Kontakt
Skontaktuj się z nami!

HFO – nieekologiczny czynnik z niskim GWP

Nie jest tajemnicą, że wierzę i widzę zastosowanie r744 w blisko każdej aplikacji chłodniczej i klimatyzacyjnej. Nie jest też tajemnicą, że nie wszyscy się ze mną zgadzają i rynek na HFC lub HFO nadal istnieje – szczególnie w chillerach i klimatyzacji.

W tym dziale pisaliśmy już o kontrowersyjnym zastosowaniu r1234yf w klimatyzacji samochodowej. Przypomnę, że chodzi o toksyczne substancje pojawiające się w wyniku spalania tego gazu, który przecież należy do grupy A2L (umiarkowana palność).

Otóż w Wielkiej Brytanii przeprowadzono badania na temat ewentualnego negatywnego wpływu tego czynnika na środowisko naturalne. W wyniku tego okazało się, że mimo niskiego GWP (4) r1234yf w atmosferze, rozkłada się on na bardzo znaczne ilości TFA (Trifluoroacetic Acid). Ilości tak istotne, że zamiana r134a (we wszystkich urządzeniach) na r1234yf spowoduje 33 krotny wzrost ilości TFA w atmosferze (lub nawet 250 krotny w Europie). TFA jest aktualnie badany, ale już wiemy, że jego działanie ma negatywny wpływ na efekt cieplarniany i bezpośrednio na zdrowie ludzi lub zwierząt.

Dla porównania r134a – popularny i relatywnie najlepszy F-gaz przekształca się w TFA tylko w 21% w porównaniu do blisko 100% dla R1234yf.

Rozporządzenie UE 517/2014 nie jest idealne i najlepszym tego przykładem jest formalna możliwość stosowania takich gazów jak R1234yf.

Uważam, że w ciągu najbliższych lat czynnik ten nie będzie mógł być stosowany. I jeśli już musimy zastosować czynnik syntetyczny to mimo wysokiego GWP niech to będzie R134A. Gaz ten jest stabilny chemicznie, jednoskładnikowy, niepalny i daje relatywnie wysoką efektywność energetyczną.

Choć nadal najlepszym rozwiązaniem będzie r744…

 

Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 517/2014

Branża chłodnicza jak każda inna budowlana jest objęta odpowiednimi regulacjami.

Jeden przepis jednak wpływa na naszą branżę (a wiec także na decyzje Kientów) w sposób bardziej decydujący.

 

Mowa o Rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 517/2014

Reguluje on możliwość (lub jej brak) budowy nowych układów chłodniczych na czynnikach chłodniczych o odpowiednim GWP

Link do pobrania regulacji

 

Najważniejsze postanowienia wymienione są na stronie 28, cytuję:

Co to oznacza:

  1. Od 1 stycznia 2022 roku nie będzie można budować nowych instalacji chłodniczych na blisko żadnych syntetycznych czynnikach chłodniczych. Mam na myśli czynniki takie jak r134a, r448a, r449a, itd.
  2. Wszystkie nowe systemy będą musiałby być na czynnikach o GWP poniżej 150 -> r744 (CO2), r290 (propan), r717 (amoniak)
  3. Serwisowanie systemów istniejących na tych czynnikach będzie możliwe i legalne
  4. Przebudowy tych systemów będzą możliwe i legalne

Jak każda regulacja posiada ona także swoje „furtki” i „boczne wyjścia”.

Pojawiają się także szare pola, niejasno określone przez przepisy. Poniżej je wymieniam i przedstawiam naszą interpretację:

1. Bardzo szeroka przebudowa instalacji chłodniczej z wymianą centrali chłodniczej włącznie

Odpowiednie urzędy posiadają wiedzę na temat instalacji chłodniczych przede wszystkim na podstawie danych, które sami im udostępniamy. Wymiana centrali chłodniczej wiąże się z zmianą jej numeru w CRO (Centralny Rejestr Operatorów) oraz zgłoszeniem nowego zbiornika ciśnieniowego do UDT. Na podstawie obydwu Ustawodawca może stwierdzić budowę nowego układu chłodniczego a przez to po 1 stycznia 2022 stwierdzić, że jego powstanie, uruchomienie i eksploatacja są nielegalne.

