Komentované znění ČSN EN 378 1-4: Chladicí zařízení a tepelná čerpadla výpočet náplní

Úvod

Komentované znění ČSN EN 378 1-4 (10/2017) Chladicí zařízení a tepelná čerpadla, je normativním dokumentem, který ve spolupráci zainteresovaných stran, schváleným souhlasným stanoviskem na úrovni odborníků technické normalizace. Komentované znění vyjadřuje současný stav poznání techniky a zkušeností z provozování systému chlazení a klimatizace. Dokument formou komentářů a doporučení rozpracovává ČSN EN 378, vydanou v roce 2017 pro podmínky v České republice.

Platnost komentovaného znění ČSN EN 378

Jak to bylo dříve?	Dříve platily normy ČSN EN 378 – XY, zrušené k roku 2017.
Co je důležité	Pro použití ČSN EN 378 a tohoto materiálu musí být použity normy z roku 2017. Výjimku z tohoto představuje případ, kdy se posuzuje stávající provoz chladicích zařízení (provozní podmínky). To znamená, že se podmínky provozu, dokumentace, atd. posuzují ve vazbě na dobu uvedení chladicích zařízení do provozu. V případě stavebních změn se musí postupovat podle podmínek stavebního zákona. Příklad: strojovna chlazení uvedená do provozu v roce 2005, ve které nedošlo ke změnám, se posuzuje podle podmínek předpisů platných v roce 2005. Změny by se musely promítnout pouze tehdy, pokud by předpisy obsahovaly retroaktivní ustanovení, což znamená, že se něco musí upravit bez ohledu na dobu uvedení do provozu. V takovém případě to ale předpis musí jednoznačně obsahovat ve svém znění.
Takto ne!	Předchozí vydání ČSN EN 378 před rokem 2017 nelze používat pro projekční návrh v případě změny staveb, technologie, respektive musí se použít v návaznosti na rozsah a charakter změny. U  kompletní výměny chladicího zařízení se musí použít normy platné od roku 2017.

V případě nepoužití tohoto dokumentu, musí být naplněny a odůvodněny podmínky pro návrh a provedení stavby takovým způsobem, aby v případě požáru:

1. byla po určenou dobu zachována nosnost a požární odolnost konstrukce;
2. byl uvnitř stavby omezen vznik a šíření ohně a kouře;
3. bylo omezeno šíření požáru na sousední stavby;
4. obyvatelé mohli stavbu opustit, nebo aby mohli být zachráněni jiným způsobem;
5. byla brána v úvahu bezpečnost záchranných jednotek (složek IZS).

V případě rozporu požadavků mají pro navrhovaný objekt vždy přednost právní předpisy na úseku požární ochrany a normy z oblasti požární bezpečnosti staveb řady ČSN 73 08xx a předpisy navazující.

Tento dokument se vztahuje na chladicí zařízení, které obsahují chladivo, které je klasifikováno jako hořlavý, popřípadě výbušný plyn.

Zkapalněné chladivo se ve vztahu k normálním podmínkám (atmosférický tlak 101,329 kPa, teplota 20 °C) posuzuje jako plyn. Ostatní chladicí zařízení se řeší podle příslušných předpisů. Pokud se jedná o strojovnu chlazení, ve které se vyskytují chladiva více druhů hodnocená jako hořlavý plyn, stanovují se podmínky pro nejméně příznivé chladivo z hlediska hořlavosti plynu.

Tento dokument se nevztahuje na jednotlivá chladicí zařízení, spadající podle ČSN 140110 do kategorie „malých chladicích zařízení“, ve kterých hmotnost chladiva kategorie A2 (A2L) nepřesahuje hmotnost 2,5 kg, a pro kategorii A3 0,199 kg dle ČSN EN 378.

Při instalaci sestavy (nikoliv jednotlivých) chladicích zařízení se hmotnost chladiva v požárním úseku sčítá. Pro posouzení jednotlivého chladicího zařízení instalovaného uvnitř objektu v dostatečně nevětraném prostoru (například garáži, skladu a podobně) se stanovuje minimální vzdálenost dalšího chladicího či jiného zařízení (možného zdroje vznícení) ve vzdálenosti 3 m. Při instalaci jednotlivého „malého chladicího zařízení“ v otevřeném prostoru se vzdálenost nestanovuje, projektant ale musí posoudit konkrétní podmínky okolního prostoru, budov a zařízení.

