Czynniki chłodnicze stosowane w pompach ciepła - co warto wiedzieć?

W pompach ciepła występują różne czynniki chłodnicze, bez których wymiana ciepła nie byłaby możliwa. Jest to temat, który bardzo mocno zaznaczył swoją obecność w przekazach marketingowych firm – najczęściej pod kątem ekologii.

Czy rzeczywiście wybór właściwego czynnika chłodniczego ma tak duże znaczenie pod kątem wydajności, ekologii i kosztów eksploatacji? Odpowiadamy w poniższym poradniku na temat czynników chłodniczych stosowanych w pompach ciepła!

Co mówią przepisy prawne?

Unia Europejska konsekwentnie dąży do ograniczenia zmian klimatycznych od kilkunastu lat. Najważniejszą datą w tej kwestii jest 16 września 1987, czyli  podpisanie Protokołu Montrealskiego, które dotyczyło przeciwdziałaniu zubożenia dziury ozonowej. To wtedy zostały ustalone konkretne obostrzenia w zakresie wykorzystywania czynników o dużym stopniu ODP (który opiszemy w dalszej części poradnika). Warto jeszcze wspomnieć o Konwencji wiedeńskiej, która została wprowadzona rok prawie równy rok później (22 września 1988 roku) i zobowiązywała do prowadzenia pomiarów poziomu ozonu w atmosferze, oraz przeprowadzanie badań dotyczących skutków zubożenia warstwy ozonowej.

W roku 2014 ostatni raz można było serwisować instalacje z czynnikiem R22, który przed tą datą był powszechnie stosowany. Wtedy to też zostało wprowadzone Unijne Rozporządzenie nr 517/2014 w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych. W Polsce przepisy zostały dostosowane do unijnych wytycznych w 2017 roku, czyli została wprowadzona tzw. ustawa F-gazowa. Głównym założeniem tych przepisów jest wycofanie z rynku czynników z grupy fluorowanych gazów cieplarnianych poprzez narzędzia, które mają na celu zniechęcenie do ich stosowania zarówno przez producentów, inwestorów, jak i serwisantów. Dokonuje się tego poprzez wprowadzenie uciążliwych procedur i obowiązków, co przekłada się na powszechną rezygnację z ich stosowania. 

Z kolei od 2025 roku zostanie wprowadzony zakaz stosowania czynnika R410A w urządzeniach, gdzie jego ilość ma docelowo przekraczać 3 kg. W przypadku pomp ciepła dla gospodarstw domowych, nie wprowadza się tyle czynnika chłodniczego do układu. Problematyczne stanie się natomiast projektowanie większych systemów dla użytku komercyjnego lub przemysłowego - czynnik R410A sprawdzał się w takich przypadkach świetnie, o czym wspomnimy w dalszej części poradnika.

Jaką funkcję spełnia czynnik chłodniczy w pompach ciepła?

Czynnik chłodniczy, inaczej zwany termodynamicznym, odpowiada za wymianę ciepła pomiędzy dwoma źródłami (dolnym i górnym). Dolne źródło to w przypadku pomp ciepła powietrze lub grunt (rzadziej woda), a źródło górne to instalacja co lub cwu. Można powiedzieć, że czynnik chłodniczy jest swojego rodzaju „nośnikiem” energii cieplnej. W przypadku pomp ciepła określenie „chłodniczy” jest dość mylące, ponieważ substancja ta może również przekazywać ciepło. Wiele modeli posiada jednak funkcję chłodzenia pomieszczeń latem.

Czym jest GWP i ODP?

Pod oznaczeniami ukrytymi w oznaczeniach GWP i ODP kryją się wskaźniki dotyczące ekologii czynników chłodniczych stosowanych w pompach ciepła.

Zacznijmy od skrótu ODP ang. Ozone Depletion Potential, czyli potencjał niszczenia warstwy ozonowej. Warto wspomnieć, że wartość tego wskaźnika odnosi się do czynnika R11, którego ODP wynosi 1. Od razu musimy zaznaczyć – wszystkie współczesne czynniki chłodnicze mają zerowy wpływ na warstwę ozonową.

Z kolei skrót GWP ang. Global Warming Potential, określa wpływ czynnika na globalny efekt cieplarniany. Wartość ta jest wynikiem porównania ilości ciepła zatrzymanego przez 1 kg gazu i ilości zatrzymanego ciepła przez 1 kg dwutlenku węgla – najczęściej w horyzoncie 100 lat.

Trzeba jednak wziąć pod uwagę jedną istotną kwestię. Żaden z czynników nie wpływa na globalne ocieplenie, jeżeli nie dojdzie do wycieku z pompy ciepła czy klimatyzacji. Z kolei „zużyty” czynnik chłodniczy powinien zostać poddany odzyskowi. Więc jeżeli z pompy nigdy nie nastąpił wyciek i nastąpił recycling czynnika – niezależnie od jego rodzaju, jesteśmy w 100% ekologiczni!

