Luonnolliset kylmäaineet muuttavat lämpöpumppujen suunnittelua, mutta eivät niiden perustehtävää

Luonnollisilla kylmäaineilla tarkoitetaan luonnossa esiintyviä aineita, joita voidaan käyttää lämpöpumpun kylmäainekierrossa. Näitä ovat muun muassa hiilivedyt, kuten propaani ja isobutaani, sekä ammoniakki ja hiilidioksidi.

Lämpöpumppuala siirtyy asteittain kohti luonnollisia kylmäaineita. Muutosta vauhdittaa EU:n uudistettu F-kaasuasetus, joka vähentää asteittain fluorattujen kasvihuonekaasujen käyttöä. Samalla se rajoittaa tiettyjä kylmäaineita käyttävien uusien laitteiden myyntiä ja käyttöönottoa. Rajoitukset tulevat voimaan vaiheittain laitteen rakenteen, tehon ja kylmäaineen GWP-arvon mukaan.

Asetus rajoittaa myös erittäin korkean, vähintään 2 500:n GWP-arvon kylmäaineiden käyttöä olemassa olevien lämpöpumppujen huollossa ja kunnossapidossa. GWP-arvo eli lämmitysvaikutus ilmaisee, kuinka voimakkaasti aine lämmittää ilmastoa verrattuna hiilidioksidiin.

Luonnollisten kylmäaineiden GWP-arvot ovat hyvin pieniä. EU-asetuksessa esimerkiksi propaanin GWP-arvoksi ilmoitetaan 0,02 ja isobutaanin sekä ammoniakin arvoksi 0. Tämä pienentää mahdollisen kylmäainevuodon suoraa ilmastovaikutusta. Normaalissa käytössä kylmäaine kiertää suljetussa järjestelmässä, mutta sitä voi vapautua esimerkiksi komponenttirikon tai huoltotoimenpiteen yhteydessä.

Myös REACH-asetuksen yhteydessä valmisteltava PFAS-yhdisteiden rajoitus lisää kiinnostusta vaihtoehtoihin, jotka eivät sisällä näitä erittäin pysyviä yhdisteitä. PFAS-rajoitus ei kuitenkaan vielä ole valmis säädös, vaan ehdotus on edelleen EU:n päätöksentekoprosessissa. Rajoituksen lopullinen sisältö ja voimaantulon ajankohta ovat yhä avoinna.

Sopiva kylmäaine valitaan käyttökohteen perusteella

Luonnolliset kylmäaineet eivät muodosta yhtä yhtenäistä ratkaisua. Jokaisella aineella on omat ominaisuutensa, joiden vuoksi ne soveltuvat erilaisiin käyttökohteisiin.

Isobutaani ja butaani soveltuvat hyvin kohteisiin, joissa lämpöpumpulta vaaditaan korkeita tuottolämpötiloja. Tällaisia ovat esimerkiksi monet teollisuusprosessit ja kaukolämmöntuotanto, joissa tarvittava lämpötilataso on huomattavasti korkeampi kuin tavallisessa kiinteistölämmityksessä.

Ulkoilmaa lämmönlähteenä hyödyntävissä järjestelmissä yksi vaihtoehto on propaani. Sen ominaisuudet soveltuvat hyvin myös korkeisiin kaukolämmön paluulämpötiloihin. Propaania voidaan käyttää suorahöyrysteisessä järjestelmässä, jossa kylmäaine kiertää suoraan ulkona sijaitsevassa energiankeräimessä. Tällöin lämmön keräämiseen ei tarvita erillistä liuospiiriä.

– Kun yksi välipiiri jää pois, järjestelmä voidaan rakentaa yksinkertaisemmaksi. Samalla voidaan saavuttaa parempi hyötysuhde, kertoo Calefan suunnittelupäällikkö Henri Vaaherma.

Kylmäaineen soveltuvuus ratkaistaan aina käyttökohteen kokonaisuuden perusteella. Valintaan vaikuttavat muun muassa käytettävä lämmönlähde ja tarvittava tuottolämpötila.