Důležité pojmy z ČSN EN 378 1-4 (10/2017)

3.7.5
Akutní expoziční limit toxicity
ATEL
maximální doporučená koncentrace chladiva stanovená s odvoláním na evropskou normu a se záměrem snížit rizika nebezpečí akutní toxicity na osoby v případě úniku chladiva

3.7.6
Mezní hodnota nedostatku kyslíku
ODL
Koncentrace chladiva nebo par, které vyvolají nedostatek kyslíku pro normální dýchání

3.2.3
obsazený prostor
prostor v budově ohraničený stěnami, podlahami a stropy a který je obsazen osobami po značnou dobu

POZNÁMKA – Tam, kde prostory kolem zřejmého obsazeného prostoru nejsou konstrukcí a provedením vzduchovodů těsné ve vztahu na obsazený, pak by se měly považovat za část obsazeného prostoru, viz výše: např. falešné stropy s otvory, průlezné instalační kanály, vzduchovody, přemístitelné příčky a dveře s průtokovými mřížkami nebo zkrácené dveře.

Rozdělení chladiv

	Rychlost hoření	Nízká toxicita	Vysoká toxicita
Nehořlavé		A1	B1
Málo hořlavé	< 10 cm/s	A2L	B2L
Hořlavé	≥ 10 cm/s	A2	B2
Vysoce hořlavé		A3	B3

Chladiva a jejich rychlost hoření:
A2L – R32 – 6,32 cm/s, R1234yf – 1,5 cm/s
A2 – R152a – 23 cm/s
A3 – R290 (propan) – 43 cm/s
B2L – R717 (amoniak) – 7,7 cm/s

Výpočet náplně chladiva dle praktického limitu

Dle ČSN 734301 je minimální velikost (plocha) obytného pokoje je 8 m², pakliže se pokoj nachází v bytě, nebo domě s více pokoji. Minimální světlá výška musí být nejméně 2,5 m.

Dle ČSN EN 378-1 – Praktický limit je koncentrace použitá pro zjednodušený výpočet stanovení maximálního přijatelného množství chladiva v obsazeném prostoru.

Tabulka 1 praktické limity pro běžně používaná hořlavá chladiva.

Chladivo	Bezpečnostní třída a	LFL (dolní limit hořlavosti), kg/m3 b	Samozápalná teplota, °C	PL (praktický limit), kg/m3 c	ATEL/ODL d
HFC R32	A2L	0,307	648	0,061	0,30
HFO R1234ze	A2L	0,303	368	0,061	0,28
HFO R1234yf	A2L	0,289	405	0,058	0,47
HC R600a	A3	0,043	460	0,011	0,059
HC R290	A3	0,038	470	0,008	0,09
HC R1270	A3	0,047	455	0,008	0,0017

Výpočet maximálního množství pro minimální objem místnosti.

Obytná místnost 8 m² × 2,5 m výška → objem 20 m³.

Množství chladiva dle praktického limitu:

• chladivo R 32, PL = 0,061 kg/m³, množství chladiva = 20 m³. 0,061 kg/m³ = 1,22 kg,
• chladivo R 290, PL = 0,008 kg/m³, množství chladiva = 20 m³. 0,008 kg/m³ = 0,16 kg.

Vypočtená náplň se vztahuje na jeden chladicí okruh. Pro náplně vypočítané dle praktického limitu není nutné provádět žádná opatření.

Výpočet náplně chladiva dle zatřídění

Pro větší náplně chladiva je nutné provést výpočet dle zatřídění a to pro dvě varianty dle toxicity a dle hořlavosti. Zatřídění se provádí dle tabulky 2 a tabulky 3.

Tabulka 2 – klasifikace přístupnosti osob.

