Agenții refrigerenți din pompele de căldură: impactul asupra mediului și direcția europeană - Clivet SEE Romania

Cum funcționează agenții frigorifici în pompele de căldură și care este impactul acestora asupra mediului

Pompele de căldură au devenit din ce în ce mai populare ca sisteme de încălzire și răcire în ultimii ani, dar mulți oameni nu știu că aceste sisteme utilizează agenți frigorifici pentru a funcționa. În acest articol, vom explica cum funcționează agenții frigorifici din pompele de căldură și care este impactul acestora asupra mediului.

Datorită caracteristicilor lor de eficiență și de economisire a energiei, pompele de căldură nu sunt doar un sistem inovator pentru încălzirea, răcirea și producția de apă caldă menajeră, ci și un element-cheie în strategia Uniunii Europene de combatere a schimbărilor climatice. Aceasta deoarece, după cum știe toată lumea, obiectivul principal al Pactului verde european este atingerea neutralității climatice până în 2050 pentru toate țările UE.

Decarbonizarea

Europa reglementează utilizarea agenților frigorifici cu scopul principal de a obține o decarbonizare rapidă. Pompele de căldură sunt un aliat important în atingerea acestui obiectiv de decarbonizare, deoarece extracția energiei din sol, din aer sau din apele subterane pentru funcționarea acestora înseamnă absența totală a gazelor combustibile.

Eficiența energetică a pompelor de căldură

Fiind produse asociate cu consumul de energie, pompele de căldură intră sub incidența Directivei 2009/125/CE a Parlamentului European din 21 octombrie 2009, care reglementează proiectarea ecologică a acestora și definirea specificațiilor minime pentru proiectarea ecologică. O directivă care, de-a lungul anilor, a dat naștere la numeroase regulamente de punere în aplicare, cum ar fi Regulamentul 813/2013 privind sistemele de încălzire individuale și combinate și care numai în 2021 a determinat economii de peste 120 de miliarde de euro în termeni de energie. Directiva 2010/30/UE din 19 mai 2010 a introdus etichetarea energetică pentru produsele asociate cu consumul energetic, printre care și pompele de căldură, care să afișeze consumul acestora prin indicarea unei clase energetice și a anumitor alți parametri.

Utilizarea energiei regenerabile

Când vorbim despre energia regenerabilă, nu putem să nu menționăm așa-numita Directivă privind energia regenerabilă (2009/28/CE), o directivă care vizează dezvoltarea și distribuția de energie curată în toate sectoarele economiei europene și care și-a extins constant obiectivele de-a lungul anilor. După ce și-a atins obiectivul inițial de producție de energie regenerabilă de cel puțin 20 % până în 2020, cu un consum care a crescut de la 12,5 % în 2010 la 21,8 % în 2021, Comisia Europeană a propus să se atingă 40 % până în 2030. Cu RePowerEU, planul lansat în luna mai a anului 2022 ca răspuns la problemele emergente ale pieței energetice cauzate de invazia Rusiei în Ucraina, ideea este de a crește acest procent la 45 %.

Pompe de căldură

și fluidul frigorific

După cum am văzut anterior, pompele de căldură reprezintă o alternativă ecologică validă la centralele termice tradiționale, deoarece „exploatează” o sursă de energie termică disponibilă în mod natural pentru a transfera căldură dintr-un mediu mai rece într-unul mai cald. O tehnologie inovatoare care poluează mai puțin și garantează economii semnificative la factură. Printre diversele componente ale pompelor de căldură, în prezent din ce în ce mai răspândite atât în mediile rezidențiale, cât și în cele comerciale și industriale, există un element care poate avea un impact semnificativ asupra mediului și care este absolut esențial pentru funcționarea aparatului: agentul frigorific.

Prin termenul de agent frigorific, DIN EN 378-1 desemnează un fluid utilizat într-un sistem frigorific care, datorită proprietăților sale fizice, permite transmiterea căldurii. Acesta este un proces în care agentul frigorific trece printr-un circuit compus dintr-un compresor (2), un condensator (3), o clapetă de accelerație (4) și un evaporator (1), trecând de la starea de agregare lichidă la starea gazoasă și invers.

Auzim adesea despre lichidul de răcire, care este adesea folosit incorect ca sinonim pentru agent frigorific. Primul, însă, nu este suficient pentru a asigura funcționarea corectă a unei pompe de căldură, deoarece acesta elimină căldura dintr-un obiect doar atunci când temperatura ambiantă externă este mai scăzută. În schimb, agentul frigorific elimină căldura chiar și atunci când temperatura ambiantă este mai mare decât cea a obiectului care este răcit.

Care sunt caracteristicile agenților frigorifici și principalele tipuri de agenți frigorifici?

Evident, nu toți agenții frigorifici sunt la fel. Ba chiar există diferențe semnificative în funcție de domeniul de aplicare în care sunt utilizate. Totuși, există câteva caracteristici pe care le au în comun, cum ar fi o structură chimică foarte stabilă și un coeficient de performanță ridicat. În plus, majoritatea agenților frigorifici au un volum redus de vapori, se lichefiază la presiune scăzută și au un punct de fierbere scăzut.