2. Retrofit – wymiana czynnika r404a na r448a (lub r449a)

Pod względem formalnym wymiana czynnika w CRO realizowana jest poprzez zamknięcie istniejącej instalacji na r404a i otworzenie „nowej” z tymi samymi danymi na r448a. W rejestrach CRO pojawia się to jako nowa instalacja a więc automatycznie budzi wątpliwości. Uważamy jednak, że jest to działanie, które da się wyjaśnić i jest ono legalne.

UWAGA: powyższe opinie są jedynie opiniami SZE i konkretny inspektor CRO, UDT lub Kontroli Środowiska może mieć inną opinię, którą należy uznać za wiążącą

 

Bezkonkurencyjne chillery na CO2

Chillery, czyli schładzacze cieczy są szeroko stosowane w przemyśle i klimatyzacji komercyjnej.

Stosuje się je w mocach od około 2kW do wielu MW. Co oczywiste w zakresie wymienionych mocy są to urządzenia bardzo różne blisko pod każdym względem, a przede wszystkim stosowanej technologii chłodniczej.

Chillery na CO2 dostępne są w mocach od około 50 kW do 1,5 MW. Muszę jednak zaznaczyć, że:

  1. Możliwe jest zbudowanie relatywnie niewielkim wysiłkiem schładzaczy o mocy 2KW
  2. Pojedyncze urządzenia mogą pracować równolegle dostarczając razem moc wielu MW

Skoro chillery służą biznesowi, to każdy element tego urządzenia powinien wynikać z rachunku ekonomicznego – a przede wszystkim technologia.

Na potrzeby tego felietonu przeanalizuję chillery o następujących parametrach:

  • Moc chłodnicza: 1 MW
  • Tin/Tout: 12/7C
  • Ciepło oddawane do powietrza bez free cooling’u,
  • Lokalizacja: Warszawa
  • Praca 24/24, 365/365 – defacto w przemyśle często nie jest to założenie dalekie od rzeczywistości. Możliwe jest przeliczenie dla innych warunków

System A: r410 (niebieski)

System B: r744 (żółty)

Powyższy wykres przedstawia miesięczne zużycie energii elektrycznej przez system A i B.

Chiller na CO2 zużywa wyraźnie mniej energii w każdym miesiącu, a w skali roku (-40%).

Wyraźnie widać także różnicę pracy pomiędzy trybem nadkrytycznym (miesiące ciepłe) oraz podkrytycznym (miesiące zimne).

Przy założeniu kosztu 1kWh = 0,5 pln zużycie energii w skali 10 lat przedstawia wykres poniżej.

Jak widać payback wynosi około 1 roku a dodatkowa oszczędność po 10 latach ponad 3,4 mln pln.

Moim obowiązkiem jest tu zaznaczyć, że ceny zakupu urządzeń mogą się różnić od tych założonych odemnie a przez to wpłynąć na okres zwrotu. Bez względu na to jednak zawsze będzie on bardzo atrakcyjny.

Pod względem emisji szkodliwego CO2 do otoczenia porównanie przedstawia wykres poniżej.