Rodzaje czynników chłodniczych w pompach ciepła

W tym poradniku omówimy szerzej najpopularniejsze czynniki stosowane w pompach ciepła – R410A i R32. Opiszemy także czynnik, który dopiero od niedawna pojawia się w jednostkach grzewczych – R290. Na sam koniec dodamy kilka słów na temat mniej znanych „substancji” przekazujących ciepło do budynku.

Czynnik chłodniczy R410A

Czynnik ten jest jednym z najpopularniejszych, które stosuje się w układach klimatyzacji i pompach ciepła. R410A został wynaleziony przez amerykańską firmę AlliedSignal (związaną z motoryzacją, inżynierią, i lotnictwem) w 1991 roku. Do tej pory Honeywell (w 1999 roku AlliedSignal połączyło się z tą firmą) jest liderem pod względem sprzedaży czynnika R410A. Natomiast pierwszy klimatyzator mieszkaniowy z tym czynnikiem opuścił linię produkcyjną w 1996 roku.

Czynnik chłodniczy R410A zastąpił czynnik R22 – który został całkowicie wycofany z produkcji w USA w 2020 roku w wyniku bardzo wysokiego potencjału niszczenia warstwy ozonowej. Warto wspomnieć po raz kolejny, że obecnie wszystkie czynniki stosowane w pompach ciepła wykazują 0 ODP. Wynika to z zastosowania fluoru zamiast bromu lub chloru, które są wycofywane z użytku.

Bardzo ciekawy jest fakt, że w czynniku R410A 50% składu to… czynnik R32. Z kolei pozostała połowa to czynnik z oznaczeniem R125.

Czynnik R410A stosuje się w urządzeniach chłodniczych, grzewczych i klimatyzacyjnych, których temperatura parowania wynosi od -70°C do 40°C.

Czynnik R410 jest niepalny i niewybuchowy – należy do grupy A1/A1. Nie jest toksyczny dla ludzi, jednak wdychanie może powodować działanie psychoaktywne. Bezpośredni kontakt może wywołać natomiast odmrożenie skóry, jak również podrażnienie gałek ocznych. Ma znikomy potencjał frakcjonowania (podziału „struktury” czynnika), jednak należy go uwzględnić podczas aplikacji.

Materiały, które są zalecane do stosowania wraz z czynnikiem R410A to: stal, aluminium, miedź lub mosiądz. Reaguje chemicznie natomiast na magnez, cynk i ołów. Całkowicie niedozwolony jest kontakt z takimi materiałami jak potas, sód, wapń i sproszkowane aluminium.

Czynnik chłodniczy R32

Sytuacja na rynku czynników chłodniczych zmienia się w bardzo dynamicznym tempie. Jeszcze do niedawna ten o oznaczeniu R32 budził postrach wśród instalatorów, którzy obawiali się jego łatwopalności. To dość intrygujące zważając na fakt, że mało kto przejmuje się tym przy ogrzewaniu gazowym.

Niedobory czynnika R410A na rynku i jego większy współczynnik GWP sprawiły, że siłą rzeczy, producenci zostali niejako zmuszeni do stosowania czynnika R32, a instalatorzy – do montowania pomp ciepła i klimatyzatorów z taką substancją wewnątrz.  

Czynnik chłodniczy R32 ma znacznie niższy GWP od czynnika R410A i wynosi on dokładnie 675.

Czynnik chłodniczy R32 należy do grupy o niskim stopniu palności według normy ISO 817. Samozapłon czynnika R32 może nastąpić dopiero w temperaturze +600°C, czyli bardzo daleko poza „zasięgiem” normalnych warunków pracy. Na dodatek, nawet gdyby czynnik w całości wpłynąłby z pompy ciepła do pomieszczenia o powierzchni 12m2 – gaz wciąż nie osiągnąłby nawet dolnej granicy palności.

Warto wspomnieć, że maksymalne napełnienie układu czynnikiem R32 wynosi 60 kg, co sprawia, że nie można ich zastosować w dużych systemach VRF. Na dodatek powyżej 12 kg trzeba stosować dodatkowe zabezpieczenia, dlatego nawet w przypadku mniejszych instalacji VRF procedury stają się bardzo uciążliwe.

Czynnik R32 czy R410A?

Od 2025 roku zgodnie ze zmianami wprowadzonymi przez Komisję Europejską, wszystkie czynniki o GWP powyżej 750 będą zakazane w stosowaniu – na tę listę wpisuje się zatem czynnik R410. Warto jednak pamiętać, że ograniczenie będzie obejmowało jedynie nowe pompy ciepła i systemy klimatyzacyjne. Przepisy nie dotyczą również sytuacji, gdy ilość czynnika w urządzeniu nie przekracza 3 kg.

Ciśnienie robocze tych obydwu czynników są do siebie zbliżone. Dla R32 wynosi 4,29 MPa, natomiast dla R410A wynosi 4,15 MPa.

