Koniec f-gazów, co dalej?

Unia Europejska konsekwentnie prowadzi działania zmierzające do wyeliminowania zagrożeń naszej cywilizacji jakimi są: dziura ozonowa i efekt cieplarniany. Wobec destrukcyjnego wpływu gazów z grupy freonów na warstwę ozonową zakazano ich wykorzystywania na rzecz gazów fluorowanych. F-gazy, często mylnie przedstawiane przez producentów jako „przyjazne dla środowiska”, nie powodują uszkodzeń warstwy ozonowej, jednak silnie (razem z CO2) przyczyniają się do pogłębiania efektu cieplarnianego.
W ramach działań zmierzających do ograniczenia emisji substancji wpływających destrukcyjnie na warstwę ozonową i temperaturę na ziemi w Polsce dnia 10 lipca 2015 r. weszła w życie Ustawa (z dnia 15 maja 2015 r.) o substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych (Dz. U. z dnia 25 czerwca 2015 r. poz. 881). Zapisy ustawy oparte są o uchylone niedawno Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE (WE) nr 842/2006. Z dniem 1 stycznia 2015 r. weszło w życie znowelizowane Rozporządzenie nr 517/2014 (z 16 kwietnia 2014 r.) w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych, które zastąpiło dotychczasowe. Rozporządzenie nakłada standardy na systemy wykrywania wycieków, prowadzenie dokumentacji instalacji i urządzeń chłodniczych, wskazuje na obowiązki producentów, operatorów i serwisantów takich urządzeń, na środki ostrożności niezbędne do ograniczenia emisji fluorowanych gazów cieplarnianych podczas: produkcji, transportu oraz magazynowania. Mowa jest też o odzysku fluorowanych gazów cieplarnianych i szkoleniach oraz certyfikacji osób związanych z takimi instalacjami i urządzeniami na każdym etapie ich powstania aż po koniec okresu eksploatacji.
Czynniki chłodnicze stosowane w instalacjach klimatyzacyjnych, chłodniczych oraz pompach ciepła od kilku dekad podlegają coraz ostrzejszym regulacjom prawnym. W wyniku szybkiego tempa rozwoju gospodarki światowej i rosnącej emisji gazów cieplarnianych podjęto decyzję o podpisaniu w 1987 roku Protokołu Montrealskiego. Zgodnie z nim w pierwszej kolejności zostały zakazane czynniki robocze, które charakteryzowały się dużym potencjałem niszczenia warstwy ozonowej. Były to głównie substancje z grupy chlorofluorowęglowodorów (CFC, np. R12). Zastąpiły je czynniki robocze o zdecydowanie niższym potencjale niszczenia warstwy ozonowej, głównie substancje z grupy wodorochlorofluorowęglowodorów (HCFC), w tym R22. Na podstawie Protokołu z Kioto (1997) kraje uprzemysłowione zobowiązały się do zredukowania emisji gazów cieplarnianych wytwarzanych przez człowieka, w tym gazów fluorowanych. Rok 2014 był ostatnim, w którym na terenie Unii Europejskiej można było serwisować instalacje z tego typu czynnikami, gdyż od 1 stycznia 2015 roku obowiązuje całkowity zakaz stosowania czynnika chłodniczego R22. Przepis ten zapoczątkował tzw. phase-down, czyli rozpoczęcie okresu znacznego ograniczenia stosowania fluorowanych gazów cieplarnianych. Planowane jest całkowite wycofanie z użycia czynników z grupy wodorofluorowęglowodorów (HFC – najpowszechniej stosowanych f-gazów) o współczynnikach GWP wynoszących ponad 2500 już od stycznia 2020 roku.
Symbol GWP (Global Warming Potential) oznacza współczynnik globalnego ocieplenia, który wyraża się liczbą – im jest ona wyższa, tym wpływ substancji na atmosferę jest bardziej szkodliwy. Dla dwutlenku węgla ma wartość 1, a dla fluorowanych gazów cieplarnianych jest często wiele tysięcy razy wyższy. Oto kilka przykładów. Główny przedstawiciel grupy HFC, czynnik chłodniczy R134a stosowany w układach klimatyzacji samochodowej, ma wartość GWP=1430. Oznacza to, że emisja 1kg R134a jest „ekologicznie” równoznaczna z emisją 1430kg CO2! Czynniki oznaczone symbolami R410A i R407C, na których pracuje obecnie większość klimatyzatorów montowanych w domach, mają GWP równe odpowiednio: 2088 i 1774.