Słupek jest graficzną reprezentacją sumy emisji wynikającej z:

  • emisja bezpośednia (wycieki, oraz wyłączenie urządzenia z ekplostacji)
  • emisja pośrednia (energia elektryczna wyprodukowana w elektrowni)

Dla Urządzenia na HFC emisja sumaryczna w okresie 10 lat wynosi: 18 899 751 kg

Dla urządzenia na CO2 emisja sumaryczna w okresie 10 lat wynosi: 10 938 611 kg

Różnica 7 951 140 kg w skali 10 lat jest równoważna flocie 10 samochodów Skoda Octavia, które w tym okresie przejechały by każdy 3 975 570 km. Oznacza to, że na dzień dzisiejszy pozytywny impakt ekologicznego chłodnictwa przewyższa wielokrotnie jakiekolwiek inne działania typu elektryczne samochody, pochłaniacze CO2, itd.

Trzy poziomy efektywności energetycznej chłodnictwa w logistyce i jak je wdrażać

Wdrażanie rozwiązań zmniejszających zużycie energii nie jest intuicyjne. Jestem tego świadomy. Mówimy przecież o inwestowaniu środków w działania, które nie zwiększają przychodów, zwracają się w niepewnej przyszłości, a ich realizacja może się wiązać z zatrzymywaniem instalacji potrzebnych do produkcji. W oszczędności energii jest jednak sens większy niż tylko ekologia.
Konsolidujący się rynek retail wywiera bardzo silną presję na obniżanie cen. Tymczasem po stronie kosztów blisko wszystkie pozycje zwiększają swoją wartość. Mowa o pensjach, kosztach mediów, kosztach budowy i rozwoju, podatkach, itd. Miejsce na narzut się zmniejsza. Oczywista jest więc tendencja do zwiększania skali. To z kolei jest coraz częściej blokowane przez niewystarczająco duże przyłącza elektryczne lub brak gazu z niejasnymi prognozami co do możliwości zmiany tej sytuacji.

Wynik finansowy przedsiębiorstwa jest oczywiście różnicą pomiędzy przychodami a kosztami. W tym wypadku dane z Rocznika Statystycznego Przemysłu publikowane przez GUS okazały się niewystarczające. Postanowiłem więc poszukać rozwiązań w raportach finansowych konkretnych firm produkcyjnych i w tym miejscu wyjaśniam, dlaczego oszczędności energii mogą być nieintuicyjne. Zwiększanie zysku naturalnie kojarzy się ze zwiększaniem sprzedaży (jej wartości lub ilości). Jednak zmiana udziału w rynku przedsiębiorstwa choćby o parę procent to zadanie niesamowicie trudne do wykonania. Okazało się, że zmniejszając koszty można osiągnąć zamierzone cele w znacznie łatwiejszy i bardziej kontrolowany sposób! Prostymi słowami często jest więcej potencjału po stronie kosztów niż przychodów. Dalej analizując stronę kosztową, pozycje takie jak pensje lub najmy są trudne do zmniejszenia. W ten sposób metodą eliminacji oraz znając technologie wywnioskowałem, że najlepszą metodą do redukcji kosztów jest zmniejszenie zużycia energii elektrycznej a następnie gazu. W większości przedsiębiorstw produkcyjnych lub logistycznych z branży spożywczej najwięcej energii elektrycznej jest przeznaczane na chłód i zamrażanie.

Dla poszukujących oszczędności energii w chłodnictwie moment jest łaskawy, ponieważ właśnie jesteśmy w środku rewolucji technologicznej w tej branży. Rewolucji, która przy pewnych nakładach inwestycyjnych daje bardzo duże potencjały oszczędności energii, bo nawet do 45%.  Możliwości jest jednak tak wiele, że podejmowanie decyzji przez zarządy lub działy rozwoju, staje się bardzo skomplikowane.

W tym właśnie celu stworzyłem koncepcję trzech poziomów efektywności energetycznej. Koncepcja ta może być rozumiana jako mapa lub analogicznie do certyfikacji LEED lub BEAM. W uproszczony sposób określa cel z uwzględnieniem jego zalet i wad w ten sposób nakładając strategię wdrożenia.

