wpisy na blogu

Aby skomplikowany proces przekazania ciepła oraz podwyższenia temperatury mógł zostać przeprowadzony, wykorzystuje się w pompach ciepła specjalne czynniki robocze, będące nośnikiem energii w całym systemie.

(Nie)Naturalne czynniki chłodnicze

Czynnik roboczy, nazywany też chłodniczym, to czynnik termodynamiczny, który krążąc w systemie pompy ciepła przyczynia się do podwyższania poziomu temperatury. Czynnik chłodniczy jest w stanie przenosić, odbierać oraz oddawać energię. Substancje robocze są związkami chemicznymi, które występują w przyrodzie, jako gazy lub też są otrzymywane w postaci syntetycznej. Czynniki chłodnicze mogą być naturalnymi substancjami jednorodnymi (np. woda, powietrze, amoniak, dwutlenek węgla czy też węglowodory) lub mieszaninami. Czynniki są zazwyczaj oznaczone dużą literą „R” nawiązującą do angielskiego skrótu „Refrigerant”, czyli czynnik chłodniczy.

Czynniki robocze stosowane w pompach ciepła powinny spełniać szereg wymagań, w tym przede wszystkim:

• posiadać jak najmniejszą temperaturę wrzenia,
• być niepalne, nietoksyczne oraz niewybuchowe,
• posiadać zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP) oraz jak najmniejszy potencjał wytwarzania efektu cieplarnianego (GWP),
• mieć korzystny przebieg krzywych nasycenia, a także możliwie jak najniższe ciśnienie skraplania
• charakteryzować się dużą objętościową wydajnością grzejną, co pozwoli na zmniejszenie strumienia objętości czynnika roboczego w obiegu, a tym samym również wymiarów samej sprężarki.

Trudno jest obecnie stworzyć jeden czynnik roboczy, który byłby w stanie spełnić wszystkie wymagania stawiane substancji chłodzącej pompy ciepła. Dlatego też podczas wyboru czynnika bierze się pod uwagę m.in. rodzaj systemu, jego zastosowanie, a także zakres pracy oraz kwestie ekonomiczne.

Freony

Powszechnie stosowane obecnie czynniki robocze krążące w dolnym źródle pompy ciepła to głównie glikole etylenowe oraz propylenowe. Kiedyś stosowano tzw. solanki, czyli roztwory soli NaCI. Jednak ze względu na ich korozyjny charakter zostały w większości wycofane z obiegu. Bardzo dobrym rozwiązaniem posiadającym odpowiednie właściwości termodynamiczne, jako czynniki robocze, okazały się związki fluorowcopochodne węglowodorów alifatycznych, noszące powszechnie nazwę freonów. Powstają one w wyniku zamiany w cząsteczce organicznego związku atomów wodoru na atomy fluorowców, które są bezbarwne, bezzapachowe, niepalne oraz nietoksyczne.

Freony, to przede wszystkim trzy grupy czynników:

• CFC – chlorofluorowęglowodory (m.in. R 11, R12) – zostały wycofane z powszechnego zastosowania,
• HCFC – wodorochlorofluorowęglowodory (m.in. R 22) – zostały wycofane z powszechnego zastosowania,
• HFC – hydrofluorowęglowodory (m.in. R 123, R 134a).

System bezglikolowy

Obecnie w pompach ciepła stosuje się najczęściej czynniki R407C, R404A oraz R134A. Dostępne są również najnowsze systemy bezglikolowe, w których wykorzystuje się czynnik roboczy R410A, który jest w pełni ekologiczny, bezpieczny oraz nie ulega degradacji, a więc nie ma konieczności okresowej wymiany tego rodzaju czynnika roboczego.

Wykorzystanie systemu bezglikolowego jest realne w technologii geotermalnej, w której energia cieplna jest pobierana z gruntu. System bezglikolowy może być stosowany również w technologii bezpośredniego parowania/woda (m.in. ogrzewanie podłogowe, ogrzewanie ścienne, grzejniki niskotemperaturowe).

W systemach bezglikolowych zastosowany czynnik chłodniczy nie starzeje się, a więc nie ma potrzeby jego wymiany. Takie rozwiązanie pozwala na znaczne obniżenie kosztów eksploatacyjnych pompy ciepła oraz ułatwia jej codzienne użytkowanie. W systemach bezglikolowych nie występują straty ciepła na wymienniku, a także nie jest konieczne zamontowanie dodatkowej pompy obiegowej.