Aby uzyskać równowagę i odkryć możliwości rozwoju w odpowiednim czasie, trzeba określić odpowiednie czynniki („siły”). Często obliczanie konkretnych wartości jest bardzo skomplikowane. Wiele czynników trudno jest przewidzieć i mogą one nie dać odpowiednich wyników nawet przy tych samych danych. Dlatego o wiele bardziej efektywne jest zastosowanie podejścia jakościowego, na przykład wykorzystanie naszego modelu we współpracy z ekspertami i obliczanie wpływu tych sił w prosty sposób (np. przypisywanie numerów od 1 do 3 itd.). Takie podejście może dostarczyć więcej informacji na temat trendów i, co najważniejsze, ułatwić rzeczową dyskusję.
Chłodzenie, a w gorącym klimacie również klimatyzacja, są niezbędne do utrzymania i rozwoju społeczeństwa. Bezpieczeństwo żywności to podstawowa, silna wartość, która napędzała rozwój chłodnictwa. Produktywność i komfort to korzyści, które osiągamy dzięki rozwojowi branży klimatyzacyjnej. W ciągu ostatniego stulecia opracowano technologie, które zaspokajają te potrzeby. W tamtym czasie stosunek ryzyka do korzyści był akceptowalny, jednakże wypadki spowodowane wyciekiem łatwopalnych lub toksycznych czynników chłodniczych sprawiły, że opracowano nowe, „bezpieczne” substancje. Wprowadzenie czynników CFC i później HCFC rozwiązało problemy w zakresie bezpieczeństwa, ale zagrożenia dla środowiska nie były brane pod uwagę aż do lat 70. W tym czasie oczywiste stały się poważne konsekwencje dalszego stosowania CFC, dlatego podpisano globalne porozumienie w sprawie stopniowego wycofywania tych substancji. Rozwiązaniem problemu zubożania warstwy ozonowej (ODS) było opracowanie czynników HFC, które nie zagrażały bezpieczeństwu. Czas pokazał jednak, że czynniki HFC mogą stać się głównym źródłem globalnego ocieplenia, jeśli nie opracujemy i nie zastosujemy nowych technologii.
Teraz pojawia się pytanie: jaki czynnik będzie motorem rozwoju tych nowych technologii i co ważne, jakie będzie jego tempo. Idealnym scenariuszem jest globalny system wprowadzający ramy dla ustawodawstwa krajowego, który określi konkretne i równe dla wszystkich zasady oraz będzie stanowił motywację do inwestowania i opracowywania produktów. Protokół Montrealski jest dobrym przykładem globalnego rozporządzenia, które może skutecznie motywować do wprowadzenia zmian technologicznych. Protokół z Kioto nie był skuteczny ze względu na brak globalnego zaangażowania i znacznie bardziej skomplikowany zakres, który dotyczył jedynie pośrednio HFC. Wreszcie w 2016 r. do Protokołu Montrealskiego wprowadzono poprawkę dotyczącą stopniowego wycofywania HFC.
Obecnym zadaniem przemysłu jest opracowanie produktów do wielu zastosowań wykorzystujących różne czynniki chłodnicze. W każdym przypadku to do producentów należy decyzja, czy produkty powinny zostać opracowane, a jeśli tak, to do jakiego rodzaju czynnika chłodniczego. Dostępność zatwierdzonych komponentów do nowych zastosowań wykorzystujących czynniki chłodnicze o niskim współczynniku GWP jest koniecznością. Jako producent komponentów, Danfoss w ostatnich dziesięcioleciach stanął w obliczu wyzwań związanych z opracowywaniem i wprowadzaniem komponentów do nowych czynników chłodniczych. Scenariusz jest zawsze skomplikowany, ponieważ należy uwzględnić wyzwania techniczne i kwestie bezpieczeństwa, które należy odpowiednio kontrolować, a także określić priorytety i ramy czasowe w świetle złożonych i niepewnych przepisów prawnych.
