Szakcikkében a szerző néhány környezetvédelmi fogalom definíciójának, és a robbanásbiztonság-technika alapvető szakmai szabályainak ismertetésén túl bemutatja háromféle alternatív hűtőközeg (R600a, R290 és R32) robbanásbiztonsági szempontból releváns jellemzőit.
Néhány környezetvédelmi fogalom
A nemzetközileg szabályozott hűtőközegeket a különböző paraméterek alapján csoportokba osztották. Új szempontok, kategóriák jelentek meg: ózonlebontó képesség (ODP), üvegházhatás (GWP), CO2-kibocsájtás, TEWI.
- Az ózonlebontó potenciál (ozone depletion potential, ODP) annak a mértéke, hogy egy kémiai vegyület mekkora károsodást okoz az ózonrétegben a fluor-triklórmetánhoz (R-11 vagy CFC-11) képest. A fluor-triklórmetán ózonlebontó potenciálja a legmagasabb a klórozott metánszármazékok közül, ezért ennek értékét veszik 1-nek.
- A globális felmelegedési potenciált (GWP, global warming potential ) a gázok üvegházhatásának számszerűsítésére használják. Azonos tömegű szén-dioxidhoz képest határozzák meg az értékét, meghatározott időintervallumra, mely általában 100 év.
- A széndioxid (CO2) standard körülmények között légnemű, gázhalmazállapotú vegyület. A tiszta környezeti levegő mintegy 0,040 térfogat% szén-dioxidot tartalmaz. Korrigált, 2016-os átlag: 404 ppm. Ez a mennyiség az elmúlt évtizedekben jelentősen növekedett (100 éve még kb. 280 ppm volt). A szén-dioxid üvegházhatású gáz, amely a klímakutatók 97%-a szerint hozzájárul a globális felmelegedéshez. A jelenlegi globális felmelegedés 80%-áért az emberi szén-dioxid-kibocsátás okolható. A klímakutatók többsége szerint a 450 ppm légköri szén-dioxid-koncentráció már visszafordíthatatlan következményekkel járna az éghajlatváltozás szempontjából. A légkörbe számos forrásból kerülhet: szén és széntartalmú anyagok égése, állatok, növények és mikroorganizmusok légzése során keletkezik. Azonban nagy mennyiségben keletkezik ipari folyamatok során is.
- TEWI (Total Equivalent Warming Impact)Azt, hogy hűtő- és klímaberendezések, hőszivattyúk a teljes élettartamuk alatt mennyire járulnak hozzá az üvegházhatás erősödéséhez, egy mutató szám, a TEWI bevezetésével lehet mérni, amely figyelembe veszi a légkörbe jutó hűtőközeg hatását, és a berendezés működtetéséhez szükséges elektromos áram megtermelésekor a légkörbe jutó széndioxidot is.
Az elmúlt évtizedek lassan meghozták a kutatás-fejlesztésbe fektetett munka eredményét. Erre amúgy nagy szükség volt és van, hiszen a környezetvédelem az egész emberiség számára egyre sürgetőbb kérdéseket vet fel. A Föld felmelegedése, vagy egy szennyeződés már nem helyi probléma egy régió vagy ország számára, hanem globális, azaz több földrészt – szinte mindenkit érint.
Hűtés és fűtés egy készülékkel
Az épületgépész szakmában a hűtés mellett egyre nagyobb teret kap a fűtés megoldása is a fent említett hűtőközegek segítségével. Hogyan lehetséges ez? Már régóta ismert a megoldás: egy váltószelep segítségével reverzibilissé (megfordítható üzeművé) alakított hőszivattyús termodinamikai körök alkalmazásával. Természetesen vannak speciálisan a fűtési üzemmódra kifejlesztett hőszivattyúk is. Míg a kezdeti időkben az ablakklíma vagy az osztott hűtőkörű (split) klíma csak hűtésre volt alkalmas, addig napjainkra ezek nyáron hűteni, télen pedig fűteni tudják a lakásunkat. A fűtő/hűtő teljesítmény is egyre nagyobb, néhány kW-tól több 10 kW-ig terjedhet, egy hűtő/fűtő körre vonatkoztatva. Komfort klímaberendezésnél a beltéri egységek többszörözését (multisplit-rendszert), a kereskedelmi célú gépeknél az adott feladathoz pedig változatos megoldásokat fejlesztettek ki a gyártók. Néhány jellemző példa erre: a hűtő/fűtő gép központi légkezelő egység hőcserélőjét látja el hideg-, vagy melegenergiával, mennyezetre szerelt egységekre dolgozik, fal-, vagy padlófűtést táplál, technológiai hőcserélőben végzi az adott feladatot.
