Instalacje klimatyzacji i ich wpływ na środowisko

Poję­cia „chłod­nic­two i kli­ma­ty­za­cja” zawsze były zwią­za­ne ze śro­do­wi­skiem wewnętrz­nym jaki i zewnętrz­nym. Celem takiej insta­la­cji było zapew­nie­nie odpo­wied­nie­go śro­do­wi­ska oraz kom­for­tu (tem­pe­ra­tu­ry oraz wil­got­no­ści) w danym obsza­rze, budyn­ku lub strefie.

Począt­ko­wo ubocz­nym skut­kiem dzia­ła­nia takiej insta­la­cji było nega­tyw­ne dzia­ła­nie na śro­do­wi­sko zewnętrz­ne poprzez uży­wa­nie róż­nych czyn­ni­ków chłod­ni­czych, szko­dli­wych dla kli­ma­tu naszej pla­ne­ty, któ­re przez roz­ma­ite nie­szczel­no­ści oraz wymia­ny czyn­ni­ka prze­do­sta­ją się do atmos­fe­ry. Dopie­ro po wyko­na­niu sze­re­gu badań, czę­sto trwa­ją­cych wie­le lat, usta­la­no zasa­dy oraz nor­my, któ­rym pod­le­ga­ją obec­nie uży­wa­ne czyn­ni­ki. Z roku na rok sta­ją się one coraz bar­dziej restrykcyjne.

1. Podział czynników

Obec­nie czyn­ni­ki chłod­ni­cze ozna­cza się zgod­nie z jed­no­li­tym sys­te­mem przy­ję­tym przez Euro­pej­ską Komi­sję Mię­dzy­na­ro­do­we­go Komi­te­tu Chłod­nic­twa (stan­dard ISO).

Nazwa skła­da się z kli­ku sym­bo­li, któ­rych wiel­kość zwią­za­na jest ze skła­dem che­micz­nym opi­su­ją­cym dany czyn­nik. Numer kodo­wy poprze­dzo­ny jest lite­rą R, ozna­cza­ją­cą czyn­nik zięb­ni­czy (ang. Refri­ger­nat).

Poni­żej opi­sze­my zasa­dę nazew­nic­twa przy­kła­do­wej sub­stan­cji Rxyz:

• X – okre­śla licz­bę ato­mów węgla w czą­stecz­ce zmniej­szo­ną o jeden

Tabe­la 1

War­tość X	Zna­cze­nie X dla czyn­ni­ka chłodniczego
0	war­tość pomi­ja­na w oznaczeniu
4	mie­sza­ni­na zeotropowa
5	mie­sza­ni­na azeotropowa
6	zwią­zek organiczny
7	zwią­zek nieorganiczny

 

 

• Y – według Tabe­li 2:

Tabe­la 2

War­tość X	Zna­cze­nie Y dla czyn­ni­ka chłodniczego
0–3	licz­bę ato­mów wodo­ru w czą­stecz­ce zwięk­szo­ną o jeden
4–5	cyfra yz ozna­cza skład mieszaniny
6	y=0 dla węglowodorów
6	y=1 dla związ­ków z tlenem
6	y=2 dla związ­ków z siarką
6	y=3 dla związ­ków azotu
7	cyfra yz ozna­cza masę czą­stecz­ko­wą czynnika

 

• Z – jeże­li x zawie­ra się pomię­dzy cyfra­mi zero i trzy, ozna­cza licz­bę ato­mów flu­oru w cząsteczce

Dla czyn­ni­ków, w któ­rych skład wcho­dzą ato­my bro­mu ozna­cza się lite­rą B wraz z licz­bą okre­śla­ją­cą ilość tych­że ato­mów w cząsteczce.

