadla

Apel uvedený dále v článku je cílen na odbornou veřejnost, abychom nástup nového chladiva R290 v případě rezidenčních tepelných čerpadel vnímali pozitivně. U jednotlivých profesí informace vychází mimo jiné z osobních zkušeností získaných během školení velkého množství instalačních techniků a odborných firem. Pro přidružené obory je zde příležitost nahlédnout do témat, kterými si odvětví prochází.

Na úvod se určitě patří říci, že to, co budeme v tomto článku rozebírat, je v průmyslu i na univerzitách už dávno známá věc. Nejednomu čtenáři by zvedlo obočí, kdyby našel rezidenční tepelné čerpadlo na vodu (ano H2O v chladicím cyklu). Budoucí inženýři při prvním kontaktu s chladicí technikou dobře vědí, že nejlepší chladivo by byla voda.

Má to však pár termodynamických a technických výzev, a proto se v praxi nepoužívá. Hned za vodou máme v hledáčku již známější výrazy z rodiny přírodních chladiv jako oxid uhličitý, propan, butan, čpavek… Ty mají termodynamické vlastnosti výborné, ale jsou doprovázeny technickými, resp. bezpečnostními výzvami.

Proto jsme zde měli mezidobí syntetických chladiv, které již nemají výborné, ale alespoň dobré termodynamické vlastnosti. To byla daň za vysokou bezpečnost – nehoří a nezpůsobují korozi. Ano a ještě ten jeden „malý“ detail, poškozují životní prostředí. Je třeba si na rovinu říci, že právě tyto vlastnosti dovolily masově vyrábět a instalovat klimatizace v ekonomických a technických možnostech běžné evropské budovy a domácnosti. Jen se zamyslete, kdo z blízkého okolí měl před 30 lety klimatizaci. No a právě z těchto klimatizací se postupně vyvinuly moderní rezidenční tepelná čerpadla.

Člověk je tvor uvědomělý a k životnímu prostředí zodpovědný, proto EU zařadila zpátečku. Jelikož se nám úspěšně podařilo etablovat takový typ zařízení na trh, přišel čas ohlédnout se zpět a následně se posunout vpřed. No a to je ten paradox současné reality, za což si EU často neprávem vyslouží kritiku. Právě ten dobře známý propan, který také známe jako chladivo R290, nás pořád trochu znepokojuje. Přitom mimo rezidenční sektor je tato technologie osvědčená a lety ověřená. Mimochodem i z tohoto předpokladu vycházejí regulace EU.

Dokud nepřekonáme fundamentální technické potíže s chladicím okruhem na vodu, s vysokou pravděpodobností už nebudeme každých 5–10 let měnit chladiva. R290 má v chladicím okruhu lepší termodynamické vlastnosti než dosud používané R32 či R410A, takže jednoznačně jedeme vpřed. Ani pan Darwin by proces popsaný výše jistě nenazval jinak, než evoluce.

Střet dvou světů, chladíř versus topenář

Přejděme od poetického úvodu k faktům. Tepelná čerpadla s chladivem R290 jsou schopna dosáhnout teploty výstupní vody až 75 °C, jako monovalentní zdroj vytápění. To bylo pro předchozí generace s R32 nebo R410A, až na výjimky, nepředstavitelné.
Běžných 55 °C v případě rodinných domů stačilo na novostavby nebo rekonstrukce, ale často jsme naráželi na jeden vážný problém – technické znalosti a zvyky instalačních techniků z oblasti „klasického vytápění“ – rozuměj kotle – byly často v rozporu s tím, co takové tepelné čerpadlo vyžadovalo.

Relativně nízká výstupní teplota vody a ΔT způsobovaly instalatérům, zejména v začátcích, nemalé problémy. Vysoké rychlosti v topném okruhu a chyby průtoku byly na denním pořádku. Topné systémy fungovaly s nízkou účinností a často to z tohoto důvodu nespravedlivě vrhalo špatné světlo na tepelné čerpadlo jako stroj. Kromě toho byl chladicí okruh, který se nachází v tepelném čerpadle, pro topenáře velkou neznámou.

