Choć procesy wymiany stosowanych czynników chłodniczych zachodzą właściwie w sposób ciągły, to ostatnie przyspieszenie w tym zakresie, oprócz standardowych ograniczeń i zmian, przynosi jeszcze przeorientowanie ze związków chemicznych syntetycznych w kierunku substancji występujących naturalnie w środowisku. Wszystko wydaje się być motywowane optymalizacją stosowanych substancji oraz rozszerzeniem kryteriów wyboru z czysto technicznych na również ekologiczne i środowiskowe. Co ciekawe historia zatacza koło, gdyż substancje naturalne były pierwszymi czynnikami chłodniczymi zanim wynaleziono związki z grupy CFC, HCFC i najpopularniejsze obecnie HFC (odpowiednio chlorofluorowęglowodory, hydrochlorofluoroweglowodory i hydrofluorowęglowodory).

Eliminowanie związków o negatywnym wpływie na środowisko

Rozwój przemysłu stawiał coraz nowsze wymagania przed urządzeniami chłodniczymi, co powodowało że zmieniały się czynniki, a wraz z nimi ich właściwości fizyko-chemiczne jak i termodynamiczne. Producenci, na drodze optymalizacji swoich układów chłodniczych i stosowanych sprężarek, dążyli do znalezienia czynników dających przewagi względem konkurencji. Ponadto coraz częściej konieczne było przekraczanie zakresów temperatur, które wcześniej wydawały się poza zasięgiem, a to w celu spełnienia wymagań w różnych warunkach pracy, zarówno pod względem temperatur zewnętrznych, jak i po stronie wytwarzanego efektu chłodniczego lub grzewczego. Na koniec eliminacja poszczególnych związków ze składu chemicznego też wyraźnie wpłynęła na zmianę stosowanych czynników na przestrzeni lat. W tym względzie najważniejszymi dwoma parametrami były, lub wciąż są, ODP oraz GWP.

Ozone Depletion Potential ODP został już całkowicie wyeliminowany z czynników chłodniczych, co oznacza, że wszystkie obecnie stosowane, czy raczej wprowadzane do obrotu czynniki, mają wartość ODP równą zero. Obniżanie ODP czynników chłodniczych polegało na eliminacji chloru ze składu, gdyż w uwolnionym do atmosfery czynniku był on w stanie wiązać się w nietrwałe związki z tlenem, przez co jedna cząstka chloru degradowała setki tysięcy cząsteczek ozonu O₃ w zwykły tlen O₂ . Eliminacja chloru z czynników zwanych freonami pozwoliła zachować właściwości ochronne warstwy ozonowej przed szkodliwymi składnikami promieniowania słonecznego i kosmicznego.

Global Warming Potential GWP to potencjał tworzenia efektu cieplarnianego, którego umowną jednostką jest kilogram dwutlenku węgla i efekt cieplarniany jaki on wytwarza. Oznacza to, że jeśli współczynnik GWP danego czynnika wynosi 1000 to jego kilogram w atmosferze daje efekt cieplarniany równoważny tonie dwutlenku węgla. Jest to podejście spójne z polityką ograniczania emisji CO₂ i opłat związanych z przekraczaniem przyznanych limitów. GWP zakłada oddziaływanie czynnika w atmosferze przez okres 100 lat i dlatego też, aby ograniczyć ekwiwalent wprowadzanego do obrotu CO₂ w czynnikach chłodniczych, wprowadzono kontyngenty, czyli globalne wartości maksymalnego ekwiwalentu CO₂ wprowadzanego do obrotu w Unii Europejskiej. Są to inaczej mówiąc dostępne dla wszystkich producentów ograniczenia na bazie wskaźnika GWP. Mechanizm działa tak, aby nie ograniczać ilości czynnika wprowadzanego do obrotu, tylko równoważną ilość dwutlenku węgla poprzez stopniowe ograniczanie ilości od przyjętego w 2015 roku poziomu ustalonego jako poziom odniesienia 100%.