Dla polskiego rynku HVAC znamienne są trzy daty:

1 stycznia 2004 – wprowadzenie zakazu wykorzystywania w działalności gospodarczej czynników CFC i urządzeń pracujących na tych substancjach, w tym nawet substancjach pochodzących z odzysku i poddanych regeneracji (np. popularny w domowych lodówkach czynnik R12). Wprowadzenie także zakazu importu urządzeń pracujących na HCFC (w tym R22) i zakazu produkcji takiego sprzętu w Polsce z przeznaczeniem na rynek polski, a także zakaz montażu nowych instalacji pracujących na HCFC. Zakaz ten dotyczył zarówno urządzeń fabrycznie nowych, jak i używanych (sprowadzania tzw. złomu chłodniczego).

1 stycznia 2010 – nakaz serwisowania urządzeń na HCFC jedynie z wykorzystaniem czynników pochodzących z odzysku i poddanych regeneracji. R22 z regeneracji był dalej dostępny, ale jego cena poszybowała w górę.

1 stycznia 2015 – całkowity zakaz stosowania czynnika chłodniczego R22.

Parlament Europejski opublikował tekst nieformalnego porozumienia w zakresie nowelizacji regulacji f-gazowej. Zawarte w nim daty zakazu stosowania czynników HFC mogą zostać w toku prac nad nowelizacją przyspieszone. Oto najbardziej aktualna propozycja:

Zakaz serwisu i konserwacji:

  • Czynniki z grupy HFC o GWP=>2500 – 1 stycznia 2020

Zakaz „wprowadzania na rynek” (nowe urządzenia):

  • Domowe chłodziarki i zamrażarki, które zawierają czynniki HFC o GWP>=150 – 1 stycznia 2015
  • Chłodziarki i zamrażarki do zastosowań komercyjnych (hermetycznie zamknięte), które zawierają czynniki HFC o GWP>=2500 – 1 stycznia 2020
  • Stacjonarne urządzenia chłodnicze, które zawierają, lub których działanie zależy od czynników HFC o GWP >=2500 (wyjątkiem są urządzenia dla temperatury poniżej -50°C) – 1 stycznia 2020
  • Przenośne systemy klimatyzacji w pomieszczeniach (hermetycznie zamknięte urządzenia, które użytkownik końcowy może przemieszczać między pomieszczeniami) zawierające HFC o GWP>=150 – 1 stycznia 2020
  • Scentralizowane systemy chłodnicze do zastosowań komercyjnych , o mocy chłodniczej 40 kW lub więcej, które zawierają, lub których działanie zależy od czynników HFC o GWP >=150 (z wyjątkiem biegu pierwotnego w systemach kaskadowych, gdzie można stosować czynniki HFC o GWP=<1500) – 1 stycznia 2022
  • Chłodziarki i zamrażarki do zastosowań komercyjnych (hermetycznie zamknięte), które zawierają czynniki HFC o GWP>=150 – 1 stycznia 2022
  • Pojedyncze klimatyzatory typu split, które zawierają mniej niż 3 kg lub których działanie zależy od czynników HFC o GWP >=750 – 1 stycznia 2025

