Rozwiązać węzeł gordyjski

Rozplącz węzeł – odpowiednią techniką nie ma ryzyka wybuchu nawet przy palnych czynnikach chłodzących. (Rysunek: ZIEHL-ABEGG)

Część rozwiązania nieprzeniknionego węzła – technologia wentylatorów ECblue firmy Ziehl-Abegg. (Rysunek: ZIEHL-ABEGG)

Uwe Michael Martin, Kierownik działu wentylatorów osiowych ZIEHL-ABEGG SE

Część rozwiązania nieprzeniknionego węzła – technologia wentylatorów ECblue firmy Ziehl-Abegg. (Rysunek: ZIEHL-ABEGG)

Już w najdawniejszej historii poszukiwano możliwości klimatyzowania miejsc dla własnego dobrego samopoczucia lub przechowywania na przykład żywności. Nowoczesna technologia chłodnicza jest nieodłącznie związana zarówno z domowym, jak i przemysłowym otoczeniem; prywatny lodówka jest tak samo ważna jak przemysłowe systemy chłodnicze. Przez wieki lód i śnieg były chętnie wykorzystywanymi pomocami do temperowania, jednak w trakcie industrializacji, wraz z odkryciem obiegu sprężarkowego chłodzenia w XIX wieku, nastąpił krok ku pierwszym maszynom chłodniczym opartym na procesach techniczno-chemicznych. Zastosowanie środków chłodniczych okazało się przełomowe, jednak same gazy chłodnicze są dzisiaj, jak i dawniej, problematyczne. Dlatego konieczne jest skupienie się na optymalizacji urządzeń, które mają kontakt z środkami chłodniczymi lub z nimi pracują. Takie osiągnęła firma Ziehl-Abegg, dzięki swoim wentylatorom ECblue.

Palne, toksyczne, szkodliwe dla środowiska – wyzwanie związane ze środkami chłodniczymi

Istnieją dwa rodzaje środków chłodniczych: naturalne i syntetyczne. Pierwsze to substancje występujące w naturze, takie jak węglowodory, dwutlenek węgla czy amoniak. Drugie są sztucznie wytwarzane, do nich należą (częściowo) halogenowane fluorochlorowęglowodory (FCKW lub H-FCKW) oraz (częściowo) halogenowane fluorowęglowodory (FKW lub H-FKW). Pomimo posiadania określonych zalet, obie grupy charakteryzują się również niekorzystnymi właściwościami. W początkowych systemach sprężarkowego chłodzenia wykorzystywano środki naturalne. Ze względu na ich palność i toksyczność stanowią jednak poważne zagrożenie, szczególnie w przypadku wycieków. Gdy w latach 30. XX wieku na rynek wprowadzono syntetyczne środki chłodnicze oparte na halogenowanych węglowodorach, które nie są bezpośrednio palne ani toksyczne, te uznane za bezpieczne środki chłodnicze wydawały się rozwiązać problem na długi czas. Jednak w latach 70. XX wieku okazało się, że sytuacja się odwróciła, gdyż FCKW okazały się odpowiedzialne za niszczenie warstwy ozonowej, co doprowadziło w 1987 roku do podpisania Międzynarodowego Protokołu Montrealskiego, zobowiązującego państwa do poszukiwania alternatyw. W efekcie chlorowane węglowodory zostały zastąpione fluorowcami, w których atomy chloru częściowo lub całkowicie zastąpiono atomami fluoru lub wodoru. Historia się powtarza, ponieważ okazało się, że również FKW są silnie szkodliwe dla środowiska, mając wysoką wartość GWP (potencjał globalnego ocieplenia), co czyni je emisjogennymi i paradoksalnie, jako środki chłodnicze, głównymi przyczynami globalnego ocieplenia. W rezultacie powstała europejska regulacja 517/2014, znana jako Rozporządzenie F-Gazowe (weszło w życie w 2015 roku), które przewiduje stopniowe ograniczanie (fazę wygaszania) dostępnej na rynku ilości fluorowanych środków chłodniczych do 2030 roku. Pilność działań widać na przykładzie niechęci do szybkiego zakazu jednego z najpowszechniejszych środków chłodniczych, R134a. Jasne jest, że w Europie syntetyczne środki chłodnicze odejdą w zapomnienie. Rozwiązaniem są gazy, które nie szkodzą warstwie ozonowej ani środowisku, co ponownie wprowadza do gry naturalne środki chłodnicze. Powraca się więc do problemów, które kiedyś się wydawało, że rozwiązano. Trwają prace nad nowymi gazami spełniającymi wymogi i posiadającymi odpowiednie właściwości termodynamiczne. Średnioterminowo naturalne, palne środki chłodnicze nie mogą zostać zastąpione ze względu na brak alternatyw o bardzo niskim GWP, co oznacza, że konieczne jest zapewnienie ich możliwie najbezpieczniejszego użytkowania.