Aktualny plan przejścia w kierunku neutralnych dla środowiska substancji
Najbardziej aktualną informację na temat stopniowego ograniczania GWP stosowanych czynników chłodniczych w zależności od typu urządzenia w ciągu najbliższych lat podaje Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europy 2024/573 z 7 lutego 2024. Warto podkreślić że rozporządzenie to uchyla i zmienia w istotny sposób zapisy Rozporządzenia poprzedniego 517/2014 do których w ciągu ostatnich dziesięciu lat dość dobrze zdążyliśmy się przyzwyczaić.

Najnowsze rozporządzenie dotyczące czynników chłodniczych
Rozporządzenie 2024/573 jest częścią realizacji polityki Zielonego Ładu i określa czasokresy redukcji zastosowania fluorowanych gazów cieplarnianych FGC poprzez wprowadzanie limitów na dopuszczone do użycia, z uwagi na poziom GWP, czynniki. Fluorowane gazy cieplarniane to zasadniczo trzy grupy związków chemicznych – HFC PFC i SF6. Natomiast dla branży instalacyjnej to głównie substancje z grupy HFC i czynniki chłodnicze używane w urządzeniach klimatyzacyjnych i pompach ciepła.

W Rozporządzeniu pojawia się też nowa grupa substancji określana jako PFAS i jest to część związków FGC. Są to substancje perifluoroalkilowe i polifluoroalkilowe. Mają one zwiększoną odporność na degradację oraz potencjalnie negatywny wpływ na zdrowie i środowisko, przez co, zgodnie z zasadą ostrożności, podmioty z nich korzystające powinny rozważyć zastosowanie rozwiązań alternatywnych.

W odróżnieniu od stacjonarnych systemów chłodniczych większej uwagi pod kątem wykrywania nieszczelności i wycieków czynnika wymagać będą urządzenia chłodnicze wykorzystywane w transporcie, gdyż ich specyfika pracy powoduje, że narażone są na drgania prowadzące do nieszczelności. Operatorzy tych urządzeń powinni prowadzić kontrole szczelności i instalować systemy do wykrywania wycieków.

Ograniczenia zastosowania czynników w poszczególnych segmentach urządzeń
Pierwszą grupą urządzeń w których od 2026 roku obowiązkowo trwale zastosowane zostaną tylko czynniki naturalne, będą domowe chłodziarki i zamrażarki. Jednocześnie już w komercyjnych chłodziarkach i zamrażarkach i wszelkich samodzielnych urządzeniach chłodniczych wskaźnik GWP zastosowanych czynników chłodniczych (HFC) nie może przekraczać 150, a dla pozostałych czynników (z poza grupy HFC) wymóg nastąpi od 2025 roku i tak zostanie przynajmniej na podstawie ostatnio wydanego Rozporządzenia F-gazowego, aż do roku 2036 roku, po czym można się spodziewać kolejnych kroków ograniczających GWP. Wielu producentów nie czeka z oferowanym sprzętem do ostatniej chwili, więc urządzenia spełniające nadchodzące wymogi pojawiają się w obrocie już od 1 do kilku lat wcześniej. Dla urządzeń chłodniczych z wyjątkiem chillerów limit GWP dla HFC od 2020 roku wynosi 2500, a dla pozostałych fluorowanych gazów cieplarnianych (spoza grupy HFC) ten sam limit, tj. 2500, wejdzie w życie od 2025 roku. Wyjątkiem w tej grupie będą urządzenia schładzające produkty do temperatur poniżej -50*C – zostaną one objęte wymogiem GWP poniżej 150 najpóźniej, bo od 2030 roku. Chillery, czyli agregaty wody lodowej stanowiące wydzieloną grupę w tym rozporządzeniu, aktualnie pracują z czynnikami o GWP do 2500. Od 2027 roku limit GWP dla urządzeń o mocy do 12 kW włącznie wyniesie 150, a dla mocy powyżej 12 kW limit GWP wyniesie 750. Kolejna grupa to urządzenia klimatyzacyjne i pompy ciepła, istotna, gdyż stanowi obecnie jeden z największych udziałów w rynku HVAC. Podzielona została na trzy podgrupy:

• Pierwsza to klimatyzatory pokojowe typu plug-in, czyli przenośne. Dla czynników z grupy HFC limit GWP 150 już obowiązuje. Dla pozostałych fluorowanych gazów cieplarnianych w urządzeniach o mocy do 12 kW limit GWP 150 obowiązywał będzie od 2027 roku. W urządzeniach o mocy powyżej 12 kW od 2032 roku FGC zostaną wyeliminowane.
• Druga grupa tomonoblokowe i inne samodzielne urządzenia klimatyzacyjne. Jeśli mieszczą się w zakresie mocy od 12 do 50 kW – dla nich już GWP jest ograniczone w grupieHFC do 150. Od 2027 roku limit GWP 150 obejmie wszystkie FGC, a na urządzenia spoza zakresu mocy od 12 do 50 kW limit GWP 150 zostanie nałożony od 2030 roku.
• Trzecia grupa to głownie urządzenia typu split, zarówno klimatyzacyjne jak i pompy ciepła. Jeśli zawierają do 3 kg fluorowanych gazów cieplarnianych, to już od 1 stycznia 2025 limit GWP wyniesie dla nich 750. Następnie dla układów typu powietrze-woda o mocy do 12 kW GWP zostanie obniżone od 2027 roku do 150, a dla układów typu powietrze-powietrze o mocy do 12 kW od 2029 roku również GWP do 150. Natomiast od 2035 roku zostaną wycofane układy split o mocy do 12 kW zawierające fluorowane gazy cieplarniane. Dla urządzeń typu split o mocy powyżej 12 kW limit GWP od 2029 roku zostanie ograniczony do 750, a od 2033 roku do 150.

Wszystkie zamieszczone w tabeli z rysunku 5 dane to dopuszczalne wartości GWP do jakich będzie możliwe stosowanie urządzeń dla danej grupy

produktowej w określonym czasie, a w Rozporządzeniu są to daty wejścia w życie zakazów wprowadzania do obrotu czynników o określonym GWP lub wyższym. W praktyce oznacza to sprzedaż nowych urządzeń w tym zakresie, natomiast dotychczas zainstalowane pozostają w użytku, a zmiany dotyczyć będą stosowania np. czynnika z odzysku do obsługi serwisowej pozostających w użytku jednostek w pierwszej fazie przejściowej. Określenie w tabeli od wskazanego roku oznacza w każdym wypadku datę od 1 stycznia danego roku. W najnowszym Rozporządzeniu zostało to ujednolicone względem poprzednich przepisów.

W tabeli z rysunku 5 zostały użyte następujące skróty i pojęcia:

• GWP – wskaźnik tworzenia efektu cieplarnianego,
• FGC – fluorowane gazy cieplarniane,tj. sztuczne substancje chemiczne silnie oddziaływujące na środowisko w zakresie wywoływania efektu cieplarnianego,
• samodzielny – oznacza kompletny układ wykonany fabrycznie, który jest w odpowiedniej ramie lub obudowie, jest wyprodukowany i przetransportowany w całości lub w co najmniej dwóch częściach, może zawierać zawory odcinające, i w którym żadne części zawierające gaz nie są podłączane na miejscu,
• układ typu split – oznacza układ składający się z kilku jednostek połączonych przewodami czynnika chłodniczego, które stanowią odrębne, ale powiązane jednostki, wymagające instalacji i podłączenia elementów obiegu czynnika chłodniczego w miejscu użycia,
• pompa ciepła – oznacza urządzenie zdolne do wykorzystywania ciepła z otoczenia lub ciepła odpadowego z powietrza, wody lub gruntu do ogrzewania lub chłodzenia, działające na zasadzie wzajemnego powiązania elementu lub elementów tworzących zamknięty obieg chłodniczy, w którym krąży czynnik chłodniczy umożliwiający pobieranie i uwalnianie ciepła,
• chiller – oznacza pojedynczy układ, którego podstawową funkcją jest schładzanie płynu będącego nośnikiem ciepła (takiej jak woda, glikol, solanka lub CO₂) do celów chłodzenia, przetwarzania, konserwacji lub zapewnienia komfortu.