Luonnolliset kylmäaineet tuovat uusia näkökulmia suunnitteluun

Siirtyminen luonnollisiin kylmäaineisiin ei edellytä lämpöpumpun koko toimintaperiaatteen rakentamista uudelleen. Calefa pystyy hyödyntämään aiempaa kylmäteknistä suunnitteluaan, sillä kylmäainepiirin perusrakenne säilyy pitkälti samanlaisena. Joitakin komponentteja ja teknisiä ratkaisuja on kuitenkin valittava käytettävän kylmäaineen mukaan.

Merkittävimmät muutokset liittyvät turvallisuussuunnitteluun, jossa huomioidaan kunkin kylmäaineen ominaisuudet. Hiilivetyjen syttyvyys, hiilidioksidin korkeat käyttöpaineet sekä ammoniakin myrkyllisyys ja syttyvyys vaikuttavat esimerkiksi ilmanvaihdon ja vuodonhallinnan suunnitteluun, laitteiden turvatoimintoihin sekä sijoitteluun ja poistumisreitteihin. Turvallisuussuunnittelussa hyödynnetään myös alan asiantuntemusta ja tehdään yhteistyötä viranomaisten kanssa hankkeen vaatimusten mukaisesti.

– Monilla teollisuusasiakkailla on jo ennestään osaamista syttyvien kaasujen turvallisesta käsittelystä, mikä tukee myös luonnollisiin kylmäaineisiin siirtymistä, Henri Vaaherma sanoo.

”Luonnollisten kylmäaineiden erityispiirteet näkyvät ennen kaikkea turvallisuussuunnittelussa, ja ne huomioidaan jo laitoksen suunnitteluvaiheessa. ”

Henri Vaaherma
Suunnittelupäällikkö, Calefa

Calefan avaimet käteen -toteutusmallissa kylmäaineen ominaisuudet otetaan huomioon osana koko laitoksen suunnittelua. Asiakkaan kanssa tarkastellaan myös laitoksen ympäristöön liittyviä tekijöitä, kuten läheisiä rakennuksia, kulkureittejä ja poistumisteitä. Näin kylmäaineen tekniset ja turvallisuuteen liittyvät vaatimukset tulevat huomioiduiksi osana laitoksen kokonaisuutta.

Luonnollisiin kylmäaineisiin siirrytään laitteiden elinkaaren mukana

F-kaasuasetuksen tiukentuminen ei tarkoita, että nykyiset lämpöpumput pitäisi uusia ennen niiden käyttöiän päättymistä. Suurinta osaa olemassa olevista HFC- tai HFO-kylmäainetta käyttävistä laitoksista voidaan käyttää niiden elinkaaren loppuun asti. F-kaasuasetuksen uusien laitteiden markkinoille saattamista koskevat rajoitukset eivät sellaisinaan tarkoita jo käytössä olevien laitteiden käyttökieltoa.

Siirtyminen luonnolliseen kylmäaineeseen edellyttää yleensä myös lämpöpumppulaitteiston uudistamista, sillä eri kylmäaineet asettavat omat vaatimuksensa komponenteille ja turvallisuusratkaisuille. Kun vanha laitos aikanaan uusitaan, luonnollista kylmäainetta käyttävä lämpöpumppu voidaan valita uuden järjestelmän lähtökohdaksi.

Luonnollisille kylmäaineille soveltuvia komponentteja ja varaosia on nykyisin saatavilla aiempaa laajemmin. Kasvanut valikoima helpottaa sekä lämpöpumppuratkaisujen suunnittelua että niiden ylläpitoa.

Kylmäaine on yksi osa onnistunutta lämpöpumppuratkaisua

Asiakkaalle olennaista on, että ratkaisu sopii käyttökohteeseen ja toimii tehokkaasti ja luotettavasti koko elinkaarensa ajan.

– Asiakkaan ei tarvitse olla kylmäaineasiantuntija. Meidän tehtävämme on valita kohteeseen sopiva ratkaisu ja huolehtia siitä, että turvallisuus, käytettävyys ja kunnossapito on otettu huomioon kokonaisuutena, Vaaherma tiivistää.