Znajdź
Znajdź instalatoraZnajdź
Znajdź instalatora

Czynnik chłodniczy w pompach ciepła – jaką rolę odgrywa?

Czynnik chłodniczy to kluczowy element w działaniu pomp ciepła, odpowiadający za efektywne przenoszenie energii cieplnej. Dowiedz się, jakie są jego funkcje, jakie rodzaje czynników stosuje się w nowoczesnych urządzeniach oraz jak wpływa na wydajność i ekologiczność całego systemu grzewczego.

Z artykułu dowiesz się:

  • Co to jest czynnik chłodniczy (ziębniczy)?
  • Jak wygląda pełny obieg termodynamiczny czynnika chłodniczego w pompie ciepła?
  • Czym charakteryzuje się czynnik chłodniczy R410A?
  • Co to jest czynnik chłodniczy R32?
  • Co musisz wiedzieć o czynniku R290?
  • Jakie zalety mają naturalne, ekologiczne czynniki chłodnicze?

Nowoczesne czynniki chłodnicze w systemach grzewczych – co to jest?

Tzw. czynnik chłodniczy to inaczej czynnik ziębniczy, ziębnik. Zgodnie z definicją jest to czynnik termodynamiczny uczestniczący w wymianie ciepła w urządzeniu chłodniczym lub pompie ciepła. Wrząc pod niskim ciśnieniem i w niskiej temperaturze, pobiera ciepło, które następnie oddaje w trakcie skraplania pod wyższym ciśnieniem i w wyższej temperaturze.

Jak działa czynnik chłodniczy w pompie ciepła – pełny obieg termodynamiczny

W układzie chłodniczym znajduje się czynnik termodynamiczny, który ulega odparowaniu w parowniku do momentu, aż ostatnia jego kropla przejdzie ze stanu cieczy do stanu gazowego. Odparowując, czynnik odbiera ciepło z komory chłodniczej. Na wejściu do sprężarki jest on następnie zasysany i sprężany z ciśnienia niższego do wyższego. Wraz ze sprężeniem podwyższa swoją temperaturę – na wyższą od tej panującej w otoczeniu.

Czynnik chłodniczy musi posiadać temperaturę wyższą od otoczenia, aby zaszło zjawisko oddawania ciepła. W postaci sprężonej oddaje on ciepło w skraplaczu, przechodząc ze stanu gazowego w stan ciekły. Następnie zostaje rozprężony w zaworze rozprężnym, przez co zmienia swoje ciśnienie i obniża tym samym temperaturę. Na kolejnym etapie czynnik trafia ponownie do parownika, gdzie cały proces się powtarza.

Przeczytaj też: Jak działa pompa ciepła?

Rodzaje czynników chłodniczych w pompach ciepła: gaz R410A

Do najbardziej popularnych czynników chłodniczych stosowanych w pompach ciepła należą: R410A, R32 oraz R290. Poniżej omówimy każdy z nich.

Czynnik chłodniczy R410A jest jednym z najpopularniejszych, które stosuje się w układach klimatyzacji i pompach ciepła. Zastąpił on czynnik R22 – który został całkowicie wycofany z produkcji w USA w 2020 roku z powodu bardzo wysokiego potencjału niszczenia warstwy ozonowej. Warto wspomnieć, że obecnie wszystkie czynniki stosowane w pompach ciepła wykazują 0 ODP (ODP – ang. ozone depletion potential, czyli potencjał niszczenia warstwy ozonowej). Wynika to z zastosowania fluoru zamiast bromu lub chloru, które są wycofywane z użytku.

Ważną informacją co do czynnika R410A jest to, iż w zasadzie stanowi on mieszaninę dwóch innych czynników. 50% składu to czynnik R32, pozostała połowa zaś to czynnik z oznaczeniem R125. Czynnik R410A stosuje się w urządzeniach chłodniczych, grzewczych i klimatyzacyjnych, których temperatura parowania wynosi od -70°C do 40°C. Warto podkreślić, że ten czynnik chłodniczy jest niepalny i niewybuchowy – należy do grupy A1/A1. Nie jest toksyczny dla ludzi, jednak jego wdychanie może powodować działanie psychoaktywne. Bezpośredni kontakt wywołuje czasem odmrożenie skóry, jak również podrażnienie gałek ocznych.

Przeczytaj też: Współczynnik COP pompy ciepła – co to jest i od czego zależy jego wartość?