Kategorie	Obecné charakteristiky	Příklady
a	Místnosti, části budov kde jsou k dispozici prostory pro spaní je omezen pohyb osob je přítomen nekontrolovaný počet osob má přístup kterákoliv osoba, aniž by byla seznámena s potřebnými bezpečnostními opatřeními	Nemocnice, soudní budovy nebo vězení, divadla, supermarkety, školy, přednáškové sály, terminály, veřejné dopravy, hotely, obydlí, restaurace
b	Místnosti, části budov, budovy, kde se může shromáždit pouze omezený počet osob, z nichž některé jsou patřičně obeznámeny s obecnými bezpečnostními opatřeními předmětné instituce	Obchodní nebo profesionální úřady, laboratoře, místa pro obecnou výrobu a kde osoby pracují
c	Místnosti, části budov, budovy, kam mají přístup pouze oprávněné osoby, které jsou obeznámeny s obecnými a zvláštními bezpečnostními opatřeními předmětné instituce a kde se uskutečňuje výroba, zpracování nebo skladování materiálu nebo výrobků	Výrobní zařízen, např. pro výrobu chemikálií, potravin, nápojů, ledu, zmrzliny, rafinérie, chlazené prostory v supermarketech, které nejsou přístupné veřejnosti

Tabulka 3 – klasifikace umístění zařízení.

Třída I	Jestliže chladicí zařízení nebo části obsahující chladivo jsou umístěny v obsazeném prostoru, pak zařízení je uvažováno jako třída I, pokud zařízení nevyhovuje požadavkům pro třídu II POZNÁMKA – Některá tepelná čerpadla/klimatizátory pracují buď pro ohřívání nebo chlazení s reverzací průtoku z kompresoru do tepelných výměníků pomocí speciálního reverzačního ventilu
Třída II	Jestliže kompresory a tlakové nádoby jsou umístěny buď ve strojovně, nebo na volném prostranství, pak platí požadavky pro umístění podle třídy II, pokud zařízení nevyhovuje požadavkům pro třídu III. Trubkové výměníky a potrubí včetně ventilů mohou být umístěny v obsazeném prostoru.
Třída III	Jestliže všechny části obsahující chladivo jsou umístěny ve strojovně nebo volném prostranství, pak platí požadavky pro umístění třídy II. Strojovna musí splňovat požadavky normy EN 378-3
Třída IV	Jestliže všechny části obsahující chladivo jsou umístěny ve větraném uzavřeném prostoru, pak platí požadavky pro umístění podle třídy IV. Větraný prostor musí splňovat požadavky norem EN 378-2 a EN 378-3
Některé společné příklady omezení velikosti náplně jsou uvedeny níže. (Ale pro úplné informace je nutné se obrátit na EN 378.)

Maximální množství chladiva, které by mohlo unikat do prostoru, se stanovuje následovně:

• Množství chladiva nesmí přesáhnout velikost specifikované v C.1. EN 378 – 1
  • Tabulka C.1 – Požadavky na mezní náplň pro chladicí zařízení na základě toxicity,
  • Tabulka C.2 – Požadavky na mezní náplň pro chladicí zařízení ve vztahu k hořlavosti.
• Množství chladiva je množství, které může uniknout do prostoru, ve kterém množství chladiva musí být největší náplní jakéhokoliv jednotlivého chladícího zařízení, pokud není v této normě specifikováno jinak.
• Kde existují výrobkové normy na zvláštní druhy zařízení a kde tyto normy na výrobky se odkazují na limitní množství chladiva, pak tato množství ruší požadavky této normy.

Na obr. 1 je uvedeno schéma výpočtu maximální náplně. Maximální náplň vypočtena dle toxicity a dle hořlavosti a výsledná mezní náplň je podle přísnějšího kritéria, tedy ta nižší.