Az alternatív hűtőközegekkel kapcsolatos problémák
Az alternatív hűtőközeg elnevezés arra utalhat, hogy a korábbi CFC (pl. R-11), HCFC (pl. R-22) és HFC (pl. R-404A) közegek helyett átmenetileg vagy tartósabban alkalmazhatunk más, „környezetbarátabb” anyagokat a hűtési/fűtési célra. Azonban ezek a közegek egyben újabb biztonsági kockázatokat is jelentenek. Ilyenek a gyúlékonyság (tűzveszélyesség) és a toxicitás (mérgezőképesség). Erre vonatkozóan azMSZ EN 378-1:2016+A1:2021 Hűtőrendszerek és hőszivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények. 1. rész: Alapvető követelmények, fogalommeghatározások, osztályozás és kiválasztási kritériumok című szabvány előírásait is figyelembe kell vennünk. Magyar nyelvű változata már megjelent.
A szabvány néhány jelölésének értelmezése:
A = alacsony toxicitás, B = magas toxicitás. 1 = nem tűzveszélyes, 2L = enyhén tűzveszélyes, 2 = tűzveszélyes, 3 = fokozottan tűzveszélyes. Az elmondottak az 1. ábrán szemléletesen követhetők.
Mit kell tenni a biztonságos tervezés érdekében?
Amennyiben a berendezés része vagy egésze zárt térbe kerül, a tervezésnél kockázat értékelést kell végezni a várható veszélyek miatt. Egy esetleges rendellenes működésnél a rendszerből kijutó hűtőközeg a levegővel keveredve veszélyt jelenthet. A levegő oxigénjét kiszorítva fulladás, a toxicitás miatt mérgezés léphet fel. A gyúlékonyság pedig tűzveszélyt jelent a gépházban vagy a klimatizált térben. A veszély csökkentésének egyik módja a hűtőközeg töltet korlátozása. Erre látunk példát a 2. és 3. ábrákon.
A robbanásbiztonság-technika alapvető szakmai szabályai
Az eddig ismertetettek a hűtős/épületgépész szakember szemszögéből vizsgálták a hűtőközegeket. De mi van akkor, ha a kockázatok között a robbanásveszély is szerepel? A jó válasz erre csakis az lehet ilyenkor, hogy a robbanásbiztonság-technika szakmai szabályait is megismerjük és alkalmazzuk a munkánk során. Röviden ennek „alapszabályait” fogom bemutatni három, gyakran alkalmazott hűtőközegre, amelyeknél bizonyos körülmények között fennállhat a robbanásveszély.
Először is néhány definíció:
„ATEX”: (Explosive atmosphere) azt a területet/teret nevezik így, ahol potenciálisan fennáll a robbanásveszély lehetősége. Az ATEX betűszó a vonatkozó Európai Uniós irányelv címének rövidítése.
Robbanás: gáz-levegő vagy por-levegő elegy intenzív égése, pl ilyen a robbanómotor dugattyúja felett zajló szabályozott folyamat. Hirtelen bekövetkező reakció: gyors kémiai oxidációval vagy bomlással együtt hőmérséklet- és / vagy nyomásváltozást okoz. A legismertebb reakciók a gyúlékony gázok, gőzök vagy porok és a levegőben található oxigén között játszódhatnak le.
A robbanáshoz normál légkörben, három tényezőnek kell egyidőben jelen lennie: 1. éghető anyag ( gáz/gőz, vagy por ), 2. az égést táplálni képes oxigén/levegő, 3. gyújtóforrás (az égési hőmérsékletet előidéző energiaforrás).
Az elsődleges robbanásvédelem célja: az éghető anyag vagy az atmoszferikus oxigén helyettesítése vagy a mennyiségek olyan szintre történő csökkentése, ahol a robbanásveszélyes keverék keletkezésének veszélye már nem áll fenn.
Fokozott mértékű levegő-keringtetés, levegővel történő öblítés, hígítás esetén pl. az üzemanyag-töltőállomások nyitott kialakítása miatt a robbanásveszélyes keverék kis mennyiségben van jelen, azonnal felhígul, a gyulladáshoz szükséges koncentráció nem alakul ki.
