Co je třeba vědět o chladivech

Množstevní omezení chladiv vyjádřená v CO_{2_ekv}. prostřednictvím nařízení č. 517/2014/EU mají zabezpečit skokové snižování emisí F-plynů, především HFC chladiv, ze 100 % v roce 2015 na 21 % v roce 2030. To vyvolává mnohé otázky. Ty se týkají například i začínajících velkých staveb, které se budou dokončovat v letech 2017 až 2020 s cílem dosáhnout zařazení stavby do vyšší energetické třídy, jakož i stacionárních chladicích zařízení, která obsahují HFC chladiva, jejichž GWP je 2 500 nebo vyšší.

Chladivo jako pracovní látka

Pomocí chladiva se v chladicím zařízení nebo tepelném čerpadle uskutečňuje tepelný oběh, během něhož se přijímá teplo z chlazené látky při nízké teplotě a nízkém tlaku a odevzdává teplo do ohřívané látky při vyšší teplotě a tlaku. Při tomto procesu chladivo mění své skupenství z kapalného na plynné a naopak.

Chladiva rozlišujeme podle původu na:

• a.    přírodní látky vyskytující se ve volné přírodě, například NH3, CO₂, voda;
• b.    čisté uhlovodíky, například propan, izobutan;
• c.    halogenované uhlovodíky, čili CFC, HCFC, HFC, HFO chladiva.

Vliv na životní prostředí

V legislativě EU je zřetelná a jasná tendence oddělit bezpečnost a zdraví při práci od životního prostředí, přičemž v současnosti mají prioritu normy související  s životním prostředím. To platí i pro halogenovaná chladiva. Mezi nejznámější nařízení Evropského parlamentu a Rady EU týkající se životního prostředí patří nařízení č. 1005/2009/ES zaměřené na CFC a HCFC chladiva z hlediska poškozování ozónové vrstvy Země a nařízení č. 842/2006/EU změněné nařízením č. 517/2014/EU zaměřené na HFC chladiva z hlediska přímého vlivu na oteplení Země. CFC chladiva už skončila a HCFC chladiva dobíhají bez možnosti dalšího servisu od 1. ledna 2015. Pozornost se tak orientuje na HFC, HFO a přírodní chladiva v závislosti na velikosti skleníkového efektu (GWP).

Obr. 1 Růst emisí F-plynů je znázorněn žlutou, jedinou stoupající čárou. Vývoj emisí v % CO_{2_ekv}. v SR je porovnán podle cíle Kjótského protokolu (tučná černá čára).

Důvody politiků pro množstevní omezení F-plynů

F-plyny představují z celkových skleníkotvorných emisí jen přibližně 1 až 2 %. Pokud by se však jejich růst nezastavil, jejich podíl by se mohl zvýšit až na 7 % (obr. 1). Protože opatření v nařízení č. 842/2006/EU nestačila na zabezpečení plánovaného poklesu emisí, nařízení č. 517/2014/EU přineslo už přímo plán snižování spotřeby HFC chladiv (Phase down) vyjádřený v CO_{2_ekv.} (obr. 2). Ve skutečnosti je to jen jeden z pilířů (obr. 3), na němž jsou postaveny cíle týkající se snižování emisí. Podstatné však je, že řešení v podobě náhrady (tzv. chladiva s nízkým GWP), i když ne za všechna HFC chladiva a na všechna použití, už existují.

Obr. 2 Hlavní pilíře opatření nařízení č. 517/2014/EU na snižování emisí do roku 2050 určují povinnosti výrobcům, provozovatelům i servisním organizacím.

Jak rozumět principu CO_{2_ekv.}

Předat se bude dát více chladiva, bude-li mít nižší GWP
Cílem je umožnit prodej chladiv v dostatečném množství, ale stále s celkově nižším potenciálem emisí vyjádřených ekvivalentně k emisím CO₂.

