Propan, R290 czy może propan techniczny? Czym różnią się między sobą i co faktycznie zasila propanową pompę ciepła?

Czynniki chłodnicze odgrywają ważną rolę w dziedzinie klimatyzacji i są kluczowe dla technologii funkcjonowania pomp ciepła dostępnych obecnie na rynku. Wśród różnych rodzajów czynników chłodniczych, czynnik R290 wyróżnia się jako ważna substancja, która jest szeroko stosowana w przemyśle chłodniczym. Chociaż propan jako związek (C3H8) i czynnik R290 to w istocie ta sama substancja chemiczna, istnieją pewne istotne różnice między nimi, istotne do tego stopnia, że R290 i propan nie powinny być traktowane jako swoje synonimy ani substytuty. W tym wpisie główną uwagę poświęcimy czynnikowi R290 - odpowiemy, co odróżnia go od reszty czynników i jak te właściwości termodynamiczne wpływają na technologię propanowych pomp ciepła?

Różnice między propanem, R290 a propanem technicznym

Propan jako związek (C3H8), R290 i propan techniczny to tak naprawdę trzy różne substancje chemiczne, wśród których tylko jeden z może być wykorzystywany jako czynnik chłodniczy w pompach ciepła. Chociaż mają wspólne podłoże chemiczne, istnieją istotne różnice między nimi - których warto mieć świadomość.

Rozważenie różnic między propanem a czynnikiem R290 ma kluczowe znaczenie, aby w pełni zrozumieć, jakie są ich zastosowania, jak wpływają na efektywność energetyczną urządzeń, ochronę środowiska oraz jakie są niebezpieczeństwa związane z ich użytkowaniem. Co różni czynnik chłodniczy R290 od propanu technicznego i dlaczego pod żadnym pozorem nikomu nie powinno wpaść na myśl napełnienie swojej pompy ciepła tym samym gazem, na którym działa kuchenka gazowa? Czynnik R290 w istocie też jest propanem, jednak należy wiedzieć o dwóch ważnych różnicach między nim a propanem technicznym. Po pierwsze propan techniczny musi zawierać co najmniej 90% czystego C3H8, czyli czystego propanu rozumianego jako związku chemicznego. Z kolei czynnik chłodniczy R290 w swoim składzie musi mieć obligatoryjnie co najmniej 99,5% czystego C3H8. Kolejne różnice jesteśmy już w stanie sami rozpoznać organoleptycznie. Ze względów bezpieczeństwa propan techniczny jest nawaniany, by w razie kryzysowej sytuacji każdy z nas mógł poczuć, że coś się ulatnia z danego urządzenia. Propan techniczny może zawierać domieszki innych węglowodorów, które w przypadku układu chłodniczego np. pompy ciepła będą zanieczyszczeniami. Ponadto ze względów bezpieczeństwa propan techniczny musi zawierać środek wonny. O takich domieszkach czy środkach nawaniających nie może być mowy w przypadku czynnika R290, który ma być niemal nieskazitelnie czysty, jeżeli ma zasilić propanową pompę ciepła. Dążymy zatem do tego, aby w układzie chłodniczym pompy ciepła krążyła substancja w jak najczystszej postaci. Serwisowanie czy wymiana czynnika chłodniczego z urządzenia zasilanego R290 muszą być wykonane z pomocą substancji zakupionej w hurtowni chłodniczej i właśnie dlatego to nie może być propan techniczny zakupiony w rozlewni gazu, np. taki z którym spotykamy się w przypadku kuchenek gazowych.

Dlaczego akurat R290?

Zmiany unijnego ustawodawstwa są stosunkowo restrykcyjne względem czynników chłodniczych obecnie stosowanych na rynku pomp ciepła. Globalna ambicja wyznacza światowy kierunek, który określa ramy zamykające obecny rynek czynników chłodniczych. Te granice jasno stanowią, że czas F-gazów dobiega końca. Producenci zmuszeni są do szukania substytutów najpopularniejszych czynników, a środowiskowa czystość propanu sprawia, że obecnie spogląda na niego cały chłodniczy świat. C3H8 jest gazem naturalnym, pozyskiwanym ze złóż z głębi Ziemi, np. wraz z wydobyciem ropy naftowej. Należy do grupy węglowodorów i z powodzeniem może być stosowany w pompach ciepła, jako zamiennik popularnego czynnika R32. Posiada on bardzo korzystne właściwości termodynamiczne i ekologiczne. Te cechy predysponują go jako następcę klasycznych F-gazów. Dodatkowo propan jest nietoksycznym gazem pochodzenia naturalnego. Nie posiada poślizgu temperaturowego, jest bardzo wydajny, a jego współczynnik GWP bardzo niski - równy 3 (zgodnie z AR4).