Naopak pro chladíře, resp. klimatizéry se začal otevírat zcela nový, velký svět vytápění. Samozřejmě v opačném pořadí, proto často doháněli znalosti z oblasti vytápění. Rezidenční trh tvořila z větší části tvz. splitová tepelná čerpadla, rozdělená na venkovní a vnitřní jednotku. Chladírina, elektrika a hydraulika, pro chytrého technika jedna báseň. Dodávka a montáž tepelného čerpadla v celkovém finančním vyčíslení ve srovnání s klimatizací je někdy až desetinásobek.

Ale poptávka byla velká a trend jednoznačný, výrobci (zejména ti, co donedávna vyráběli převážně kotle) potřebovali uspokojit požadavky trhu a chladířů nebylo na rozdávání. Neviditelná ruka trhu zařídila to, že se na trh stále více dodávala zařízení v provedení monoblok. U nich je chladicí okruh umístěný v jedné uzavřené sestavě, přímo z výrobního závodu připravený k použití tak, jak jsme naučení například u chladniček. Díky tomu byli i topenáři schopni namontovat a nastavit tepelné čerpadlo bez nutnosti další profese.

Tedy jen do první poruchy chladicího okruhu. Tepelné čerpadlo je často stroj mimořádně komplikovaný a jedno bez druhého prostě nefunguje. Ale jednoznačně můžeme konstatovat, že se segmenty chladírenský (resp. klimatizační) a topenářský postupně k sobě nezadržitelně přibližují. S tím neustále stoupají i nároky na schopnosti instalačních a servisních techniků.

Můžete se ptát, jak toto souvisí s chladivem R290, odpověď je jednoduchá. Z důvodu vysoké hořlavosti tohoto chladiva můžeme na našem trhu provozovat pouze tepelná čerpadla ve verzi monoblok. Ty jsou umístěny mimo budovu, za přísnějších podmínek než dosud. Tedy byznys s tepelnými čerpadly R290 se v plné míře stává dostupným i mimo osoby a organizace certifikované na F-plyny a přírodní chladiva (bez možnosti zásahu do chladicího okruhu).

Vzhledem k nedostatku pracovní síly už nemusíme tlačit na certifikaci těchto firem. Ne vždy je v silách instalačních techniků zvládnout i toto řemeslo, což může vést ke snížení kvality dodaných prací a služeb. Dokonce se při použití tohoto staronového chladiva vracíme k provozním parametrům topného systému, které se opět začínají podobat těm, které nastavujeme když spouštíme plynový kotel.

V neposlední řadě je důležité podotknout, že pro manipulaci s chladivami R290, resp. servis chladicího okruhu tepelných čerpadel musí být osoba a organizace i nadále certifikována tak jako dosud, i když se již přímo nejedná o F-plyny. A právě zde vzniká prostor pro odborníky, kteří mají zájem jít do hloubky tohoto řemesla, aby využili své schopnosti s patřičným ohodnocením.

Riziko, které jsme ochotni přijmout

Největší výzvou je fakt, že R290 je hořlavé. Hned na úvod této části si můžeme položit otázku, jaký je rozdíl mezi plynovou lahví propan-butanu a R290? V hořlavosti a tlaku nijak zásadní. Avšak chladicí okruh potřebuje, pokud možno co nejčistší pracovní látku, proto není R290 odorizováno. Tím pádem neumíme použít jediný lidský smysl, na který se v případě úniku plynu spoléháme (například když připojujeme gril). Proto bude nutné podstupovat dodatečná opatření, na která jsme dosud nebyli zvyklí. Detaily jak pracovat s tímto chladivem na rozdíl od těch předchozích nechme na školení a certifikační orgány. Pro potřeby tohoto článku nám bude stačit použít zdravý rozum.

Určitě si pamatujeme nešťastnou událost v Prešově, kdy únik plynu způsobil výbuch v bytovce. Nebezpečná koncentrace, kdy nám hrozí výbuch zemního plynu, je od cca 5 %, tuto hrozbu bereme vážně a přijímáme protiopatření. V případě R290 sice začínáme od koncentrace 2 %, ale celková náplň v běžném tepelném čerpadle v porovnání s lahví propan-butanu je často jen desetina hmotnosti. Tím pádem se toto riziko významně neliší od toho, na co jsme zvyklí.