Obsługa naturalnych środków chłodniczych – palność kontra ryzyko wybuchu

Istnieje zgoda co do tego, że bezpieczne stosowanie palnych środków chłodniczych wymaga specjalistycznej wiedzy, którą przekazują wytyczne (np. opracowane przez Landesinnung Kälte-Klima-Technik Hessen/Thüringen/Baden-Württemberg lub Stowarzyszenie europejskich producentów komponentów dla chłodnictwa i klimatyzacji, ASERCOM) oraz szkolenia. Dobór środka chłodniczego może mieć ogólny wpływ na konstrukcję, właściwości termiczne i zużycie energii systemu chłodniczego; fakt, że niemal wszystkie naturalne środki chłodnicze są odczynami palnymi do wybuchowymi (według DIN EN 378 podzielone na klasy 1, 2, 2L i 3), wpływa na całościowe funkcjonowanie. Na przykład, większa ilość środka chłodniczego stosowana w przemyśle, w porównaniu do zastosowań prywatnych, wymaga zwiększonych środków ostrożności. Aby zminimalizować ryzyko w przypadku wycieku palnego środka chłodniczego, miejsce instalacji powinno mieć wystarczająco dużą przestrzeń, zapewniającą odpowiednie rozcieńczenie. Mogą istnieć ograniczenia dotyczące ilości i miejsca instalacji dla poszczególnych pomieszczeń lub całych budynków. Dla bezpieczeństwa prewencyjnego lub w sytuacji awaryjnej mogą być konieczne sygnały optyczne i akustyczne lub system wentylacji. Źródła zapłonu nie mogą znajdować się w pobliżu urządzeń lub komór chłodniczych. Obsługa naturalnych środków chłodniczych czasami wymaga modyfikacji całych instalacji i komponentów, a także wpływa na certyfikacje. Zwrócenie uwagi na konieczne szczegóły dotyczące całego systemu lub poszczególnych elementów może zapewnić bezproblemowy przebieg pracy. Mniej rygorystyczne jest jednak powiązanie między naturalnym środkiem chłodniczym a potencjalnie wybuchowym obszarem. Ponieważ węglowodory mogą tworzyć wybuchowe mieszanki z powietrzem, instalacje z palnymi środkami chłodniczymi muszą, zgodnie z dyrektywą 1999/92/WE (ATEX 137), określić przez operatora, jak duże jest ryzyko wybuchu, dzieląc je na cechy strefy (w oparciu o prawdopodobieństwo i czas wystąpienia atmosfery wybuchowej), grupę wybuchową (charakterystykę substancji i kryterium zapłonności gazu) oraz temperaturę zapłonu (klasy temperatur określają maksymalną temperaturę powierzchni w strefie Ex, aby nie wywołać atmosfery wybuchowej). Ponieważ obszar zagrożony wybuchem nie występuje w normalnej pracy, a jedynie w przypadku wycieku np. z powodu uszkodzenia rury, środki chłodnicze są przypisane do niskiej strefy. Zazwyczaj znajdują się w najniższej grupie wybuchowości i temperatury (co pozwala na wyższe temperatury powierzchni). Z punktu widzenia ochrony przeciw wybuchom, naturalne środki chłodnicze są w dużej mierze nieszkodliwe, szczególnie gdy stosuje się odpowiednie urządzenia, które minimalizują ryzyko awarii i zapewniają właściwe warunki do stosowania palnych środków chłodniczych.  

Odpowiednie urządzenie – wentylator ECblue od Ziehl-Abegg

Podstawowe elementy w technice chłodniczej to wentylatory, w szczególności wentylatory osiowe. Przy ich wyborze, podczas projektowania maszyn chłodniczych, należy uwzględnić aspekty bezpieczeństwa. Wentylatory i silniki muszą być dopuszczone do pracy w instalacjach z palnymi środkami chłodniczymi i spełniać wymagania normy DIN EN 60335-2-40 (np. dla pomp ciepła i chłodziarek) oraz 2-89 (np. dla komercyjnych lady chłodniczych). Na przykład, nawet jeśli w normalnej pracy nie ma punktu styku, przy użyciu palnych gazów chłodniczych musi być zachowana różnica temperatury między najcieplejszym elementem elektrycznym, który mógłby mieć kontakt ze środkiem chłodniczym, a temperaturą samozapłonu środka chłodniczego. W przypadku obszarów zagrożonych wybuchem wymagania są jeszcze wyższe. Jednak, jak ustalono, strefa Ex odgrywa tu niewielką rolę, więc zwykle wystarczy przestrzeganie wspomnianych norm. Ich wymagania spełniają wentylatory osiowe ECblue firmy Ziehl-Abegg. Mogą być więc bez problemu stosowane z palnymi środkami chłodniczymi, zgodnie z normami, z uwzględnieniem specyficznych wymagań podczas instalacji i użytkowania. Technologia ECblue od Ziehl-Abegg pomaga przełamać schemat problematyki gazów chłodniczych i zapewnia kontynuację obiegu chłodniczego także przy trudnych, ale obecnie nieuniknionych środkach chłodniczych.