Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 12: Zásahy do okruhů chladiva a chyba presostatu

Úvod

Dívání se při diagnostice okruhu chladiva na konkrétní hodnoty tlaků je zbytečná složitost, stejně jako kdybyste jako řidiči rychlost vámi řízeného automobilu na dané komunikaci hlídali např. na základě velikosti sešlápnutí plynového pedálu. Aktuální sešlápnutí plynového pedálu by musel ohleduplný řidič složitě převádět na rychlost, kdy by uvažoval, zda jede po rovině, do/z kopce (jak velkého), jak těžký má náklad, kolik má ještě paliva, jak fouká vítr, jak hrubý je povrch vozovky atd. Ono by to šlo, ale proč to dělat tak složitě, když by stačilo se podívat na aktuální rychlost na tachometru a porovnat ji s povolenou max. rychlostí na daném úseku?

Pokud analogii automobilu převedeme např. na kondenzátor okruhu chladiva, tak:

Tachometr aktuální rychlosti = AKTUÁLNÍ změřená kondenzační teplota,

Maximální povolená rychlost = VYPOČTENÁ kondenzační teplota odpovídající hodnotě (Aktuální teplota otopné vody na výstupu z kondenzátoru + 1 Kelvin). Platí pro stroje IVT navržené v posledních dvaceti letech, resp. pro ta nejlepší TČ na trhu.

Čili u okruhu chladiva porovnáte aktuální změřenou kondenzační teplotu s takovou kondenzační teplotou, kterou maximálně máte mít pro danou výstupní teplotu otopné vody.

Toto posouzení může někomu znít trošku krkolomně a já osobně proto mám na paměti jednoduchou poučku, která platí pro všechna tepelná čerpadla obecně, ať už jde o jakoukoliv značku:

Kondenzační teplota má být co nejblíže výstupní teplotě otopné vody z kondenzátoru, u nejlepších strojů se běžně tyto hodnoty téměř shodují.

To, jak moc se k sobě tyto teploty přiblíží, záleží na konkrétním výrobci, resp. návrhu stroje. Například IVT minimálně 20 let navrhuje kondenzátory tak, aby při dodržení předepsané dávky chladiva byla kondenzační teplota JR1 velmi blízko výstupní teplotě otopné vody TC3, přibližně ±1 Kelvin (viz Obr. 1, zcela vpravo). Poučka vychází z jednoduchého pravidla, že vyšší kondenzační teplota znamená vyšší kondenzační tlak, a tedy i vyšší příkon a spotřebu kompresoru, protože kompresor díky vyššímu kondenzačnímu tlaku/teplotě musí překonávat větší tlakový rozdíl (výtlačný vs. sací tlak). Výrobce TČ by tak byl sám proti sobě, kdyby kondenzátor navrhoval s velkým rozdílem kondenzační teploty a teploty otopné vody, protože tím by automaticky klesala hodnota COP v porovnání se stroji, které uvedený rozdíl mají velmi malý, klidně i záporný (viz vyšrafovaná oblast vpravo na Obr. 1) díky dostatečně velké předávací ploše kondenzátoru.

Obr. 1 – Teplotní poměry na kondenzátorech Starších/Lepších/Nejlepších, při stejném teplotním spádu otopné vody (TC3−TC0), zelená křivka. Červená křivka zobrazuje zjednodušený průběh teplot chladiva, TR6 – teplota horkého plynu, JR1 – kondenzační teplota, TR3 – teplota zkondenzovaného chladiva na výstupu z kondenzátoru

Takže u nejlepších strojů při výstupní teplotě otopné vody TC3 např. 35 °C se kondenzační teplota JR1 pohybuje cca od 34 do 36 °C za běhu kompresoru (viz Obr. 1, zcela vpravo). Jiný výrobce však může mít i moderní stroj navržen tak, že kondenzační teplota JR1 bude pro stejnou výstupní teplotu, resp. spád otopné vody vždy o třeba 3 K výš (viz Obr. 1, uprostřed) a nebude to chyba – avšak stroj bude za stejných teplot A/W (vzduch/voda) dosahovat nižšího COP než stroj, který by měl kondenzační teplotu JR1 srovnanou s výstupní teplotou vody TC3.

