Budou vnitřní tepelná čerpadla s chladivem R290 vyžadovat „komín“? Díl 1. ze 2.

Úvod

Je nesporným faktem, že chladivo R290, tedy čistý propan, je hořlavé. Proto je při jeho využití nutné splnit podmínky, které zabrání vznícení propanu, pokud by unikl z pracovního okruhu tepelného čerpadla. Zásadní je, aby koncentrace propanu v okolním vzduchu nepřekročila bezpečnou mez.

Venku umístěná TČ s R290 (propan)

U venku umístěných TČ s propanem toto nepředstavuje zásadní problém. Vzhledem k tomu, že propan má větší hustotu než vzduch a drží se v níže umístěných prostorech, nelze taková TČ umísťovat do „prohlubní“ ať již terénních nebo záměrně zhotovených, v blízkosti oken, dveří či větracích mříží do sklepů, kanalizačních vpustí aj. Vhodné místo podle požadavku v návodu k instalaci od výrobce, zejména u rodinných domů, se zpravidla vždy najde. U výkonově větších instalací si s tím poradí technik při návrhu požárně bezpečnostního řešení.

Uvnitř umístěná TČ s R290 (propan)

Laická veřejnost často zmiňuje, že uvnitř domu lze běžně umístit tlakovou nádobu s 10 kg propanu, případně směsí propan-butan, s využitím plynu například pro vaření. Zvolené místo musí umožnit, aby případně unikající plyn nemohl „zatéct“ do níže umístěných prostorů, kde by se mohl hromadit, typicky po schodišti do sklepa, ze kterého nemůže samovolně unikat ven. Plyn pro tyto účely je však odorizován, což znamená, že obsahuje silně zapáchající látku a díky tomu je i velmi malý a stále ještě bezpečný únik plynu čichem rozpoznatelný. Propan jako chladivo R290 však musí být čistý. A proto jsou podmínky pro vnitřní TČ s R290 přesně definovány. Jak se to prakticky řeší? O tom spolu hovoří Ing. Jana Vorožcova za společnost Master Therm tepelná čerpadla, s. r. o., která TČ s R290 vyvíjí a vyrábí a redaktor TZB-info.

Josef Hodboď:

Na webu německého institutu Fraunhofer ISE se ve zprávě o projektu LCR290, který proběhl na objednávku Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz uvádí, že s hmotností 150 gramů chladiva R290 lze dosáhnout tepelný výkon až 10 kW. Proč se zaměřili právě na takové množství chladiva a jaká je podle Vás běžná praxe?

Jana Vorožcova:

Hodnota kolem 150 gramů chladiva nevznikla náhodně, vychází přímo z normativních limitů pro použití hořlavých chladiv, konkrétně z norem ČSN EN 378 a IEC 60335-2-40, které návrh tepelných čerpadel s propanem upravují.

Tyto normy pracují s tzv. mezí dolní hořlavosti (LFL – Lower Flammability Limit), což je základní parametr definující koncentraci chladiva ve vzduchu, při které může dojít k jeho vznícení. Pro propan je tato hodnota přibližně 0,038 kg/m³.

Na základě LFL jsou následně definovány limity množství chladiva v zařízení, které se označují jako m₁, m₂ a m₃. Pro první z těchto limitů platí vztah:

Právě tato hranice je v praxi zásadní. Pokud množství chladiva v okruhu tuto hodnotu nepřekročí, jsou požadavky na instalaci výrazně jednodušší a typicky není nutné řešit nucené havarijní odvětrání.

Z toho také vychází zmíněných cca 150 gramů v projektu Fraunhofer ISE. Jde o snahu navrhnout zařízení tak, aby se vešlo do nejnižší kategorie (m₁) a tím pádem bylo možné jeho jednodušší a bezpečnější použití zejména v obytných budovách.

V praxi to dnes odpovídá tepelným čerpadlům s výkonem přibližně 5 až 6 kW, což je výkonová úroveň typická pro moderní nízkoenergetické rodinné domy.

Josef Hodboď:

Znamená to tedy, že v případě takových TČ nemusí provozovatel nic řešit?

