AMONIAK POŽADOVANÉ ZNALOSTI A ZRUČNOSTI 1. časť

AMONIAK POŽADOVANÉ ZNALOSTI A ZRUČNOSTI

Nariadenie 2024/2215/EÚ, STN EN 22712

Doc. Ing. Peter Tomlein, CSc., výber podľa GIZ, RE4L, SZ CHKT, ..

Amoniak sa vyše 150 rokov uchytil ako výborné priemyselné chladivo a nachádza uplatnenie v množstve zariadení po celom svete vrátane odvetvia výroby, skladovania a distribúcie potravín, spracovania mlieka, pivovarníctva, destilácie, na chladenie vody v rámci klimatizovania, chladenia obrovských počítačových miestností a priemyselných tepelných čerpadiel.

Fyzikálne vlastnosti amoniaku, najmä jeho vysoké skupenské teplo, vysoká kritická teplota a rýchlosť šírenia zvuku z neho robia veľmi účinné chladivo. Napriek jeho akútnej toxicite pri relatívne nízkych koncentráciách dochádza k usmrteniu spôsobenému vystaveniu amoniaku len zriedka, a to hlavne pre jeho nepríjemný zápach dokonca už pri veľmi nízkych a bezpečných koncentráciách. Neexistujú záznamy o prípadoch úmrtí v rámci celkovej populácie, ktoré by spôsobil únik amoniaku z chladiacich systémov – ak aj k takémuto nešťastiu došlo, obeťou bol buď technik pracujúci na chladiacom systéme, alebo zamestnanec nachádzajúci sa v bezprostrednej blízkosti miesta úniku amoniaku.

Amoniak je vo vzduchu horľavý pri koncentráciách od 15 % do 28 % objemu. Rýchlosť horenia je však relatívne nízka, v prípade horenia amoniaku teda existuje len malé riziko poškodenia konštrukcie, keďže nie je výbušný. Energia potrebná na jeho vznietenie je v porovnaní s inými horľavými chladivami relatívne vysoká, preto k vznieteniu amoniaku dochádza len veľmi ťažko. Na otvorenom priestranstve nie je možné udržať jeho horenie a horenie v uzavretom priestore je kvôli prudkému znižovaniu obsahu kyslíka len chvíľkové. Zlúčeninami, ktoré vznikajú pri horení amoniaku, sú dusík a voda, preto pre pracovníkov nepredstavujú nijaké riziko zranenia vdýchnutím toxických produktov z horenia.

Výber vhodného chladiva

Mal by byť vyváženým kompromisom medzi množstvom individuálnych vlastností, pričom si niektoré z nich pri výbere odporujú. Možno ich zatriediť do dvoch skupín:

termodynamické vlastnosti a vlastnosti týkajúce sa prenosu tepla, ktoré sú rozhodujúce pri navrhovaní konštrukcie zariadenia, jeho prevádzkového výkonu a energetickej účinnosti;
fyzikálne, chemické, environmentálne a fyziologické vlastnosti, ktoré ovplyvňujú výber materiálov a postupy, ako zabezpečiť vybavenie a bezpečnosť osôb.

Vo väčšine krajín sa bezpečnostné normy a predpisy dajú rozdeliť do dvoch skupín:

predpisy, ktoré sa tákajú bezpečnosti a dizajnu konštrukcie; ide o predpisy, ktoré musia dodržiavať konštruktéri, výrobcovia a montéri pri navrhovaní a montáži chladiaceho zariadenia;
prepisy týkajúce sa ochrany životného prostredia; sú určené pre koncového používateľa, no vo veľkej miery sa líšia v závislosti od krajiny.

Hlavnou európskou normou zaoberajúcou sa chladiacimi zariadeniami je EN 378 1-4:

„Chladiace zariadenia a tepelné čerpadlá – požiadavky na bezpečnosť a ochranu životného prostredia“

Táto norma je rozdelená na štyri časti (v súčasnosti je revidovaná na päť častí:

Časť 1: Základné požiadavky, definície, klasifikácia a kritériá výberu
Časť 2: Návrh, konštrukcia, skúšanie, označovanie a dokumentácia
Časť 3: Miesto inštalácie a ochrana personálu
Časť 4: Prevádzka, údržba, oprava a regenerácia

Nariadenie 2024/2215/EÚ

Vyžaduje od kompetentnej osoby znalosť čítania a chápania schém potrubí a prístrojov chladiacich systémov. Znalosti osobitných požiadaviek na zásobníky na chladivo a odvádzanie plynu, požiadaviek na označovanie toxických chladív v systémoch a tlakovej nádobe.

Dôležité sú znalosti bezpečnostných požiadaviek na servisné nástroje a zariadenia (odberné zariadenia, vývevy, elektronické detektory únikov) vrátane detektorov plynu, detektorov únikov, osobných ochranných prostriedkov, a najmä plynových masiek. Znalosti pravidiel bezpečnej prevádzky vrátane preventívnych opatrení proti požiarom a výbuchom, ako aj zraneniam spôsobeným toxicitou.