Los tzw. f-gazów zdaje się być przesądzony – ich użycie będzie redukowane. Firmy instalacyjne, jak i użytkownicy systemów klimatyzacyjnych muszą podjąć kluczowe decyzje związane z wyborem czynnika chłodniczego. Dotyczy to zarówno systemów klimatyzacyjnych już eksploatowanych, jak i tych projektowanych. Propozycją mogą być naturalne czynniki chłodnicze, takie jak dwutlenek węgla (R744), amoniak (R717) i szeroka gama węglowodorów.
Węglowodory (HC), np. propan (R290), czy izobutan (R600a) stosuje się jako substytuty czynników chłodniczych z grupy HFC ze względu na niskie koszty produkcji oraz małą toksyczność; potencjały niszczenia ozonu (ODP) i tworzenia efektu cieplarnianego (GWP) wynoszą w obu przypadkach zero. Są one jednak substancjami chemicznymi o dużej łatwopalności. Zastosowanie znajdują przede wszystkim w domowym sprzęcie chłodniczym.
W przypadku amoniakalnych urządzeń chłodniczych mamy do czynienia ze szczególnym splotem okoliczności: bardzo dobrym właściwościom termodynamiczno-energetycznym oraz bardzo korzystnemu oddziaływaniu w stosunku do środowiska naturalnego towarzyszą właściwości stwarzające bezpośrednie zagrożenia, a są to głównie toksyczność i wybuchowość. Z tego względu agregaty amoniakalne stosuje się wyłącznie w dobrze wentylowanych pomieszczeniach instalacji przemysłowych, gdzie jest możliwość ciągłego dozoru przez wykwalifikowany serwis.
Coraz większe znaczenie zaczyna odgrywać też inny naturalny czynnik chłodniczy, a mianowicie dwutlenek węgla (R744). Dwa główne powody zastosowania CO2 to: bezpieczeństwo ludzi i produktu oraz możliwość uzyskania bardzo niskich wartości temperatury zamrażania. Posiada on również swoje wady, jak chociażby kwestie związane z ciśnieniem, a przez to problemy z bieżącym serwisem. Dla inwestorów znaczący jest również koszt tego typu rozwiązań, stosowanych głównie w dużym chłodnictwie przemysłowym, klimatyzacji samochodowej, czy instalacjach kaskadowych (supermarkety).
Propozycją firmy Daikin jest czynnik chłodniczy R32. Ma on stanowić alternatywę dla obecnie stosowanego czynnika R410A. Istotną jego zaletą jest niższy w stosunku do R410A GWP, mający wartość 675, czyli o 68% mniej niż R410A. R32 jest bardzo efektywny energetycznie, tańszy i ma o ok. 30% mniejszą objętość. Dzięki temu ładunek czynnika jest mniejszy, co pozwala ograniczyć rozmiar wymiennika ciepła i innych elementów. Jednocześnie R32 wykazuje lepszą sprawność przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych.
Alternatywne czynniki chłodnicze nowej generacji powinny być przede wszystkim ekologiczne, posiadać zerowy wskaźnik ODP, jak najniższy wskaźnik GWP, a także dysponować wysoką sprawnością energetyczną i być bezpiecznymi dla środowiska naturalnego. W rzeczywistości jednak w czynnikach chłodniczych o niskim wskaźniku GWP rośnie ich palność, natomiast im lepszą mają wartość energetyczną, tym wyższa jest toksyczność takich czynników chłodniczych. Jakkolwiek żaden z naturalnych czynników nie spełnia w 100% wszystkich wymagań proekologicznych, zastosowanie ich w urządzeniach jest wynikiem kompromisu pomiędzy ich zaletami i wadami.
Najlepszym przyszłościowym rozwiązaniem odpowiadającym wymogom Unii Europejskiej dotyczącym eliminacji zastosowań gazów fluorowanych i poszukiwań nowych rozwiązań technologicznych mogą być odnawialne źródła energii (OZE), np. zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła (GWC), pompy ciepła z rewersem, czy solarnej techniki chłodniczej.