Układy chłodzenia pośredniego: zasady dotyczące glikolu, solanki, CO2 i wody lodowej

Czym jest układ pośredni

Norma EN 378-1 definiuje wtórny system chłodniczy lub grzewczy jako taki, który wykorzystuje płyn do transportu ciepła z produktu lub przestrzeni do układu chłodniczego bez sprężania lub rozprężania tego płynu, a norma ma zastosowanie również do takich systemów ^[3]. Woda lodowa, glikol lub solanka solna są doprowadzane rurociągami do chłodnic. CO2 może być również stosowany jako lotny czynnik wtórny: jest tłoczony w stanie ciekłym, częściowo odparowuje w chłodnicach i jest skraplany przez obieg pierwotny, przy znacznie wyższych ciśnieniach niż w obiegu glikolowym.

Powodami takiego rozwiązania są mała ilość napełnienia czynnikiem w jednym miejscu oraz odizolowanie łatwopalnych (A2L, A3) lub toksycznych (B2L, amoniak) czynników chłodniczych od pomieszczeń przebywania ludzi. Ceną jest dodatkowa różnica temperatur i zużycie energii przez pompę.

Jak norma EN 378-1 klasyfikuje systemy

Norma EN 378-1 klasyfikuje układy chłodnicze w punkcie 5.4. Rozdziela ona bezpośrednie systemy z możliwością uwolnienia, w których wyciekający czynnik chłodniczy może dotrzeć do przestrzeni przebywania ludzi, od systemów pośrednich, a punkt 5.5 podaje przykłady obu rozwiązań ^[3]. Klasa systemu jest wykorzystywana wraz z klasą lokalizacji i kategorią dostępu przy określaniu limitu napełnienia; patrz artykuł na temat EN 378 i ISO 5149.

Unijne rozporządzenie w sprawie F-gazów (UE) 2024/573

Rozporządzenie to dotyczy fluorowanych gazów cieplarnianych. Woda, glikol, solanki i CO2 do nich nie należą, dlatego obowiązki dotyczą obiegu czynnika chłodniczego ^[1]:

• Kontrole szczelności od 5 ton CO2e gazów z załącznika I (art. 5 ust. 1), co najmniej co 12, 6 lub 3 miesiące odpowiednio od 0, 50 i 500 t CO2e, lub co 24, 12 lub 6 miesięcy w przypadku zastosowania systemu wykrywania wycieków (art. 5 ust. 6). Tony CO2e to masa napełnienia w tonach pomnożona przez współczynnik GWP (art. 3) ^[1].
• System wykrywania wycieków od 500 t CO2e w stacjonarnych urządzeniach chłodniczych, klimatyzacyjnych i pompach ciepła (art. 6 ust. 1) ^[1].
• Certyfikaty (art. 10) w zakresie instalacji, konserwacji lub serwisu, naprawy, wycofania z eksploatacji oraz kontrolowania pod kątem wycieków. Konserwacja lub serwis oznacza prace polegające na otwieraniu obiegów zawierających gazy fluorowane, dodawaniu gazu lub naprawianiu wycieków (art. 3 pkt 18). Prace wykonywane wyłącznie przy pompach, filtrach siatkowych lub glikolu nie powodują otwarcia obiegu czynnika chłodniczego ^[1].

Gdzie rozporządzenie wymienia układy pośrednie

Agregat wody lodowej (chiller) to pojedynczy układ, którego główną funkcją jest chłodzenie płynu chłodzącego, a rozporządzenie wymienia jako przykłady wodę, glikol, solankę i CO2 (art. 3 pkt 44) ^[1]. Urządzenie obsługujące obieg wtórny jest zatem zazwyczaj chillerem objętym załącznikiem IV pkt 7:

Punkty od b) do d) nie mają zastosowania w przypadkach, gdy gaz fluorowany jest niezbędny do spełnienia wymagań bezpieczeństwa w danym miejscu. Ogólny zakaz dotyczący innych urządzeń chłodniczych o GWP wynoszącym 150 lub więcej od 1 stycznia 2030 r. (pkt 5 lit. c)) nie dotyczy agregatów wody lodowej ^[1].

Układy wielosprężarkowe i kaskadowe. Komercyjne układy wielosprężarkowe o wydajności 40 kW lub większej wykorzystujące gazy fluorowane o GWP wynoszącym 150 lub więcej są zakazane od 1 stycznia 2022 r., z wyjątkiem obiegu pierwotnego układów kaskadowych, w którym dopuszczalne jest GWP poniżej 1500 (pkt 6) ^[1]. W tym przypadku obieg wtórny jest obiegiem czynnika chłodniczego o średniej temperaturze, którego ciepło skraplania pochłania obieg pierwotny, a nie pętlą solankową (art. 3 pkt 35) ^[1].

