Náhrada za chladivo R22 - na co je nutno dávat pozor? díl I

Následující článek je prvním dílem dvoudílné zprávy, která se tímto tématem obsáhle zabývá z různých úhlů pohledu, jak výrobců chladiv a olejů, tak velkoobchodu a výrobců chladicích zařízení. V prvním dílu je nejdříve popsán legislativní rámec a aktuální výchozí situace a vzájemné souvislosti mezi chladivem a olejem a ostatními materiály v aplikacích pro chladicí zařízení.

Termíny ukončení používání R22 v aplikacích pro chladicí a klimatizační zařízení jsou pevně dány na evropské úrovni (EU) Nařízením EG 2037/2000. Jakožto Nařízení má toto přímou působnost a všechny členské státy EU je musí ihned závazně aplikovat. V Německu reguluje opatření na ochranu ozónové vrstvy navíc i Nařízení o chemikáliích a ozónové vrstvě (ChemOzonSchichtV) z 13. 11. 2006. Tato problematika byla dříve součástí Nařízení o zákazu FCKW a halonů, a tím dříve nespadala do působnosti Nařízení ChemOzonSchichtV.

Jak bylo již dříve zmíněno, je postupný zákaz používání R22 pro údržbu, od 1. 1. 2010 pro nové zboží, a od 1. 1. 2015 pro recyklované chladivo R22, ústředním bodem Nařízení EG 2037/2000.

Při přechodu na jiné chladivo je nutno u stávajících chladicích zařízení s chladivem R22 respektovat některé důležité právní aspekty:

• Zpětné získávání chladiv během údržby a odstávky je podle EG 2037/2000 článek 16,1 závaznou povinností. Podle § 3 odst. 1 ChemOzonSchichtV je vlastník zařízení odpovědný za zpětné získávání chladiv provedené podle předpisů. Tuto povinnost je možno přenést na jiný subjekt.
  
  
• Zpětné získávání chladiv mohou provádět pouze osoby, které jsou k tomu odborně způsobilé (např. příslušníci cechu výrobců chladicích zařízení, vyučení mechatronici pro chladicí techniku [nově schválený název učebního oboru v Německu], technici a inženýři oboru chladicí technika), které jsou vybaveny potřebným technickým zařízením, které jsou spolehlivé a které v rámci inspekčních a údržbářských činností jsou nezávislé (viz § 5 odst. 1 a 2 ChemOzonSchichtV).
  
  
• Použité chladivo R22 bude od 1. 1. 2010 deklarováno jako odpad, pokud je vlastník (provozovatel) zařízení nebude moci dále použít a bude se muset tohoto chladiva R22 zbavit. Jako na odpad se na něj potom budou vztahovat všechny platné předpisy a všechna platná nařízení pro odpad, například Nařízení EG o zacházení s odpadem 1013/2006/EG, zákon o oběhu látek a o odpadu (KrW-/AbfG) a jiné dílčí předpisy.
  
  
• Řemeslník, výrobce chladicích zařízení, který chladivo R22 odsaje ze zařízení svého zákazníka, musí vést záznamy o druhu a množství získaného chladiva. Zápisy musí uchovávat minimálně po dobu pěti let. Provozovatelé zařízení na likvidaci chladiv, kteří mají podle zákona o oběhu látek a o odpadu dokladovací povinnost, musí vyvinout způsob zakládání a vedení dokumentace průvodních listů (viz § 3 odst. 3 ChemOzonSchictV).
  
  
• Použité chladivo R22 může být dále použito pouze přímo, nesmí měnit vlastníka. Jinak s ním musí být zacházeno jako s odpadem, musí být zpracováno a teprve jako recyklované chladivo R22 může být opět použito do chladicích a klimatizačních zařízení (viz článek 16 odst. 1 až 3 Nařízení EG 2037/2000).
  
  
• S přechodem zařízení, které mělo původně náplň chladiva R22 (HFCKW) na chladivo HFKW dochází současně ke změně zákonných pravidel pro provoz tohoto zařízení. Zásadní dopad to má na povinnost provozovatele tato zařízení pravidelně kontrolovat na těsnost podle EG 842/2006 (EG Nařízení o F plynech). V tabulce 1 jsou navzájem porovnávány rozdíly mezi zařízeními s náplní chladiv HFCKW a HFKW.

Výchozí stav

Ve většině aplikací je v EU již od 1. 1. 2000 zakázána instalace nových zařízení s chladivem R22. Proto budou ta nejmladší zařízení stará minimálně 10 let, až začne platit zákaz používání pro čerstvě vyrobené / uvedené na trh chladivo R22 i pro účely údržby.