Příklad

Objem obsazeného prostoru V = 100 m³, chladivo R32, LFL = 0,307 kg/m³ PL = 0,061 kg/m³
Kategorie přístupu a klasifikace umístění I a II

Výpočet dle praktického limitu
100 × 0,061 = 6,1 kg

Výpočet dle pohodlí osob:
m² = 26 m³ × LFL × 1, = 26×0,307×1,5 = 11,973 kg
Maximální náplň dále dopočítat dle C.2.1 Části obsahující chladivo v obsazeném prostoru

Pro jiné aplikace:
20 % × LFL × objem = 0,2 × 0,307 × 100 = 6,14 kg ne více než
26 × LFL × 1,5 = 11,973 kg

Nebo dle C3 ne více než 130 m³ × LFL × 1,5
130 × 0,307 × 1,5 = 59,865  kg

Výpočet maximální náplně dle 378/2017 – C3

Zařízení musí splňovat následující:

• Jmenovitý chladicí (topný) výkon vnitřní jednotky není vyšší než 25 % celkového chladicího (topného) výkonu venkovní jednotky, a kde potrubí vedoucí k jednotkám v obsazeném prostoru není předimenzované ve vztahu k výkonu daného zařízení.
• Tepelný výměník vnitřní jednotky a ovládací prvky zařízení jsou navrženy tak, aby zabránily škodám vlivem tvorby ledu.
• Části vnitřní jednotky obsahující chladivo jsou zajištěny proti poruše ventilátoru, nebo je proti poruchám zajištěn ventilátor.
• V příslušném obsazeném prostoru jsou použita pouze nerozebíratelná spojení s výjimkou spojů vyrobených na místě přímo spojujících vnitřní jednotku s potrubím.
• Části potrubí obsahující chladivo v příslušném obsazeném prostoru jsou namontovány tak, aby byly chráněny proti náhodnému poškození v souladu s  ČSN EN 378-2:2017, 6.2.3.3.4 a ČSN EN 378-3:2017, 6.2.
• Dveře obsazeného prostoru nejsou zcela těsné.
• Jsou provedena doplňující bezpečnostní opatření v souladu s C.3.2.2 a C.3.2.3 (viz ČSN EN 378-1:2017) (viz články 6, 8, 9 a 10 v ČSN EN 378-3:2017).
• Příslušná opatření jsou:
  • větrání (přirozené nebo nucené),
  • bezpečnostní uzavírací ventily,
  • bezpečnostní alarm ve spojení s detektorem úniku chladiva; pokud jsou uživatelé daných prostor omezeni v pohybu, pak pouze bezpečností alarm nelze brát jako dostatečné bezpečnostní opatření.
• Je zabráněno efektu proudění směrem dolů v souladu s C.3.2.4.
• Pokud jsou splněny předchozí požadavky, potom vypočítejte poměr [náplň]/[objem místnosti].
• Pro obsazené prostory přesahující 250 m² se u výpočtu objemu místnosti použije hodnota 250 m² jako velikost podlahové plochy.
• Poměr [náplň]/[objem místnosti] se porovná s následujícími parametry.
• RCL limitní koncentrace chladiva (refrigerant concentration limit): maximální koncentrace chladiva ve vzduchu v souladu s přílohou C.3 této normy a bez nebezpečí rizika akutní otravy, zadušení a vzniku požáru.
• QLMV limitní množství s minimálním větráním (quantity limit with minimum ventilation): limitní hustota chladiva, která se rovná hodnotě RCL v místnosti, která není vzduchotěsná, při středně vážném úniku chladiva. QLMV se použije pro snížení rizik u zařízení v obsazených prostorách, které nejsou v podzemí, a kde systém větrání není schopen rozptýlit chladivo do 15 minut. Výpočet je založený na otvoru 0,0032 m² a rychlostí úniku 2,78 g/s.
• QLAV limitní množství s přídavným větráním (quantity limit with additional ventilation): limitní hustota chladiva, když se překročí v případě úniku celé náplně do obsazeného prostoru, vytvoří okamžitou nebezpečnou situaci. QLAV se použije při snižování rizik u zařízení v obsazených prostorách, kde je dostatečná ventilace k rozptýlení chladiva do 15 minut.

Celková náplň zařízení dělená objemem místnosti nesmí přesahovat hodnotu QLMV z tabulky C.3 (nebo když nejnižší podlaží je podzemní, pak hodnota RCL je z tabulky C.3) pokud nejsou uvažována vhodná opatření. Jestliže hodnota přesahuje QLMV nebo RCL, pak vhodná opatření musí být provedena podle C.2.2 nebo C.3.2.2. Vhodným opatřením musí být větrání (přirozené nebo nucené), pojistné uzavírací ventily a bezpečnostní alarm ve spojení se zařízením na detekci plynu. Samotný bezpečnostní alarm se neuvažuje jako vhodné opatření v případě, že osoby jsou omezené v pohybu.