1.1 Czyn­ni­ki może­my podzie­lić na dwie gru­py mie­sza­nin ze wzglę­du na ich zacho­wa­nie w trak­cie prze­mian termodynamicznych:

• mie­sza­ni­ny aze­otro­po­we –zacho­wu­ją się jak jed­no­rod­ne czyn­ni­ki chłod­ni­cze ( zarów­no w fazie cie­kłej, jak i gazo­wej), nie wystę­pu­je tutaj nie­ko­rzyst­ne zja­wi­sko pośli­zgu temperatury

 

• mie­sza­ni­ny nie­aze­otro­po­we- dwu lub trój­skład­ni­ko­we roz­two­ry o róż­nej lot­no­ści tych skład­ni­ków, co skut­ku­je róż­ny­mi tem­pe­ra­tu­ra­mi wrze­nia skład­ni­ków. Powo­du­je to nie­izo­ter­micz­ny prze­bieg pro­ce­su paro­wa­nia. Mimo to, czyn­ni­ki nie­aze­otro­po­we są coraz czę­ściej sto­so­wa­ne z uwa­gi na ochro­nę środowiska.

 

1.2 Kolej­nym podzia­łem czyn­ni­ków uży­wa­nych do kli­ma­ty­za­cji jest podział ze wzglę­du na skład che­micz­ny oraz wła­ści­wo­ści fizyko-chemiczne:

• CFC ( niem. FCKW) – chlo­ro­flu­oro­wę­glo­wo­do­ry ; ato­my wodo­ru są w nich zastą­pio­ne ato­ma­mi chlo­ru i flu­oru, ich roz­kład nastę­pu­je dopie­ro w war­stwie ozo­no­wej                                                                                                                                                 Przy­kła­do­we czyn­ni­ki to: R11, R12 lub R113

• HCFC ( niem. HFCKW) -wodo­ro­chlo­ro­flu­oro­wę­glo­wo­do­ry, część ato­mów wodo­ru jest w nich zastą­pio­na ato­ma­mi chlo­ru i flu­oru, są mniej sta­bil­ne, głów­nie roz­kła­da­ją się w dol­nych war­stwach atmos­fe­ry będąc sub­stan­cja­mi o mniej­szej szko­dli­wo­ści dla war­stwy ozo­no­wej                                                                                                            Przy­kła­do­we czyn­ni­ki to: R22 lub R123.

• HFC ( HFKW) - hydro­flu­oro­wę­glo­wo­do­ry, część ato­mów wodo­ru jest w nich zastą­pio­na ato­ma­mi flu­oru, są bar­dzo sta­bil­ne, a ponad to nie posia­da­ją ato­mów chlo­ru i bro­mu, przez co nie sta­no­wią zagro­że­nia dla czą­stek ozo­nu                   Przy­kła­do­we czyn­ni­ki to: R23, R134a lub R152a.

• HBFC ( BrFCKW) - wodo­ro­bro­mo­flu­oro­wę­glo­wo­do­ry- sub­stan­cje orga­nicz­ne, w któ­rych wystę­pu­ją ato­my bro­mu. Przy­kła­do­we czyn­ni­ki to: R12B1b, R13B1 lub R14B2.

• FC ( FKW) – sub­stan­cje nie­po­sia­da­ją­ce ato­mów wodo­ru oraz chlo­ru, wszyst­kie ato­my wodo­ru są zastą­pio­ne ato­ma­mi fluoru
• HC– węglo­wo­do­ry nasy­co­ne – związ­ki, w któ­rych nie ma halogenków

 

2.Niepożądane działanie uboczne niektórych czynników chłodniczych

 W począt­ko­wym okre­sie powsta­wa­nia tech­ni­ki chłod­ni­czej uży­wa­no czyn­ni­ków natu­ral­nych — głów­nie amo­nia­ku.  Nie­ste­ty był on wyso­ce tok­sycz­ny oraz wybu­cho­wy. Powo­do­wał rów­nież koro­zję w mie­dzia­nych prze­wo­dach chłod­ni­czych. Fre­ony (chlo­row­co­po­chod­ne węglo­wo­do­rów nasy­co­nych i nie­na­sy­co­nych) wyna­le­zio­ne na prze­ło­mie lat dwu­dzie­stych i trzy­dzie­stych XX wie­ku nie posia­da­ły tych cech. Szyb­ko sta­ły się naj­czę­ściej pro­po­no­wa­nym roz­wią­za­niem w insta­la­cjach klimatyzacyjnych. 