Chladivo R22 (HFCKW) je chladivem, které v nedávné minulosti dosáhlo největšího rozšíření, především díky předchozímu zákazu chladiv FCKW, a s nejširší oblastí nejrůznějších aplikací od hlubokých teplot až po klimatizační zařízení a tepelná čerpadla. Poměrné rozdělení četností jednotlivých aplikací je v různých státech EU různé. I potřeba R22 pro údržbu je značně rozdílná podle jednotlivých aplikačních oblastí. To souvisí jednak s rozdílností oblastí použití systémů s chladivem R22 s různými provozními a jinými okrajovými podmínkami a s dobou jejich životnosti. V tabulce 2 jsou zobrazeny charakteristické údaje pro oblast Německa.

Celkové množství chladiva R22 obsaženého v instalovaných zařízeních na území BRD je odhadováno na cca 16.000 tun. Hlavními oblastmi použití jsou velké systémy živnostenského chlazení, průmyslová chladicí zařízení a velké klimatizační systémy, jejichž průměrná velikost náplně chladiva je větší než 250 kg. Tyto velké systémy budou ještě blíže pojednány.

Skutečné množství chladiva, které bude možno recyklovat z celkového odhadnutého množství, které se nachází ve stávajících chladicích zařízeních, je možno jen velmi obtížně odhadnout, protože kvalita R22, respektive jeho čistota, je často nedostatečná (podíl R22 je menší než 98%). A to je základní podmínkou pro úspěšnou recyklaci. Pro Německo je možno odhadovat průměrné množství recyklovaného chladiva R22 pro léta 2010 až 2015 cca 450 t ročně (spočívá na předpokladu, že 75 % nominální velikosti náplně při odstavení chladicího zařízení může být získáno a použito na recyklaci).

Výběr náhradních chladiv za R22

Charakteristickým rysem velkých systémů je jejich komplexní způsob budování, často s široce rozvětvenou sítí historicky postupně rozšiřovaných chladivových potrubí, případně se systémem zaplavených výparníků pro přenos velkých chladicích výkonů.

V zásadě přichází do úvahy čtyři možnosti jak stávající zařízení s chladivem R22 provozovat po roce 2010 (viz tabulka 3). Všechny možnosti mají své přednosti i nedostatky. Nejlepší řešení by mělo obsahovat co nejvíce těch positivních vlastností požadovaného profilu náhradního řešení za chladivo R22.

Intervaly údržby

	s chladivem R22 doposud	s chladivem HFKF	poznámka
kniha záznamů	ano	ano
menší než 3 kg	ne	ne*	* s náplní chladiva menší než 6 kg u hermetických systémů
3 kg až 30 kg	1 × za rok	1 × za rok
30 kg až 300 kg	1 × za rok	1 × za půl roku
větší než 300 kg	1 × za rok	1 × za čtvrt roku

Tab. 1 Porovnání intervalů údržby zařízení s chladivem R22 (HFCKW) a s chladivy HFKW

Spotřebitelé (oblasti použití)

aplikace	Ø náplně v kg	Ø celkově	Ø životnost	Ø únik chladiva	podíl R22 v %
malé živnosti	10	1500	12	6,5	5
velké živnosti	300	6500	15	12	19
doprava	10	800	9	10	0,3
průmysl	1000	2500	20	12	9,6
malá klimatizace	3,5	1500	10	2	28,1
velká klimatizace	250	3000	15	5	37,9

Tab. 2 Chladivo R22 a jeho spotřebitelé v Německu

Kriteria

Kritérium	životnost		komplikovanost		práce výparníku		bezpečnost		náklady
	< 5 let	> 5 let	jedn. zař.	komp. zař.	suché	mokré	malá	vysoká	invest.	provoz.
Rec. chladivo R22	++	-	++	++	++	++	+	+	++	+
chladivo Drop-In	++	-	+	-	+	-	+	-	++	-
retrofit	-	+	++	++	+	++	+	+	+	+
nové zařízení	+	-	++	++	++	++	++	++	-	++

Tab. 3 Hrubé hodnocení různých kritérií pro náhrady za R22 po roce 2010.
"+" znamená pozitivní hodnocení a "-" znamená negativní hodnocení kritéria