Znalosti materiálov kompatibilných s R717 (NH3). Príprava pracovného priestoru a výber vhodných nástrojov, zariadení a ochranných prostriedkov na prácu na systémoch využívajúcich R717 (NH3). Vykonanie analýzy rizika pred začatím prác a odstránenie zdrojov nebezpečenstva alebo ich zistenie, ak odstránenie nie je možné.

Základné znalosti správnej konštrukcie a inštalácie alebo servisných činností systémov. Vykonanie tlakovej skúšky na kontrolu pevnosti, tesnosti systému. Vykonanie vákuovej skúšky na odstránenie vlhkosti a kontrolu tesnosti systému.

Naplnenie systému určeným objemom toxického chladiva. Vykonanie kontroly úniku zo systému pomocou jednej z priamych metód. Bezpečné zhodnotenie toxického chladiva zo systému a naplnenie systému dusíkom. Napísanie správy o vykonanej servisnej práci

Vizuálna kontrola nepriepustnosti súčastí systému, ako sú bezpečnostné ventily, a interval ich kontroly. Kontrola, či sú v mieste systému zavedené zdravotné a bezpečnostné opatrenia podľa platných pravidiel (napríklad značky, núdzové východy, snímače plynu, hlásiče úniku plynu atď.) Výpočet povoleného objemu toxického chladiva v systéme podľa platných bezpečnostných noriem

Znalosť opatrení na zlepšenie alebo udržanie energetickej účinnosti zariadení počas inštalácie alebo údržby týkajúcej sa toxických chladív

Skleníkový a ozón poškodzujúci vplyv amoniaku je nulový

Prehľad prírodných chladív

Prírodné chladiace látky sú látky, ktoré sa prirodzene vyskytujú v životnom prostredí a zahŕňajú:
Čisté uhľovodíky, oxid uhličitý, amoniak, voda a vzduch („prírodná päťka“)

Prírodné chladivá majú nulový ODP a nulový alebo zanedbateľný GWP a ako súčasť prirodzeného cyklu netvoria perzistentné látky v atmosfére, vode ani biosfére.

Použitie amoniaku (R717) ako chladiva

Amoniak sa v chladiarenských zariadeniach používa už viac ako 150 rokov.
Ideálne vhodné pre veľké priemyselné aplikácie, nie pre menšie
Vysoký merný chladiaci výkon
Nízka cirkulujúca hmotnosť
Používaný najmä pre väčšie výkony (> 200 kW)
V porovnaní s inými chladivami dokáže dosiahnuť vysoký výkon s nízkymi úrovňami náplne, čo umožňuje výrazné úspory chladiva:
Na výrobu studenej vody je možná prevádzka pri náplni 0,03 kg/kW
Pre zaplavené výparníky možno predpokladať 0,040 – 0,100 kg/kW

Bariéry širšieho využitia amoniakového chladenia

Historicky sa používal iba vo veľkých komerčných zariadeniach.
Nízka cirkulujúca hmotnosť prúdiaca v systéme sťažuje menšie aplikácie
Ceny ovládacích prvkov, potrubí a výmenníkov tepla sú vyššie, pretože meď sa nedá použiť s amoniakom.
Náklady na aplikáciu amoniaku môžu byť niekedy dvojnásobné v porovnaní s konvenčným systémom.
Kvôli vysokej energetickej účinnosti a krátkej návratnosti investícií
Vôňa je nepríjemná a môže obmedziť niektoré aplikácie, ale funkcia upozornenia na vôňu je výhodná.
Vyššie teploty na výtlačnom potrubí vyžadujú špecifickú konštrukciu a materiály, aby sa zabezpečila bezpečná a optimálna prevádzka, rekuperácia tepla je dobrou možnosťou.

Aplikácia amoniaku (R717)

Dlhá história efektívnych a účinných služieb
Aplikácie sú robustné a dlhotrvajúce
Je to energeticky najúčinnejšie chladivo pre mnoho aplikácií:
Efektívny teoretický cyklus v širokom teplotnom rozsahu
Malé straty kompresora
Efektívny prenos tepla vo výparníkoch a kondenzátoroch
Meď a zinok sa nemôžu používať v amoniakových chladiacich systémoch, pretože korodujú.
Veľmi nízka miešateľnosť s konvenčnými chladiacimi olejmi
Zmes chladiva 60 % amoniaku a 40 % dimetyléteru (R723 - DME) zlepšuje správanie sa pri transporte oleja a prenos tepla s konvenčnými mazivami a znižuje teplotu výfukových plynov.

Chemické vlastnosti a vplyvy na životné prostredie

Amoniak je alkalická zlúčenina s pH 11,6
Je vysoko korozívny pre meď, zinok, cín a podobné zliatiny.
Amoniak tiež koroduje mnoho gúm a plastov.
Horľavý v koncentráciách 15 % až 34 % (ale vyžaduje nepretržitý podporný plameň).
Výbušné pri zapálení v uzavretých priestoroch.
V literatúre sú dostupné rôzne UFL a LFL z dôvodu rôznych testovacích metodík.
Výbušné a nestabilné zlúčeniny vznikajúce reakciami s:
Ortuť, halogény, oxidy dusíka, organické zlúčeniny

Viac informácií nájdete v časopise Správy 7/2025