Nowe techniczne możliwości, jakie otwierają się przed projektantami komercyjnych instalacji chłodniczych i jednostkami specyfikującymi, dają możliwość zmniejszenia ogólnego wpływu ich systemów na środowisko.

Rys. 2. Wartości TEWI obliczone w odniesieniu do rozpatrywanych wariantów zastąpienia R404A
czynnikami o niższym GWP w Europie (odniesione do R404A/instalacji chłodniczych typu DX z R404A) [4]

Właściciele komercyjnych instalacji chłodniczych w Europie i na rynkach całego świata są coraz bardziej zainteresowani zmniejszaniem wpływu swojej działalności na środowisko. Priorytetem jest dla nich przede wszystkim eliminowanie wycieków czynnika chłodniczego, mających istotny wpływ zarówno na wysokość kosztów, jak i na spełnianie wymogów ochrony środowiska. Zagadnienie to doczekało się szczegółowej analizy oraz jest przedmiotem znaczących inicjatyw w całej branży. Pojawiają się również nowe technologie w zakresie czynników chłodniczych, które mogą ułatwić przedsiębiorcom znaczną redukcję całkowitego śladu węglowego. W tym artykule zostaną omówione możliwości w zakresie wyboru czynników chłodniczych i konfiguracji układów, a także ich wpływ na środowisko.

Dzięki swoim właściwościom i parametrom w układach niskotemperaturowych (LT) R404A należy do najczęściej stosowanych czynników chłodniczych w instalacjach do chłodzenia i zamrażania żywności. Jednak w porównaniu z innymi aktualnie dostępnymi czynnikami R404A jest mniej efektywny energetycznie w wielu zastosowaniach średniotemperaturowych (MT) i odznacza się szczególnie wysokim – wynoszącym 3922 [1] – potencjałem tworzenia efektu cieplarnianego (GWP: Global Warming Potential). W Europie, w niektórych sektorach detalicznej sprzedaży żywności coraz częściej słychać głosy, że nadszedł już czas, aby zastąpić R404A innymi czynnikami chłodniczymi, które zapewnią większe zrównoważenie ekologiczne. Aby to umożliwić, międzynarodowi specjaliści branży detalicznej rozważają obecnie i oceniają różne alternatywne rozwiązania, zarówno pod względem wyboru czynników, jak i technologii instalacji chłodniczych. Przy konstrukcji nowych systemów chłodniczych omawiane opcje oferują niejednakowy poziom redukcji wpływu na środowisko.

Coraz szerzej akceptowany jest całkowity równoważny wskaźnik ocieplenia TEWI (ang. Total Equivalent Warming Impact), jako prosty i miarodajny wskaźnik wpływu układu chłodniczego na środowisko. Im mniejsza wartość TEWI, tym mniejsze to oddziaływanie. Na TEWI składają się dwa podstawowe czynniki:
• skutek bezpośredni wynikający ze strat czynnika – wycieków z nieszczelnego układu (ma znaczenie, jak duży jest GWP tego czynnika),
• skutki pośrednie wynikające ze zużycia energii niezbędnej do pracy układu (na wielkość tego pośredniego składnika TEWI ma wpływ efektywność energetyczna systemu).

Jaki wybór ma branża handlu detalicznego artykułami spożywczymi? W Unii Europejskiej coraz wyższą pozycję zdobywają dwa podejścia technologiczne do zastępowania tradycyjnych układów z bezpośrednim odparowaniem (DX) pracujących na czynniku R404A:
• zastąpienie R404A czynnikiem chłodzącym o mniejszym GWP w ramach tej samej konfiguracji układu;
• zainstalowanie dwustopniowego układu kaskadowego (inaczej: hybrydowego) z dwoma różnymi czynnikami chłodniczymi. Każdy z tych wariantów zostanie szczegółowo omówiony.