Recyklované chladivo R22 přichází do úvahy jako vážná alternativa u systémů s očekávanou krátkou zbytkovou dobou životnosti, protože to do budoucna způsobí při časově omezené době provozu ty nejmenší obtíže. Bohužel je prozatím nejasné zda bude recyklované chladivo R22 v dostatečném množství k dispozici. Dostupnost bude především závislá od poměru počtu zařízení, která budou vyřazena z provozu k počtu zařízení, která budou dále provozována. Kolují nejrůznější scénáře situace, která může nastat, a všechny spočívají na nejrůznějších předpokladech a všechny jsou zatíženy velkou nejistotou. S uveřejňováním čísel, která mají rozptyl od masivního nedostatku až po velký nadbytek jsou často sledovány i politické zájmy, takže závazný odhad z důvodu serióznosti nelze provést.

Pod označením Drop-In se běžně myslí pouhá záměna chladiva, aniž by se musely provádět další rekonstrukční práce na daném zařízení. Především olej může v chladivovém okruhu zůstat a provoz může pokračovat s nově naplněným Drop-In chladivem. Chladiva Drop-In představují velmi zajímavou alternativu k recyklovanému chladivu R22 pro zařízení, která mají malou zbytkovou životnost a splňují určité předpoklady.

Jako retrofit je označována aktivní rekonstrukce chladicího systému tak, aby vyhovoval nově naplněnému chladivu. Velmi často je to spojeno s výměnou oleje a dalekosáhlou rekonstrukcí kompletního systému. Retrofit je smysluplný všude tam, kde je plánována delší zbytková životnost a/nebo kde je důležitá dostupnost (například jako součást průmyslového procesu) a důležitou roli hrají náklady na rekonstrukci a provoz.

Nové zařízení slibuje s ohledem na účinnost a bezpečnost největší přednosti. Z hlediska nákladů je ale nové zařízení spojeno s nejvyššími investičními náklady. Často ale není z prostorových nebo provozních důvodů pořízení nového zařízení například kvůli delší odstávce vůbec možné.

Technická vhodnost chladiv nahrazujících R22

Vhodnost použití v konkrétním chladicím zařízení je základní podmínkou při výběru náhradního chladiva za R22. K těmto základním technickým vlastnostem patří mezi jiným především:

• materiálové vlastnosti (snášenlivost s materiály v chladivovém okruhu, především s Fe, Cu, těsnícími materiály a s umělými hmotami)
• bezpečnostní hlediska (toxicita a hořlavost)
• speciální požadavky dané konstrukčním řešením zařízení (například konstrukce výparníku, kompresoru aj.)

Jako náhradní chladivo za R22 není vhodné to chladivo, které shora uvedené body splňuje jenom při vynaložení neúměrně vysokých nákladů nebo které vyžaduje neúměrně náročná opatření, aby tyto požadavky vůbec mohly být splněny.

Materiálové vlastnosti: Problémy s kovovými materiály při přechodu na náhradní chladiva za R22 vznikají spíš zřídka. Jako příklad by mohl být v této souvislosti zmíněn přechod z chladiva R22, v jehož chladivovém okruhu byly použity výrobky z mědi, na chladivo NH3. Jak uhlovodíky (KWs), tak chladiva HFKW vykazují oproti kovovým materiálům stejnou snášenlivost jako R22. Pomě ování může nastat pokud v chladivovém okruhu dochází k vývoji kyselin v důsledku nedostatečného vyvakuování /vysušení nebo vlivem zbytků chlorovaných chladiv případně substancí proplachovacích prostředků, které zůstaly v okruhu.

Oblasti aplikací

Chladivo	teplotně fyzikální hodnoty			poznámka
	NSP, °C	Tkrit., °C	Pkrit., bar
R22	40	96	49,9
R134a	-26	102	40,5	skupina A1 podle EN 378-1
R290	-42	97	42	skupina A3 podle EN 378-1, zvýšené požadavky na bezpečnost
R407C	-43	85	46	skupina A1 podle EN 378-1, zeotrop
R410A	-51	70	48	skupina A1 podle EN 378-1, vyšší hladina tlaku, zeotrop
R417A	-39	87	40,5	skupina A1 podle EN 378-1, zeotrop
R422A	-46	72	37,5	skupina A1 podle EN 378-1, zeotrop
R422D	-43	80	39,2	skupina A1 podle EN 378-1, zeotrop
R427A	-43	85	43,7	skupina A1 podle EN 378-1, zeotrop
R428A	-48	69	37,2	skupina A1 podle EN 378-1, zeotrop
R507	-46	70	37	skupina A1 podle EN 378-1, azeotrop
R717	-33	132	113	skupina B2 podle EN 378-1, zvýšené požadavky na bezpečnost, nelze používat Cu, zvýšené teploty na výtlaku
R1270	-47	92	46	skupina A3 podle EN 378-1, zvýšené požadavky na bezpečnost