Agenții frigorifici pot fi împărțiți în trei categorii principale: fluide organice pure, cum ar fi apa și amoniacul; hidrocarburile, cum ar fi butanul, izobutanul, propanul și propilena; și hidrocarburi halogenate, adică hidrofluorocarburi (HFC), clorofluorocarburi (CFC), hidroclorofluorocarburi (HCFC) și perfluorocarburi (PFC). Dar care sunt cei mai utilizați agenți frigorifici în pompele de căldură? În primul rând, le indicăm pe cele care nu pot fi folosite. De exemplu, CFC și HCFC au fost interzise deoarece erau considerate printre principalii vinovați de distrugerea stratului de ozon. Standardul actual prevede în schimb utilizarea de HFC atât în pompele de căldură, cât și în sistemele de climatizare în general din clădiri și vehicule

Regulamentul 517/2014 privind gazele fluorurate (gazele F)

Emisia în mediu de gaze fluorurate cu efect de seră, denumite în mod obișnuit gaze fluorurate, produce o încălzire semnificativ mai mare decât cea produsă de dioxidul de carbon. Din acest motiv, Uniunea Europeană restricționează din ce în ce mai mult tipurile de gaze frigorifice care pot fi utilizate în dispozitivele de încălzire și răcire. Regulamentul 517/2014 privind gazele fluorurate (fazele F), publicat în 2014, a stabilit numeroase obligații care au intrat în vigoare progresiv și vor intra în vigoare până în 2025. Obiectivul? Reducerea emisiilor de gaze fluorurate cu 79 % până în 2030, comparativ cu media din perioada 2009-2012. Dar care sunt limitările specifice impuse de regulament? Primele acțiuni concrete au vizat sistemele de refrigerare comerciale, cum ar fi blaturile și celulele frigorifice din depozite și supermarketuri. Mai exact, la începutul anului 2020, legislația a interzis utilizarea în aceste tipuri de sisteme a gazelor HFC cu un potențial de încălzire globală (GWP) egal sau mai mare de 2.500. Începând cu 2022, valoarea GWP va trebui să fie mai mică de 150.

Regulamentul a fost ulterior extins la echipamentele instalațiilor frigorifice industriale cu o putere mai mare sau egală cu 40 kW, în care utilizarea gazelor cu o valoare GWP mai mică de 150 a fost interzisă începând cu 1 ianuarie 2022, cu excepția circuitului primar al sistemelor în cascadă, în care agentul frigorific trebuie să aibă un indice GWP mai mic de 1.500. În ceea ce privește aparatele de aer condiționat rezidențiale cu o încărcătură de gaz mai mică de 3 kg, adică unitățile divizate clasice, va fi necesară o nouă reglementare abia începând cu 2025, când nu va mai fi posibilă utilizarea gazelor frigorifice cu un potențial de încălzire globală mai mare de 750 în niciunul dintre modelele noi.

Cum se alege agentul frigorific potrivit?

Deși criteriul principal pentru alegerea unui agent frigorific față de altul este utilizarea sa preconizată (aer condiționat, răcire, pompă de căldură etc.), există mulți alți factori de luat în considerare, inclusiv aspecte de mediu și de siguranță, precum și aspecte termodinamice și economice.

În ceea ce privește siguranța, cele două proprietăți care caracterizează agenții frigorifici sunt toxicitatea și inflamabilitatea. Pentru a avea o imagine și o clasificare mai precisă a riscurilor, Societatea americană a inginerilor de încălzire, refrigerare și aer condiționat (ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) a identificat două clase pentru prima caracteristică (A = toxicitate scăzută, B = toxicitate ridicată) și trei clase pentru a doua (1 = neinflamabil, 2 = inflamabil, 3 = foarte inflamabil). Exemple? Hidrocarburile precum propanul frigorific (R290) și butanul (R600) se încadrează în clasa A3, deoarece nu sunt toxice, dar în același timp sunt foarte inflamabile, iar majoritatea hidrofluorocarburilor (HFC) se încadrează în clasa A1.

agenții frigorifici Clivet respectă mediul înconjurător

Clivet

Așa cum am văzut, din 2025, pentru noile achiziții va fi necesar să se aleagă aparate de aer condiționat și pompe de căldură (cu o încărcătură de gaz mai mică de 3 kg) care utilizează agenți frigorifici cu un indice GWP mai mic de 750. Clivet s-a adaptat de ceva vreme, utilizând un agent frigorific cu un indice GWP mai mic decât amestecul cel mai frecvent utilizat în trecut, și anume R-410A. Acesta este gazul R-32 care, deși este considerat un agent frigorific de nouă generație, este deja utilizat de câțiva ani ca o componentă în proporție de 50 % a aceluiași amestec R-410A. Noul R-32, prezent în toate pompele de căldură divizate și monobloc Clivet, se caracterizează printr-un ODP (potențial de epuizare a stratului de ozon) egal cu 0 și un indice GWP de 675 (aproximativ o treime din cel al gazului R-410A, care este în medie de 2088).