Nákup stejného množství chladiva s hmotností 10 kg, ale s různým GWP může vypadat takto:

• nákup 10 kg chladiva R404A s GWP = 3 922 znamená po vynásobení nákup 39 tun CO_{2_ekv.,}
• nákup 10 kg chladiva R134a s GWP = 1 430 znamená po vynásobení nákup 14 tun CO_{2_ekv.}

Tento princip výpočtu bude vést k prodeji chladiv s nižším GWP. Ceny chladiv s vyšším GWP budou pravděpodobně růst a diskutuje se i o poplatcích. Snížení emisí CO₂ se bude dosahovat nejen z důvodu snižování prodeje chladiv s vyšším GWP, ale i z důvodu snižování velikosti náplní chladiva, zvyšování těsnosti a zhodnocování chladiva.

Obr. 3 Montrealský a Kjótský protokol v zeleném mají celosvětový význam a na ně navazují evropská nařízení a cíle ve žlutém.

První dramatický skok

Množstevní omezení vyjádřené v CO_{2_ekv.} na obr. 4 popisují celkovou spotřebu F-plynů složenou z nových náplní, doplnění za únik, ze ztráty při plnění a recyklaci. Jde o politické řešení, které má cestou nařízení č. 517/2014/EU zabezpečit skokové snižování emisí F-plynů ze 100 % v roce 2015 na 21 % v roce 2030.

Obr. 4 Snižování emisí vyjádřených v CO_{2_ekv} s většími propady v letech 2018 a 2020 až 2022.

Proti základnímu východiskovému množství v CO_{2_ekv.} z ročního průměru chladiv umístěných na trh v letech 2009 až 2012 klesne spotřeba v CO_{2_ekv.} v roce 2018 na 63 %. Je to velký skok, který se dá zvládnout hlavně vyloučením chladiva R134a z mobilní klimatizace v automobilech, v letech 2020 až 2022 vyloučením chladiv R404A a R507 z nových hermeticky uzavřených (HU) okruhů, zákazem servisu existujících zařízení s náplní od 40 tun CO_{2_ekv.} (10,2 kg R404A) a novým chladivem od 1. 1. 2020.

Vezmeme-li v úvahu, že průměrné hodnoty GWP všech v současnosti v EU používaných HFC chladiv jsou přibližně 2 200 až 2 300, vychází průměrné GWP po přepočítání v případě snížení na 21 % v roce 2030 nižší než 500 (obr. 5), takže chladiva s vyšším GWP mohou být nedostatková.  

Obr. 5 Pokles průměrného GWP chladiv. V roce 2018 by už mělo být průměrné GWP jen 1 450. Ve výpočtu se uvažují průměrné hodnoty GWP všech v současnosti v EU používaných HFC chladiv přibližně 2 200 až 2 300. Po přepočítání na snížení na 21 % bude v roce 2030 průměrné GWP nižší než 500.

Rok 2018 – pokles CO_{2_ekv.} díky mobilní klimatizaci

Průběžný pokles průměrného GWP na obr. 5 vychází ze současné hodnoty 2 250. V roce 2018 už by mělo být průměrné GWP jen 1 450, což je výrazné snížení zvládnutelné v rámci změny chladiva v mobilní klimatizaci v nových vozidlech, vyřazováním chladiv R404A a R507 z nových hlavně HU výrobků a dodatečným zmodernizováním starých systémů na alternativní chladiva. V roce 2017 bude končit chladivo R134 s GWP=1430 v mobilní klimatizaci v nových vozidlech a nahradí ho s velkou pravděpodobností hlavně chladivo HFO1234yf s GWP = 4. Vzhledem k významnému podílu mobilní klimatizace na celkové spotřebě chladiv (až 40 %) půjde o velký pokles přepočítaný na CO_{2_ekv.} Také ostatní chladicí zařízení budou výrobci postupně dodávat s alternativními chladivy s nižším GWP.