Tab. 4 Oblast aplikačních teplot různých chladiv

Jinak je nutno hodnotit chování k součástem z umělých hmot a elastomerů. Chladiva a oleje mohou z elastomerů uvolňovat plnidla a změkčovadla, a tím je zcela znehodnocovat pro použití v chladivovém okruhu. Následkem jsou pak provozní poruchy (například ztráta funkčnosti hřídelových těsnicích kroužků) a usazování uvolněných substancí elastomerů v chladivovém okruhu. Olejové systémy vhodné pro chladivo R22 vykazují proti těmto materiálům jiné schopnosti uvolňování než náhradní látky. V zásadě by se měly veškeré elastomery a umělé hmoty, které přichází do styku s chladivem nebo olejem při přechodu na jiné chladivo podle údajů výrobce konkrétního dílu vyměnit. Tabulka 4 přináší krátký přehled použitelných elastomerů a umělých hmot.

Díky individuálnímu složení změkčovadel a plnidel a ostatních aditiv k základnímu materiálu by se měla snášenlivost použitých součástí zásadně řešit ve spolupráci s výrobcem těsnění případně s výrobce zkompletovaného dílu, ve kterém je použit elastomer nebo jiná umělá hmota.

Jako názorný příklad jaký dopad může mít chybná volba materiálu pro těsnění ukazuje na obrázku 1 zničený Okroužek z neoprenu po 24 hodinovém kontaktu s chladivem R22 a alkylbenzolovým olejem.

Bezpečnostní vlastnosti: Chladivo R22 je podle DIN EN 378-1 jako netoxické a nehořlavé chladivo zařazeno do skupiny A1. Při použití chladiv, která jsou klasifikována jinak, například NH3 (skupina B2) nebo propan (skupina A3) se mění, podle místa instalace maximálně přípustná velikost náplně chladiva. Tak se změní přípustná maximální velikost náplně R22 v zařízení s přímým vypařováním ve skladu o rozloze 400 m² a výšce 3 m, který je přístupný pouze pro autorizovaný personál, ze 400 kg R22 na 50 kg NH3 případně 25 kg propanu. Případná stavební a bezpečnostní opatření vynucená použitím chladiva klasifikovaného jako B2 nebo A3 (například jako nepřímý chladicí systém s oddělenou strojovnou) mají dopad jak na přímé náklady na přechod na nové chladivo, tak na běžné provozní náklady. Bezpečnostní požadavky na chladicí zařízení a chladiva jsou popsány v DIN EN 378-1.

Technické vlastnosti: Při zohledňování vhodnosti hraje důležitou roli konstrukce chladicího zařízení, ve kterém má být chladivo R22 nahrazeno. Přitom by se měl brát zřetel na následující body:

• pro zaplavené výparníkové systémy by se neměla používat zeotropická chladiva (chladiva čtyřstovkové řady)
• u bohatě rozvětvených komplikovaných systémů je nutno zajistit zpětný transport oleje
• novému chladivu je nutno přizpůsobit systémové komponenty (například dehydrátory, expanzní ventily, kompresory)
• je nutno přizpůsobit průřezy potrubí případně zohlednit změny tlakových ztrát vznikajících prouděním

Zásadně by měl být při výběru náhradního chladiva každý jednotlivý díl stávajícího zařízení kriticky posouzen na jeho vhodnost k dalšímu použití.

Teplotně fyzikální vlastnosti: Vedle okrajových podmínek daných systémem hrají důležitou roli pro správnou volbu náhradního chladiva za R22 i tepelně fyzikální vlastnosti.

Náhradní chladivo je nutno volit tak, aby bylo podle svých tepelně fyzikálních vlastností vhodné pro danou aplikační oblast a aby pro stávající pracovní bod nebo oblast mohlo optimálně nahradit chladivo R22. Tabulka 4 informuje o normálních vypařovacích teplotách (vypařovací teplota při cca 0 bar přetlaku) a kritických bodech, které spoluurčují teplotní oblast, ve které může probíhat vypařování chladiva v daném chladicím zařízení.

