Zastosowanie węglowodorów oraz czynników HFO i HCFO jako alternatywnych czynników chłodniczych w pompach ciepła

Application of hydrocarbons and HFO and HCFO refrigerants as alternative refrigerants in heat pumps

Konrad Medyński, Ewelina Stefanowicz

Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska

Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 2026 (5), 13-21, DOI: https://doi.org/10.65545/COW.2026.05.02

Słowa kluczowe: pompa ciepła, czynnik chłodniczy, węglowo­dory, HFC, HFO, HCFO

Streszczenie
Artykuł przedstawia zmiany w zakresie stosowanych czynni­ków chłodniczych w pompach ciepła, wynikające z regulacji klimatycznych Unii Europejskiej. Omówiono obecnie wyko­rzystywane czynniki chłodnicze oraz zakresy ich zastosowań w zależności od temperatur pracy urządzeń. Szczególną uwagę poświęcono alternatywnym rozwiązaniom, takim jak węglo­wodory oraz czynniki HFO i HCFO, wskazując ich możliwości zastosowania, ograniczenia oraz wyzwania związane z wdra­żaniem. Przedstawione zagadnienia pozwalają ocenić kierunki rozwoju technologii pomp ciepła oraz zmiany w doborze czyn­ników chłodniczych w praktyce projektowej i eksploatacyjnej.

Pobierz artykuł w formacie PDF

Pobierz cały numer w formacie PDF

Keywords: heat pump, refrigerant, hydrocarbons, HFC, HFO, HCFO

Abstract
The article presents current trends in refrigerants used in heat pumps, driven by European Union climate regulations. Com­monly used refrigerants and their application ranges depen­ding on operating temperatures are discussed. Particular at­tention is given to alternative solutions, such as hydrocarbons and HFO and HCFO refrigerants, highlighting their application potential, limitations, and implementation challenges. The di­scussed issues provide insight into the future development of heat pump technology and expected changes in refrigerant se­lection in design and operational practice.

Download the article in PDF format

Download the entire issue in PDF format

Bibliografia / Bibliography

Arpagaus, C., Bless, F., Uhlmann, M., Schiffmann, J., & Bert­sch, S. S. (2018). High temperature heat pumps: Market overview, state of the art, research status, refrigerants, and application potentials. Energy, 152, 985–1010. https://doi.org/10.1016/j.ener­gy.2018.03.166

Bamigbetan, O., Eikevik, T. M., Nekså, P., & Bantle, M. (2017). Review of vapour compression heat pumps for high temperature heating using natural working fluids. International Journal of Refrigeration, 80, 197–211. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.04.021

Bamigbetan, O., Eikevik, T. M., Nekså, P., Bantle, M., & Schlemminger, C. (2018). Theoretical analysis of suitable fluids for high temperature heat pumps up to 125 °C heat delivery. International Journal of Refrigeration, 92, 185–195. https://doi.or­g/10.1016/j.ijrefrig.2018.05.017

Bani Issa, A. A., Liang, C., Groll, E. A., & Ziviani, D. (2025). Residential heat pump and air conditioning sys­tems with propane (R290) refrigerant: Technolo­gy review and future perspectives. Applied Ther­mal Engineering, 266, 125560. https://doi.or­g/10.1016/j.applthermaleng.2025.125560

Brzeski, R., & Kowalczyk, A. (2022). Techniczno-eko­nomiczna analiza wariantów termomoderni­zacji zabytkowego budynku. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 53(9) https://doi. org/10.15199/9.2022.9.3

Calm, J. M. (2008). The next generation of refrigerants – Historical review, considerations, and outlo­ok. International Journal of Refrigeration, 31(7), 1123–1133. https://doi.org/10.1016/j.ijre­frig.2008.01.013

Chmielewska, A., Stefanowicz, E., & Sawicka, J. (2025). Rola chłodzenia pasywnego w bilansie cieplnym gruntu i poprawie efektywności systemu zasilanego grun­tową pompą ciepła. Instal, 10, 7–13. https://doi.org/10.36119/15.2025.10.1

Domanski, P. A., Brignoli, R., Brown, J. S., Kazakov, A. F., & McLinden, M. O. (2017). Low-GWP refrigerants for medium and high-pressure applications. Interna­tional Journal of Refrigeration, 84, 198–209. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.08.019

Dong, Y., & Wang, R. (2024). When and how to use casca­de high temperature heat pump—Its multi-cri­teria evaluation. Energy Conversion and Manage­ment, 309, 118435. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118435