Náhrady, alternativy

Bez ohledu na to, že požadované poklesy CO_{2_ekv} jsou zvládnutelné, je třeba navíc respektovat zákazy použití chladiv s GWP nad 2 500. Současné náhrady, alternativní chladiva s GWP do 500, případně vyšším, jsou většinou hořlavá, některá i jedovatá a chladivo CO₂ je zase vysokotlakové. V současnosti už jsou informace o připravovaných alternativních chladivech, směsích s GWP mezi 300 až 900, jejichž přehled je uveden v tab. 1.

Náhrady snižující CO_{2_ekv.} za R404A a R507

Náhrady s GWP pod 2 500 v bezpečnostní skupině A1 na servis metodou drop in po roce 2020 a náhrady za R134a s GWP pod 1 000 v bezpečnostní skupině A1 na servis metodou drop in po roce 2020 se nabízejí už nyní. Není tedy důvod setrvávat u chladiv R404A a R507 (výjimku tvoří velmi nízké teploty), a je třeba je opustit. Z alternativních chladiv se pro stacionární chlazení nabízejí R407A a R407F, větší snížení emisí CO₂ se dosahuje s chladivem R407F. Objevují se už i směsi s GWP nižším než 1 000.

Čeká se na náhradu za R410A

Toto chladivo (GWP = 2 088) zatím nepodléhá žádným zákazům a zároveň za ně zatím není v prodeji ani žádné adekvátní alternativní chladivo, které by bylo nehořlavé a mělo podobnou objemovou chladivost a energetickou efektivnost. Nahrazení se předpokládá do pěti let.

Velké stavby s vyšší energetickou třídou

Začínající velké stavby, které se budou dokončovat v letech 2017 až 2020, zatím nemají na výběr, chtějí-li použít například VRV systém s cílem dosáhnout zařazení stavby do vyšší energetické třídy. Když se stavba bude dokončovat například v roce 2018 a předpokládaná životnost VRV systému je 15 let, v roce 2030 už chladivo R410A může být s ohledem na servis dražší. Nemělo by však být nedostatkové a budou za ně existovat i náhrady. Alternativně lze použít v nepřímých systémech i chladivo R134a, čímž se však budova může přeřadit do nižší energetické třídy.

Chladivo R32 (GWP 675) a jeho směsi s HFO

Toto chladivo a jeho směsi se považují za adekvátní náhrady R410A, jsou však mírně hořlavé a v EN 378-1 budou zařazeny do bezpečnostní skupiny A2L. Zatím se mimo Evropu využívají jen u jednoduchých split systémů a nepřímého chlazení, protože vyžadují větší bezpečnostní opatření.

Jak je to s CO₂?

CO₂ si své místo jako chladivo nachází hlavně v obchodním a průmyslovém chlazení, prosazuje se i v tepelných čerpadlech na přípravu teplé vody a počítá se s ním i u přepravního chlazení. Situace se více ustálila i v souvislosti s novými alternativními chladivy, směsmi HFO, HC i HFC s nízkým GWP, které se jeví jako perspektivní v mnoha aplikacích. Každé chladivo s GWP nad 150 však lze považovat jen za dočasné.

Zákazy uvedení na trh

Z tab. 2 vyplývá následující.

Od roku 2015 se domácí chladničky nebudou ve výrobě plnit chladivem R134a. Obecně akceptovaná náhrada je chladivo R600a.

Od roku 2020 se hermeticky uzavřené obchodní chlazení nebude plnit chladivy R404A, R507. Obecně akceptované náhrady jsou propan, CO₂ a potenciální HFO směsi. Hermeticky uzavřené obchodní chlazení se od roku 2022 nebude plnit ve výrobě chladivy s GWP > 150. To znamená, že ani HFO/HFC směsi nepřicházejí v úvahu.
Stacionární chlazení se od roku 2020 nebude ve výrobě ani při uvádění do provozu plnit chladivy R404A, R507, kromě aplikací s teplotami pod –50 °C. Je třeba počítat s tím, že od roku 2020 do roku 2030 se chladiva s GWP > 2 500 budou moci používat na servis zařízení s množstvím chladicí směsi minimálně 40 tun ekvivalentu CO₂ jen jako recyklované nebo regenerované, tedy v podobném režimu, v jakém fungovalo chladivo R22 do konce roku 2014.

