Veríme mýtom alebo sa budeme držať faktov?

Tento komentár píšem ako apel na odbornú verejnosť, aby sme nástup nového chladiva R290 v prípade rezidenčných tepelných čerpadiel vnímali pozitívne. Pri jednotlivých profesiách vychádzam okrem iného zo skúseností, ktoré som nadobudol počas školení veľkého množstva inštalačných technikov a odborných firiem. Pre pridružené odbory je tu príležitosť nahliadnuť do tém, ktorými si aktuálne prechádzame.

Ing. Martin Ondraščin, Servisno-technický špecialista, KLIMAVEX GROUP

Krátky pohľad do minulosti v optike rezidenčného tepelného čerpadla

Na úvod sa určite patrí povedať, že to, čo budeme v tomto článku rozoberať, je v priemysle aj na univerzitách už dávno známa vec. Nejednému čitateľovi by zdvihlo obočie, keby našiel rezidenčné tepelné čerpadlo na vodu (áno H₂O v chladiacom cykle). Budúci inžinieri pri prvom kontakte s chladiacou technikou dobre vedia, že najlepšie chladivo by bola voda. Má to však pár termodynamických a technických výziev, preto sa nepoužíva. Hneď za vodou máme v hľadáčiku už známejšie výrazy z rodiny prírodných chladív ako oxid uhličitý, propán, bután, čpavok… Tie majú termodynamické vlastnosti výborné, no sú sprevádzané technickými resp. bezpečnostnými výzvami.

Preto sme tu mali medziobdobie syntetických chladív, ktoré už nemajú výborné, ale aspoň dobré termodynamické vlastnosti. To bola daň za vysokú bezpečnosť – nehoria a nespôsobujú koróziu. Áno a ešte ten jeden „malý“ detail, poškodzujú životné prostredie. Treba si na rovinu povedať, že práve tieto vlastnosti dovolili masovo vyrábať a inštalovať klimatizácie v ekonomických a technických možnostiach bežnej európskej budovy a domácnosti. Len sa zamyslite, kto z Vášho okolia mal pred 30 rokmi klimatizáciu. No a práve z týchto klimatizácií sa postupne vyvinuli moderné rezidenčné tepelné čerpadlá.

Človek je tvor uvedomelý a k životnému prostrediu zodpovedný, preto EÚ zaradila spiatočku. Keďže sa nám úspešne podarilo etablovať takýto typ zariadení na trh, prišiel čas obzrieť sa späť a následne sa posunúť vpred. No a to je ten paradox súčasnej reality, za čo si EU často neprávom vyslúži kritiku. Práve ten dobre známy propán, ktorý tiež poznáme ako chladivo R290, nás stále trochu znepokojuje. Pritom mimo rezidenčný sektor je táto technológia osvedčená a rokmi overená. Mimochodom aj z tohto predpokladu vychádzajú regulácie EÚ.

Kým neprekonáme fundamentálne technické ťažkosti s chladiacim okruhom na vodu, s vysokou pravdepodobnosťou už nebudeme každých 5-10 rokov meniť chladivá. R290 má v chladiacom okruhu lepšie termodynamické vlastnosti ako doteraz používané R32 či R410A, takže jednoznačne ideme vpred. Ani pán Darwin by proces popísaný vyššie iste nenazval inak, ako evolúcia.

Stret dvoch svetov, chladiar verzus kúrenár

Prejdime od poetického úvodu k faktom, tepelné čerpadlá s chladivom R290 sú schopné dosiahnuť teplotu výstupnej vody až 75°C, ako monovalentný zdroj vykurovania. To bolo pre predchádzajúce generácie s R32 alebo R410A, až na výnimky, nepredstaviteľné.

Bežných 55°C v prípade rodinných domov stačilo na novostavby alebo rekonštrukcie, no často sme narážali na jeden vážny problém. Technické znalosti a zvyky inštalačných technikov z oblasti „klasického vykurovania“ – rozumej kotly, boli často v rozpore s tým, čo si takéto tepelné čerpadlo vyžadovalo. Relatívne nízka výstupná teplota vody a ΔT spôsobovali inštalatérom, najmä v začiatkoch, nemalé problémy. Vysoké rýchlosti vo vykurovacom okruhu a chyby prietoku boli na dennom poriadku. Vykurovacie systémy fungovali s nízkou účinnosťou a často to z tohto dôvodu nespravodlivo vrhalo zlé svetlo na tepelné čerpadlo ako stroj. Okrem toho bol chladiaci okruh, ktorý sa nachádza v tepelnom čerpadle pre kúrenára veľkou neznámou.