Innowacje powstają tam, gdzie rodzą się nowe możliwości tworzenia wartości. Jeśli ceny energii będą bardzo niskie, nie powstanie żadne energooszczędne rozwiązanie. Jeśli przepisy prawne nie wymuszą konieczności opracowania nowych czynników chłodniczych i systemów, nie będzie żadnego działania mimo optymalizacji kosztów i logistyki. Patrząc na podstawowe technologie, chłodnictwo i klimatyzacja przez wiele lat były branżą o skromnych wskaźnikach innowacyjności. Wiele koncepcji stosuje się od dziesięcioleci, co pozwoliło na osiągnięcie dojrzałości procesów produkcji i logistyki, a także na ich optymalizację. Większość innowacji to zmiany w elementach elektronicznych – znów ze względu na koszty i logistykę. Jednakże w ciągu ostatnich dziesięciu lat w przemyśle można było zaobserwować innowacje, które zostały wprowadzone nie ze względu na koszty, ale na wymogi dotyczące efektywności energetycznej i czynników chłodniczych. Dokonywanie dużych modyfikacji w układach automatyki i w podzespołach w związku z użyciem nowych czynników chłodniczych jest czasochłonne i kosztowne. Z biznesowego punktu widzenia rynek może być bardzo mały i regulowany przez różnorodne lokalne przepisy, co utrudnia tworzenie realnych biznesplanów. Nie osiągnięto jeszcze etapu, który pokaże możliwości coraz większego rozwoju. Często projekty obejmujące produkty o niskim współczynniku GWP były klasyfikowane jako strategiczne lub obarczone wysokim ryzykiem. Cokolwiek by o nich nie powiedzieć, tego typu pionierskie projekty są niezbędne dla naszej branży i stanowią o sile przedsiębiorczości w danej firmie. W ciągu ostatniej dekady firma Danfoss rozwinęła swoją produkcję zaworów CO2 dzięki nowym pomysłom opracowanym we współpracy z uniwersytetami i klientami oraz ponownemu wykorzystaniu sprawdzonych koncepcji w połączeniu z nowymi, wymagającymi materiałami.
Podczas podejmowania decyzji o rozwoju produktów ważne jest określenie siedmiu czynników – tzw. „sił”. Na dojrzałym rynku pomiędzy tymi siłami a wynikami w zakresie rozwoju będzie utrzymywała się równowaga.
Równowagę przerywają zewnętrzne siły rynkowe, takie jak problemy środowiskowe, co skutkuje wprowadzeniem nowych przepisów, a co za tym idzie – innowacji i nagłych zmian. To właśnie dzieje się teraz, gdy czynniki chłodnicze o niskim współczynniku GWP stają się koniecznością ze względów środowiskowych. Siłami napędowymi są normy i przepisy prawne.
Normy i przepisy prawne to dominujące czynniki wpływające na rozwój w określonym kierunku. Zakazy, podatki i w pewnym stopniu dobrowolne porozumienia są bardzo skuteczne. Dają pewność, która jest niezbędna w przemyśle, aby mógł on inwestować w rozwój.
