Η νέα εποχή των αντλιών θερμότητας ξεκινά: Μονάδες PRG με φυσικό ψυκτικό μέσοR290 από την AERMEC

 

Γράφει o Μαργαρίτης Ευάγγελος
Μηχανολόγος Μηχανικός
Consulting dpt Calda Energy

Η επανεκκίνηση της ψύξης: Μονάδες PRG με φυσικό ψυκτικό R290

Η ανάγκη για βιώσιμες λύσεις στον τομέα της ψύξης και της θέρμανσης οδηγεί πλέον ξεκάθαρα προς τη χρήση φυσικών ψυκτικών με πολύ χαμηλό GWP. Στην καρδιά αυτής της τεχνολογικής αλλαγής βρίσκονται οι νέες μονάδες PRG, που συνδυάζουν υψηλή ενεργειακή απόδοση, περιβαλλοντική συνείδηση και σχεδιαστική καινοτομία. Το ψυκτικό R290 (προπάνιο), ως κύριο μέσο λειτουργίας, αναδεικνύεται σε στρατηγική επιλογή για τις εφαρμογές του σήμερα και του αύριο.

Η μετάβαση στη νέα εποχή των ψυκτικών: Το θεσμικό πλαίσιο

Η Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία (European Green Deal) και ο νέος Κανονισμός (ΕΕ) 2024/573 για τα φθοριούχα αέρια (F-Gases) επανακαθορίζουν το τοπίο της ψύξης και της θέρμανσης. Ο στόχος είναι η επίτευξη κλιματικής ουδετερότητας έως το 2050, με ενδιάμεσο ορόσημο τη μείωση των εκπομπών κατά 55% μέχρι το 2030. Το νέο θεσμικό πλαίσιο προβλέπει:

  • Χρήση ψυκτικών μέσων με χαμηλό GWP.
  • Περιορισμό της επιτρεπόμενης ποσότητας ψυκτικού ανά εγκατάσταση.
  • Αύξηση της επαναχρησιμοποίησης των ψυκτικών μέσων

Η πορεία απεξάρτησης των αντλιών θερμότητας και ψυκτών από τα ψυκτικά με υψηλό GWP αποτυπώνεται χρονολογικά στον παρακάτω πίνακα:

Τύπος Μονάδας Βήμα 1ο Βήμα 2ο
Monoblock<=12kW 2027:GWP<150 2032:Φυσικό Ψυκτικό Μέσο
Monoblock<=50kW 2027:GWP<150
Monoblock>50kW 2030:GWP<150
Chiller<=12kW 2027:GWP<150 2032:Φυσικό Ψυκτικό Μέσο
Chiller>12kW 2027:GWP<750
Split Αέρα/Αέρα<=12kW 2029:GWP<150 2035:Φυσικό Ψυκτικό Μέσο
Split Αέρα/Νερού<=12kW 2027:GWP<150 2035:Φυσικό Ψυκτικό Μέσο
Split>12kW 2029:GWP<750 2033:GWP<150

Η εφαρμογή του φυσικού ψυκτικού μέσου R290, με GWP μόλις 3, καθιστά τις σύγχρονες αντλίες θερμότητας, όπως οι μονάδες PRG, 100% συμβατές με τη μελλοντική νομοθεσία, χωρίς την ανάγκη αναβαθμίσεων ή αντικαταστάσεων.

R290: Θερμοδυναμικές ιδιότητες και ευφλεκτότητα

Το προπάνιο (R290) συνδυάζει κορυφαίες θερμοδυναμικές ιδιότητες με αυξημένο επίπεδο επικινδυνότητας λόγω της ευφλεκτότητάς του. Διαθέτει υψηλό ειδικό ψυκτικό έργο(+11% σε σχέση με το R32), αυξημένη κρίσιμη θερμοκρασία και χαμηλή θερμοκρασία κατάθλιψης που επιτρέπουν την παραγωγή θερμού νερού έως και 75°C ακόμα και σε αντίξοες συνθήκες.

 

Αν και το R290 παρουσιάζει υψηλότερο ειδικό ψυκτικό έργο σε σχέση με το R32, η χαμηλή πυκνότητά του σε αέρια φάση απαιτεί μεγαλύτερο παροχετευόμενο όγκο, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους του συμπιεστή και της ταχύτητας ροής του αερίου. Παράλληλα, η χαμηλότερη θερμοκρασία κατάθλιψης περιορίζει τη διαθέσιμη θερμική ισχύ για μερική ανάκτηση θερμότητας (desuperheater).

Σύμφωνα με το ISO 817, το R290 ταξινομείται ως A3, που σημαίνει:

  • Πολύ χαμηλή τοξικότητα (κατηγορία A).
    • Υψηλή ευφλεκτότητα (κατηγορία 3).