További lehetőségek a robbanásveszély csökkentésére:
- a koncentráció korlátozása tokozatok használatával, amelyeket inertizáló anyaggal töltöttek fel, természetes vagy mesterséges szellőztetéssel kialakítva,
- koncentráció-figyelés, pl egy gázérzékelő rendszerrel, amely figyelmeztetést ad, vagy lekapcsolja a rendszert.
Gyulladási hőmérséklet, minimális gyújtási energia, és CAS szám
Fontos szempont még a robbanásveszélyes gázok gyulladási hőmérsékletének ismerete. Ha az ATEX térben úgy választjuk meg minden komponens, berendezés üzemi hőmérsékletét hogy azok a robbanásveszélyes gáz gyulladási hőmérsékleténél kisebbek, akkor nem válhatnak gyújtóforrássá, azaz a robbanás emiatt nem következhet be. A 4. ábrán a hőmérsékleti osztályokat látjuk táblázatosan.
Ismerkedjünk meg a minimális gyújtási energia (MIE) fogalmával is, melyet a 5. ábra a reprezentáns gázok esetére szemléltet.
A parabolagörbéken kívül az adott gáz nem gyújtható, míg a görbén belüli területen bekövetkezik a gyújtás és a robbanás. Jól látható pl. hogy a II. A gázcsoportba sorolt propán már 200 μJ (mikrojoule) gyújtási energia esetén robbanni fog, ha a keverék 5 % körüli propánt és 95 % levegőt tartalmaz.
A veszélyes gázok biztonsági adatlapjai angol és német nyelven egy nemzetközi adatbázisban elérhetők, ezek egyike a GESTIS-Stoffdatenbank www.dguv.de/ifa/stoffdatenbank adatbázis. Ha rátekintünk egy ilyen adatlapra, akkor azt látjuk, hogy a kezelésével, szállításával, tárolásával kapcsolatos minden műszaki és biztonsági információ és utasítás rendelkezésre áll. Bennünket ezek közül most csak a robbanásbiztonság-technikai adatok érdekelnek. Az 1. táblázatban felsorolt mindhárom gáz extrém gyúlékony, a levegővel robbanóképes keveréket képez. Ezek a gázok nehezebbek a levegőnél, amely azt jelenti, hogy zárt térben egy szivárgó hűtőkör közege a gépház padlózata közelében gyűlhet össze!
A robbanásbiztonság-technikában a robbanóképes anyagok azonosítására a CAS számot használjuk. Háromféle alternatív hűtőközeg CAS számait, gyújtási hőmérsékleteit, és gyújtási osztályait az 1. táblázatban foglaltam össze.
A hőmérsékleti értékek alapján a zárt hűtőkör csővezetékének melegítése, forrasztása a töltettel együtt, akár életveszélyes helyzetet is okozhat! A keverékek alsó ARH és felső FRH robbanási értékei relative alacsonyak: propánnál ez 1,7 és 10,8 % közötti. Tehát nagyon kevés propán elegendő ahhoz, hogy felrobbanjon! A fenti műszaki paraméterek ismerete minden szakember számára fontos, hogy saját maga és környezete mindig biztonságban legyen. A kültéri egység a szabadban nyilván jól át van szellőztetve, de a beltéri egységeknél már a helyiség térfogata dönti el, hogy kell-e kiegészítő mesterséges szellőztetés. Csakis így kerülhető el hogy havária (üzemzavar) esetén kialakuljon a robbanásveszélyes koncentráció az egység környezetében. Mert a normál térben gyújtóforrás akad bőven: egy termosztát érintkezőjénél jelentkező szikra, akár egy világítás kapcsoló kontaktusán létrejövő ív mind magas hőfokot, azaz robbanásveszélyt jelent.
Kültéren telepitett, pl R290-nel feltöltött propános, nagyteljesítményű hőszivattyú hűtőközeg töltete, amely a kompresszor térben helyezkedik el, egyértelműen veszélyes ATEX zóna besorolásba esik! Ezért az erre vonatkozó összes biztonsági előírást be kell tartani.
Szakembereknek javasoljuk a HKVSZ – ITM által szervezett 1 napos továbbképzést, amelynek címe: Alternatív, DE robbanásveszélyes hűtőközegek.
Felhasznált irodalom:
Hankó János: Sújtólég- és robbanásbiztos villamos berendezések, BKI 1996.
Veress Árpád: Robbanásbiztonság-technikai kompetencialeltár, ExNB Tanusító Intézet 2017.
Climalife: Új A2L hűtőközegek útmutató, Climalife Kft. 2020.
Horváth Zoltán