Na uwagę zasługuje jednak fakt, że czynnika R32 można zastosować nawet 30% mniej niż czynnika R410A w analogicznych układach. Z tego powodu w systemach chłodniczych i grzewczych wykorzystuje się mniejsze rurociągi, co ma również wpływ na wydajność instalacji.

Na uwagę zasługuje również cena obydwu tych czynników – w przypadku R410a stale rośnie, natomiast R32 spada. Koszt R32 jest niższy o około 20% od czynnika R410A.

Należy też pamiętać, że czynnik R410A pod żadnym pozorem nie może być stosowany zamiennie z czynnikiem R32.

W naszej opinii, w obecnym momencie warto kupować pompy ciepła z czynnikiem R32 - są z reguły nowocześniejsze i mamy większą pewność, że nagłe regulacje nie spowodują dodatkowych problemów i kosztów.

Czynnik chłodniczy R290

W ostatnim czasie, wielu producentów pomp ciepła (a szczególnie tych klasy premium) decyduje się na wprowadzenie nowej generacji tych urządzeń z czynnikiem R290, czyli propanu w tzw. chillerach – czyli schładzaczach cieczy.

Najważniejszą zaletą, na którą wskazują producenci pomp ciepła, jest znikomy wskaźnik GWP=3. Przekłada się to zatem na brak konieczności rejestracji urządzenia w CRO (Centralny Rejestr Operatorów). Na dodatek nie ma potrzeby przeprowadzania prób szczelności, choć i tak powinno się to wykonywać profilaktycznie – dla samego poprawnego działania systemu.

Mimo, że czynnik R290 to jest „najnowocześniejszy” z wszystkich wymienionych w tym poradniku, to wciąż pozostaje najtańszy. Jednocześnie jest to wysokiej czynnik o klasie palności A3. Nie zapominajmy jednak, że nikt z nas nie obawia się palności w przypadku samochodów z LPG, czy ogrzewaniem gazowym, gdzie ilość wybuchowego czynnika jest znacznie większa. 

Podstawą bezpieczeństwa jest poprawne wykonanie instalacji. Możemy polecić Ci rzetelnych instalatorów z Twojej okolicy. Wystarczy, że wypełnisz ten formularz.

Propan jest jednorodnym czynnikiem chłodniczym, którego właściwości termodynamiczne są nawet lepsze niż R32 i R410A.

Inne czynniki chłodnicze stosowane w pompach ciepła

Rzadziej stosowanymi czynnikami w pompach ciepła są:

• R134a – czynnik, który jest bardziej znany ze stosowania w klimatyzacjach samochodowych. Gaz ten jest niepalny – tak samo jak czynnik R410A należy do grupy A1/A1. Czynnik wytwarzany jest syntetycznie, a jego GWP wynosi 1430. Można więc przypuszczać, że również będziemy widzieć go w pompach ciepła coraz mniej, mimo tego, że mało, który producent decydował się na zastosowanie tego gazu.
• R407C – jeszcze rzadziej stosowanym czynnikiem w układach z pompą ciepła jest R407C. Wykazuje on GWP na poziomie 1774. Największa wada tego czynnika polega jednak na tym, że jest to mieszanina trójskładnikowa. Podczas serwisowania dochodziło tym samym do zmian w stężeniach poszczególnych składników, co przekładało się w późniejszym czasie na niestabilność pracy pompy.
• R454C – jeden z najnowocześniejszych czynników dopiero pojawiający się w pompach ciepła. Mówi się, że niebawem zastąpi nawet propan – R454C jest bowiem czynnikiem przeciwwybuchowym. Jego GWP jest jednak wyższy od R290 i wynosi 146 – czyli 14 razy mniej niż R410A. 

Podsumowanie

Różnice w czynnikach występują, jednak dla właściciela budynku i pracującej w niej pompie ciepła, nie mają aż tak wielkiego znaczenia. Tak jak wspomnieliśmy – tylko w momencie wycieku czynnika możemy mówić o jakimkolwiek wpływie na globalne ocieplenie.

Z drugiej strony są osoby, które obawiają się wysokiej palności czynników – ryzyko jest naprawdę znikome, nawet w przypadku czynnika R290 producenci nie mogliby bowiem dopuścić do sytuacji, w których ich renoma byłaby zniszczona w wyniku nawet jednego pożaru spowodowanego wadami fabrycznymi.

Trzeba też wiedzieć, że czynnik chłodniczy płynie pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną powierzchnią budynku w przypadku pomp ciepła split lub cały układ jest zamknięty hermetycznie w jednostce umieszczonej na zewnątrz budynku - w przypadku monobloków. Z tego powodu szczelność układu split zależy przede wszystkim od jakości wykonania układu przez instalatora, który musi posiadać uprawnienia f-gazowe. W przypadku monobloków to producent odpowiada z kolei za szczelność układu chłodzenia.

R32 i R290 to zatem czynniki, na które powinniśmy zwracać uwagę przede wszystkim. Można zauważyć, że w tym momencie staje się on po prostu standardem, a wszystkie odejścia od tych czynników, nie ma raczej uzasadnienia ekonomicznego i ekologicznego.