Επιπλέον χαρακτηριστικά:

  • Ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης: 0,2 mJ (ο στατικός ηλεκτρισμός είναι δυνατόν να προκαλέσει ανάφλεξη).
  • Κατώτερο όριο αναφλεξιμότητας (LFL): 38 g/m³.
  • Ταχύτητα φλόγας: 40 cm/s( 5 φορές μεγαλύτερη από το R32).
Refrigerant Classification PL (kg/m3) LFL (kg/m3) UFL (kg/m3) MIE (mJ) LFL1.25
R600a A3 0,011 0,043 0,203 0,25 0.0196
R290 A3 0,008 0,038 0,192 0,25 0.0168
R1270 A3 0,008 0,046 0,253 0,28 0.0213
R170 A3 0,0086 0,038 0,253 0,24 0.0168
R152a A2 0,027 0,130 0,563 0,38 0.0781
R32 A2L 0,061 0,307 0,680 30-100 0.2285
R1234yf A2L 0,058 0,289 0,573 5-10k 0.2119
R1234ze A2L 0,061 0,303 0,443 61-64k 0.2248
R454A A2L 0,056 0,278 0,522 300-1k 0.2019
R454C A2L 0,059 0,293 0,569 300-1k 0.2156
R454B A2L 0,039 0,303 0,569 100-300 0.2248
R452B A2L 0,062 0,310 0,602 100-300 0.2313
R717 A2L 0,00035 0,116 680 0.0677

Οι παραπάνω τιμές υποδεικνύουν ότι ακόμη και μικρές διαρροές σε μη επαρκώς αεριζόμενους χώρους μπορεί να οδηγήσουν στη δημιουργία εκρηκτικού μείγματος. Συνεπώς, η σωστή εγκατάσταση, ο αερισμός και η χρήση ειδικών εξαρτημάτων είναι κρίσιμης σημασίας για την ασφάλεια.

Κανονισμοί ασφαλείας: EN 378, EN 60079-10-1 και EN 60335-2-40

Επί του παρόντος δεν υφίσταται συγκεκριμένο νομοθετικό πλαίσιο που να καθορίζει σαφώς τις προδιαγραφές, τις υποχρεώσεις και τις διαδικασίες για τη διασφάλιση της ασφάλειας εγκαταστάσεων με μονάδες που χρησιμοποιούν R290. Ωστόσο, υπάρχουν ευρωπαϊκά πρότυπα τα οποία παρέχουν χρήσιμες κατευθυντήριες γραμμές για τον ασφαλή σχεδιασμό και την υλοποίηση τέτοιων εγκαταστάσεων.

Η σειρά προτύπων EN 378αποτελεί τον βασικόοδηγό για σχεδιασμό και εγκατάσταση μονάδων ψύξης/θέρμανσης με χρήση επικίνδυνων ψυκτικών μέσων . Ειδικότερα:

  • Το 1ο μέρος του κανονισμού ορίζει τις γενικές απαιτήσεις ασφάλειας, τους ορισμούς και τα κριτήρια ταξινόμησης κινδύνων, καθώς και τις αποδεκτές συγκεντρώσεις ψυκτικού στον αέρα, την τοξικότητα και την ευφλεκτότητα.
  • Το 2ο μέρος του κανονισμού καθορίζει τις προδιαγραφές για τις βαλβίδες ασφαλείας, τις δοκιμές πίεσης και τη σήμανση. Ενδεικτικά, προβλέπεται ότι οι βαλβίδες ασφαλείας πρέπει να διοχετεύουν το αέριο σε απόσταση τουλάχιστον 5 μέτρων από την εγκατάσταση και σε ύψος τουλάχιστον 4 μέτρων.
  • Το μέρος 3 ορίζει κανόνες τοποθέτησης ανάλογα με τον χώρο εγκατάστασης: υπαίθριος, μηχανοστάσιο, κατοικήσιμος χώρος.

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει παραδείγματα ορίων φορτίου για το R290(κατηγορία A3):

Κατηγορία Πρόσβασης Μέγιστο φορτίο R290 Τύπος εγκατάστασης
Γενική πρόσβαση 5 kg Έμμεσος
Επιβλεπόμενη πρόσβαση 10 kg Έμμεσος
Εξουσιοδοτημένη πρόσβαση Χωρίς όριο Έμμεσος

 

Η οδηγία EN 60079-10-1 χρησιμοποιείται για να καθορίσει την κατηγορία τηςζώνης επικινδυνότητας (Hazardous Zone) γύρω από μια μονάδα. Οι ζώνες 0, 1 και 2 περιγράφουν περιοχές με διαρκή, περιοδική ή σπάνια παρουσία εκρηκτικού μίγματος αντίστοιχα. Η ταξινόμηση επηρεάζεται από τον ρυθμό διαρροής, τον τύπο και τη διαθεσιμότητα αερισμού και τη γεωμετρία του χώρου.

Αφού καθοριστεί η κατηγορία της ζώνης επικινδυνότηταςκαι ο ογκομετρικός ρυθμός διαρροής(m3/s), μπορούμε να καθορίσουμε την ζώνη επικινδυνότηταςμε βάση τον παρακάτω πίνακα:

 

 

Αυτή η μεθοδολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις εγκατάστασης χωρίς εμπόδια που επηρεάζουν την διάχυση του ψυκτικού μέσου κατά τη διαρροή. Στην πράξη, οι εγκαταστάσεις σπάνια γίνονται σε ανοιχτούς χώρους χωρίς εμπόδια οπότε και απαιτείται νέα μελέτη με υπολογιστικές μεθόδους(CFD).