Branża często faworyzuje R290 chwaląc jego naturalne pochodzenie i dobre właściwości termodynamiczne. Jak w praktyce przekłada się to na ciśnienia robocze i jak czynnik ten wypada na tle konkurencji? Dla parametrów pracy odpowiadających ciśnieniu skraplania 60 °C, czynnik R32 uzyskuje ciśnienie pracy po stronie "wysokiej" wynoszące 39,33 bar. Analogicznie w przypadku czynnika R290, dla tej samej temperatury skraplania będziemy mieli ciśnienie 21,17 bara. Niższe ciśnienia pracy są pożądane przez producentów.

Po stronie niskiego ciśnienia czynnik R32 pracuje z wyższym ciśnieniem przy tej samej temperaturze w porównaniu z R290. Dzięki temu propanowa pompa ciepła poddawana jest mniejszym obciążeniom. Gdybyśmy chcieli podnieść temperaturę skraplania w przypadku czynnika R290 do 70 st. Celsjusza to osiągniemy ciśnienie absolutne rzędu 25,87 bar. Podczas gdy przy podobnych parametrach pracy (temperatura skraplania 70°C ) i zastosowaniu czynnika R32 ciśnienie absolutne po stronie wysokiej wynosiłoby 48,77 bar. Warto również wspomnieć, że temperatura krytyczna czynnika R290 jest wyższa w porównaniu do czynnika R32 i wynosi 96,74°C (78,11°C dla czynnika R32). Dzięki temu w pompach ciepła wykorzystujących R290 jako czynnik chłodniczy możliwe jest przeprowadzenie procesu skraplania w wyższych temperaturach, a więc i osiągnięcie wyższych temperatur wody wyjściowej w porównaniu do czynnika R32.

Rys. 1. Wykres ciśnień pracy czynnika R32 i R290, źródło: materiały Panasonic

R290 nie jest w żaden sposób ograniczony prawnie i to właśnie ta cecha sprawia, że jest bezpieczną kartą dla branży PC. Ograniczenia wprowadzania nowych urządzeń zasilanych F-gazami dotkną nas szybciej niż można się było tego spodziewać. Aktualnie ogólnie przyjętą tendencją jest zmniejszanie ilości F-gazów wprowadzanych na rynek, wynika to z unijnego ustawodawstwa. Obecne założenia wyznaczają ilość F-gazów wprowadzonych na rynek do 2030 roku, przeliczonego jako ekwiwalent CO2. Wejście w życie takich zaostrzeń nie zostało jeszcze oficjalnie potwierdzone. Ale same plany takich działań stawiają czynnik R290 w roli super bohatera rynku chłodniczego. Zgodnie z obecną tendencją do wycofywania F-gazów z rynku z powodów ekologicznych, istnieje konieczność znalezienia zamiennika, który zajmie ich miejsce.

Dowiedz się więcej na temat bezpiecznych praktyk instalacji i serwisu pomp ciepła na naturalny czynnik R290. Obejrzyj webinar przygotowany przez Dawida Jaskułę w ramach Webinarowej Środy.

R290 - ekologiczne i efektywne rozwiązanie

Czynnik R290, zyskuje coraz większą popularność w dziedzinie pomp ciepła ze względu na swoje ekologiczne właściwości. Jest on uważany za bardziej przyjazny dla środowiska niż tradycyjne czynniki chłodnicze. R290 ma niski współczynnik potencjału ocieplenia globalnego (GWP) i nie przyczynia się w dużym stopniu do zmian klimatycznych. Dodatkowo, R290 charakteryzuje się wysoką wydajnością, co przekłada się na oszczędność energii i niższe koszty eksploatacji. 

Wszystkie właściwości czynnika R290 łącznie z jego dużą gęstością energii sugerują, że objętościowo zużyjemy go mniej do zasilania naszej instalacji. Nic bardziej mylnego. Propanowe pompy ciepła będą miały pokaźniejsze podzespoły niż pompy zasilane innym czynnikiem. Urządzenia na propan wymagają nieco większej objętości pewnych podzespołów, dlatego w praktyce urządzenia na R290 są większe, dotyczy to m.in. sprężarek. Warto wspomnieć, że analogiczna sprężarka dla czynnika R32 ma pojemność od 22 do 23 cm3, a dla czynnika R290 będzie to już około 40-42 cm3. Potrzeba zatem dwukrotnie większej sprężarki, o większej obudowie i większej masie. 