To také znamená, že každý výrobce by měl svým technikům říct, jaké poměry na kondenzátoru (resp. kdekoliv) mají u jejich strojů běžně být, aby jejich technici nezasahovali zbytečně do okruhu chladiva, protože by si z jiného stroje pamatovali, že nejlepší stroje pracují za nižších kondenzačních teplot a oni by náhle byly u stroje navrženého jinak. A také to potvrzuje zásadní význam detailního proškolení techniků u dodavatele, či výrobce konkrétního tepelného čerpadla.

Znám i stroje, navržené před cca 30 lety, kdy kondenzační teplota JR1 byla minimálně 5 K nad výstupní teplotou otopné vody TC3 (viz Obr. 1, zcela vlevo) již od výroby (bez zanesení kondenzátoru). K takovým strojům přistupovat při diagnostice dle dnešních metrik pro moderní stroje u kondenzátorů nejde, ale i u nich platí, že kondenzační teplotu chceme mít co nejníž – jen ji nedostaneme tak blízko výstupní teplotě otopné vody jako by tomu bylo u efektivnějších strojů. Vývojáři TČ moc dobře věděli a ví, že šetření na výměnících se při konkurenčním boji v rámci COP nevyplácí, a proto lze stroje IVT brát jako takový etalon perfektně navržených TČ.

Z tučně zvýrazněné poučky vyplývá, že pokud si chlaďař odečte pouze hodnoty tlaků a pouze s nimi dělá diagnostiku, tak je to tzv. „falešné frajerství“ – žádnou opravdovou, poctivou diagnostiku k určení efektivity stroje vlastně nedělá. Aby ji mohl provést, musel by si v tabulkách převézt tlak na příslušnou vypařovací/kondenzační teplotu, a pak teprve kondenzační teplotu porovnat s výstupní teplotou otopné vody. Neznám člověka, co by si přesně po desetinách baru pamatoval, jaká vypařovací/kondenzační teplota danému tlaku přísluší.

Je pravda, že někteří chlaďaři si občas přibližně pamatují, jaký tlak asi čekat při určitě teplotě otopné vody pro dané chladivo (třeba 50 °C), ale když děláte s více chladivy, děláte si v hlavně zbytečný „guláš“ a jedna/dvě hodnoty tlaku pro určitou teplotu vody nic neřeknou. Proto je mnohem snazší a logické, porovnávat kondenzační TEPLOTU s výstupní teplotou otopné vody – čili děláme diagnostiku na základě ROZDÍLŮ teplot za jakékoliv teploty vody, elegantně, kdykoliv a pro jakýkoliv stroj, jakéhokoliv výrobce. Nemusíme si pak pamatovat, jaký kondenzační tlak máme mít při výstupní teplotě vody např. 30 °C a jaký při výstupní teplotě vody např. 35 °C. Protože u dobrého stroje bude při výstupní teplotě vody 30 °C kondenzační teplota také cca 30 °C, při výstupní teplotě vody 35 °C bude kondenzační teplota přibližně zase 35 °C.

Diagnostika pouze dle tlaků je to samé, jak již bylo zmíněno v úvodu, co posuzování rychlosti automobilu podle velikosti sešlápnutí plynového pedálu. Věděli byste sice, jak hodně je pedál sešlápnut, ale dokud byste neuvážili řadu parametrů pro převod na aktuální rychlost (viz výše), tak by vám velikost sešlápnutí pedálu byla dost k ničemu. Pokud si třeba já osobně odečtu přetlak chladiva 30 barů, tak samotná tato hodnota pro mne má asi následující význam:

„30 barů přetlak, to znamená absolutní tlak 31 barů, takže mi působí na 1 cm² hmotnost 31 kg – Páni, to je ale tlak! 31násobek atmosférického! No ale s čím mohu porovnat hodnotu tlaku? – Jedině s jinou hodnotou tlaku, takže maximálně zjistím, zda „jde“ kompresor do tlaku, nic víc, a stejně se musím podívat na vypařovací/kondenzační teplotu, která tomu tlaku přísluší, abych mohl posoudit, jak efektivně probíhá přenos tepla na příslušném výměníku!“

Samotnou hodnotu tlaku si proto do hlavy vůbec neberu, zpravidla ji vůbec nesleduji a dívám se, jak již zde bylo několikrát popsáno, na vypařovací či kondenzační teplotu, která onomu tlaku přísluší.