Το πρότυπο EN 60335-2-40, ειδικά το παράρτημα GG.6, καθορίζει πως πρέπει να γίνεται η απόρριψη του ψυκτικού σε περίπτωση υπερπίεσης. Προβλέπει υποχρεωτική τοποθέτηση ενός ενδιάμεσου εναλλάκτη νερού-νερού ή απαερωτή σε κλειστά συστήματα και απομάκρυνση του ψυκτικού εκτός κατοικήσιμου χώρου.

Η δύσκολη αυτή διαδικασία καθορισμού της ζώνης επικινδυνότητας καθιστά αναγκαία την αξιολόγηση κινδύνου (riskassessment). Οι υπεύθυνοι του έργου καλούνται να ορίσουν εξειδικευμένους επαγγελματίες οι οποίοι θα διεκπεραιώσουν την αξιολόγηση κινδύνου ώστε να αξιολογηθούν τα χαρακτηριστικά της εγκατάστασης και να εγγυηθούν την σωστή και ασφαλή λειτουργία της.

Μονάδες PRG: Καινοτομία, απόδοση και ασφάλεια σε ένα πακέτο

 

Η σειρά PRG της Aermec αποτελεί την εξέλιξη των αερόψυκτων αντλιών θερμότητας προσαρμοσμένων πλήρως στη χρήση R290. Διαθέτει 10 μοντέλα από 50 εώς 150kW.Λαμβάνει όλα τα απαραίτητα μέτρα προστασίας ώστε να επιτύχει το μέγιστο βαθμό ασφάλειας αλλά παράλληλα και την αποδοτικότερη λειτουργία. Αναλυτικότερα τα χαρακτηριστικά της PRG:

  • Ασφαλή σχεδίαση με ψυκτικό κύκλωμα πλήρως ερμητικό, με συγκολλητά εξαρτήματα,  και τοποθετημένο σε αεριζόμενο θάλαμο με ATEX ανεμιστήρα.
  • Αυτόματος ανιχνευτής διαρροών
  • Διπλές βαλβίδες ασφαλείας, με ειδική βάνα εναλλαγής για την διευκόλυνση κατά την επιδιόρθωση και αλλαγής τους. Οι βαλβίδες είναι τοποθετημένες εκτός του κιβωτίου του ψυκτικού κυκλώματος.
  • Μοντέλα με ένα ή δύο ψυκτικά κυκλώματα με δύο scrollσυμπιεστές ανά κύκλωμα. Η ποσότητα R290 ανά κύκλωμα είναι μικρότερη των 5kg, καθιστώντας την μονάδα σύμφωνη με το πρότυπο EN
  • Ηλεκτρολογικός πίνακας σε ξεχωριστό κιβώτιο, με συνεχή αερισμό και κατάλληλα τοποθετημένο για την αποφυγή εισροής ψυκτικού σε περίπτωση διαρροής. Όλα τα ηλεκτρονικά μέρη είναι πιστοποιημένα ώστε να μην αποτελούν πηγή ανάφλεξης.
  • Απομακρυσμένο χειριστήριο( απαραίτητο για μονάδες που χρησιμοποιούν εκρηκτικά μέσα).
  • Δυνατότητα παραγωγής θερμού νερού έως 75 °C με υψηλή εποχιακή απόδοση.
  • Υψηλή βαθμοί απόδοσης
  • Χαμηλές στάθμες θορύβου
  • Διευρυμένος φάκελος λειτουργίας(-20oCμε 48oC).
  • Ηλεκτρονική εκτονωτική βαλβίδα.
  • Δυνατότητα για ενσωματωμένο υδραυλικό κιτ με αντλίες,inverterή σταθερών στροφών, δοχείο αδρανείας και ενδιάμεσο εναλλάκτη νερού-νερού για τη αποφυγή της εισροής ψυκτικού στο δευτερεύον κύκλωμα, σύμφωνα με EN60335-2-40.
  • Ασύμμετρος πλακοειδής εναλλάκτης για αυξημένη απόδοση και μικρότερο όγκο ψυκτικού.
  • Δυνατότητα παραλληλισμού (MULTICHILLER), τηλεχειρισμού και σύνδεσης με BMS.

 

 

Επίλογος: Το μέλλον ψύχεται… φυσικά

Η μονάδα PRG δεν είναι απλώς ένα νέο προϊόν. Είναι η απόδειξη ότι η τεχνολογία μπορεί να εναρμονιστεί με το περιβάλλον, χωρίς συμβιβασμούς στην απόδοση ή στην ασφάλεια. Η μετάβαση προς ψυκτικά χαμηλού GWP δεν αποτελεί επιλογή αλλά αναγκαιότητα. Και με λύσεις όπως η PRG με R290, η βιομηχανία HVAC δείχνει ότι είναι έτοιμη να ανταποκριθεί.