Elwardany, M., Turja, A. I., Hasan, M. M., & Nassif, N. (2026). High-temperature heat pumps for industrial decar­bonization: Technologies, integration strategies, and future perspectives. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 225, 110806. https://doi.org/10.1016/j.cep.2026.110806

European Parliament and Council of the European Union. (2024, February 7). Regulation (EU) 2024/573 onfluorinated greenhouse gases. https://eur-lex.euro­pa.eu/eli/reg/2024/573/oj

Faruque, M. W., Uddin, M. R., Salehin, S., & Ehsan, M. M. (2022). A Comprehensive Thermodynamic Assess­ment of Cascade Refrigeration System Utilizing Low GWP Hydrocarbon Refrigerants. International Journal of Thermofluids, 15, 100177. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2022.100177

Goyal, R., England, M. H., Sen Gupta, A., & Jucker, M. (2019). Reduction in surface climate change achieved by the 1987 Montreal Protocol. Environmental Research Letters, 14(12), 124041. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab4874

Heath, E. A. (2017). Amendment to the Montreal Protocol on Substances that Deplete theOzone Layer (Kigali Amendment). International Legal Materials, 56(1), 193–205. https://doi.org/10.1017/ILM.2016.2

Intergovernmental Panel on Climate Change. (2022). Cli­mate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vul­nerability. In Climate Change 2022 – Impacts, Ada­ptation and Vulnerability. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/9781009325844

International Energy Agency. (2022). World Energy Outlook Special Report: The Future of Heat Pumps. https://iea.blob.core.windows.net/assets/4713780d-c0a­e-4686-8c9b-29e782452695/TheFutureofHeat­Pumps.pdf

Kim, S., Lee, D., Lee, Y., Kwon, S., & Kim, Y. (2025). Operating characteristics and design optimization of a heat pump clothes dryer using R290 as an alternative refrigerant to R134a. Applied Thermal Engineering, 279, 127609. https://doi.org/10.1016/j.applther­maleng.2025.127609

Konopka, L. (2022). Analiza porównawcza systemów tri­generacyjnych na przykładzie obiektu szpitalnego. Część II. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 53(9). https://doi.org/10.15199/9.2022.9.2

Lee, M., Lee, S., Yeob Chung, J., Kwon, S., & Kim, Y. (2024). Energy and environmental performances of he­at pumps using R32 and R466A as alternatives to R410A. Applied Thermal Engineering, 256, 124140. https://doi.org/10.1016/j.appltherma­leng.2024.124140

Liu, Y., Groll, E. A., Yazawa, K., & Kurtulus, O. (2017). Ener­gy-saving performance and economics of CO2 and NH3 heat pumps with simultaneous cooling and he­ating applications in food processing: Case studies. International Journal of Refrigeration, 73, 111–124. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.09.014

Longo, G. A., Zilio, C., Righetti, G., & Brown, J. S. (2014). Experimental assessment of the low GWP refri­gerant HFO-1234ze(Z) for high temperature heat pumps. Experimental Thermal and Fluid Science, 57, 293–300. https://doi.org/10.1016/j.expther­mflusci.2014.05.004

Lyons, L., Georgakaki, A., Kuokkanen, A., Letout, S., Moun­traki, A., Ince, E., Shtjefni, D., Joanny, G., Eulaerts, O. D., & Grabowska, M. (2022). Clean Energy Tech­nology Observatory, Heat pumps in the European Union – Status report on technology development, trends, value chains and markets – 2022. Publica­tions Office of the European Union. https://doi.org/10.2760/372872

Mateu-Royo, C., Mota-Babiloni, A., & Navarro-Esbrí, J. (2021). Semi-empirical and environmental assess­ment of the low GWP refrigerant HCFO-1224y­d(Z) to replace HFC-245fa in high temperature heat pumps. International Journal of Refrigeration, 127, 120–127. https://doi.org/10.1016/j.ijre­frig.2021.02.018

Mateu-Royo, C., Navarro-Esbrí, J., Mota-Babiloni, A., Amat­-Albuixech, M., & Molés, F. (2019). Thermodynamic analysis of low GWP alternatives to HFC-245fa in high-temperature heat pumps: HCFO-1224yd(Z), HCFO-1233zd(E) and HFO-1336mzz(Z). Applied Thermal Engineering, 152, 762–777. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.02.047

Medyński, K. (2025). Analiza pracy oraz efektywności ka­skadowej, wysokotemperaturowej pompy ciepła [Praca magisterska]. Politechnika Wrocławska.