Vypařovací teplota chladicího zařízení by neměla být pod normální vypařovací teplotou, aby se zamezilo vnikání vzduchu do systému. Na kondenzační straně je horní hranice závislá jak na kritické teplotě, tak na maximálním kondenzačním tlaku, který je dán maximálním provozním tlakem zařízení.

Dalším kriteriem pro výběr náhradního chladiva je výhodnost po energetické stránce. Jako základní hodnoty pro posouzení slouží chladicí faktor a objemová chladivost. Chladicí faktor dává informaci o účinnosti, s jakou může být chladicí zařízení s posuzovaným chladivem provozováno. Objemová chladivost je definována jako poměr chladicího výkonu k objemu plynu v sání, je silně závislá od volby chladiva a dává informaci, zda může být dodržen i chladicí výkon zařízení po změně chladiva při zachování stávajících komponent zařízení. To je důležité pokud je stávající zařízení provozováno na samé hranici potřebné výkonnosti, případně zda bude nutno komponenty, jako například expanzní ventil nebo kompresor uzpůsobit na větší objemový tok chladiva, aby mohl být dodáván potřebný chladicí výkon.

Obr. 2 Porovnání objemových chladivostí různých náhradních chladiv za R22

Na obrázku 2 je vynesen chladicí faktor různých náhradních chladiv pro jednoduchý chladivový okruh podle vypařovací teploty při pevné kondenzační teplotě 30 °C. Vyhodnocení spočívá na teoretickém simulačním výpočtu, který nebere ohled na rozdílné vlastnosti pro přenos tepla.

Nejlepší chladicí faktor vztaženo na R22 mají propan a propylen (R1270), které v celé oblasti vypařovacích teplot mají podobný chladicí faktor jako R22. NH3 a R134a mají při vysokých vypařovacích teplotách dokonce vyšší chladicí faktor, ale při nízkých vypařovacích teplotách mají nižší účinnost v porovnání s propanem a propylenem. Přitom se nebere ohled na to, že NH3, propan a R1270 se v mnohých aplikacích z důvodů bezpečnosti mohou použít pouze jako nepřímé systémy. Tomu pak v praxi odpovídá zhoršení chladicího faktoru kvůli dalšímu přídavnému teplotnímu spádu a konečné hodnoty se odlišují od hodnot, které jsou zde uvedeny.

Azeotrop R507 vychází v tomto porovnávání nejlépe ze všech směsných chladiv (Blends) a vykazuje relativně konstantní odchylku od R22 o cca 5 % v celé oblasti porovnávaných vypařovacích teplot.

Zeotropní směsi leží ve spodní oblasti při porovnání jejich chladivostí oproti R22 při různých vypařovacích teplotách.

Pro další provozování zařízení je často dosažitelný chladicí výkon důležitější než účinnost, i když z ekologického i ekonomického hlediska je to na pováženou. Nedostatečná objemová chladivost se ale nedá bez zásadních zásahů do zařízení nahradit. Obzvlášť kritická je tato situace pokud je zařízení s chladivem R22 součástí výrobního celku a pracuje bez rezervy výkonu.

Oleje pro nástupnická chladiva za R22

V mnoha aplikacích R22 zvláště v oblasti živnostenského a průmyslového chlazení jsou dnes běžně užívány oleje na minerální bázi (chlazení při normálních teplotách) nebo oleje alkylbenzolové (lepší mísitelnost s R22, proto zvláště vhodné při nízkých vypařovacích teplotách).

V souvislosti s otázkami po vhodném následnickém chladivu přicházejí do úvahy různé koncepce:

• pouhá výměna chladiva R22 za směsné chladivo HFKW s malým podílem uhlovodíků metodou Drop-In bez výměny oleje - olej na minerální bázi (MO) nebo alkylbenzolový (AB) zůstane v zařízení
• kompletní výměna oleje a chladiva (retrofit) za jednosložkové chladivo HFKW s vhodným syntetickým olejem na bázi polyolesterů (POE). Jmenovitá viskosita potřebného polyolesteru odpovídá viskositě minerálního / alkybenzolového oleje pro R22.

Jako Drop-In chladiva, která mohou pracovat s minerálními nebo alkylbenzolovými oleji, tak jak byly používány v zařízeních s chladivem R22, by měla být podle výrobce používána chladiva R422D, R422A nebo R417A. R422A je však v první řadě určeno jako následnické chladivo za R502. Všechny tyto směsi sestávají ze dvou HFKW chladiv R134a a R125 a vedle toho obsahují malý podíl uhlovodíků (KW) ve velikosti 3,4 % iso- případně n-butanu (viz tabulka 5).