Patrząc na prawodawstwo w ujęciu globalnym, wyraźnie widać duży poziom rozdrobnienia. W UE obowiązują rozporządzenia i wysokie podatki, które wykraczają poza wymogi określone w Protokole Montrealskim, podczas gdy Stany Zjednoczone i kraje azjatyckie ściśle przestrzegają zobowiązań wynikających z tego protokołu. Kilka krajów zachęca do korzystania z ekologicznych technologii, oferując bezpośrednie wsparcie finansowe lub poprzez zmniejszenie zapotrzebowania na efektywność. Większość regionów i krajów będzie starała się umożliwić przemysłowi dostosowanie się do przepisów prawnych, inwestując w programy badawcze z udziałem przedstawicieli przemysłu. Inwestowanie w programy badawcze koncentrujące się na ograniczaniu wpływu na środowisko – niezależnie od tego, czy jest to związane z poprawą efektywności energetycznej, czy wprowadzeniem czynników chłodniczych o niskim GWP – doprowadziło do dobrych wyników w przemyśle. Uniwersytety stanowią bardzo dobre środowisko do badań przedkonkurencyjnych, dzięki którym można ocenić nowe technologie przed ich potencjalnym późniejszym wprowadzeniem na rynek. Chociaż różnice w normach i przepisach prawnych mogą być tymczasową zaletą dla niektórych krajów lub regionów, nie są one korzystne w dłuższej perspektywie w skali globalnej. Jeśli przepisy prawne będą niejednolite i będą różnić się coraz bardziej w poszczególnych krajach, wzrośnie złożoność rynku, co nie przyniesie żadnej wartości dodanej. Prawdopodobieństwo ujednolicenia przepisów w ujęciu globalnym wzrasta dzięki wprowadzeniu poprawki do Protokołu Montrealskiego dotyczącej wycofywania HFC. Nawet jeśli kraje rozwiążą problemy związane z wycofywaniem HFC za pomocą różnych środków, rozwój technologii będzie zmierzał w tym samym kierunku.
W 2002 roku UE wprowadziła dyrektywę MAC, a w 2004 roku dyrektywę w sprawie F-gazów. Dyrektywa MAC zakazała stosowania czynników chłodniczych o współczynniku GWP powyżej 150, dlatego stanowiła bodziec do opracowywania nowych rozwiązań, które pozwalają na zastąpienie czynnika R134a w samochodowych układach klimatyzacji. W 2003 roku Dania nałożyła bardzo wysoki podatek na HFC, a w 2007 roku ustalono maksymalne napełnienie czynnikiem HFC na 10 kg, co przekracza wymogi dyrektywy w sprawie F-gazów. To zmusiło branżę dystrybucji żywności do poszukiwania alternatyw dla czynników chłodniczych HFC i zapoczątkowało rozwój systemów chłodniczych opartych na CO2. Pojawili się nawet nowi konstruktorzy systemów, których firmy odniosły sukces. Warto jest przyjrzeć się rozwojowi technologii w tym sektorze przemysłu.
W latach 2001–2005 pierwszą generację systemów CO2 w supermarketach budowano głównie w konfiguracji kaskadowej, wciąż wykorzystując HFC lub węglowodory jako główne czynniki chłodnicze. W latach 2005–2009 w Europie Północnej zainstalowano około 300 układów nadkrytycznych /1//2/. Zwłaszcza rynek duński był szczególnie przychylny wprowadzaniu tego typu systemów w nowo budowanych sklepach, ponieważ w rzeczywistości nie było innego wyboru. Duńska sieć supermarketów Fakta jest dobrym przykładem ewolucji rozwiązań w zakresie CO2 od systemów pierwszej do drugiej generacji. Przypadek ten dokładnie udokumentowano. Systemy pierwszej generacji nie mogły swobodnie konkurować z konwencjonalnymi rozwiązaniami HFC, natomiast układy drugiej generacji wykazały znacznie lepsze osiągi i nawet przewyższały rozwiązania HFC w zakresie efektywności energetycznej. Nie jest to zaskoczeniem i należy się tego spodziewać w przypadku nowych rozwiązań technicznych, ale świadczy to również o tym, że bez odpowiednich przepisów prawnych nowym konstrukcjom trudno jest konkurować z rozwiązaniami długo obecnymi na rynku.
Wszystkie firmy zmagają się z problemem optymalizacji wykorzystania zasobów, a oczywistym wyborem zawsze jest rozwiązanie najbezpieczniejsze i zapewniające najszybszy zwrot z inwestycji. Istnieją tysiące producentów systemów chłodniczych i klimatyzacyjnych. Na tak konkurencyjnym rynku opracowywanie nowych produktów wykorzystujących nowe czynniki chłodnicze przez jedną firmę jest ryzykowne, zwłaszcza przy niejednolitych przepisach prawnych i niepewnych perspektywach. Nawet wiele dużych firm waha się przed podjęciem działań, chyba że przepisy prawne będą wymagały od ich konkurentów podjęcia podobnych kroków.