Nalley, S., & LaRose, A. (2021). International Energy Outlo­ok 2021 (IEO2021).

Narojczyk, M., Sinacka, J., & Ratajczak, K. (2025). Wy­korzystanie materiałów zmiennofazowych (PCM) do odzysku ciepła w wentylacji mecha­nicznej w warunkach polskich. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 56(12). https://doi.org/10.15199/9.2025.12.7

Palm, B. (2008). Ammonia in low capacity refrigeration and heat pump systems. International Journal of Refrigeration, 31(4), 709–715. https://doi.or­g/10.1016/j.ijrefrig.2007.12.006

Park, W. Y., Shah, N., Vine, E., Blake, P., Holuj, B., Kim, J. H., & Kim, D. H. (2021). Ensuring the climate benefits of the Montreal Protocol: Global governance architec­ture for cooling efficiency and alternative refrige­rants. Energy Research & Social Science, 76, 102068. https://doi.org/10.1016/j.erss.2021.102068

Piao, C. cheng, & Noguchi, M. (2001). Thermodynamic properties of HFC-32 (difluoromethane). Interna­tional Journal of Refrigeration, 24(6), 519–530. ht­tps://doi.org/10.1016/S0140-7007(00)00047-5

Ravindran, R. V., Cotter, D., Wilson, C., Jun Huang, M., & Hewitt, N. J. (2024). Experimental investigation of a small-scale reversible high-temperature heat pump − organic Rankine cycle system for indu­strial waste heat recovery. Applied Thermal Engi­neering, 257, 124237. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124237

Sayegh, M. A. (2025). Odzysk ciepła odpadowego w prze­myśle w UE: Potencjał i wdrożenie techno­logii – analiza porównawcza. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 56(12). https://doi.org/10.15199/9.2025.12.1

Shen, B., Li, Z., & Gluesenkamp, K. R. (2022). Experimen­tal study of R452B and R454B as drop-in repla­cement for R410A in split heat pumps having tu­be-fin and microchannel heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 204, 117930. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117930

Słowikowski, J., Skiba, M., & Klimczak, M. (2025). Transfor­macja energetyczna zabytkowej kamienicy – po­równanie wariantów modernizacji i źródeł ciepła. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 56(9). https://doi.org/10.15199/9.2025.9.2

United Nations. (1997). Kyoto Protocol to the United Na­tions Framework Convention on Climate Change. https://unfccc.int/kyoto_protocol

Uusitalo, A., Jaatinen-Värri, A., Turunen-Saaresti, T., Honka­tukia, J., & Tiainen, J. (2024). Centrifugal compres­sor design and cycle analysis of large-scale high temperature heat pumps using hydrocarbons. Ap­plied Thermal Engineering, 247, 123035. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.123035

Volt, J., Toleikyte, A., Roca Reina, J. C., Mountraki, A., Letout, S., Georgakaki, A., Ince, E., Wegener, M., & Schmitz, A. (2025). Clean Energy Technology Observatory, Heat pumps in the European Union – Status report on technology development, trends, value chains and markets – 2024 (C. Black, Ed.). Publications Office of the European Union. https://doi.org/doi/10.2760/3976212

Woźniak, A., & Zając, A. (2025). Potencjał odzysku i wyko­rzystania kondensatu z systemu klimatyzacyjne­go na przykładzie budynku biurowego – studium przypadku. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentyla­cja, 56(12). https://doi.org/10.15199/9.2025.12.5

Wu, D., Hu, B., & Wang, R. (2021). Vapor compression heat pumps with pure Low-GWP refrigerants. Renewa­ble and Sustainable Energy Reviews, 138, 110571. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110571

Zhang, Y., Yang, Z., Chen, Y., He, H., & Zhao, Y. (2024). Li­fe cycle climate performance of R410A and its environmentally friendly alternative working fluids in a heat pump system. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 71, 104020. https://doi.org/10.1016/j.seta.2024.104020

Zheng, N., Song, W., & Zhao, L. (2013). Theoretical and experimental investigations on the changing re­gularity of the extreme point of the temperature difference between zeotropic mixtures and heat transfer fluid. Energy, 55, 541–552. https://doi.or­g/10.1016/j.energy.2013.02.029