Jana Vorožcova:

V zásadě ano. Pokud je množství chladiva v zařízení pod limitem m₁, to je zmíněných cca 152 gramů, provozovatel obvykle nemusí řešit žádná zvláštní bezpečnostní opatření, jako je například havarijní odvětrání.

Je však nutné, aby se jednalo o zařízení, tepelné čerpadlo, s tzv. hermeticky těsným chladivovým okruhem. To znamená, že celý okruh je konstrukčně proveden tak, aby minimalizoval riziko úniku chladiva. Tato skutečnost musí být vždy deklarována výrobcem a je uvedena na výrobním štítku zařízení.

Právě kombinace malé náplně chladiva a hermetického provedení je důvodem, proč mohou být taková tepelná čerpadla bezpečně instalována i v obytných objektech bez dalších technických opatření.

Josef Hodboď:

Naprosto souhlasím. Nemůže tedy jít například o tzv. splitové tepelné čerpadlo, u kterého o těsnosti okruhu s chladivem nerozhoduje jen výrobce, ale i instalační firma.

Jak je to u TČ obsahujících v jenom okruhu více než limitních 152 gramů R290?

Jana Vorožcova:

V tomto případě už zařízení překračuje limit m₁. Pohybujeme se v kategoriích m₂, přibližně do 1 kg propanu, anebo až m₃, tedy přibližně do 5 kg propanu. Ale vždy na jeden chladivový okruh.

Důležité je zdůraznit, že se vždy posuzuje náplň vztaženána jednotlivý hermeticky uzavřený okruh, nikoliv na celé zařízení. To znamená, že v zařízení může být i více samostatných, hermeticky těsných okruhů, jejich náplň odpovídá limitu m₂ nebo m₃.

Pokud uvažujeme běžnou instalaci v technické místnosti rodinného domu, která nesplňuje požadavky na strojovnu, norma připouští několik řešení.

Teoreticky je možné se spolehnout na dostatečný objem místnosti, který zajistí, že při úniku nedojde k překročení LFL. V praxi je ale tato varianta většinou nerealizovatelná, protože propan se hromadí u podlahy a potřebné podlahové plochy místností ve vztahu ke hmotnosti chladiva vycházejí velmi vysoké.

Proto se využívají technická opatření:

• provětrávaný kryt, který pomocí ventilace zajišťuje promíchání vzduchu pod krytem a v místnosti a zabraňuje hromadění chladiva u podlahy, aby se koncentrace propanu nadměrně nezvýšila. Použití tohoto opatření je možné, pokud je objem místnosti dostatečný;
• nebo odvětrávaný kryt, kdy je chladivo při úniku aktivně odváděno mimo objekt.

Obě řešení jsou vždy napojena na detektor úniku chladiva, který při zachycení úniku automaticky spustí ventilaci a odstaví zařízení z provozu.

Obr. Příklad instalovaného odsávacího zařízení (Zdroj: Master Therm tepelná čerpadla)

Josef Hodboď:

Jak se řeší takový odvětrávací systém. Individuálně nebo je součástí dodávky TČ?

Jana Vorožcova:

Odvětrávací zařízení, které dodáváme k našim tepelným čerpadlům, je součástí dodávky. Jedná se o těsné zařízení instalované na stěně technické místnosti, s přímým prostupem do venkovního prostoru o průměru max.120 mm. Jednotka je s odvětrávacím zařízením propojena potrubím o světlosti max.100 mm, což odpovídá zařízením s náplní kolem 1 kg chladiva.

Dimenzování systému je klíčové. Potrubí i ventilátor musí zajistit, že i po započtení tlakových ztrát vznikne uvnitř jednotky podtlak minimálně −20 Pa oproti okolí. Současně musí být na výstupu dosažen dostatečný průtok vzduchu, který je dán nejen množstvím chladiva, ale i konstrukcí krytu a jeho tlakovou ztrátou.

U našich zařízení se jedná o průtok minimálně 80 m³/h, což zajišťuje, že případně uniklé chladivo je spolehlivě odsáváno a nedostává se ani do prostoru jednotky, ani do technické místnosti, ale je bezpečně odvedeno mimo objekt.