Zastosowania specjalne które umożliwiają odstępstwa od opisanych limitów według rozporządzenia
Ponieważ wraz z obniżeniem granicy GWP nasiliła się obecność właściwości palnych w stosowanych czynnikach, to niektóre limity zawierają klauzulę zwiększającą limit (w tabeli z rysunku 5 są to wartość w nawiasie) w wypadku konieczności spełnienia wymogów bezpieczeństwa. W zakresie urządzeń chłodniczych dopuszczone limity GWP mogą być wyższe bez określania do jakiej wartości, jeśli urządzenie pracuje na potrzeby schładzania do temperatur poniżej -50^oC. Dla pierwszego stopnia układów chłodniczych kaskadowych od 2022 roku dopuszczony limit GWP wynosi 1500. Na inne produkty i urządzenia ochrony przeciwpożarowej, otwarte układy chłodnicze oraz okna i obuwie zawierające FGC większość ograniczeń została nałożona miedzy 2006 a 2008 rokiem. Ostatnim ograniczeniem będzie wycofanie z obrotu, od roku 2025, urządzeń ochrony przeciwpożarowej zawierających FGC, choć i tu jest zastrzeżenie, że nie obowiązuje w sytuacji, gdy wiąże się to ze spełnieniem wymogów bezpieczeństwa.

Aspekty praktyczne wprowadzonych zmian
W Rozporządzeniu znajdziemy również mnóstwo opisów i odniesień w stosunku do obrotu FGC, zarówno na temat wymogów technicznych jak i aspektów bezpieczeństwa, określenia co do kar za nieprzestrzeganie oraz sposoby kontroli wdrażania przepisów, metodykę rozdziału kontyngentów z opisem procedowania i kontroli realizacji, wymagania co do podmiotów zajmujących się zarówno bezpośrednią obsługa instalacyjno-serwisową co do np. wymaganych szkoleń jak i dla operatorów na temat obowiązków eksploatacyjnych w zakresie prowadzenia ewidencji.

Rezultaty wprowadzonego Rozporządzenia
Praktyczne zmiany, jakich należy się spodziewać i zwraca na to uwagę wspomniany dokument, to dążenie do liczonego w milionach w skali Europy przyrostu montowanych pomp ciepła w ramach realizacji celów programu RePowerEU. Powszechniejsze stosowanie pomp ciepła przyczyni się do zwiększania wykorzystania energii odnawialnej, a poprzez ograniczenie stosowania FGC i obniżanie GWP wpłynie na wyeliminowanie niekorzystnych zjawisk oddziaływujących na atmosferę. Ogromny wzrost sprzedaży pomp ciepła wiązać się będzie ze zwiększeniem zapotrzebowania na szkolenia dla instalatorów i serwisantów pomp ciepła. Na ten temat również jest krótki zapis w rozporządzeniu i sygnalizuje on konieczność przygotowania odpowiedniej bazy szkoleniowej odpowiednio wcześnie.