POZIOM PIERWSZY

polega na optymalizacji instalacji bez technicznej ingerencji w nią. Dopuszczalne są praktycznie tylko działania polegające na optymalizacji parametrów regulacji. W przypadku chłodnictwa mowa głównie o temperaturach odparowania i skraplania. Niewątpliwą zaletą takich działań są najniższe koszty inwestycyjne i brak potrzeby zatrzymywania układów. Wadą jest ograniczony poziom oszczędności możliwy do osiągnięcia oraz ich nietrwałość w czasie. Przy okazji usterek lub chwilowych działań często przywracane są nieoptymalne parametry. Oszczędności, które tą metodą udało mi się osiągnąć dochodziły do poziomu 20% w przypadku bardzo źle pracujących instalacji, ze średnią na poziomie 16%. Inne działania na poziomie pierwszym to montaż lub naprawa drzwi (w komorach lub meblach), mycie urządzeń wymieniających ciepło, montaż kurtyn powietrznych, itd.

W ramach POZIOMU DRUGIEGO

pojawia się potrzeba nie tylko optymalizacji parametrów pracy, ale przede wszystkim zastosowania optymalnej technologii. W przypadku chłodnictwa oznacza to wymianę instalacji F-gazowej na układ na CO2 lub budowę nowego obiektu już z uwzględnieniem najlepszej technologii. Oczywistą zaletą tej metody jest możliwość osiągnięcia bardzo dużych oszczędności energii sięgających niekiedy 45% w stosunku do tradycyjnych układów chłodniczych. Mniej oczywisty, ale równie ważny jest zysk ekologiczny. Instalacja chłodnicza zużywająca mniej energii elektrycznej powoduje mniejszą emisję w elektrowni a instalacje na CO2 nie zawierają bardzo szkodliwych, syntetycznych gazów cieplarnianych. Jest to słuszne działanie idące z duchem czasu. Z drugiej strony działania takie wiążą się ze zwiększeniem CAPEX’u, co wymaga uzasadnienia. W przypadku nowych instalacji chłodniczych payback zazwyczaj mieści się w przedziale od dwóch i pół do sześciu lat z przypadkami ekstremalnymi na poziomie półtora i 8 lat. Uzasadnienie takiego działania wymaga z mojej strony jako konsultanta, przygotowania dla zarządu materiałów porównujących CAPEX i OPEX dla różnych opcji technologicznych. Blisko wszystkie instalacje chłodnicze nad którymi obecnie pracuję są przynajmniej na poziomie drugim. Można więc powiedzieć, że jest to „dobry standard”. Wdrożenie działań opisanych powyżej będzie wymagało współpracy z konsultantem biegłym nie tylko w technice chłodniczej, ale także różnorodnych strukturach organizacyjnych często spotykanych w logistyce.

Główną wytyczną dla POZIOMU TRZECIEGO

jest łączenie mediów. W wielu obiektach nie wykorzystuje się zaawansowanych systemów odzysku ciepła lub transformacji ciepła w chłód (chillery absorpcyjne) co skutkuje sytuacją, kiedy to ciepło jest wyrzucane z jednej instalacji i jednocześnie produkowane w drugiej. Wdrażanie takich systemów może być skomplikowane, bo wymaga działania pomiędzy branżami, niełatwo się realizuje na zasadzie „design&build” oraz wiąże się z największymi kosztami inwestycyjnymi. Jednak obiekt wybudowany z uwzględnieniem poziomu trzeciego jest bezkonkurencyjny pod względem bardzo niskiego zużycia energii, minimalnej emisji i co często równie ważne, niezależności od dostępu mediów z zewnątrz. Możliwa do osiągnięcia oszczędność rozkłada się na wiele instalacji, ale mogę powiedzieć, że obiekt, nad którym obecnie pracuję będzie mógł się pochwalić zmniejszeniem zużycia energii przez instalację chłodniczą na poziomie przynajmniej 60%! Najprostszym i najczęściej spotykanym przykładem obiektu spełniającego poziom III jest połączenie bardzo efektywnej instalacji chłodniczej na CO2 z systemem kogeneracyjnym, w którym to ciepło odpadowe z silnika gazowego poprzez chiller absorpcyjny wykorzystywane jest do klimatyzacji lub polepszenia efektywności układu chłodniczego. Tego typu obiekty w Polsce już powstają. Realizacja wymaga współpracy z konsultantem biegłym w branżach, na styku których będzie pracował. Inne przykłady działań na poziomie trzecim to stosowanie pomp ciepła w procesach suszenia lub do podnoszenia temperatury ciepła odpadowego, odzysk ciepłą ze sprężarek powietrza, produkcja energii elektrycznej rozprężarkami na redukcji ciśnienia pary technologicznej.