Naopak pre chladiarov resp. klimatizérov sa začal otvárať úplne nový, veľký svet vykurovania. Samozrejme v opačnom garde, často doháňali vedomosti z oblasti vykurovania. Rezidenčný trh tvorili z väčšej časti tzv. splitové tepelné čerpadlá, rozdelené na vonkajšiu a vnútornú jednotku. Chladiarina, elektrika a hydraulika, pre šikovného technika jedna báseň. Dodávka a montáž tepelného čerpadla v celkovom finančnom vyčíslení v porovnaní s klimatizáciou je niekedy až desaťnásobok.

No dopyt bol veľký a trend jednoznačný, výrobcovia (najmä tí čo donedávna vyrábali prevažne kotly) potrebovali uspokojiť požiadavky trhu a chladiarov nebolo na rozdávanie. Neviditeľná ruka trhu zariadila to, že sa na trh čoraz viac dodávali zariadenia v prevedení monoblok. U nich je chladiaci okruh umiestnený v jednej uzavretej zostave, priamo z výrobného závodu pripravený na použitie, tak ako sme naučení napríklad u chladničiek. Vďaka tomu boli aj kúrenári schopní namontovať a nastaviť tepelné čerpadlo bez nutnosti ďalšej profesie.

Teda len do prvej poruchy chladiaceho okruhu. Tepelné čerpadlo je často stroj mimoriadne komplikovaný a jedno bez druhého proste nefunguje. Ale jednoznačne môžeme skonštatovať, že sa segmenty chladiarenský (resp. klimatizačný) a kúrenársky postupne k sebe nezadržateľne približujú. S tým neustále stúpajú aj nároky na schopnosti inštalačných a servisných technikov.

Môžete sa pýtať, ako toto súvisí s chladivom R290, odpoveď je jednoduchá. Z dôvodu vysokej horľavosti tohto chladiva, na našom trhu môžeme prevádzkovať iba tepelné čerpadlá vo verzii monoblok. Tie sú umiestnené mimo budovu, za prísnejších podmienok ako doteraz. Teda biznis s tepelnými čerpadlami R290 sa v plnej miere stáva dostupným aj mimo osôb a organizácií certifikovaných na F-plyny a prírodné chladivá (bez možnosti zásahu do chladiaceho okruhu).

Vzhľadom na nedostatok pracovnej sily už nemusíme tlačiť na certifikáciu týchto firiem. Nie vždy je v silách inštalačných technikov zvládnuť aj toto remeslo, čo môže viesť k zníženiu kvality dodaných prác a služieb.  Dokonca, sa pri použití tohto staronového chladiva vraciame k prevádzkovým parametrom vykurovacieho systému, ktoré sa opäť začínajú podobať na tie, ktoré nastavujeme keď spúšťame plynový kotol.

V neposlednom rade je dôležité podotknúť, že na manipuláciu s chladivami R290 resp. servis chladiaceho okruhu tepelných čerpadiel musí byť osoba a organizácia aj naďalej certifikovaná tak ako doteraz, aj keď sa už priamo nejedná o F-plyny. A práve tu vzniká priestor pre odborníkov, ktorý majú záujem ísť do hĺbky tohto remesla, aby využili svoje schopnosti s patričným ohodnotením.

Riziko, ktoré sme ochotní prijať

Najväčšou výzvou je fakt, že R290 je horľavé. Hneď na úvod tejto časti si môžeme položiť otázku, aký je rozdiel medzi plynovou fľašou propán-butánu a R290? V horľavosti a tlaku nijak zásadný. Avšak chladiaci okruh potrebuje, pokiaľ možno čo najčistejšiu pracovnú látku, preto R290 nie je odorizované. Tým pádom nevieme použiť jediný ľudský zmysel, na ktorý sa v prípade úniku plynu spoliehame, napríklad keď pripájame gril. Preto bude nutné podstupovať dodatočné opatrenia, na ktoré sme doteraz neboli zvyknutí. Detaily ako pracovať s týmto chladivom na rozdiel od tých predchádzajúcich, nechajme na školenia a certifikačné orgány. Pre potreby tohto článku nám bude stačiť použiť zdravý rozum.

Určite si pamätáme nešťastnú udalosť v Prešove, kedy únik plynu spôsobil výbuch v bytovke. Nebezpečná koncentrácia, kedy nám hrozí výbuch zemného plynu je od cca 5%, túto hrozbu berieme vážne a prijímame protiopatrenia. V prípade R290 síce začíname od koncentrácie 2%, no celková náplň v bežnom tepelnom čerpadle v porovnaní s fľašou propán-butánu je často len desatina hmotnosti. Tým pádom sa toto riziko významne neodlišuje od toho, na čo sme zvyknutí.