Drugim praktycznym aspektem zmian zapisanych w Rozporządzeniu jest obniżanie poziomu wskaźnika GWP stosowanych czynników chłodniczych. Obniżanie to w celu zachowania lub polepszenia parametrów technicznych nowych urządzeń wymusza przejście z czynników chemicznych FGC w kierunku czynników naturalnych, gdyż przy ich pomocy najłatwiej spełnić nadchodzące wymogi bez uszczerbku na osiąganych parametrach technicznych. Dotychczas dominujące czynniki chłodnicze były niepalne i nietoksyczne, co powodowało łatwość ich zastosowania bez sprawdzania zagrożeń i ograniczeń, a dobór często ograniczał się do temperaturowego zakresu pracy. Wchodząc w nowy obszar czynników naturalnych o niskim GWP napotkamy zarówno substancje palne i wybuchowe jak i toksyczne, co wpływać będzie mocno na zakres i możliwości ich zastosowania. Są również czynniki chemiczne o niskim GWP, ale mają inne uwarunkowania stanowiące barierę do powszechnego zastosowania. Wszystko jednak wskazuje na nieuchronne przejście w kierunku czynników naturalnych, a co za tym idzie istotne ograniczenia w zastosowaniu urządzeń o rozdzielonym układzie chłodniczym typu split i wszelkich analogii do niego, jak multi split czy VRF. W świetle dążenia do intensywnego wzrostu sprzedaży pomp ciepła w Europie czynnik taki jak R290 wydaje się stanowić idealną odpowiedź na wszystkie nowe stawiane wymagania w zakresie czynników chłodniczych. Po pierwsze ma bardzo dobre właściwości termodynamiczne, szczególnie w obszarze wysokich ciśnień, czyli do funkcji grzewczych. Bardzo niskie GWP, bo na poziomie 3, powoduje, że nie ma obaw na przyszłość co do ograniczeń w stosowaniu. Rozwinięty jest przemysł pozyskiwania tej substancji, co wpływać będzie na powszechną dostępność i jednocześnie zapewni atrakcyjną cenę, a stosowanie już od wielu lat w układach termodynamicznych powoduje, że jest rozpoznany w zakresie zastosowania, co ułatwi jego upowszechnienie. Jako palny i wybuchowy spopularyzuje się zapewne w układach monoblokowych, a może nawet w dużych chillerach, ale prawdopodobnie nawet te cechy nie zahamują jego upowszechnienia na wielką skalę w segmencie pomp ciepła i układów wodnych lub glikolowych monoblokowych. Oczywiście poza R290 jest jeszcze wiele innych czynników o niskim GWP, ale raczej nie należy się spodziewać ich dominacji na rynku urządzeń klimatyzacyjnych i grzewczych, choć na pewno w ramach obniżania GWP się również spopularyzują.

W związku z aktualizacją przepisów f-gazowych z lutego 2024 i wdrażaniem programu RePowerEU spodziewane jest przyspieszenie w zakresie produkcji i dostaw pomp ciepła oraz wymiany czynników z chemicznych na naturalne. Będzie to mieć wpływ na szybszy rozwój w technologii urządzeń monoblokowych i prawdopodobnie spowolnienie w układach typu split z uwagi na ograniczenia w stosowaniu naturalnych czynników o wyższym potencjale palności czy wybuchowości. Plan przejścia rozciąga się do 2035 roku, zatem na 11 lat od dziś, ale najgłębsze zmiany nastąpią w ciągu najbliższych sześciu lat, po czym nastąpi ustabilizowanie.

Materiały źródłowe:
[1] ROZPORZĄDZENIE PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY (UE) 2024/573 z dnia 7 lutego 2024 r. w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych, zmieniające dyrektywę (UE) 2019/1937 i uchylające rozporządzenie (UE) nr 517/2014, wraz z załącznikami i dokumentami powiązanymi: (UE) 2021/1119, (UE) 2022/591, (UE) 2017/1541, (WE) nr 1907/2006, 2012/19/UE, (UE) 2018/1139, (WE) nr 1005/2009, (UE) 2022/2399, (UE) 2019/1020, (UE) nr 517/2014
[2] RePowerEU, Maj 2022