Od roku 2020 se mobilní interiérová klimatizační zařízení nebudou plnit HFC chladivem, protože GWP musí být < 150. Obecně akceptovaná náhrada je propan.

Od roku 2025 se rozdělené klimatizační systémy s obsahem menším než 3 kg fluorovaných skleníkových plynů nebudou plnit například R410A. Předpokládá se R32… s GWP < 750.

Od roku 2022 se pro obchodní účely zakazují sdružené centralizované chladicí systémy (ZCCHS) v kaskádě s výkonem > 40 kW s přímým chlazením na střední teploty, v nichž jsou chladiva s GWP 150 nebo více. Tento zákaz podle definice kaskádového systému v nařízení znamená, že v primárním okruhu se sice může použít chladivo R134a s přímou expanzí (DX), ale pro střední teploty (MT) se musí využít nepřímé chlazení nebo stejně jako pro nízké teploty (LT) chladivo s GWP 150 nebo nižším podle obr. 6. U sdružených centralizovaných chladicích systémů s nominálním výkonem 40 kW a vyšším se při nepřímém chlazení s výkonem >40 kW pro střední teploty mohou použít fluorované skleníkové plyny s GWP menším než 1 500 v primárním okruhu, ale v MT a LT okruzích se může použít jen chladivo s GWP < 150.

Obr. 6 U ZCCHS se v primárním okruhu sice může použít chladivo R134a s přímou expanzí (DX), ale pro střední teploty (MT) se v tom případě musí využít nepřímé chlazení a na nízké teploty (LT) se musí použít chladivo s GWP 150 nebo nižším.

Výjimka pro teploty pod –50 °C

Tato výjimka platí i pro centralizované chladicí systémy, například pro mrazicí zařízení s ultranízkou teplotou zmrazování a skladování farmaceutických výrobků při teplotě –70 °C. Kaskádový systém v nižším stupni využívá chladivo R23. Ačkoli má toto chladivo vysoké GWP 14 800, není zatím žádná jeho alternativa. Nižší stupeň však pracuje s teplotou pod –50 °C, takže pro ně platí výjimka. Ve vyšším stupni se může použít chladivo R404A s GWP 3 922, tedy vyšším než 2 500. Je-li systém navržen a pracuje jako jedno kaskádové zařízení s výslednou teplotou pod –50 °C, oba chladicí okruhy spadají do výjimky pro instalaci i servis zařízení s výslednou teplotou pod –50 °C.

Úkoly provozovatelů

Kontroly těsnosti

Limity HFC chladiv pro vykonávání kontrol vyjádřené hmotností v kg jsou nahrazeny limity množství vyjádřenými v tunách CO_{2_ekv.} (součin hmotnosti skleníkových plynů v tunách a jejich GWP – skleníkového efektu).

Převod limitů:

• 3 (6) kg → 5 (10) tun CO_{2_ekv}
• 30 kg → 50 tun CO_{2_ekv}
• 300 kg → 500 tun CO_{2_ekv}

Konkrétně to znamená, že limit množství, od kterého začíná povinnost vykonávat kontroly těsnosti, závisí na GWP chladiva v zařízení (je třeba poznamenat, že to neovlivňuje požadavky na kontroly úniků a limity pro chladivo R22, které není zahrnuto do nařízení č. 517/2014/EU).
Bude-li zjištěn únik, vzniká povinnost bezodkladné opravy. Provozovatel by se měl v individuálních případech rozhodovat svědomitě, a to nejen podle limitního úniku či energetické efektivnosti, ale měl by zabezpečovat i prevenci – správným návrhem, montáží a provozem.