Pokud by i nejzarytější příznivce slepé diagnostiky „podle tlaků“ ani po přečtení předchozích řádků nevěřil, že na samotné hodnoty tlaků se nemá při diagnostice dívat, tak ho snad přesvědčí fakt, že např. u IVT na displeji regulace nezobrazujeme hodnoty tlaků (myšlen aktuální sací a výtlačný tlak kompresoru), ale „pouze“ vypařovací/kondenzační teploty příslušící daným tlakům.

Není to tak, že by vývojáři na tlaky v menu displeje zapomněli, naopak, oni vývojáři moc dobře věděli, že okruh chladiva se diagnostikuje na základě rozdílů teplot a že hodnoty tlaků by v menu displeje jen zbytečně zabíraly místo, protože jen se samotnými tlaky nikdy okruh chladiva nezdiagnostikujete. Jen amatér může tvrdit opak a takový chlaďař dělá zákazníkům špatnou službu.

Omluva autora:
Omlouvám se, že jsem jako kafemlýnek a omílám tyto věci stále dokola, ale pochopení vztahu výstupní teploty otopné vody a kondenzační teploty je stěžejní pro pochopení logiky, se kterou se má hodnotit efektivita okruhu chladiva, a v praxi tato jednoduchá metoda není spoustě techniků dodnes dostatečně známá.

1. Příklad – Vypařovací teplota nad teplotou vzduchu za chodu kompresoru

U tohoto případu TČ vzduch/voda prvně hlásilo, že je přehozené potrubí – čili zaměněný přívod otopné vody se zpátečkou. Topenář si byl jistý, že nemohl udělat chybu, a aniž by se jel na místo pro kontrolu podívat, svedl to rovnou na problém v TČ. Přijel tedy chlaďař a začal „diagnostikovat“. Odsál chladivo, zvážil ho, okruh znovu naplnil. A kupodivu přibyla další chyba – „Příliš mnoho chladiva“. Už tady měl chlaďař zpozornit – „Proč po mém zásahu do okruhu přibyla další chyba?“ To zkoušel vyřešit výměnou regulační desky. Ta však nic nevyřešila. Pak se teprve začala brát vážně hláška o přehozeném potrubí – to se tedy přehodilo a chyba „přehozených trubek“ odezněla, takže opravdu byly trubky při instalaci na místě přehozeny ještě před zásahem do okruhu chladiva.

„Technik“, který chybu přehozených trubek řešil jako první, se měl podívat, co psala příručka, jaké teploty se pro vyvolání poruchy posuzují, a když jejich stav odpovídal přehozeným trubkám, tak řešit, zda nešvindlují čidla, a pokud ne, měly se trubky přehodit. Avšak přehození potrubí na správné porty TČ nemůže odstranit chybu „Příliš mnoho chladiva“. Takže chlaďař začal znovu: odsál chladivo, zvážil chladivo (hmotnost OK) a dal ho zpět. Opakovaným měřením se však situace nemohla zlepšit. Pokud by onen chlaďař znal a uměl diagnostiku okruhu chladiva podle rozdílů teplot, tak mu mělo přijít podezřelé:

Za běhu kompresoru (viz Obr. 2)

Hlavní indicie:

• Vypařovací teplota JR0 je nad teplotou vzduchu TL2! To přece není možné, když TČ má výparníkem odebírat teplo ze vzduchu, musí být vypařovací teplota pod teplotou vzduchu
• Kondenzační teplota JR1 je 25 K nad výstupní teplotou vody TC3 – tento rozdíl má být ±1 Kelvin

Doplňkové indicie:

• Podchlazení JR1−TR3 je výrazně vyšší než rozdíl teplot otopné vody TC3−TC0. Pokud víme, že JR1 je běžně cca srovnaná s TC3 a že podchlazené chladivo TR3 se může srovnat s TC0, je podchlazení mimo běžné meze.
• Přehřátí chladiva TR5−JR0 je záporné, a přesto je horký plyn TR6 vzhledem ke kondenzační teplotě v pořádku
• Kompresor jel stále jen na 25 %, i když požadavek byl na 100 % – mašina (regulace) věděla, že teploty jsou špatné, takže omezovala výkon kompresoru na bezpečné minimum, a proto i hlásila chybu, protože do vyššího výkonu jít nemohla.