Wraz z roz­wo­jem przemysłu
sto­so­wa­no je w bar­dzo sze­ro­kim zakre­sie.  Dopie­ro w latach osiem­dzie­sią­tych odkry­to nie­ko­rzyst­ne dzia­ła­nie tych syn­te­tycz­nych sub­stan­cji na śro­do­wi­sko m.in. na zja­wi­sko dziu­ry ozonowej.

2. 1 Poni­żej przy­kład degra­da­cji ozo­nu przez czyn­nik R 12:

 

1. CCl2F2→CClF2 + Cl
2. O3 + Cl→ O2 + ClO
3.  

Kolej­ne reak­cje przy uży­ciu ClO jako katalizatora:

1. O3 → O2 + O;
2. ClO + O→ Cl + O2

Otrzy­mu­je­my kolej­ną wol­ną cząst­kę chlo­ru, mogą­cą kolej­ny raz wziąć udział w pro­ce­sie degra­da­cji ozo­nu. Gdy wol­ny atom chlo­ru „zosta­nie prze­ję­ty” przez inną reak­cję che­micz­ną nastę­pu­je zatrzy­ma­nie procesu.

Uby­tek ozo­nu może spo­wo­do­wać w przy­szło­ści przy­śpie­sze­nie ocie­ple­nia kli­ma­tu, a tak­że wie­le innych nie­ko­rzyst­nych zmian kli­ma­tycz­nych, w tym dopro­wa­dzi do zwięk­szo­ne­go pro­mie­nio­wa­nia nad­fio­le­to­we­go docie­ra­ją­ce­go do zie­mi (może być zabój­cze dla wie­lu mniej odpor­nych orga­ni­zmów, a tak­że pro­wa­dzi do raka skó­ry).  Ze wzglę­du na opi­sa­ne zja­wi­sko, obec­nie uży­wa­jąc roz­ma­itych prze­pi­sów i zale­ceń odcho­dzi się od sto­so­wa­nia czyn­ni­ków z grup CFC oraz HCFC, któ­re posia­da­ją chlor.

Innym nie­ko­rzyst­nym skut­kiem uży­cia nie­któ­rych czyn­ni­ków chłod­ni­czych jest „ efekt cie­plar­nia­ny”.  Nie będzie­my go tutaj opi­sy­wać, gdyż zakła­da­my, że spo­sób jego powsta­wa­nia jest zna­ny dla każ­dej oso­by, choć tro­chę zazna­jo­mio­nej z branżą.

 

Obec­ność czyn­ni­ków z grup CFC oraz HFC w atmos­fe­rze potę­gu­je tzw. „efekt szklar­ni”. Oczy­wi­ście sto­su­nek stę­że­nia tych sub­stan­cji w atmos­fe­rze jest zni­ko­my w porów­na­niu z ilo­ścią CO2 (któ­ry ma prze­wa­ża­ją­cy wkład w two­rze­nie tego zja­wi­ska; oko­ło 50%), ale pochła­nia­ją one wie­lo­krot­nie wię­cej pro­mie­nio­wa­nia sło­necz­ne­go, któ­re dotych­czas było odbi­ja­ne lub prze­pusz­cza­ne ( fale o dłu­go­ści 8–15 μm). Sta­ją się przez to waż­ną skła­do­wą całe­go pro­ce­su ( odpo­wie­dzial­ność za oko­ło 25% efek­tu). Dodat­ko­wo cha­rak­te­ry­zu­ją się bar­dzo dłu­gim cza­sem rozpadu.

Poten­cjał two­rze­nia efek­tu cie­plar­nia­ne­go  GWP jest wskaź­ni­kiem, dzię­ki któ­re­mu może­my okre­ślić, wpływ dane­go czyn­ni­ka na efekt glo­bal­ne­go ocie­ple­nia. Odno­śni­kiem dla tego wskaź­ni­ka jest dwu­tle­nek węgla, dla któ­re­go GWP=1 ( dla porów­na­nia dla R22 współ­czyn­nik wyno­si 1700, zaś dla R134a rów­na się 1300).