Jak widać wyżej rozmowa o technologii może być nieco skomplikowana i przyznaję, że podczas spotkań między inżynierami może dojść do sytuacji, kiedy Klient czuje się jak gość. Dlatego niezmiernie ważne jest, aby być w stanie określić cel efektywności energetycznej jednym prostym określeniem. Określenie to może funkcjonować w organizacjach na poziomach finansowych i zarządczych a także będzie przydatne podczas realizacji due dilligence technologicznego.

Artykuł można także przeczytać na stronie:

https://eurobuildcee.com/magazine/3467-chlodna-kalkulacja

W którym kierunku pójdzie rozwój chłodnictwa – lipcowe Ch&K

W momencie, kiedy urządzenia na CO2 są w samochodach elektrycznych i największych centrach logistycznych o mocach wielu megawatów, możemy śmiało powiedzieć, że rynek chłodnictwem na r744 jest „przykryty”.

W tym dziale wiele razy też pisałem o rozwoju w branży przemysłowej o przyszłej obecności w klimatyzacji i dalszej ekspansji na małe moce. Oferta i zaspokojenie rynku się zagęszczają.

W tych okolicznościach zadaję sobie pytanie: Czy jako inżynier chłodnictwa będę już tylko realizował kolejne budowy na r744, czy czeka mnie jeszcze jakaś znacząca zmiana?

Odpowiedź na to pytanie brzmi TAK.

Znacząca zmiana jeszcze przed nami a jej pierwsze przykłady już widzimy na placach budowy. Mowa o fenomenie, który nazywam trzecim poziomem efektywności energetycznej. Poziomem, kiedy to każda instalacja energetyczna w fabryce (ciepło, chłód, wentylacja, energia elektryczna) są nie tylko same w sobie wysoko zoptymalizowane, ale przede wszystkim połączone między sobą tak aby zminimalizować marnowanie energii. Pod określeniem marnowanie energii mam na myśli wyrzucanie ciepła odpadowego z instalacji chłodniczej tylko dlatego, że ma zbyt niską temperaturę, wyrzucanie ciepła z poligeneracji, ponieważ w danym momencie nie ma zapotrzebowania na ogrzewanie przestrzeni magazynowej, marnowanie chłodu z rozprężania LNG, zmniejszanie produkcji energii elektrycznej w kogeneracji, ponieważ chwilowe zapotrzebowanie w danym zakładzie jest niskie, itd. Przykłady tego typu strat można mnożyć przez wiele stron naszego czasopisma. Na szczęście można także mnożyć inżyniersko mądre i biznesowo możliwe do zrealizowania rozwiązania.

Przykładem tego typu między-technologicznego połączenia jest wykorzystanie ciepła odpadowego z kogeneracji do wytworzenia chłodu w chillerach absorpcyjnych, które to z kolei wykorzystane jest do podniesienia efektywności energetycznej układu chłodniczego na CO2.

W tym wypadku tradycyjny układ chłodniczy pracuje w trybie podkrytycznym cały rok – co daje średnie roczne COP nawet 5!

Jest o co walczyć.

Zapraszam także na stronę czasopisma

https://www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl/