Uporaba naravnih hladiv se povečuje, prav tako tudi število izzivov, ki jih morajo premagati načrtovalci hladilnih sistemov, pri čemer morajo upoštevati še varnost in učinkovitost.
Zamenjava zaradi okolja
Po prvih opozorilih, kaj je vzrok tanjšanja ozonske plasti, je trajalo kar 80 let, da so podpisali Montrealski protokol o zaščiti. Z njim so prepovedali uporabo klorofluoroogljikovodikov (CFC, HCFC). Njihova življenjska doba v atmosferi znaša več kot 100 let, zato bo koncentracija v 2100 še vedno 37% današnje. S tem pa se zgodba ne konča, saj se ti plini nahajajo v stari opremi, ki še deluje in tudi v raznih izolacijskih penah. Zaradi tega po novem uporabljamo manj škodljiva »zelena hladiva«, naravne, nesintetične substance, ki so uporabne za toplotne črpalke in klimatske naprave. Danes uporabljamo propan, butan in ciklopentan, CO2 in amoniak. Nekateri od teh so bolj učinkoviti v klimatskih, drugi pa bolj v hladilnih napravah in toplotnih črpalkah. V vseh napravah pa je uporaben propan R290, ki velja za zelo učinkovito hladivo.
Visokotlačni kompresor je prilagojen hladivu in je srce vsakega toplotnega stroja |
Ugotavljanje vpliva
Učinek snovi na tanjšanje ozonske plasti v stratosferi merimo z dejavnikom škodljivosti ODP (Ozone Depleting Potencial). Ultravioletni del sončnega spektra je v starih hladivih povzročal izločanje klora, ki je nato načel ozonsko plast. Naravna hladiva imajo ODP enak ničli, kar pomeni, da na ozon ne vplivajo, tudi če bi iz poškodovanega sistema vstopili v okolje.
Prispevek snovi k globalnemu segrevanju pa izražamo s toplogrednim potencialom GWP (Global Warming Potential), ki mora biti čim nižji. GWP primerja količino toplote, zajeto z določeno maso uplinjenega hladiva s količino toplote, ki bi jo zajela enaka količina ogljikovega dioksida v 100 letih. Večina prepovedanih hladiv je imela GWP od 1400 do 4000, propan, ki ga uporabljamo danes, pa ima GWP samo 3.
Nova hladiva
Nova generacija hladiv so ogljikovodiki, ki vsebujejo propan (R290), izobutan (R600a) ter različne mešanice teh hladiv, ki dobro delujejo v sistemih s srednjim tlakom od 10 do 50 bar. Propan (R290) ima odlične termodinamične lastnosti, in kar za okrog 90% presega učinkovitost prepovedanih hladiv. To pomeni, da lahko absorbira več toplote v krajšem času, kar poviša učinkovitost toplotnega stroja, s tem da za njegovo delovanje potrebujemo manj energije. Za primerjavo: za 9 kW ogrevalne moči zadostuje 1,17 kg propana, če pa bi uporabili prepovedano hladivo, bi ga za to potrebovali 4,3 kg. Propan v toplotni črpalki bo pri zunanji temperaturi zraka -7°C na sekundarni strani imel temperaturo 70°C, pri zunanji -20°C pa še vedno 60°C. Edina pomanjkljivost je njegova vnetljivost, zato morajo biti hladilno – grelni sistemi varni in zatesnjeni.
Drugo sodobno hladivo je CO2 – ogljikov dioksid. Sicer ni vnetljiv, ima GWP samo 1, za delovanje pa v sistemu potrebujemo skoraj dvakrat višji pritisk, zaradi česar je težje obvladljiv.
Tretje uporabno in naravno hladivo je amoniak. ODP in GWP števili sta obe nula, če prodre v okolje pa se zelo hitro razgrajuje. Slaba stran je njegova visoka alkalnost in zato korozivnost, zato moramo materiale v toplotnem stroju skrbno izbirati.
Globalni toplogredni potencial – GWP- prepovedanih in dovoljenih hladiv za toplotne stroje |
Problem visokih pritiskov
Za vsako naravno hladivo je potrebno izdelati primeren sistem, njegove sestavne dele in kompresor, zato se na teh področjih pojavljajo številne inovacije. Novi izdelki imajo zato vgrajenih veliko različnih tipal in tlačnih stikal. Čeprav je CO2 nevnetljiv, pa je lahko učinkovit samo ob višjih tlakih, skoraj dvakrat višjih kot pri ostalih hladivih. Zato v sisteme vgrajujejo posebna tlačna stikala, da bi zagotovili varno in zanesljivo delovanje. Danes veliko proizvajalcev pijač prehaja iz sistemov s propanom na CO2 hladilne naprave. Ker so tlaki višji, pokvarjenega tlačnega stikala ni možno enostavno odviti, ampak je potrebno zamenjati celoten modul, v katerem se nahaja. Tlačno stikalo v tem sistemu je eden najpomembnejših elementov, saj ščiti napeljavo pred nadpritiskom ter preprečuje, da bi popokale cevi izmenjevalca toplote. Stikalo izključi kompresor, dokler tlak ne pade na dovoljeno raven.
Tlačna stikala in ekspanzijski ventili varujejo in omogočajo nemoteno delovanje |
Problem vnetljivih hladiv
V teh sistemih je del tlačnega stikala, v katerem se izvaja dejanska vzpostavitev kontakta in s tem iskrenje, popolnoma ločen od hladiva, ta del ohišja pa je tudi hermetično zatesnjen. S tem je nevarnost vžiga hladiva, če bi slučajno izstopil iz sistema, popolnoma preprečena. Tlačna stikala so posebej testirana na tlačni in stikalni strani, zato je danes delovanje toplotnih strojev z vnetljivimi hladivi popolnoma varno. Stikala so preizkušena in prenesejo 100.000 vklopov in izklopov, na tlačni strani pa zahtevani preizkusni tlak znaša celo do 345 bar.