Niejednolite prawodawstwo prowadzi do różnych scenariuszy dla podmiotów z branży. Po pierwsze, w zależności od głównych przepisów obowiązujących na danym rynku, niektóre przedsiębiorstwa potraktują nowe prawo jako szansę na wprowadzenie zmian technologicznych, podczas gdy inne, posiadające mały udział w rynku, niechętnie będą decydowały się na inwestycje w rozwój.
Skumulowany średni koszt cyklu życia produktu (LCC) jest powszechnym miernikiem służącym do oceny rozwiązań technicznych i określania minimalnych standardów efektywności (MEPS). Wybór czynników chłodniczych ma duży wpływ na ten miernik, ponieważ należy wybrać produkt o odpowiednim wskaźniku COP i innych właściwościach fizycznych, takich jak lepkość, współczynnik przenikania ciepła itp. Niezależnie od czynnika chłodniczego – należy wybrać najbardziej rozsądne rozwiązanie w zakresie LCC. Niewiele firm może sobie pozwolić na dodatkowe opłaty za ekologiczne rozwiązania. Odpowiedź na pytanie, jaki wpływ na LCC będzie miał rozwój technologii, pozostaje zawsze wyzwaniem. Doświadczenia z CO2 jako czynnikiem chłodniczym wyraźnie pokazują, że wpływ na LCC był lepszy niż przewidywano.
Niezbędnym czynnikiem umożliwiającym opracowywanie nowych produktów dla nowych czynników chłodniczych o zwiększonej efektywności energetycznej jest zdolność techniczna. Kluczowe są kompetencje w zakresie materiałoznawstwa, znajomość procedur badawczych i praktyk inżynierskich. W przypadku innowacji przyrostowych zwykle nie stanowi to problemu, natomiast w przypadku nadkrytycznych układów z CO2 opracowane rozwiązania nie były oparte na powszechnej wiedzy. Przez dekadę rozwój sprężarek i regulatorów opierał się na intensywnym rozwoju kompetencji. Iteracje pomiędzy projektem a informacją zwrotną dotyczącą zastosowania wymagają czasu. Błędy na wczesnym etapie projektowania są niebezpieczne dla nowych rozwiązań, zwłaszcza gdy konkurują one bezpośrednio z istniejącymi dojrzałymi i zoptymalizowanymi konstrukcjami. Tak czy inaczej, od czasu wprowadzenia przed 80 laty bezpiecznych czynników chłodniczych ogólny rozwój techniki w naszej branży pozwala na stosowanie prawie wszystkich rodzajów czynników chłodniczych w sposób bezpieczny i zoptymalizowany pod kątem LCC.
Podczas gdy komponenty i regulatory w systemach CO2 stanowią wyzwanie z technicznego punktu widzenia ze względu na obecność wysokiego ciśnienia i problemy z kompatybilnością materiałową, w przypadku węglowodorów scenariusz jest jeszcze bardziej skomplikowany. Pod względem termodynamicznym węglowodory są naturalnie bardzo zbliżone do czynników HFC lub HCFC. Często uważano na przykład, że R290 może być bezpośrednim zamiennikiem R22, co nie jest prawdą i może być niebezpieczne. Właściwości techniczne R290 są zbliżone do R22, ale myśląc o bezpieczeństwie, należy podjąć specjalne środki ostrożności. Dla techników serwisowych, którzy od dziesięcioleci zajmowali się serwisowaniem instalacji wykorzystujących czynniki niepalne, oznacza to konieczność zmiany nawyków dotyczących systemów, które w zasadzie wyglądają i działają tak samo. Dla dostawców komponentów bardzo ważne jest przed zatwierdzeniem sprzedaży, aby rynki były przygotowane do obsługi węglowodorów i aby producenci systemów mogli wykazać zgodność z istniejącymi normami w zakresie bezpieczeństwa.