Czy taka większa objętość urządzenia daje dodatkowe możliwości manipulacji technologią propanowych pomp ciepła? W tym miejscu otrzymujemy pole do zoptymalizowania parametrów związanych z hałasem. Skoro urządzenie jest większe i mniej obciążone, to automatycznie będziemy w stanie uzyskać trochę niższe poziomy mocy akustycznej. Nie jest to skutkiem bezpośrednio mniejszego hałasowania sprężarki, ale też innych zabiegów stosowanych w tego typu urządzeniach. Poniższy wykres jest zestawieniem generacji mocy akustycznej w źródle dla różnych typów urządzeń wykorzystujących czynnik R32 (generacja J i K) oraz R290 (generacja L).

Rys. 2. Wykres ciśnień pracy czynnika R32 i R290, źródło: materiały Panasonic

Pompy generacji J mocy 7 kW miały moc akustyczną na poziomie 59 dB. Rozwój technologiczny w generacji K pozwolił na redukcję mocy akustycznej o 3 dB do wartości 56 dB. W generacji L jest to już 53 dB. Jak to przekłada się na możliwości zastosowania takiego urządzenia w praktyce? To konkretne urządzenie 7 kW zasilane R290 o mocy akustycznej 53 dB wymaga 2,5 metra przestrzeni by generowany dźwięk wytłumił się do tych pożądanych 40 dB. Jest to wartość wymagana na granicy działek w najbardziej wymagających miejscach. Jak najmniejszy poziom generacji mocy akustycznej to jeden z trendów, w stronę którego będą zmierzały nowe generacje pomp ciepła. Należy pamiętać, że ciśnienie akustyczne to wartość mierzalna, występująca w konkretnym miejscu np. na granicy działki, natomiast moc akustyczna jest to skumulowana wartość w źródle.

Który czynnik chłodniczy jest najlepszy dla Twojej pompy ciepła?

Pompy ciepła są coraz popularniejszym rozwiązaniem dla efektywnego ogrzewania i chłodzenia domów. Wybór odpowiedniego czynnika chłodniczego, ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia optymalnej wydajności i efektywności energetycznej. Należy uwzględnić różnice między tymi czynnikami i skonsultować się z ekspertem, aby dokonać właściwego wyboru dla swojego domu. 

Zadajmy sobie pytanie - co ma większy wpływ na osiągi danej pompy ciepła? Poziom rozwoju technologii czy zastosowany czynnik roboczy? Mogłoby się wydawać, że to wykorzystanie danego czynnika determinuje z góry możliwe osiągi urządzenia. Analizując koperty pracy propanowych pomp ciepła od różnych producentów można jednak zauważyć wśród nich różnice. Czynniki, tj. poziom rozwoju technologii danego producenta, są również kluczowe - ponieważ od nich zależy stopień wykorzystania właściwości termodynamicznych czynnika chłodniczego.

Rys. 3. Zestawienie kopert pracy urządzeń na czynnik R290

Rys. 4. Zestawienie kopert pracy urządzeń na czynnik R290

Koperty pracy pozwalają na zauważenie charakterystycznej cechy urządzeń od różnych producentów, a mianowicie ukazanie obecnych ram technologicznych pomp ciepła. Wszystkie wymienione urządzenia osiągają maksymalne temperatury rzędu 70-75 st. Celsjusza. Różni je natomiast możliwość utrzymania tej maksymalnej temperatury wraz ze zmianą temperatur zewnętrznych. 

Każdy producent, który wprowadza na rynek urządzenie na dany czynnik, zgodne z posiadaną technologią proponuje konkretny zakres pracy. Dlatego przy wyborze pompy ciepła i czynnika chłodniczego, warto również rozważyć, które urządzenie najlepiej spełni wymagania, uwzględniając specyfikę danej technologii i możliwości utrzymania maksymalnej temperatury w różnych warunkach zewnętrznych.

Poznaj charakterystykę urządzeń na czynniki R290, R32 oraz R410 i dowiedz się jak odpowiednio dobrać propanową pompę ciepła. Obejrzyj webinar przygotowany przez Stanisława Glodnego w ramach Webinarowej Środy

Potrzebujesz wsparcia lub chcesz znaleźć akredytowanego instalatora - skontaktuj się z nami