Obr. 2 – Teplotní poměry za chodu kompresoru. Vypařovací teplota JR0 nad teplotou vzduchu TL2, kondenzační teplota JR1 extrémně vysoko nad výstupní teplotou otopné vody TC3.

Za klidu kompresoru (viz Obr. 3)

Další servis chlaďaře na stejném stroji probíhal za venkovní teploty asi 5 °C. Chlaďař v servisním protokolu uvedl:

„Proveden test funkce otevření expanzních ventilů, tlaky na sání a výtlaku kompresoru se za klidu srovnaly na 18,5 baru.“

Tímto testem ověřil, že tlaková čidla v okruhu ukazují správně. Sice v protokolu není uvedeno, zda jeho měřicí přístroj zobrazoval přetlak či absolutní tlak, ale pokud bychom se bavili o tlaku absolutním, tak 18,5 barům pro chladivo R410A odpovídá vypařovací teplota cca 30 °C. Pokud venku bylo +5 °C, měly být teploty JR0 a JR1 také +5 °C. Proto jsem také v okruhu umazal všechny hodnoty kromě teploty vzduchu TL2 a vypařovací/kondenzační teploty JR0/JR1, aby bylo jasné, že za klidu kompresoru stačilo sledovat tyto 3 hodnoty pro ověření, jakou náplň chladiva v okruhu máme. Tyto teploty jsou v našem případě důkaz, že chlaďař udělal chybu a do okruhu dostal s chladivem R410A i nějaký nekondenzující plyn – zřejmě dusík, protože s ním dělal tlakovou zkoušku těsnosti. Po tomto technikovi dorazil na místo jiný chlaďař, dle pokynů odsál neurčitou směs, okruh řádně vyvakuoval a naplnil okruh čistým chladivem o požadované hmotnosti. TČ od té doby běhá bez problémů za doporučených rozdílů teplot.

Obr. 3 – Teplotní poměry ve stroji za vypnutého kompresoru. Protože se JR0 a JR1 neshoduje s čidlem TL2, je v okruhu nějaký nekondenzující plyn.

2. Příklad – Chlaďař rozporuje výrobcem doporučované množství chladiva

Jiný chlaďař vyrazil na další TČ vzduch/voda, kde byl únik na servisním ventilku, který vyměnil a okruh znovu naplnil. V servisním listu chlaďař uvedl:

„Když naplním jednotku 3400 g, jak je uvedeno na štítku, tak jednotka padá na vysokotlaké čidlo. Jednotku je pak ještě nutné seřídit tlakově při 100 % otáček kompresoru a teplotě par chladiva max 110 °C na maximální tlak chladiva 37,5 bar. Takže když jednotku naplníte, tak si tam hrajete 2 h s gramy chladiva tak, aby TČ běželo správně a nešlo do poruchy.“

Chlaďař si u tohoto popisu neuvědomil, že se jím dostane do podezření, zda diagnostiku a servis okruhů dělá správně. Pokud totiž výrobce udává, že daný stroj má být naplněn určitým chladivem o přesné hmotnosti 3,4 kg, tak tam má chlaďař naplnit správné chladivo o hmotnosti 3,4 kg a absolutně takový údaj nerozporovat. Pokud TČ po naplnění hlásí chybu spojenou s množstvím chladiva (třeba chybu HP presostatu) a průtok otopné vody je OK, tak musí chlaďař zapochybovat, zda okruh naplnil správným chladivem, v požadovaném množství a bez nějakého nekondenzujícího plynu. Jestliže chlaďař musel z 3400 g náplně něco ubírat a před jeho zásahem nebyl na stroji žádný problém s vysokým tlakem, tak s největší pravděpodobností došlo k chybě při plnění okruhu. Buď tam bylo opravdu moc chladiva (byť správného), anebo je v okruhu již zmíněný nekondenzující plyn. Bohužel tento okruh jsem osobně neviděl, ani nějaký výpis teplot za běhu, ale mám podezření, že o něm ještě uslyšíme.