Jako chladiva pro retrofit, při jejichž použití je nutno vyměnit i typ oleje, je možno jmenovat R404A, R427A a R507 jako možné alternativy za R22.

Obr. 3 Porovnání objemových chladivostí různých náhradních chladiv za R22

Při podrobnějším posuzování problematiky olejů vystupují do popředí především otázky mísitelnosti s chladivem, ochrana proti zvýšenému opotřebení a snaha do sebe přijímat vodu (hygroskopičnost).

Mísitelnost chladiv

S vývojem částečně chlorovaných HFCKW chladiv (například R22, R123, R124 a směsí R22) byly zavedeny alkylbenzolové oleje (například Fuchs Reniso SP 32) právě kvůli jejich úplné mísitelnosti s chladivy této třídy. Také minerální oleje vykazují přinejmenším v oblasti malých obíhajících množství uspokojivou mísitelnost s R22 (viz obrázek 4).

Při náhradě R22 popisovanými alternativními chladivy vznikají s ohledem na mísitelnost následující scénáře:

Jako zástupce skupiny Drop-In chladiv bylo firmou Fuchs pro pokusy mísitelnosti vybráno chladivo R422D. Výrobcem doporučený minerální olej (například Reniso KM 32) a alkylbezolový olej (například Reniso SP 32) se přitom oba dva ukázaly jako nemísitelné s chladivem jak při vyšších, tak i při nižších koncentracích. Oba typy oleje se už při nízkých koncentracích oddělují a vytváří vlastní fázi (obrázek 5). Transport oleje v zařízení, především ve výparníku při nízkých teplotách je možno udržet pouze tak, že olej je transportován jako vlastní fáze. Isobutan (R600a) obsažený v chladivu působí řídnutí oleje. Plyn pak má vysokou rozpustnost v minerálním oleji, což vede k tomu, že se určitý podíl směsi chladiva stěhuje do oleje. To působí snížení viskosity a olej se stává tekutějším. Ačkoliv neexistuje homogenní mísitelnost, jak ji známe u systémů POE/HFKW, zdá se že u zařízení, u kterých již bylo vyměněno chladivo R22 za chladivo R422D, nedochází k žádným vážnějším problémům s transportem oleje.

Chladiva a oleje

Chladivo	složení v %	vhodný olej
R22	R22 (100)	MO/AB
R502	R22/R115 (48,2/51,2)	MO/AB
R404A	R125/R143a/R134 a (44/52/4)	POE
R417A	R125/R134a/R600 (46,6/50/3,4)	MO/AB/POE
R422A	R125/R134a/R600a (85,1/11,5/3,4)	MO/AB/POE
R422D	R125/R134a/R600a (65,1/31,5/3,4)	MO/AB/POE
R427 A	R32/R125/R143a/R134a (15/25/10/50)	POE
R507	R125/R143a (50/50)	POE

Tab. 5 Následnická chladiva za R22 s vhodnými oleji
MO (minerální olej), AB (alkylbenzolový olej), POE (polyolesterový olej)

Zda tento ředicí efekt stačí sám o sobě aby se udržela cirkulace oleje ve velkých rozlehlých potrubních sítích, musí být jistě posuzováno velmi kriticky. I při velkých podílech cirkulujícího oleje v zařízeních nebo velkých objemových množstvích kapaliny ve sběrači může být špatná mísitelnost s minerálními případně alkylbenzolovými oleji problematická. Změnou oleje na POE mohou být všechny problémy odstraněny: R422A, R422D a R417A jsou ve spojení s POE (například Fuchs Reniso Triton SEZ 32) mísitelné v celém rozsahu koncentrací.

Od výrobce chladiv zmiňovaná jen částečná náhrada minerálního nebo alkylbenzolového oleje za POE nemůže být doporučena, protože to může vést v mnoha případech ke zvýšené tvorbě pěny v klikové skříni kompresoru a k poruchám zpětného vedení oleje a nejednoznačně definovatelným poměrům mazání.

Jednosložková chladiva HFKW také vykazují dobrou mísitelnost s POE oleji. Zvláště při nízkých teplotách, nižších jak 7 °C je zaručena úplná mísitelnost systému R507 a POE. Tím je vyloučeno nebezpečí možného oddělování fází ve výparníku, který je zvlášť náchylný na shromažďování oleje. Olej zůstává rozpuštěn v chladivu za všech okolností a může tak být i v těch nejrozsáhlejších potrubních sítích bezpečně transportován zpět směrem ke kompresoru.

