Kíváncsi lennék, hogy a címben szereplő a megfelelő kérdés vagy a következő: készen állnak a természetes hűtőközegek a hőszivattyúkhoz? Bármelyik kérdést nézzük, úgy érzékelem, hogy ma még nincs egyértelmű válasz ezekre.
A hőszivattyúk mint a szén-dioxid-mentesítés kulcsai
Jelenleg egyértelműen az elektromos hőszivattyúk jelentik a legjobb megoldást a fűtés szén-dioxid-mentesítésére a fosszilis tüzelőanyaggal működő kazánok leváltásakor. Konkrétan a levegő hőjét hasznosító hőszivattyúk és a talaj hőjét hasznosító hőszivattyúk szén-dioxid intenzitása 0,111 illetve 0,097 kg CO2e, míg a gázkazáné 0,241 kg CO2e. Összességében úgy becsülték, hogy a fosszilis tüzelőanyagokkal működő kazánok helyett az elektromos hőszivattyúk alkalmazása a végső energiafogyasztást több mint 66%-kal csökkentette. Figyelembe véve azt, hogy 2030-ra az összes lakóépület 40%-át várhatóan elektromos árammal fogják fűteni, a hőszivattyúk hozzájárulása a nettó nulla kibocsátási célokhoz jelentőssé fog válni.
A szén-dioxid-kibocsátások a hőszivattyúkkal még nagyobb mértékben foghatók vissza a digitalizációnak, a megújuló energiának és az alacsony felmelegedési potenciálú hűtőközegeknek köszönhetően. Ez utóbbi különösen aggályokat vet fel a hőszivattyúk gyártói számára, mivel a hűtőközeg változása sokkal többet jelent a folyadék lecserélésénél, hiszen ez mindenekelőtt egy természetes hűtőközeg.
A HVAC/R szektor alacsony felmelegedési potenciálú hűtőközegekre átállása folyamatosan zajlik, azonban a piacon elérhető hőszivattyúk többsége továbbra is magas felmelegedési potenciálú hűtőközegekkel működik. Például a 2019-ben értékesített hőszivattyúk 80%-a R-410A hűtőközeget tartalmazott (GWP=2088), és az R-134a (GWP=1430) volt a második leggyakrabban használt a BSRIA szerint. További használt hűtőközegek az R-32 (GWP=675), más HFC/HFO elegyekkel és az R-290 (propánnal GWP=3) együtt.
A természetes hűtőközegek jelentik az egyetlen opciót Európában?
Több különböző tényező képes felgyorsítani vagy lelassítani a természetes hűtőközegek hőszivattyúkhoz történő felhasználását Európában, azonban valószínűleg az előírások a legfontosabbak.
Másrészt figyelembe kell venni, hogy még ha befolyásolta is a hőszivattyú szektort az F-gáz kvóta csökkentése miatt bekövetkező áremelkedés a magas felmelegedési potenciálú hűtőközegek esetében, az európai F-gáz előírások jelenlegi változata semmilyen felmelegedési potenciálra vonatkozó korlátozást nem tartalmaz erre az alkalmazásra vonatkozóan. Ez a forgatókönyv valószínűleg az F-gáz rendelet következő felülvizsgálatától kezdve fog megváltozni, az erre vonatkozó javaslat idén április-május környékén várható. Valójában az F-gáz rendelet módosítására tavaly májusban tett javaslat két felmelegedési potenciálra vonatkozó határértéket foglal magában a helyhez kötött légkondicionáló és hőszivattyú berendezésekre vonatkozóan:
- A legfeljebb 12 kW névleges teljesítményű készülékekre: a 150-es vagy ennél magasabb GWP értékű, üvegházhatást előidéző fluortartalmú gázok használata nem lesz engedélyezett.
- A 12 kW fölötti névleges teljesítményű készülékekre: a 750-es vagy ennél magasabb GWP értékű, üvegházhatást előidéző fluortartalmú gázok használata nem lesz engedélyezett.
Az első korlátozás kizárja a napjainkban szokásos hűtőközeget az új hőszivattyúknál, így az egyetlen opciót a rendkívül alacsony felmelegedési potenciállal rendelkező, főként természetes hűtőközegek képviselik. Figyelembe véve a tényt, hogy 12 kW alatti kapacitású hőszivattyúk uralják a legtöbb európai ország piacát, ahogy ez a következő grafikonon is látható, ez az F-gázzal kapcsolatos intézkedés (ha jóváhagyják) elsöprő hatású lehet.
Hőszivattyúk értékesítése kapacitásonként és országonként, kW egységben megadva
Ehhez hozzá kel adni egy másik tényezőt, ami befolyásolhatja a hőszivattyúkhoz felhasznált közeg típusát a következő években. 2021 júliusában Hollandia Németországgal, Norvégiával, Svédországgal és Dániával karöltve benyújtotta a REACH-hez a polifluor-alkil anyagok (PFAS)széles körének betiltására vonatkozó javaslatát, a környezetre és az egészségre gyakorolt káros hatásaik miatt. A legtöbb HFC és HFO hűtőközeget PFAS-ként (perfluorozott alkilezett anyagként) sorolják be molekulaszerkezetük alapján. Ez azt jelenti, hogy ha elfogadják a javaslatot, be fogják tiltani ezeknek a hűtőközegeknek a használatát (bár lehetnek olyan készülékekre vonatkozó kivételek, ahol nincs más működőképes alternatíva).
Mennyire könnyű feladat propánhoz kifejleszteni egy hőszivattyút?