Od 2025 roku – zgodnie ze zmianami wprowadzonymi przez Komisję Europejską – wszystkie czynniki o GWP powyżej 750 będą zakazane w stosowaniu. (GWP – ang. global warming potential, określa wpływ czynnika na globalny efekt cieplarniany. Wartość ta jest wynikiem porównania ilości ciepła zatrzymanego przez 1 kg gazu i ilości zatrzymanego ciepła przez 1 kg dwutlenku węgla – najczęściej w horyzoncie 100 lat). Na tę listę wpisuje się zatem także czynnik R410A. Warto jednak pamiętać, że ograniczenie będzie obejmowało jedynie nowe pompy ciepła i systemy klimatyzacyjne. Przepisy nie dotyczą również sytuacji, gdy ilość czynnika w urządzeniu przekracza 3 kg.

Czynnik chłodniczy R32 (difluorometan)

Niestety czynnik R410A jest drogi w produkcji i wymaga skomplikowanej technologii. Na świecie istnieją jedynie dwie fabryki, które zajmują się jego produkcją. Ze względu na jego braki na rynku i jego większy współczynnik GWP producenci zostali zmuszeni do stosowania czynnika R32, a instalatorzy – do montowania pomp ciepła i klimatyzatorów z taką właśnie substancją wewnątrz.

Czynnik chłodniczy R32 ma znacznie niższy GWP od R410A – wynosi on dokładnie 675. Należy do grupy o niskim stopniu palności według normy ISO 817. Samozapłon czynnika R32 może nastąpić dopiero w temperaturze +600°C, czyli bardzo daleko poza normalnymi warunkami pracy pompy ciepła. Na dodatek, nawet gdyby w całości wypłynąłby z pompy ciepła do pomieszczenia o powierzchni 12 m² – gaz wciąż nie osiągnąłby nawet dolnej granicy palności.

Czynnik chłodniczy R290 (propan)

W ostatnim czasie wielu producentów pomp ciepła decyduje się na wprowadzenie nowej generacji tych urządzeń – z czynnikiem R290. Najważniejszą zaletą stosowania go jest znikomy wskaźnik GWP – równy 3. Przekłada się to zatem na brak konieczności rejestracji urządzenia w CRO (Centralnym Rejestrze Operatorów). Propan to jednorodny czynnik chłodniczy, którego właściwości termodynamiczne są nawet lepsze niż R32 i R410A. Jest bardzo tani i szeroko dostępny. Jednocześnie ma on wysoką klasę palności – A3.

Wato podkreślić, że naturalne czynniki chłodnicze będą miały w przyszłości coraz większe znaczenie z uwagi na ograniczanie efektu cieplarnianego i negatywnych skutków, jakie niesie za sobą dwutlenek węgla oraz jego nadmierna emisja. Nowo wchodzące na rynek czynniki naturalne również mają doskonałe właściwości termodynamiczne, co jeszcze bardziej zwiększa ich wartość.

Przeczytaj także: Rodzaje pomp ciepła – poznaj je bliżej

Naturalne, ekologiczne czynniki chłodnicze – jakie mają zalety?

Naturalne czynniki chłodnicze były obecne w urządzeniach chłodniczych już od bardzo dawna. Na jednym z nich działała pierwsza pompa ciepła, jaka powstała – napędzała ją para wodna. Naturalne czynniki chłodnicze ustąpiły miejsca syntetycznym, ponieważ te pierwsze są niestety palne i wybuchowe, a te drugie – bezpieczniejsze w użytkowaniu ze względu na niskie ryzyko wybuchowości.

Po latach stwierdzono jednak, że należy stopniowo odchodzić od syntetycznych czynników. Dzieje się tak głównie dlatego, że mają one zły wpływ na środowisko naturalne – przyczyniają się do degradacji warstwy ozonowej, a zarazem powiększania efektu cieplarnianego. Aby zminimalizować te skutki oraz z uwagi na coraz większą liczbę pojawiających się urządzeń grzewczo-chłodzących na świecie, wiele państw wprowadziło proekologiczną politykę wykorzystywania właśnie naturalnych, ekologicznych czynników chłodniczych.

W mniejszym stopniu przyczyniają się one bowiem do powstawania efektu cieplarnianego, są też stosunkowo tanie w wytworzeniu oraz łatwo dostępne. Mają mniejszą objętość właściwą, co pozwala zmniejszyć także rozmiar kluczowych elementów pomp ciepła i innych części tych urządzeń, które współpracują z cieczą. Pompy ciepła na czynniku naturalnym są do 25% wydajniejsze od tych z czynnikiem syntetycznym. To w nich więc można upatrywać przyszłość nowoczesnych systemów grzewczo-chłodzących.

Przeczytaj: Pompa ciepła o podwyższonej klasie efektywności energetycznej – co warto o niej wiedzieć?