Zakazy serwisowe. Od 1 stycznia 2025 r. gazy o GWP wynoszącym 2500 lub więcej nie mogą być używane do serwisu urządzeń chłodniczych, z wyjątkiem gazu zregenerowanego lub poddanego recyklingowi do 1 stycznia 2030 r. (art. 13 ust. 3). Zakaz dotyczący GWP 750 lub więcej od 1 stycznia 2032 r. nie obejmuje agregatów wody lodowej (art. 13 ust. 5) ^[1].

Szwajcaria: ChemRRV załącznik 2.10

Szwajcaria posiada własne przepisy zawarte w rozporządzeniu w sprawie redukcji ryzyka związanego z chemikaliami (ChemRRV, SR 814.81), załącznik 2.10. Dotyczą one czynników chłodniczych stabilnych w powietrzu, takich jak HFC. Wersja wchodząca w życie 1 stycznia 2027 r. wymienia obieg wtórny (Kälteträgerkreislauf) ^[4]:

• Komercyjne i przemysłowe chłodnictwo żywności, które jest typu hermetycznego (plug-in) lub posiada obieg wtórny, nie może być wprowadzane do obrotu z czynnikiem chłodniczym o GWP wynoszącym 150 lub więcej (sekcja 2.1 ust. 3 lit. b) pkt 4) ^[4].
• W przypadku klimatyzacji budynków oraz przemysłowego chłodzenia procesowego zakaz przy GWP 150 lub więcej dotyczy układów bezpośredniego odparowania (sekcja 2.1 ust. 3 lit. a) pkt 5 i lit. c) pkt 5) ^[4].
• Ponowne napełnianie czynnikiem o GWP 750 lub więcej jest zabronione w chłodnictwie spożywczym i przemysłowym oraz na lodowiskach, jednak czynnik pierwotny pozostaje dozwolony w układach z obiegiem wtórnym (sekcje 3.3.1 ust. 2 i 3.3.2 ust. 2 lit. b)). W przypadku innych układów zakaz stosowania czynnika pierwotnego wchodzi w życie po 31 grudnia 2031 r. (sekcja 7 ust. 5) ^[4].

Urządzenia ciśnieniowe: dyrektywa PED po stronie wtórnej

Dyrektywa 2014/68/UE traktuje płyn jako ciecz, gdy jego prężność par w maksymalnej dopuszczalnej temperaturze TS jest najwyżej o 0,5 bara wyższa od ciśnienia atmosferycznego. Woda, glikol i solanki zazwyczaj spełniają te kryteria. Grupa 1 obejmuje płyny łatwopalne, toksyczne i inne niebezpieczne wymienione w art. 13 ust. 1 lit. a) oraz płyny o temperaturze TS powyżej ich temperatury zapłonu; wszystkie pozostałe należą do grupy 2 ^[2]. Artykuł 4 ust. 1 określa następujące granice:

Pętla glikolowa o PS 10 bar lub mniej znajduje się zatem poza zakresem art. 4 ust. 1 bez względu na jej wielkość. Takie urządzenia są projektowane zgodnie z dobrą praktyką inżynierską, są dostarczane z instrukcjami i nie posiadają oznakowania CE na mocy dyrektywy (art. 4 ust. 3) ^[2]. CO2 jako czynnik wtórny należy do grupy 2, ale podlega limitom dotyczącym gazów: przy PS 40 bar przewód DN 40 daje 1600 bar i podlega przepisom ^[2]. Parownik lub płytowy wymiennik ciepła z kilkoma komorami klasyfikuje się według komory o najwyższej kategorii (art. 13 ust. 2) ^[2].

Ochrona wód i gleby przed glikolem i solankami

Glikole i solanki mogą być szkodliwe dla wód i gleby. Mogą mieć zastosowanie krajowe przepisy dotyczące substancji niebezpiecznych dla wód; należy skonsultować się z lokalnym organem ds. ochrony środowiska.

Praktyczna lista kontrolna

• Oblicz CO2e wyłącznie dla obiegu czynnika chłodniczego ^[1].
• Sprawdź, czy agregat chłodniczy jest chillerem (art. 3 pkt 44) i zastosuj załącznik IV pkt 7 ^[1].
• Otwarcie obiegu czynnika chłodniczego wymaga certyfikatu F-gazowego; same prace po stronie solanki – nie ^[1].
• Sprawdź klasę instalacji pod kątem normy EN 378-1, punkty 5.4 i 5.5 ^[3].
• Ustaw PS po stronie solanki i sprawdź, czy przekracza 10 bar; w przypadku CO2 użyj limitów dla gazów ^[2].
• W Szwajcarii sprawdź przepisy dotyczące obiegu wtórnego w załączniku 2.10 do ChemRRV ^[4].

Dobierz średnice rurociągów, pompy oraz spadek ciśnienia dla obiegu wody lub glikolu za pomocą kalkulatora ogrzewania i chłodzenia (hydraulicznego).