Rozluštit Gordický uzel

Rozmotat uzel – s správnou technikou nehrozí ani při použití hořlavých chladicích kapalin výbuchové nebezpečí. (Obrázek: ZIEHL-ABEGG)

Součást řešení neprostupného uzlu – technika ventilátorů ECblue od Ziehl-Abegg. (Obrázek: ZIEHL-ABEGG)

Uwe Michael Martin, vedoucí oddělení axiálních ventilátorů ZIEHL-ABEGG SE

Součástí řešení neprostupného uzlu – ventilátorová technika ECblue od Ziehl-Abegg. (Obrázek: ZIEHL-ABEGG)

Už v nejstarších dějinách se hledaly možnosti, jak klimatizovat místa pro vlastní pohodu nebo například skladování potravin. Moderní chladicí technologie je nedílnou součástí jak domácího, tak i průmyslového prostředí; soukromá lednička je stejně důležitá jako průmyslové chladicí zařízení. Zatímco po staletí byly led a sníh oblíbenými pomocníky při temperování, během industrializace s objevením kompresního okruhu chladicího zařízení v 19. století byl krok k prvním chladicím strojům využívajícím technicko-chemické procesy. Použití chladiv bylo sice průlomové, avšak jednotlivé chladicí plyny jsou dnes stejně jako včera problematické. Je proto nutné zaměřit se na optimalizaci zařízení, která přicházejí do kontaktu s chladivy nebo s nimi pracují. To se podařilo společnosti Ziehl-Abegg s jejími ventilátory ECblue.

Hořlavé, toxické, škodlivé pro životní prostředí – výzva v podobě chladiv

Existují dva druhy chladiv, přírodní a syntetická. První jsou látky, které se vyskytují v přírodě, například uhlovodíky, oxid uhličitý nebo amoniak. Syntetická jsou uměle vyráběná, patří sem (částečně) halogenované fluorované uhlovodíky (FCKW nebo H-FCKW) a (částečně) halogenované fluorované uhlovodíky (FKW nebo H-FKW). Přestože mají obě skupiny své výhody, vyznačují se také nevýhodnými vlastnostmi. V prvních kompresních chladicích zařízeních byla využívána přírodní chladiva. Kvůli jejich hořlavosti a toxicitě představují však, zvláště při úniku, značné nebezpečí. Když v 30. letech 20. století byly uvedeny na trh syntetické chladicí látky založené na halogenovaných uhlovodících, které nebyly přímo hořlavé ani toxické, zdály se tyto látky, oslavované jako bezpečnostní chladiva, problém na dlouhou dobu vyřešené. V 70. letech 20. století se však ukázalo, že jsme se dostali z deště pod okap, protože FCKW chladiva se ukázala být zodpovědná za narušení ozonové vrstvy, a tak v roce 1987 bylo přijato Montrealské protokol, mezinárodní dohoda, která zavázala státy hledat alternativy. Následně byly chlorované uhlovodíky nahrazeny fluorouhlovodíky, v nichž jsou chlorové atomy částečně nebo úplně nahrazeny fluorovými nebo vodíkovými atomy. Historie se opakuje a ukázalo se, že i FKW plyny jsou silně škodlivé pro životní prostředí, protože mají vysokou GWP hodnotu (globální oteplovací potenciál), tedy jsou skleníkovými plyny a paradoxně tak v jejich funkci jako chladiva jsou hlavními přispěvateli ke globálnímu oteplování. Výsledkem byla například evropská nařízení 517/2014, známá jako F-Gas nařízení (v platnost od 2015), které postupně omezují (fáze dolů) množství fluorovaných chladiv dostupných na trhu do roku 2030. To ukazuje, jak naléhavá je potřeba akce, když se nebojí rychlého zákazu jednoho z nejrozšířenějších chladiv, R134a. Je jisté, že v Evropě již syntetická chladiva nebudou hrát velkou roli. Řešením jsou plyny, které nepoškozují ozonovou vrstvu ani jinak neznečišťují životní prostředí, a tak opět přicházejí na scénu přírodní chladiva. Opět se tak vracíme k problémům, o nichž jsme si mysleli, že jsou vyřešené. Ačkoliv se pracuje na vývoji nových plynů, které splní požadavky a zároveň budou mít vhodné termodynamické vlastnosti, v střednědobém horizontu nelze přírodní, hořlavá chladiva nahradit kvůli nedostatku alternativ s velmi nízkým GWP, což znamená, že musí být zajištěno co nejbezpečnější používání.

