Czynniki w pompach ciepła – czym są i jakie mają znaczenie?
Czynnik chłodniczy to najważniejszy element działania pomp ciepła, który odpowiada za efektywne przenoszenie energii cieplnej. Podobnie jak układ krwionośny w organizmie człowieka, umożliwia on prawidłową pracę urządzenia – bez niego pompa ciepła nie byłaby w stanie działać wydajnie. W artykule wyjaśniamy, czym jest czynnik chłodniczy, jakie pełni funkcje, jakie jego rodzaje stosuje się w nowoczesnych pompach ciepła oraz jaki ma wpływ na efektywność i ekologiczność systemu grzewczego.
Z tekstu dowiesz się:
- Jak wygląda pełny obieg termodynamiczny czynnika chłodniczego w pompie ciepła?
- Jakie czynniki w pompach ciepła są stosowane?
- Jakie są zalety ekologicznego czynnika chłodniczego w pompie ciepła?
Zastanawiasz się, czym jest czynnik chłodniczy? Zgodnie z definicją to czynnik ziębniczy, ziębnik – czynnik termodynamiczny uczestniczący w wymianie ciepła w urządzeniu chłodniczym lub pompie ciepła, np. marki Vaillant. 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? Jakie jest znaczenie czynnika chłodniczego w pompie ciepła? Poniżej odpowiadamy na najczęściej zadawane pytania dotyczące czynnika chłodniczego.
Obieg czynnika chłodniczego w pompie ciepła – jak wygląda?
W układzie chłodniczym pompy ciepła krąży czynnik termodynamiczny, który w parowniku ulega odparowaniu – aż do całkowitego przejścia ze stanu ciekłego w gazowy. Podczas tego procesu odbiera on ciepło z dolnego źródła. Następnie czynnik w postaci gazu trafia do sprężarki, gdzie jest zasysany i sprężany z niższego do wyższego ciśnienia, co powoduje wzrost jego temperatury powyżej temperatury otoczenia.
Dzięki temu w skraplaczu możliwe jest oddanie ciepła do instalacji grzewczej. W tym etapie czynnik oddaje ciepło utajone i skrapla się, przechodząc ze stanu gazowego w ciekły. Kolejno przepływa przez zawór rozprężny, w którym następuje obniżenie ciśnienia i temperatury. Po tym etapie czynnik ponownie trafia do parownika, a cały cykl się powtarza.
Przeczytaj też: Pompa do ogrzewania wody i domu – sposób na większe oszczędności
Czynniki w pompach ciepła – jakie rodzaje są stosowane?
Do najbardziej popularnych rodzajów czynników chłodniczych w pompach ciepła należą R410A, R32 oraz R290
- Czynnik chłodniczy R410A
Czynnik ten jest jednym z najpopularniejszych, które stosuje się w układach klimatyzacji i pompach ciepła. Czynnik chłodniczy R410A zastąpił czynnik R22 – który został całkowicie wycofany z produkcji w USA w 2020 roku w wyniku 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 tego czynnika jest to, iż w zasadzie jest on mieszaniną dwóch innych czynników. 50% składu to czynnik R32. Pozostała połowa 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.
Czynnik R410 jest niepalny i niewybuchowy – należy do grupy A1/A1. Nie jest toksyczny dla ludzi, jednak jego wdychanie może powodować działanie psychoaktywne. Bezpośredni kontakt może wywołać natomiast odmrożenie skóry, jak również podrażnienie gałek ocznych.
Od 2025 roku zgodnie ze zmianami wprowadzonymi przez Komisję Europejską, wszystkie czynniki o GWP powyżej 750 są zakazane w stosowaniu – na tej liście znajduje się zatem czynnik R410. Warto jednak pamiętać, że ograniczenie obejmuje jedynie nowe pompy ciepła i systemy klimatyzacyjne. Przepisy nie dotyczą sytuacji, gdy ilość czynnika w urządzeniu nie przekracza 3 kg. 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.
- Czynnik chłodniczy R32 (difluorometan)
Czynnik R410A jest drogi w produkcji i wymaga skomplikowanej technologii. Na świecie istnieją dwie fabryki, które zajmują się produkcją tego czynnika. Ze względu na jego braki na rynku i większy współczynnik GWP, producenci zostali zmuszeni do stosowania czynnika R32, a instalatorzy – do montowania pomp ciepła i klimatyzatorów z taką substancją wewnątrz. Czynnik chłodniczy R32 ma znacznie niższy GWP od czynnika R410A i wynosi on dokładnie 675. Czynnik chłodniczy R32 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. Co więcej, nawet gdyby czynnik w całości wpłynął z pompy ciepła do pomieszczenia o powierzchni 12 m2 – gaz wciąż nie osiągnąłby nawet dolnej granicy palności.
W ostatnim czasie, wielu producentów pomp ciepła decyduje się na wprowadzenie nowej generacji tych urządzeń z czynnikiem R290. Najważniejszą zaletą, stosowania tego czynnika jest znikomy wskaźnik GWP=3. Przekłada się to zatem na brak konieczności rejestracji urządzenia w CRO (Centralny Rejestr Operatorów). Propan jest jednorodnym czynnikiem chłodniczym, którego właściwości termodynamiczne są nawet lepsze niż R32 i R410A. Jest bardzo tani i szeroko dostępny. Jednocześnie jest to czynnik o wysokiej klasie palności A3. 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 i jego nadmierna emisja. Nowo wchodzące na rynek czynniki naturalne również mają doskonałe właściwości termodynamiczne, co jeszcze bardziej zwiększa ich wartość.
Ekologiczny czynnik chłodniczy w pompie ciepła – jakie ma zalety?
Naturalne czynniki chłodnicze były obecne w urządzeniach chłodniczych już od bardzo dawna. Pierwsza pompa ciepła, która powstała była oparta na naturalnym czynniku chłodniczym (para wodna). Ustąpiły one jednak miejsca syntetycznym czynnikom, ponieważ te naturalne są niestety palne i wybuchowe, a syntetyczne bezpieczniejsze w użytkowaniu ze względu na niskie ryzyko wybuchowości. Po latach stwierdzono jednak, aby stopniowo odchodzić od syntetycznych czynników.
Głównie dlatego, że mają one zły wpływ na środowisko naturalne np. na degradację warstwy ozonowej, a zarazem powiększanie się efektu cieplarnianego. Aby zminimalizować te skutki wraz z coraz większą ilością pojawiających się urządzeń grzewczo-chłodzących na świecie, wiele państw wprowadziło proekologiczną politykę wykorzystywania naturalnych czynników chłodniczych.
Zatem, jaki czynnik chłodniczy wybrać? Postaw na naturalne czynniki, które w mniejszym stopniu przyczyniają się do powstawania efektu cieplarnianego, są stosunkowo tanie w wytworzeniu oraz łatwo dostępne. Mają mniejszą objętość właściwą, co pozwala zmniejszyć także rozmiar kluczowych elementów pomp ciepła i innych części urządzenia, które współpracują z cieczą. Pompy ciepła na czynniku naturalnym są do 25% wydajniejsze od tych z czynnikiem syntetycznym.
Przeczytaj też: Dobór pompy ciepła. Poznaj zasady działania różnych rodzajów pomp do ogrzewania domu i wody