Czynnik chłodniczy o niższym GWP, w niezmienionej konfiguracji układu/instalacji
W celu zmniejszenia potencjału GWP czynnika chłodzącego jako bezpośrednie zamienniki dla R404A w istniejących układach typu DX zaproponowano klika czynników, a wśród nich CO₂, węglowodory i R134a. W praktyce jednak, zastosowanie CO₂ i węglowodorów w tym zakresie to nienajlepsze rozwiązanie, posiadają one bowiem poważne ograniczenia zmniejszające zakres i wszechstronność ich zastosowań. Na przykład, CO₂ uniemożliwia dobrą wydajność w warunkach wysokiej temperatury skraplania, a węglowodory z powodu swojej łatwopalności właściwie nadają się tylko do bardzo małych instalacji. W zastosowaniach MT, jak np. chłodzenie artykułów żywnościowych w celu ich krótkotrwałego przechowywania i eksponowania, obiecującą alternatywą dla R404A jest czynnik chłodniczy R134a. Jego GWP wynosi 1430 [1], wyróżnia go również dobra efektywność energetyczna (w przybliżeniu 5÷10 proc. wyższa niż R404A). Niemniej jednak R134a nie jest czynnikiem preferowanym w przypadku zastosowań LT.

Układy kaskadowe (hybrydowe) z czynnikami chłodzącymi o niższym GWP
Wiele sklepów z żywnością i supermarketów w całej Europie zdecydowało się na instalacje chłodnicze w układzie kaskadowym, z R134a w obiegu chłodniczym MT i CO₂ w obiegu LT (rysunek 1). Wykazano, że stosunkowo wyższe nakłady inwestycyjne zamortyzują się w czasie krótszym niż 5 lat [2]. Porównanie wyników TEWI (obliczonych w odniesieniu do 15-letniego okresu) wskazuje, że w porównaniu z innymi opcjami technologicznymi układ kaskadowy z R134a/CO2 odznacza się najniższym całkowitym wpływem na środowisko (tabela 1), a w porównaniu z aktualnymi układami DX z R404A wpływ ten jest niższy o ponad jedną trzecią. Wyższa efektywność energetyczna układu z R134a/ CO₂ przekłada się na znaczne obniżenie zużycia energii, a tym samym na redukcję kosztów eksploatacji.

Nowa alternatywa dla R134a o niskim GWP w średniotemperaturowych zastosowaniach chłodniczych
Opteon™ XP10, przedstawiony po raz pierwszy na targach Chillventa 2010, to azeotropowa mieszanka na bazie HFO-1234yf przeznaczona do komercyjnych instalacji chłodniczych. Posiada GWP bliski 600, znacznie niższy niż R134a (GWP: 1430), a dzięki bardzo zbliżonym własnościom termodynamicznym można nim zastąpić R134a w istniejących urządzeniach metodą „drop-in” (na przykład w górnym stopniu kaskady R134a/CO2). DuPont przeprowadził już w swoich laboratoriach wszechstronne badania nowego czynnika chłodniczego pod kątem własności termodynamicznych, palności i kompatybilności z mediami uszczelniającymi. Obecnie firma ściśle współpracuje z producentami urządzeń, inżynierami, dostawcami i użytkownikami systemów w celu oceny jego funkcjonowania i osiągów w rzeczywistych warunkach pracy.

Dobre wyniki w badaniach laboratoryjnych [5] (...)

Udana instalacja w Niemczech (...)

Wnioski
Pojawia się wiele nowych technologii związanych z czynnikami i układami chłodniczymi, które mogą z sukcesem zastąpić R404A i zmniejszyć całkowity wpływ na środowisko instalacji chłodniczych pracujących u detalistów spożywczych. Wiele firm z sektora handlu detalicznego artykułami spożywczymi dochodzi do wniosku, że najkorzystniejszym sposobem zastąpienia R404A w chłodnictwie komercyjnym jest zastosowanie kaskadowych instalacji chłodniczych z wykorzystaniem R134a w górnym stopniu w układzie średniotemperaturowym (MT) oraz CO₂ w dolnym stopniu w układzie niskotemperaturowym (LT).

Zastosowanie takiej konfiguracji może potencjalnie stać się nowym standardem w instalacjach przeznaczonych dla supermarketów (ze wszystkimi korzyściami wynikającymi ze standaryzacji urządzeń, w tym – ułatwieniami dla personelu serwisowego, jakie taka standaryzacja może przynieść a w przyszłości pozwoli bezproblemowo zastąpić R134a nowymi czynnikami chłodniczymi o niższym GWP, które aktualnie poddawane są testom rozwojowym.