Azda najdôležitejším protiopatrením je fakt, že tepelné čerpadlo na R290 môže byť umiestnené iba vo vonkajšom prostredí. Nesmú sa v jeho blízkosti nachádzať akékoľvek prestupy do budovy ako napríklad okná, dvere či vetracie šachty.

Taktiež musíme zabrániť aby sa v blízkosti nenachádzali potenciálne zdroje zapálenia, teda najmä zásuvky, vypínače a všetko čo môže vytvoriť iskru alebo mať horúci povrch (zdroj vznietenia). Čo sa zariadení týka, tie sú výrobcami pripravené a certifikované pre náš trh. Tak ako vždy sa dostávame k tomu, že si treba pozorne prečítať inštalačný manuál, kde sú všetky pravidlá jasne uvedené.

To, že elektrika kope a môže spôsobiť vážne zranenia alebo smrť je každému jasné. Plynový kotol v nás vyvoláva prirodzenú mieru rešpektu a propán-butánová fľaša, vedľa grilu s otvoreným ohňom nám až tak nevadí. Teda skúsme použiť podobnú analógiu a zmierme sa s faktom, že po novom bude chladivo v tepelnom čerpadle horľavé. Alebo to otočme naopak, tešme sa, že tu konečne máme chladivo, ktoré je schopné svojimi vlastnosťami zabezpečiť všetky potreby bežnej domácnosti.

Únik chladiva do vykurovacieho systému súvisí ochranou proti zamrznutiu

Asi najhoršia možná situácia by nastala v prípade úniku chladiva R290 z výmenníku tepla chladivo-voda, kedy by sa chladivo dostalo do vykurovacieho systému. Veľmi ľahko by sa takto chladivo mohlo dostať do technickej miestnosti, kde je spravidla umiestnený odvzdušňovací ventil. Práve z tohto dôvodu výrobcovia umiestňujú na strane hydraulického okruhu odlučovač plynu za tento výmenník, kedy je potenciálne nebezpečné chladivo z vykurovacej vody vypudené a vypustené do vonkajšieho prostredia.

Okrem situácie, kedy zamrzne vykurovacia voda v tomto výmenníku chladivo-voda a poškodí ho, môže k takémuto úniku prísť len veľmi ťažko. Pochopiteľne je potrebné týmto situáciám predchádzať. Tepelné čerpadlo vo verzií monoblok je vybavené rôznymi ochranami proti zamrznutiu. Napríklad v prípade, že je systém v režime vykurovania vypnutý a teplota vody sa blíži k 0°C, automaticky sa spustí obehové čerpadlo, prípadne zapne prídavný ohrev tak, aby bolo takémuto zamrznutiu zabránené. Toto je už dávno vyriešené.

Viac nás trápi situácia v prípade výpadku elektrického napájania, alebo poškodenia kľúčových komponentov ako je obehové čerpadlo či riadiaca elektronika. Vtedy je systém nechránený a do hry vstupujú aktívne alebo pasívne ochranné prvky. Napríklad termický ochranný ventil, ktorý funguje na princípe bimetalu a vypustí vykurovaciu vodu zo systému v prípade poklesu teploty vody. V takomto prípade však z vykurovacieho systému vyteká voda samospádom, v prípade že nie sú dobre vyspádované potrubia a systém sa nám nestihne dobre zavzdušniť, toto riešenie sa stáva neefektívnym.

Jediným zaručeným a vždy účinným riešením, je použitie nemrznúcej zmesi. Už od cca 15% koncentrácie tejto zmesi (záleží podľa typu) a prekročení bodu tuhnutia, zmes nemusí zamrznúť do takej miery, že by upchala potrubie a roztrhla výmenník chladivo-voda.

Niekto by namietal použitie nemrznúcej zmesi z dôvodu zníženia výkonu tepelného čerpadla, resp. vykurovacieho systému. Na rozdiel od minulosti je dôležité podotknúť, že dnes sú moderné tepelné čerpadlá vybavené obehovými čerpadlami s plynulým riadením výkonu a možnosťami nastavenia rôznych parametrov, ako je výstupná teplota vody či ΔT. Teda tento argument zníženia výkonu odpadá (čo je možné overiť si pomocou kalorimetrickej rovnice).

Záverom môžeme konštatovať, že jediné čo by mohlo komplikovať nástup tepelných čerpadiel s chladivom R290 na náš trh sú staré zvyky, neochota učiť sa nové veci a dopredanie skladových zásob.