Propan, czyli ekologiczny czynnik chłodniczy w pompie ciepła

Kiedy mówimy o pompie ciepła to mamy na myśli urządzenie z wykorzystaniem ekologicznych czynników chłodniczych. Obecnie w użyciu stosuje się szeroko czynniki R410A, czy R32, ale trend jest taki, aby już w najbliższej przyszłości zastąpić je czymś jeszcze mniej szkodliwym dla środowiska. Wybór padł na propan.

Gazy cieplarniane

Gaz cieplarniany, gaz szklarniowy to gazowy składnik atmosfery biorący udział w efekcie cieplarnianym. Gazy cieplarniane przepuszczają większość docierającego do planety elektromagnetycznego promieniowania słonecznego, a pochłaniają promieniowanie podczerwone z planety. Dominujący udział w efekcie cieplarnianym ma para wodna. Jej zawartość w atmosferze ziemskiej jest zmienna w czasie i różna nad poszczególnymi obszarami naszej planety (waha się w granicach 40% do 95%), co wynika z cyklu krążenia wody w środowisku na skutek procesów: parowania, skraplania, sublimacji i resublimacji.

Gazy cieplarniane w istotny sposób absorbują promieniowanie słoneczne bezpośrednie oraz odbite od Ziemi. Utrudniają w ten sposób emisję promieniowania podczerwonego naszej planety, przyczyniając się do zwiększania temperatury na jej powierzchni. Jednym z głównych gazów cieplarnianych jest dwutlenek węgla (CO2). Dwutlenek węgla jest drugim, istotnym dla efektu cieplarnianego składnikiem atmosfery ziemskiej, chociaż jego udział w tym zjawisku jest o rząd wielkości mniejszy od udziału pary wodnej. Działalność ludzka ma znacznie większy wpływ na jego obecność w atmosferze.

Od początku ery przemysłowej zawartość dwutlenku węgla w powietrzu systematycznie wzrasta i przewiduje się,że w 2100 roku będzie go w powietrzu dwa razy więcej niż dziś. Udział w efekcie cieplarnianym mają także metan, podtlenek azotu i freony, które również są uwalniane w różnych procesach przemysłowych.

Jak działa pompa ciepła

Pompy ciepła to ekologiczne urządzenia grzewcze wykorzystujące w swoim działaniu odnawialne źródła energii. Dla ekologii nie bez znaczenia jest i to, jaki czynnik chłodniczy jest stosowany w ich termodynamicznym obiegu. To dzięki niemu możliwy jest transport energii cieplnej, gdyż, aby pompa mogła spełniać swoją funkcję musi on krążyć w układzie. Zasada działania jest bardzo prosta. Czynnik ma za zadanie pobrać ciepło z dolnego źródła, czyli tego o niższej temperaturze, rozpocząć wrzenie przy niskim ciśnieniu, gdzie zostaje poddany sprężeniu i na samym końcu tego procesu przekazać to ciepło w trakcie skraplania w wysokiej temperaturze i ciśnieniu.

Całość cyklu uzyskuje się w izolowanym od środowiska zewnętrznego obiegu zamkniętym. Obecnie, jednym z najczęściej wykorzystywanych czynników są gazy fluorowane, wśród nich np. R410A oraz R32. Jednakże obostrzenia i restrykcje prawne ich stosowania wymuszają na producentach alternatywnych rozwiązań. Wynika to z faktu, ze gazy te są z grupy cieplarnianych, co znacznie przyczynia się do pogłębiania dziury ozonowej. W tym przypadku zwraca się pilną uwagę na tzw. współczynnik istotny dla środowiska – GWP.

GWP – współczynnik istotny dla środowiska

Popularny czynnik chłodniczy R410A ma współczynnik GWP równy 2088. Oznacza to, że 1 kg czynnika R410A uwolnionego do atmosfery oddziałuje na ocieplenie klimatu tak jak 2088 kg CO 2. Chodzi tutaj o to, że wskaźnik GWP (global warming potential) wprowadzono właśnie po to, aby porównać szkodliwość poszczególnych substancji stosowanych chłodnictwie. Jego rolą jest porównanie ilości ciepła akumulowanego przez określoną masę gazu do ilości ciepła zatrzymanego przez taką samą masę dwutlenku węgla. Stąd R32 o wskaźniku 675 wydaje się zdecydowanie lepszym dla R410 jeśli rozmawiamy w kontekście ekologii. Niestety R32 uznawany jest za gaz palny, w związku z czym nie może być zamiennikiem typu "drop-in" dla R410A.

Propan w roli ekologicznego czynnika chłodniczego

Okazuje się że czysty, bezwonny, bezbarwny, występujący pod nazwą R290 propan, ma już tak szerokie zastosowanie w gospodarstwach domowych oraz przemyśle, że nic nie stoi na przeszkodzie, aby zaadoptować go w roli czynnika chłodniczego. Mówi się o niewątpliwych jego zaletach na tle innych, zwłaszcza, gdy porównamy wydajność pod względem efektywności. R290 charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami termodynamicznymi. To w zupełności wystarczy, aby pompa ciepła spokojnie pracowała nawet przy temperaturach otoczenia – 25ºC. W dodatku na plus przemawia to, ze jest on przyjazny środowisku naturalnemu. Jak wyjaśniono wcześniej, jego wpływ na powstawanie efektu cieplarnianego jest raczej znikomy. Wynika to z faktu, że wskaźnik GWP dla R290, czyi propanu to zaledwie 3.

Jednakże wykorzystanie propanu rodzi też pewne pytania i wątpliwości. Ponieważ jest to gaz w czystej postaci bezwonny oraz klasyfikowany jako gaz łatwopalny, to czy potencjalny Inwestor nie naraża siebie oraz całej inwestycji na fiasko. Otóż, z uwagi na jego bardzo wysoką wydajność, ilość, która znajduje się w obiegu chłodniczym, w porównaniu do innych czynników chłodniczych jest nieduża. W dodatku jego zastosowanie znajduje obecnie miejsce w pompach ciepła typu monoblok, które fabrycznie są tak skonstruowane, że obieg czynnika chłodniczego jest całkowicie zamknięty w jednostce umieszczonej na zewnątrz budynku. Taki stan rzeczy powoduje, że stosowanie czynnika R290 jest jak najbardziej zasadne.

Opracował: Marek Bachorski-Rudnicki