Do oce­ny szko­dli­we­go wpły­wu czyn­ni­ków CFC i HCFC na war­stwę ozo­no­wą oraz czyn­ni­ków HFC na two­rze­nie efek­tu cie­plar­nia­ne­go słu­żą wskaź­ni­ki eko­lo­gicz­ne oce­ny czyn­ni­ków chłod­ni­czych, któ­re okre­śla­ją licz­bo­wo wpływ danej sub­stan­cji na te zjawisko.

Obec­nie w powszech­nym uży­ciu znaj­du­ją się 4 z nich:

• ODP – poten­cjał nisz­cze­nia ozo­nu odnie­sio­ny do wła­ści­wo­ści R11 ( ODPR11=1)
• GWP – glo­bal­ny poten­cjał two­rze­nia efek­tu cie­plar­nia­ne­go odnie­sio­ny do CO2
• HGWP – poten­cjał two­rze­nia efek­tu cie­plar­nia­ne­go odnie­sio­ny do R11 ( HGWP=1)
• TEWI – cał­ko­wi­ty rów­no­waż­ny wskaź­nik ocie­ple­nia, uwzględ­nia­ją­cy bez­po­śred­nią zdol­ność sub­stan­cji do two­rze­nia tego efek­tu, jak i pośred­ni udział ener­gii wyma­ga­nej w cza­sie eks­plo­ata­cji tego urzą­dze­nia. Wskaź­nik ten jest zależ­ny od rodza­ju urzą­dze­nia, war­to­ści para­me­trów pra­cy, cza­su dzia­ła­nia, trwa­ło­ści eks­plo­ata­cyj­nej oraz sprawności.

War­to­ści wskaź­ni­ków eko­lo­gicz­nych dla wybra­nych czyn­ni­ków chłodniczych:

Tabe­la 3

Lp	Czyn­nik chłodniczy	GWP	ODP
1	R22	1700	0,050
2	R134a	1300	0
3	R22	1700	0,050
4	R404A	3700	0
5	R407C	42629	0
6	R409A	1440	0,048
7	R410A	1819	0
8	R717 (amo­niak)	0	0

 

W dzi­siej­szych cza­sach w roli zamien­ni­ków uży­wa­nych przed laty, szko­dli­wych sub­stan­cji, sto­su­je się syn­te­tycz­ne czyn­ni­ki robo­cze, pochod­ne węglo­wo­do­rów nasy­co­nych i nienasyconych.

Moż­na odno­to­wać tak­że sil­ny trend powro­tu do czyn­ni­ków natu­ral­nych  jako naj­mniej szko­dli­wych dla śro­do­wi­ska ( porów­na­nie wskaź­ni­ków eko­lo­gicz­nych amo­nia­ku z inny­mi czyn­ni­ka­mi wyko­na­ne w Tabe­li 3) jasno poka­zu­je, w któ­rą stro­nę będzie poru­szać się roz­wój czyn­ni­ków chłod­ni­czych oraz insta­la­cji klimatyzacji.

Gdy mamy tę świa­do­mość łatwiej jest śle­dzić i prze­wi­dy­wać kolej­ne zmia­ny regu­la­cji praw­nych, któ­re choć są nie­zbęd­ne, potra­fią z nie­złym skut­kiem skom­pli­ko­wać życie.

 

 

 

 

Insta­la­cje kli­ma­ty­za­cyjne — mon­taż i modernizacja

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Biblio­gra­fia:

1. „Porad­nik kli­ma­ty­za­cja” — pod redak­cją dr inż. Bole­sła­wa Gaziń­skie­go, Poznań 2001
2. „Pom­py cie­pła w sys­te­mach geo­ter­mii nisko­tem­pe­ra­tu­ro­wej” – dr inż. Marian Rubik, War­sza­wa 2011
3. „Tech­ni­ka chłod­ni­cza dla prak­ty­ków — urzą­dze­nia chłod­ni­cze i prze­pi­sy praw­ne” — pod redak­cją dr inż. Bole­sła­wa Gaziń­skie­go, Poznań 2010

Instalacje klimatyzacji, instalacje klimatyzacji i chłodnictwa, instalacje klimatyzacji budowa i modernizacja, instalacje klimatyzacji przemysłowe, instalacje klimatyzacji w budynkach, instalacje klimatyzacji a środowisko