Zhodnocování chladiva

Provozovatelé těchto zařízení musejí zajistit, aby se sběr a skladování HFC chladiv ze zařízení během údržby či servisu nebo před zničením výrobků či zařízení vykonávaly certifikovanými odbornými podniky.

Instalované detektory úniku

Zařízení s obsahem chladiva 500 tun CO_{2_ekv.} a vyšším musejí mít instalovaný systém detekce úniků, který v případě detekce úniku upozorní, alarmuje provozovatele. Systém detekce úniku se musí kontrolovat každých 12 měsíců.

Vedení záznamů

Provozovatelé zařízení, u nichž se musí pravidelně kontrolovat těsnost, jsou povinní zavést a udržovat záznamy. Na to mají certifikované organizace k dispozici program LeakLog, který zabezpečí nejen kompletní vedení záznamníku, ale i požadované formuláře a údaje na oznamování podle zákona.

Prodej předplněných zařízení

Nehermeticky uzavřená, rozdělená zařízení naplněná F-plyny se prodávají konečným uživatelům jen tehdy, poskytnou-li se důkazy, že instalaci vykoná certifikovaný podnik.

Závěr

Provozovatelé zařízení s HFC chladivy jsou odpovědni za bezpečný, spolehlivý a správně technicky i energeticky efektivní provoz zařízení a systémů. Provozovatelé odpovídají za zhodnocení chladiva, pravidelnost kontrol ve stanovených intervalech a za velikost úniků plynů, zabraňují těmto únikům a jsou povinni zabezpečit, aby se bezodkladně vykonala oprava zařízení v případě zjištění úniku. Za nadlimitní úniky se jim může uložit pokuta. Odpovídají též za vedení záznamníku (provozního deníku) a jsou povinní oznamovat údaje příslušnému ministerstvu. Oznamování si mohou smluvně zajistit servisní organizací, certifikovanou fyzickou osobou-podnikatelem nebo právnickou osobou, která odpovídající evidenci vede.

Celý systém vztahů mezi provozovatelem a certifikovanou servisní organizací by měl být komplexně propojen a jeho společným mottem by mělo být:

• pracuje-li chladicí okruh správně, uniká méně chladiva a zařízení se méně porou­chává,
• pokud se chladicí okruh pravidelně kontroluje, úniky se včas zjistí a systém je energeticky efektivnější.

Když kompresor pracuje při normálních provozních tlacích, nenastávají projevy poruch vysokého či nízkého tlaku, únik chladiva je v mezích zákona, funkce okruhu je správně nastavená a okruh je bezpečný. Zákazník by měl vyžadovat vyplněný záznamník, nejlépe v programu LeakLog, nalepený štítek kontroly úniku, případně štítek doplněného, regenerovaného chladiva. Taktéž by si měl objednat termín další kontroly a oznámit údaje na OÚ ŽP do 31. ledna.

Literatura
1. Tomlein, P.: Chladivá. Učebné texty SZ CHKT, 2010.
2. Tomlein, P.: Chladiace okruhy s HFCs chladivami. In: TZB Haustechnik, 2011, č. 2.
3. Normy STN EN 13313, STN EN 378 1-2 +A2, ASHRAE 34, ISO 817.
4. Nařízení EP a R č. 842/2006/EU, č. 517/2014/EU, č. 1005/2009/EU.
5. Správy SZ CHKT 6-8/2014, 1/2015.
6. Zákony č. 286/2009 Sb. z., č. 321/2012 Z. z., vyhláška č. 314/2009 Sb. z.
7. Firemní materiály DuPont, Honeywell, Bitzer, EPEE, AREA.
8. Průvodce F-plyny. Dostupné online na: www.szchkt.org.
9. Dostupné online na: www.szchkt.org .

Text: doc. Ing. Peter Tomlein, CSc.

Obrázky: archiv autora

Ilustrační foto: Dano Veselský
Autor je tajemníkem Slovenského svazu pro chladicí a klimatizační techniku a působí také na Strojní fakultě STU v Bratislavě.