Práce s přírodními chladivy – hořlavost versus riziko výbuchu

Existuje shoda v tom, že bezpečné používání hořlavých chladiv vyžaduje zvláštní znalosti, které jsou předávány prostřednictvím příruček (například vyvinutých Landesinnung für Kälte-Klima-Technik Hessen/Thüringen/Baden-Württemberg nebo Svazem evropských výrobců komponentů pro chladicí a klimatizační techniku, ASERCOM) a školení. Výběr chladiva může obecně ovlivnit konstrukci, tepelné vlastnosti a spotřebu energie chladicího zařízení; skutečnost, že téměř všechna přírodní chladiva jsou podmíněně hořlavá až vysoce hořlavá (podle DIN EN 378 rozdělená do tříd 1, 2, 2L a 3), má dopad na celý provoz. Například větší množství naplněného chladiva v průmyslových zařízeních, kde jsou vyšší výkonové nároky než v domácím prostředí, je spojeno s větším počtem bezpečnostních opatření. Aby se minimalizovalo riziko při úniku hořlavého chladiva, měl by být umístěný prostor dostatečně volný, aby bylo možné zajistit dostatečné zředění. Mohou existovat omezení na množství chladiva při instalaci nebo naplnění v jednotlivých místnostech či celých objektech. Pro preventivní bezpečnost nebo v nouzových situacích může být nutný vizuální a akustický varovný signál nebo větrací systém. Zdroje zapálení nesmějí být v blízkosti zařízení nebo chladicích buněk. Práce s přírodními chladivy někdy vyžaduje celé modifikace zařízení a komponent a týká se také certifikací. Dodržování potřebných zvláštností týkajících se celého systému nebo jednotlivých částí však může zajistit bezproblémový provoz. Méně než se někdy předpokládá je však spojení mezi přírodním chladivem a potenciálně výbušnou oblastí. Protože uhlovodíky mohou tvořit výbušné směsi se vzduchem, musí být u zařízení s hořlavými chladivy podle směrnice 1999/92/ES (ATEX 137) stanoveno provozovatelem, jak velké je riziko výbuchu, přičemž se rozlišuje podle znaků zóny (na základě pravděpodobnosti a délky výskytu výbušné atmosféry), výbušné skupiny (specifická vlastnost látky a míra zápalnosti plynu) a teplotní třídy (které určují maximální povrchovou teplotu, při níž nesmí dojít k zapálení atmosféry). Jelikož výbušná atmosféra se v běžném provozu nevyskytuje, ale pouze při úniku například kvůli poruše potrubí, jsou chladiva přiřazena do nízké zóny. Také se obvykle nacházejí v nejnižší výbušné skupině a teplotní třídě (což umožňuje vyšší povrchové teploty). Z pohledu protipožární ochrany jsou přírodní chladiva z velké části neškodná, zvláště pokud jsou používána vhodná zařízení, která minimalizují riziko poruch a která splňují správné požadavky pro používání hořlavých chladiv.  

Vhodné zařízení – ventilátor ECblue od Ziehl-Abegg

Klíčové součásti v chladicí technice jsou ventilátory, zejména axiální ventilátory. I při jejich výběru je třeba při koncepci chladicích strojů dbát na bezpečnostní aspekty. Ventilátory a motory musí být schváleny pro použití v zařízeních s hořlavými chladivy a splňovat požadavky normy DIN EN 60335-2-40 (například pro tepelná čerpadla a chiller) nebo 2-89 (například pro komerční chladicí pulty). Například i když v běžném provozu nedochází ke kontaktu, při použití hořlavých chladicích plynů je třeba mezi nejteplejším elektrickým prvkem, který by mohl přijít do kontaktu s chladivem, a teplotou samouzápalu chladiva dodržet teplotní rozdíl. Ještě vyšší jsou požadavky, pokud se jedná o výbušnou oblast. Jak bylo zjištěno, oblast s výbušným prostředím však téměř nehraje roli, a proto obvykle stačí dodržovat uvedené normy. Tyto požadavky splňují axiální ventilátory ECblue od Ziehl-Abegg. Mohou být tak bez problémů používány s hořlavými chladivy v souladu s normou, při zohlednění specifických požadavků při instalaci nebo použití. Technologie ECblue od Ziehl-Abegg přispívá k prolomení kruhu, který vzniká problémem s chladicími plyny, a zajišťuje, že okruh chladicího systému může pokračovat i s obtížnými, ale v současnosti nezbytnými chladivy.