Tabulka C.3 – Dovolená náplň chladiva

Chladivo	Dovolená koncentrace (kg/m3)	QLMV (kg/m3)	QLAV (kg/m3)
R-22	0,21	0,28	0,50a
R-134a	0,21	0,28	0,58a
R-407C	0,27	0,44	0,49a
R-410A	0,39	0,42	0,42a
R-744	0,072	0,074	0,18b
R-32	0,061	0,063	0,15c
R-1234yf	0,058	0,060	0,14c
R-1234ze	0,061	0,063	0,15c
a vztaženo na ODL b vztaženo na objemový podíl 10 % c vztaženo na 50 % LFL

Příklad

Zařízení se 120 kg R-134a je nainstalováno v místnosti o 300 m³.
120 kg v 300 m³ se rovná 0,4 kg/m³
0,4 kg/m³ překračuje limit QLMV, který je 0,28 kg/m³
0,4 kg/m³ je pod limitem QLAV, který je 0,58 kg/m³
Zařízení může být nainstalováno za podmínky, že bude provedeno minimálně jedno bezpečnostní opatření popsané v odstavci 6, 8, 9 nebo 10 v ČSN EN 378-3:2017.

Tabulka 3 – Požadavky dle přílohy C3

Tabulka níže shrnuje požadavky přílohy C.3; které zahrnují poměr [náplň]/[objem místnosti] ratio, RCL, QLMV, QLAV a podlaží dané budovy.

Možnosti řízení rizik chladících systémů v obsazených prostorách podle přílohy C.3
Náplň chladiva/objedm místnosti	< RCL	< QLMV	< QLAV	> QLAV
C.3.2.2 Obsazené prostory kromě nejnižšího podzemního podlaží budovy	Bez nutnosti dalších opatření	Bez nutnosti dalších opatření	Nejméně 1 opatření: ventilace uzavírací ventily detektor + alarm	Nejméně 2 opatření: ventilace uzavírací ventily detektor + alarm
C.3.2.3 Obsazené prostory na nejnižším podzemním podlaží budovy	Bez nutnosti dalších opatření	Nejméně 1 opatření: ventilace uzavírací ventily detektor + alarm	Nejméně 1 opatření: ventilace uzavírací ventily detektor + alarm	Nepřípustné
			C.3.2.4 V případě, že na nejnižším podlaží budovy není žádné chladicí zařízení, tak v budově, kde nejvyšší náplň chladiva dělená celkovým objemem nejnižšího podlaží překročí hodnotu QLMV, musí být naistalována nucená ventilace v souladu s 6.3. ČSN EN 378-3-2017

Tabulka 3 shrnuje požadavky uvedené v příloze C3 a možné navýšení maximálních náplní s ohledem na umístění posuzovaného prostoru a možných opatření.

Nucené větrání obsazených prostor dle ČSN EN 378(2017) – C3

Příklad:

Pro Q × RCL/10 < 1 platí:

a pro Q × RCL/10 ≥ 1 platí:

kde je

m	náplň chladiva	(kg)
V	objem obsazeného prostoru	(m3)
10	očekávaný jmenovitý únik	(kg/h)
Q	průtok vzduchu větráním	(m3/h)
RCL	mezní koncentrace chladiva v prostoru	(kg/m3)

Jestliže použijeme vztah m = f (V; Q; RCL) pro chladivo R32, které má hodnotu RCL = 0,061 kg/m³,
pak tento vztah platí pro Q m³/h v rozsahu: 0 < Q < 163,93. Ze vztahu lze tedy odvodit lineární závislosti ve tvaru m = f (V) pro různé hodnoty Q. Tyto lineární závislosti jsou znázorněny v následujícím grafu. Z grafu vyplývá např: pro V = 100 m³:

při Q = 50 m³/h je vypočtená náplň chladiva m = 7,28 kg;
při Q = 25 m³/h je vypočtená náplň chladiva m = 6,62 kg;
při Q = 10 m³/h je vypočtená náplň chladiva m = 6,30 kg;

Produktové normy

Mezi nejpoužívanější produktové normy patří:

ČSN EN 60335-2-89 Elektrické spotřebiče pro domácnost a podobné účely – Bezpečnost-Část 2-89: Zvláštní požadavky na chladicí zařízení se zabudovanou nebo oddělenou chladicí kondenzační jednotkou nebo kompresorem pro komerční účely.