Protože pokud chlaďař uvedl, že musel okruh „seřídit tlakově při 100 % otáček kompresoru a teplotě par chladiva max 110 °C na maximální tlak chladiva 37,5 bar“, je to dost zavádějící. Protože by měl uvést, při jaké teplotě otopné vody chce mít onen přetlak 37,5 bar. Chladivu R410A o přetlaku 37,5 bar odpovídá kondenzační teplota cca 61 °C – čili výstupní teplota otopné vody dejme tomu 60 až 62 °C v případě dobře navrženého stroje/kondenzátoru. Takže pokud vypínací teplota otopné vody na konci ohřevu zásobníku byla např. 55 °C, tak TČ by bylo špatně naplněno. A teplota horkého plynu 110 °C nezávisí jen na teplotě otopné vody, ale i vypařovací teplotě. Takže otázky ohledně příčiny poruchy zůstávají…

Závěr

Nikdo se v rámci uvedených příkladů nezlobí, že chlaďař udělal chybu při plnění okruhu chladiva. Jsme lidi a chyba se stát může. Ale chlaďař by měl být schopen se kriticky podívat na výsledek své práce. A to nejen z hlediska pájení a těsnosti spojů, ale také z hlediska efektivity stroje. A ne, že vymění nějaký díl a jakmile se rozběhne kompresor, tak rychle uteče, aby náhodou nebyl u TČ, když se opětovně objeví chyba.

Když vezmete např. zedníka, tak si s pomocí metru, vodováhy a latě dokáže zpětně vyhodnotit, zda je zeď v místě, kde má dle projektu být, že je rovná a že spáry/cihly jsou ve váze – čili umí ověřit, zda svou práci odvedl dobře. Tesař výsledek své práce vidí hned, když ve vrcholu spojené krokve následně přesně zapadnou na pozednice. Tam nesmí být žádná velká vůle. Podobně chlaďař za chodu stroje musí vyhodnotit vztah mezi kondenzační teplotou a teplotou otopné vody. Nebo za klidu kompresoru vypařovací/kondenzační teplotu porovnat s teplotou vzduchu u TČ vzduch/voda. Zkrátka chlaďař, který servisuje tepelné čerpadlo, nemůže zůstat jen u evakuace chladiva, zvážení chladiva – jeho náplní práce musí být automaticky i diagnostika teplot, jinak dělá práci „napůl“.

Mám velkou úctu ke všem řemeslníkům, ať jde o jakékoliv řemeslo. Je radost vidět, když někdo své řemeslo opravdu umí. Nechci přeceňovat vysokoškolské studium v technickém oboru, jelikož to samo o sobě nezaručí, že člověk bude v praxi opravdový odborník. Faktem však je, že řemeslník většinou neovládá teorii, která je pro korektní diagnostiku tak potřebná, a naopak vystudovaný člověk, který diagnostiku ovládá (nebo by k ní měl mít blíž, když ho škola směřovala analyticky myslet), zase nebude mít moc velký zájem například opravovat venkovní jednotku tepelného čerpadla v mrazech, dešti, ale čest výjimkám. Takže je potřeba tyto dvě osoby v praxi při diagnostice propojit, aby se vzájemně doplnily. Řemeslník bude mnohem lépe vnímat, za jakých podmínek lze určitý díl vyměnit, jak si na práci zajít a provést výměnu, „kancelářský“ člověk zase mnohem snadněji může často i s dálkovým monitoringem říct, co případně v okruhu seřídit (např. expanzní ventil) nebo co s největší pravděpodobností vyhodnotit jako příčinu problému. Praxe prokazuje, že sledování provozních parametrů tepelného čerpadla na dálku má velký přínos pro spolupráci mezi technikem a řemeslníkem při řešení poruch.

Metoda pokus/omyl by měla přijít na řadu zcela výjimečně, protože většinu problémů lze na základě rozdílů teplot snadno diagnostikovat. Na základě rozdílů teplot šlo vyřešit i oba zmíněné příklady bez nutnosti „střílet naslepo“, zvyšovat náklady servisu a v konečné fázi i poškozovat pověst tepelných čerpadel jako spolehlivých zdrojů tepla.