Poniższy rysunek przedstawia procedury stosowane przy zatwierdzaniu wewnętrznych standardów Danfoss dla komponentów wykorzystujących węglowodory. Specjalista ds. bezpieczeństwa przeprowadza dokładną analizę ryzyka i zatwierdza ją. Ocena ryzyka zawiera różne scenariusze (przykłady), które potrzebne są do zatwierdzenia typu produktu i zapotrzebowania na produkty. Dokonywana jest ocena standardów regionalnych, w oparciu o którą ustala się ograniczenia geograficzne w zakresie wprowadzania na rynek.
Głównym aspektem w dyskusji na temat ryzyka jest ocena ryzyka odczuwanego w porównaniu do ryzyka rzeczywistego. Poniższy rysunek przedstawia tę zasadę. Właściwe decyzje dotyczące tworzenia wartości dla społeczeństwa podejmuje się, gdy zachowuje się właściwą równowagę między ryzykiem odczuwanym a rzeczywistym. Nowe zastosowania czynników chłodniczych będą zawsze traktowane z podejrzliwością, ale wraz z upływem czasu zagrożenia realne i odczuwane będą zbliżone. Technologie dojrzałe mogą być nawet postrzegane jako mniej ryzykowne niż są w rzeczywistości – w naszym nowoczesnym społeczeństwie można znaleźć kilka przykładów takiego zjawiska, np. prowadzenie samochodu. Jak pokazano na rysunku, nowym czynnikom chłodniczym i nowym rozwiązaniom na początku przypisuje się zarówno większe ryzyko związane z bezpieczeństwem, jak i ryzyko finansowe w porównaniu do czynników chłodniczych i rozwiązań stosowanych obecnie na szeroką skalę, a odczuwane ryzyko jest nawet większe niż ryzyko rzeczywiste. Z czasem nowe systemy prawdopodobnie zdobędą zaufanie na szerszym rynku, a dobre wyniki w zakresie bezpieczeństwa sprawią, że zarówno użytkownicy systemów, jak i opinia publiczna będą postrzegać to ryzyko jako mniejsze, a wraz z przyzwyczajeniem sektora do obsługi nowych systemów poziom rzeczywistego ryzyka również spadnie.
Gotowość rynkowa oznacza zdolność rynku do przyjęcia nowych technologii. Czynnik ten ma wsteczny wpływ na ustawodawstwo, ponieważ żaden kraj nie zamknąłby własnego rynku ze względu na brak kompetencji serwisowych w zakresie nowych technologii. Edukacja odgrywa znaczącą rolę w przygotowywaniu rynków do wprowadzenia nowych technologii. Zbyt mała liczba przeszkolonych pracowników serwisowych spowodowałaby większe ryzyko wypadków, a przewidywane koszty (LCC) nie osiągnęłyby oczekiwanego poziomu. Przykładem, choć nie związanym bezpośrednio z czynnikami chłodniczymi, może być rynek duński, gdzie po kontrolach zakładowych wykazano zaskakująco wysoką liczbę pomp ciepła, które uzyskały o wiele za niski wskaźnik COP. Powodem była instalacja i ustawienie pomp ciepła. Monterzy nie rozumieli zależności między temperaturą a wskaźnikiem COP. Ten sam scenariusz mógłby się powtórzyć w przypadku systemów CO2, w których efektywność energetyczna w dużym stopniu zależy od ustawień systemu. Niespełnianie oczekiwań jest zabójcze dla nowej technologii – często nie będzie drugiej szansy. Edukacja i szkolenia są obecnie uznawane za najważniejsze czynniki wpływające na wprowadzenie na rynek czynników chłodniczych o niskim współczynniku GWP.
W przypadku opracowywania norm działania zmierzają w kierunku większej akceptacji łatwopalnych czynników chłodniczych. Poniższy rysunek przedstawia informacje dotyczące opracowywania głównych norm i uwzględnienia w nich łatwopalnych czynników chłodniczych.