Amoniak ako ekologický zdroj chladu a tepla v civilných budovách

V posledných rokoch sme svedkami dynamických zmien vo viacerých odvetviach hospodárstva. Jednou z najvýraznejších tém súčasnosti je znižovanie energetickej náročnosti procesov a technológií. Významnú úlohu v tejto oblasti zohráva aj civilný sektor, ktorý sa podieľa na značnej časti celkovej spotreby energie.

Efektívna výroba tepla a chladu pre civilné budovy je odvetvie energetiky, kde sa čím ďalej tým viac prihliada nielen na energetickú efektívnosť, ale aj na obnoviteľné zdroje energie. Pri návrhu technických riešení by malo byť prioritou každého z nás, zvoliť tie najefektívnejšie a najekologickejšie dostupné riešenia pre výrobu chladu a tepla.

Realita však stále ukazuje, že investori sa často rozhodujú predovšetkým na základe vstupných investičných nákladov a uprednostňujú cenovo dostupnejšie, no energeticky menej efektívne riešenia. V poslednom období sa však tento prístup postupne mení a čoraz viac investorov aj prevádzkovateľov začína využívať moderné technológie, ktoré prinášajú dlhodobé energetické a ekologické benefity.

Významnú úlohu v tomto procese zohrávajú aj progresívni projektanti, ktorí aktívne sledujú technologické trendy a dokážu na základe odborných argumentov presvedčiť investorov a prevádzkovateľov o výhodách efektívnejších riešení.

Aj vďaka tomu sa vývoj posúva smerom k novým prístupom pri zabezpečovaní výroby tepla a chladu pre civilné budovy. Čoraz väčšiu pozornosť získavajú riešenia využívajúce ekologické chladivá, ako sú R717 (amoniak) a jeho zmesi, napríklad R723.

Obr. 1   Chladiaca jednotka Twineco® 100P R723 – 3D model

Využívanie ekologických chladív zaznamenáva v posledných rokoch vyššiu popularitu. Nejde pritom len o technologický trend, ale aj o prirodzenú reakciu na postupné obmedzovanie syntetických chladív a snahu hľadať udržateľnejšie alternatívy. Spočiatku to bola predovšetkým ochrana životného prostredia, ktorá poháňala zmenu, v súčasnosti sa však čoraz viac ukazuje aj významný prínos, týchto riešení z hľadiska energetickej efektívnosti. Tento argument je podstatnou zložkou mozaiky, aby vzniklo dokonalé umelecké dielo.

Je však potrebné zdôrazniť, že neexistuje dokonalé chladivo vhodné pre všetky aplikácie. Preto je dôležité ku každému projektu pristupovať individuálne a zohľadniť jeho technické, energetické aj prevádzkové požiadavky. Takýmto spôsobom je možné navrhnúť optimálne riešenie, ktoré najlepšie vyhovuje konkrétnym podmienkam danej aplikácie.

Obr. 2   Kancelárske priestory

Využívanie amoniaku ako chladiva je v civilnej sfére stále pomerne ojedinelé, napriek tomu, že ide o ekologické chladivo s viac ako storočnou históriou používania v chladiacej technike. Tradične sa uplatňuje najmä vo veľkých priemyselných chladiacich systémoch, kde vyniká svojou vysokou energetickou účinnosťou, spoľahlivosťou a dlhodobou prevádzkovou stabilitou.

Aké sú teda jeho nevýhody? Toxicita. Tá sa však prejavuje až pri relatívne vysokých koncentráciách. Amoniak má však zároveň aj pri bežnom tlaku a teplote charakteristický prenikavý, ostrý, dráždivý zápach. Ten je už aj pri minimálnych nezávadných koncentráciách pre náš čuch veľmi nepríjemný. Toto je výhoda, akú nemá žiadne iné chladivo. Prípadný únik je detekovaný aj obyčajnými zmyslovými schopnosťami človeka, čo zásadne uľahčuje jeho zistenie a umožňuje bezpečné opustenie ohrozenej zóny. V plynnom stave je amoniak ľahší ako vzduch, čo zároveň uľahčuje jeho odvetranie z priestoru.

Zadanie investora znelo jasne. Vybudovanie zdroja tepla a chladu pre nové administratívne sídlo spoločnosti. To podstatné však je, akého – čo najefektívnejšieho a najekologickejšieho.  Život by však bol nudný, keby sme stále robili to isté. Táto výzva pre nás predstavovala skvelú príležitosť a my sme za ňu veľmi vďační.

Obr. 3   Priestor strojovne

Investor požadoval inštaláciu zdroja tepla a chladu priamo na podlaží budovy, v blízkosti kancelárskych priestorov. Táto požiadavka kládla zvýšené nároky najmä na bezpečnosť prevádzky, kompaktnosť zariadenia a minimalizáciu náplne chladiva.

Preto bolo ako zdroj tepla a chladu inštalované tepelné čerpadlo/chladič Twineco® 100P s chladivom R723 s extrémne nízkou náplňou primárneho chladiva – len 2,5 kg. Chladiaci okruh pracuje na princípe priameho odparu chladiva R723 cez EEV ventil, ktorý priamo nastrekuje chladivo do celozvareného doskového výparníka. Rovnako aj konštrukcia kondenzátora je celozvarená s viacerými doskami.

Chladivo R723 má výborné termodynamické vlastnosti, čo sa ukázalo ako najefektívnejšia voľba. Z hľadiska bezpečnosti predstavuje náplň chladiva v objeme 2,5 kg minimálne riziko pre prevádzku zariadenia.

Tabuľka 1: Vlastnosti zmesi R723 v porovnaní s jej zložkami R717 a RE170

Zariadenie Twineco® 100P s chladivom R723 predstavuje primárny zdroj chladu a tepla pre administratívne priestory budovy. Systém je navrhnutý ako nepriame chladenie a vykurovanie. Distribúcia chladu a tepla v jednotlivých priestoroch je zabezpečená prostredníctvom stropných rozvodov. Vykurovanie vybraných častí objektu je doplnené aj o klasické radiátorové vykurovacie telesá.

Jednou z požiadaviek investora bolo zabezpečenie chladenia a vykurovania v jednom čase. Pre odoberanie odpadného tepla alebo chladu slúži adiabatický vzduchový chladič inštalovaný na streche budovy. V prípade veľmi nízkej vonkajšej teploty a pre účely efektívneho odmrazovania vzduchového chladiča sú inštalované do systému elektrokotle. Twineco® 100P sa vďaka plynulej regulácií výkonu vie dokonale prispôsobiť momentálnym energetickým potrebám budovy. Zariadenie obsahuje piestový kompresor Goeldner, čo predstavuje najefektívnejšie riešenie pre výrobu tepla tepelným čerpadlom.

V strojovni sú nainštalované snímače úniku amoniaku a teploty, ktoré nepretržite sledujú stav priestoru. V prípade, že senzory zachytia zvýšenú koncentráciu amoniaku, automaticky sa spúšťa vetranie strojovne. Pri prekročení nastavených teplotných limitov sa aktivuje chladenie vetraním. Pokiaľ však vetranie nestačí na dosiahnutie požadovanej teploty, systém automaticky prepne na chladiaci režim fancoilov.

Obr. 4   Chladiaca jednotka Twineco® 100P R723 – priestor strojovne

Tabuľka 2: Technické parametre projektu

ABC Food Machinery spol. s r.o.