Snad nejdůležitějším protiopatřením je fakt, že tepelné čerpadlo na R290 může být umístěno pouze ve venkovním prostředí. Nesmí se v jeho blízkosti nacházet jakékoli přístupy do budovy jako například okna, dveře či větrací šachty.

Také musíme zabránit, aby se v blízkosti nacházely potenciální zdroje zapálení, tedy zejména zásuvky, vypínače a vše, co může vytvořit jiskru nebo mít horký povrch (zdroj vznícení). Co se zařízení týče, ta jsou výrobci připravena a certifikována pro náš trh. Tak jako vždy se dostáváme k tomu, že je třeba si pozorně přečíst instalační manuál, kde jsou všechna pravidla jasně uvedena.

To, že elektrika kope a může způsobit vážná zranění nebo smrt, je každému jasné. Plynový kotel v nás vyvolává přirozenou míru respektu a propan-butanová láhev vedle grilu s otevřeným ohněm nám až tak nevadí. Tedy zkusme použít podobnou analogii a smiřme se s faktem, že nově bude chladivo v tepelném čerpadle hořlavé. Nebo to otočme naopak, těšme se, že tady konečně máme chladivo, které je schopno svými vlastnostmi zajistit všechny potřeby běžné domácnosti.

Únik chladiva do topného systému souvisí ochranou proti zamrznutí

Asi nejhorší možná situace by nastala v případě úniku chladiva R290 z výměníku tepla chladivo-voda, kdy by se chladivo dostalo do topného systému. Velice snadno by se takto chladivo mohlo dostat do technické místnosti, kde je zpravidla umístěn odvzdušňovací ventil. Právě z tohoto důvodu výrobci umisťují na straně hydraulického okruhu odlučovač plynu za tento výměník, kdy je potenciálně nebezpečné chladivo z topné vody vypuzeno a vypuštěno do vnějšího prostředí.

Kromě situace, kdy zamrzne topná voda v tomto výměníku chladivo-voda a poškodí jej, může k takovému úniku dojít jen velmi těžko. Pochopitelně je třeba těmto situacím předcházet. Tepelné čerpadlo ve verzi monoblok je vybaveno různými ochranami proti zamrznutí. Například v případě, že je systém v režimu vytápění vypnutý a teplota vody se blíží k 0 °C, automaticky se spustí oběhové čerpadlo, případně zapne přídavný ohřev tak, aby bylo takovému zamrznutí zabráněno. Toto je už dávno vyřešeno.

Více nás trápí situace v případě výpadku elektrického napájení nebo poškození klíčových komponent jako oběhové čerpadlo či řídicí elektronika. Tehdy je systém nechráněný a do hry vstupují aktivní nebo pasivní ochranné prvky. Například termický ochranný ventil, který funguje na principu bimetalu a vypustí topnou vodu ze systému v případě poklesu teploty vody. V takovém případě však z topného systému vytéká voda samospádem, v případě, že nejsou dobře vyspádovaná potrubí a systém se nám nestihne dobře zavzdušnit, toto řešení se stává neefektivním.

Jediným zaručeným a vždy účinným řešením je použití nemrznoucí směsi. Již od cca 15% koncentrace této směsi (záleží podle typu) a překročení bodu tuhnutí, směs nemusí zamrznout do takové míry, že by ucpala potrubí a roztrhla výměník chladivo-voda.

Někdo by namítal použití nemrznoucí směsi z důvodu snížení výkonu tepelného čerpadla, resp. topného systému. Na rozdíl od minulosti je důležité podotknout, že dnes jsou moderní tepelná čerpadla vybavena oběhovými čerpadly s plynulým řízením výkonu a možnostmi nastavení různých parametrů jako výstupní teplota vody či ΔT. Tedy tento argument snížení výkonu odpadá (což lze ověřit pomocí kalorimetrické rovnice).

Závěrem můžeme konstatovat, že jediné, co by mohlo komplikovat nástup tepelných čerpadel s chladivem R290 na náš trh, jsou staré zvyky, neochota učit se nové věci a doprodání skladových zásob.

Ing. Martin Ondraščin
Autor působí jako servisně-technický specialista KLIMAVEX GROUP.