Tato norma mimo jiné omezuje náplň chladiva kategorie A3 na 150 g v každém samostatném chladicím okruhu.

Příklady spotřebičů pro, které norma platí:

• Chlazené výklady a skladovací skříně
• Chlazené pojízdné skříně
• Obslužné pulty a samotné pulty
• Chladiče vzduchu a zmrazovače vzduchu

Tato norma neplatí pro:

• Chladící spotřebiče pro domácnost
• Průmyslové chladicí systémy
• Motorkompresory
• Výdejní spotřebiče a prodejní stroje pro komerční účely
• Spotřebiče na výrobu zmrzliny pro komerční účely
• Výrobníky ledu pro komerční účely
• Chladicí boxy
• Vícenásobné chladící komory s odděleným kompresorem

ČSN EN 60335-2-40 Elektrické spotřebiče pro domácnost a podobné účely – Bezpečnost – Část 2-40: Zvláštní požadavky na elektrická tepelná čerpadla klimatizátory vzduchu a odvlhčovače

Tato norma se zabývá bezpečností elektrických tepelných čerpadel, včetně čerpadel horké vody, klimatizátoru vzduchu a odvlhčovačů, které obsahují hermetické motorkompresory, jejichž jmenovité napětí není vyšší než 250 V u jednofázových spotřebičů a 600 V u ostatních spotřebičů.

Tato norma neplatí pro:

• Zvlhčovače určené k použití s ohřívacími a chladicími zařízeními
• Spotřebiče určené výhradně pro průmyslové účely
• Spotřebiče, které jsou určeny k použití v místech, kde převládají zvláštní podmínky, jako je korozivní nebo výbušná atmosféra (prach výpary nebo plyn)

Závěr

Komentovanému znění ČSN EN 378 1-4, Chladicí zařízení a tepelná čerpadla. Úvod je zaměřen pro oblast platnosti komentovaného znění. Pro malé vypočtené dle praktického limitu není nutné plnit další ustanovení norem ČSN EN 378 1-4. Pro posuzování se uvažuje vždy náplň vztaženou na jeden chladicí okruh, který v daný okamžik má nejvyšší náplň. Článek obsahuje praktické příklady jak postupovat při návrhu chladicího okruhu a jeho implementaci do budovy.

Literatura:

ČSN EN 378-1 Chladicí zařízení a tepelná čerpadla – Bezpečnostní a environmentální požadavky – Část 1: Základní požadavky, definice, klasifikace a kritéria volby.

ČSN EN 378-2 Chladicí zařízení a tepelná čerpadla – Bezpečnostní a environmentální požadavky – Část 2: Konstrukce, výroba, zkoušení, značení a dokumentace.

ČSN EN 378-3 Chladicí zařízení a tepelná čerpadla – Bezpečnostní a environmentální požadavky – Část 3: Instalační místo a ochrana osob.

ČSN EN 378-4 Chladicí zařízení a tepelná čerpadla – Bezpečnostní a environmentální požadavky – Část 4: Provoz, údržba, oprava a rekuperace.

ČSN 73 4301 Obytné budovy

ČSN EN 60335-2-89 Elektrické spotřebiče pro domácnost a podobné účely – Bezpečnost – Část 2-89: Zvláštní požadavky na chladicí zařízení se zabudovanou nebo oddělenou chladicí kondenzační jednotkou nebo kompresorem pro komerční účely.

ČSN EN 60335-2-40 Elektrické spotřebiče pro domácnost a podobné účely – Bezpečnost – Část 2-40: Zvláštní požadavky na elektrická tepelná čerpadla klimatizátory vzduchu a odvlhčovače.