Vizkozita oleje a ochrana pohybujících se součástí před opotřebením

Schopnost ochrany před opotřebením je u chladiv obsahujících chlór dostatečně známá. Tyto látky byly v různých formách ještě nedávno hojně používány. Dnes však z důvodů ochrany životního prostředí se používat nedají.

Obr. 4 Mísitelnost oleje Reniso KM 32 (na minerální bázi) s R22

Obr. 5 Mísitelnost oleje Reniso Triton SEZ 32 (na bázi polyolesteru) s chladivem R507

I chladiva obsahující chlór jako R22 působí podpůrně proti opotřebení. Tím že jsou tato chladiva rozpuštěna v minerálních (analogicky též v alkylbenzolových) olejích, poskytuje tento systém účinnou ochranu na třecích plochách proti nadměrnému úbytku materiálu. Při změně na HFKW chladiva ale výpadek tohoto účinku není kompenzován.

Při substituci R22 za jednosložková chladiva dochází současně k výměně oleje za POE maziva, která mají výrazně lepší mazací vlastnosti než minerální či alkylbenzolové oleje. Jednak díky své chemické stavbě a jednak díky výhodnějšímu průběhu závislosti viskosity na teplotě.

Při zvýšených teplotách (vyšších jak 60 až 80 °C) které panují na třecích plochách (například v ložiscích, u ventilů a pístů) klesá viskosita daleko méně než u minerálních olejů. Vytváří se viskósnější a únosnější mazací film. Ochrana proti opotřebení je u POE výrazně vyšší.

S ohledem na kinematickou viskositu nově aplikovaného oleje na bázi POE, jak pro R422A, R422D a R417A, tak i pro R507 může být použit produkt v zásadě se stejnou výchozí viskositou, jak byl doporučen pro R22 s minerálním nebo alkylbenzolovým olejem. Přesto by to ale mělo být konzultováno s výrobcem kompresoru.

Hygroskopičnost

Oleje na bázi polyolesterů (POE) jsou na rozdíl od minerálních a alkylbenzolových olejů silně hygroskopické (mohutně do sebe jímají vodu i z okolního vzduchu, který vždy obsahuje nějakou vlhkost a poměrně silně ji váží). Obsah vody takových hygroskopických olejů - v první řadě POE a v ještě daleko vyšší míře PAG (polyalkylenglykole) - může již relativně krátkým kontaktem s okolním vzduchem dosáhnout hodnot, které vylučují jeho použití v chladivovém okruhu.

Výsledky jednoho pokusu jak rychle stoupá obsah vody v těchto olejích při skladování v neuzavřených nádobách jsou zobrazeny na obrázku 8.

U sledovaného oleje POE viskositní třídy ISO VG 32 vidíme výrazný nárůst obsahu vody z 30 na 280 ppm po 4 hodinách skladování v otevřené nádobě. Tím je výrazně překročena povolená hodnota max. 100 ppm pro olej, který je možno plnit do zařízení podle DIN 51503-1.

Fenomén hygroskopie olejů POE je však od začátku zavádění chladiv HFKW/FKW znám a je možno jej odpovídajícím pečlivým zacházením s těmito látkami například skladováním v uzavřených originálních nádobách a vyloučením kontaktu se vzduchem držet pod kontrolou.

Minerální i alkylbenzolové oleje jako základní mazací látky pro R422A, R422D a R417A mají výrazně menší schopnost pojímat vodu. Přesto i s nimi se musí zacházet pečlivě, aby se vyloučilo zanesení vlhkosti do okruhu chladiva.

Při změně systému R22/minerální (alkylbenzolový) olej na R507/POE je nutno častěji kontrolovat kapacitu dehydrátoru případně je nutno jej vyměnit. Dále je potřebná kontrola obsahu vody v oleji po dokončení výměny chladiva a oleje. Obsah vody by se měl pohybovat pod hranicí 100 ppm. Při vyšších koncentracích vody v oleji (vyšší jak 200 ppm) existuje mezi jiným nebezpečí korozivního napadení kovových povrchů a pomě ování v kompresoru (vytváření vrstvičky mědi na mechanicky silně namáhaných plochách, například v ložiscích). Při takto vysokých hodnotách by měla být provedena kontrola zařízení a případně by měl být vyměněn olej.