A természetes hűtőközegek közül a legvalószínűbb jelölt az R-290 (propán), amelyet néhány gyártó már használ, ahol az előbbiekben jeleztük. Különösen a telepített hőszivattyúknak mintegy 2%-a (körülbelül 200 000- 220 000 egység) már propánt használ hűtőközegként, elsősorban háztartási alkalmazásokhoz.
A propán használata felveti a gyúlékonyság kihívását, és ezzel a biztonsági normák alkalmazását. Az IEC 60335-2-40 a termékekre vonatkozó biztonsági szabvány az elektromos hőszivattyúk, légkondicionálók és szárítóberendezések esetében. A legutóbb közzétett nemzetközi szintű (6.0 kiadás) szigorúbb követelményeket tartalmaz az A3 hűtőközegekre, például a propánra vonatkozóan, mint az A2L hűtőközegekre, ilyen például az R-32.
A propán töltetre vonatkozó konkrét korlátok az IEC 60335-2-40 (6.0 kiadásának) megfelelően a következőképpen foglalhatók össze:
- 150 grammig nincs semmilyen helyiség területére vonatkozó korlátozás
- 1 kilogrammig a helyiség területére vonatkozó korlátozás:
Amin=(mc/(2.5×(LFL)5/4×h0))2 nem lehet kevesebb, mint: Amin=mc/(0,75×LFL×h0)
ahol Amin= minimum terület, mc= hűtőközeg töltet, LFL= alsó lobbanási határ, ho=kibocsátási magasság (a padlótól függőlegesen felfelé számított távolság méterben a kibocsátás magasságáig a készülék telepítésekor).
Például 1 kg propán esetén a hőszivattyú elhelyezéséhez minimum 117 m2 terület szükséges.
- 5 kg-ig mechanikus szellőzéssel vagy kültéri/indirekt rendszerekkel.
A 150 grammnál kevesebb hűtőközeget illetően kifejlesztettek néhány alacsony töltetű propánra épülő rendszert, amelyek drasztikusan lecsökkentik a hűtőközeg töltet mennyiségét. Ez azonban a kivitelezés módosítását is jelenti olyan innovatív hőcserélőkkel, mint például a mikrobordás csövekkel ellátott berendezések.
Ha valaki úgy dönt, hogy 150 gramm és 1 kg közötti mennyiségű propánt használ, akkor a hőszivattyú elhelyezését szolgáló helyiség méretét kell figyelembe venni. A lakóépületek hőszivattyúinak esetében, ha egy 20 m2 területű helyiség áll rendelkezésre a hőszivattyú elhelyezésére (például a garázs), akkor ez 410 g töltetet tesz lehetővé. A legtöbb esetben ez a hűtőközeg mennyiség elegendő.
A többi opciót műszaki és gazdaságossági szempontok alapján kell értékelni: Mechanikus szellőzés (például egy érzékelőre van szükség a szivárgás észleléséhez, legalább a szellőzés folyamatosan működik), kültéri vagy indirekt rendszerek (figyelembe kell venni a hatékonyság csökkenését). Nemrégiben az „energies” című folyóirat arról számolt be, hogy még nem teljesen tisztázottak a közvetlen és a közvetett rendszerek előnyei és hátrányai a töltet és a kapacitások szempontjából.
Egy nemzetközi munkacsoport már dolgozik az IEC 60335-2-40 szabvány legújabb kiadásán, amely lehetővé tenné nagyobb töltetek használatát bármely gyúlékony hűtőközeggel, új berendezések esetén, további biztonsági intézkedések mellett. A közzétett adatok szerint a töltetre vonatkozó korlátozás az alkalmazott biztonsági intézkedések függvénye lesz. Így a szabvány 7.0 kiadásának lehetővé kell tennie az A3 hűtőközegek használatát a 6.0 kiadással összefüggésben. Azonban a 6.0 változat angol verzióját Európában még mindig nem hagyták jóvá (ebben az évben várható), így némi időbe telik, amíg a 7.0 változat életbe léphet.
Mi a helyzet a szén-dioxiddal?
Az R-744 (CO2) használatát értékelte néhány hőszivattyú gyártó is. A vízmelegítőkben és járműipari hőszivattyúkban már széles körben használt CO2 az egyetlen olyan természetes hűtőközeg, amely nem gyúlékony. Azonban fontos megérteni többek között azt, hogy valahányszor csökken a közvetlen kibocsátás, mindannyiszor további közvetett kibocsátás ellensúlyozza ezt. A technológiai fejlődés nagyon fontos szerepet játszhat a CO2 hőszivattyúk teljesítményének növelésében és felhasználásuk terjedésében, ahogy ez a múltban is történt más alkalmazásokkal, például a szupermarket rendszerekkel.
Ebben a kontextusban érdekes vita folyik arról, hogy vajon a kazánok hőszivattyúkkal lecserélésére kell a hangsúlyt helyezni a hűtőközegre való tekintet nélkül, vagy ennek kéz a kézben kellene járnia a természetes hűtőközegek használatát szolgáló fenntartható megoldások kifejlesztésével. Az idei év során számos nyomnak kell felbukkannia annak megértéséhez, hogy mi fog történni az évtized hátralévő részében a hőszivattyúkkal összefüggésben: az F-gáz rendelet felülvizsgálatától kezdve a polifluor-alkil anyagok (PFAS) jóváhagyására vagy betiltására vonatkozó javaslatig. Ide tartozó téma az IEC 60335-2-40 szabvány 6.0 kiadásának jóváhagyása is. Annyi világos, hogy a hőszivattyúk előtt álló akadályokat mindenképpen le kell győzni, hogy ne lassuljon le a fosszilis tüzelőanyagokkal működő kazánok hőszivattyúkkal felváltásának folyamata.
Forrás: www.carel.com