Sklon k usazování a čistící efekt

Díky velmi dobré schopnosti rozpouštět mohou být rozpuštěny staré usazeniny z původního systému R22/olej. Tyto nečistoty pak jako disperze kolují v systému a případně se zachytávají ve filtru respektive filtrdehydrátoru. Případně musí být do okruhu do sacího potrubí namontovány bohatě dimenzované filtry. Protože ale čistící proces POE olejů neprobíhá nárazově, není nutno se obávat poruch například zablokováním filtrů.

Analýza oleje po 500 až 1000 provozních hodinách může dát obrázek o rozsahu znečištění rozpuštěnými starými úsadami, které mohou negativně ovlivňovat i přestup tepla. Když je čistící proces POE oleje ukončen, zůstává trvalý positivní účinek v podobě čistých vnitřních ploch systému.

Pokud je olej POE použit v zařízeních s R422A, R422D, R417A nebo R507 zvyšuje se teplotní zatížitelnost mazacího systému v porovnání s minerálním nebo alkylbenzolovým olejem používaným s chladivem R22. Na horkých místech například na ventilových destičkách se vytváří daleko menší "úsady" a povlaky a nedochází ke "slepování" a životnost oleje je díky větší teplotní stabilitě delší. Vyšší pořizovací náklady olejů POE v porovnání s minerálními a alkylbenzolovými oleji jsou částečně kompenzovány delšími intervaly výměny oleje.

Analýzy oleje

Analýzy olejových vzorků mohou doložit, zda přechod z R22 a minerálního nebo alkylbenzolového oleje na HFKW a olej POE byl úspěšný a jestli je již dokončen nebo zda jsou nutná další opatření jako výměna filtrdehydrátorů nebo oleje. Do rozsahu dostatečně vypovídající analýzy patří určení obsahu vody, obsahu zbytkového množství původního oleje a stupeň znečistění.

Obsahu zbytkového oleje je přitom dáván velký význam. Při zbytkovém obsahu maximálně 4 % minerálního oleje může být ještě při nízkých vypařovacích teplotách kolem -35 °C a níže zaručen funkční transport oleje. Při vyšších koncentracích minerálního oleje mohou nastat poruchy vracení oleje a případně i na teplosměnných plochách v důsledku odlučování některých složek.

S ohledem na určování obsahu vody podle metody Karl-Fischer (DIN 51777 díl 1 - přímé metody: výlučně pro neaditivované oleje / díl 2 - nepřímé metody: pro neaditivované i aditivované oleje) je nutno dávat pozor na odebírání vzorků pouze do plynotěsných lahví aby bylo vyloučeno znehodnocení vzorku vniknutím vzdušné vlhkosti.

Pracovní bezpečnost

Při výměně chladiva R22 za R422A, R422D a R417A jsou zvýšené nároky na bezpečnost práce v důsledku podílu hořlavých uhlovodíků. Vhodnými pracovními návody musí být zajištěno, že nevznikne žádná zápalná atmosféra. Přitom je nutno dávat pozor na možné koncentrování uhlovodíků v minerálním oleji v důsledku jejich vzájemné vysoké rozpustnosti.

Jednosložková HFKW chladiva jako R507 nevyžadují analogicky k R22 na základě své nehořlavosti žádná dodatečná bezpečnostní opatření.

Aspekty životního prostředí

Jak HFCKW (například R22) tak HFKW (například R507) mají negativní vliv na životní prostředí, pokud uniknou z uzavřeného chladivového okruhu do atmosféry. Tomuto zabránit je hlavním cílem shora uvedeného Nařízení EG 2037/2000 i Nařízení o F plynech a jejich národních prováděcích nařízení.

Ohrožení pro životní prostředí, která by hrozila od olejů pro chladicí zařízení, se omezují v podstatě na znečištění vod a půdy, pokud dojde k jejich úniku.

Pro obě pracovní látky platí, že je nutno zachovávat pokyny a doporučení pro zacházení s nimi a jak je uvedeno v bezpečnostních listech (Sicherheitsdatenblätter), které je možno vyžádat od výrobců chladiv a olejů a od velkoobchodu nebo najít na internetu.

Výhled

Tento 1. díl dvoudílné zprávy začal popisem legislativní situace, uvedením celkového množství chladiva R22 ve stávajících chladicích a klimatizačních zařízeních a věnoval se teorii systému chladiva a oleje v zařízení. Ve druhém dílu budou popsány praktické kroky od zahájení plánování až po bezpečný provoz v souvislosti s ukončením používání chladiva R22 v oblasti průmyslových chladicích zařízení. Jednotlivé body přeměny chladiva budou popsány na dvou praktických příkladech.