Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 17: Termostatický vs. elektronický expanzní ventil, díl 2 ze 2

Přečtěte si také Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 17: Termostatický vs. elektronický expanzní ventil, díl 1 ze 2 Přečíst 1. díl článku

Přepínání 3cestného ventilu u stroje s EEV

Přepínání 3cestného ventilu za chodu kompresoru je v návaznosti na EEV dosti zajímavé. Někteří výrobci před přepnutím 3cestného ventilu kompresor raději vypnou a spustí ho opět až v přepnuté pozici, protože vědí, že odladit správně EEV na přepnutí či těsně po něm není vždy úplně jednoduché. Takový primitivní stav, který jsme ukázali na obr. 1 pro TEV, který si s přepnutím hravě poradí, může stroj s EEV poměrně lehce dostat do chyby. Vysvětlením je, že s poklesem teploty otopné vody po přepnutí 3cestného ventilu klesá často rychle i teplota horkého plynu.

V 1. části článku bylo popsáno, že u chladiva R410A je doporučeno horký plyn držet vždy min. 20 K nad kondenzační teplotou. Když teplota horkých par klesá moc rychle, regulátor zkusí EEV přiškrtit s cílem zvýšit přehřátí v sání kompresoru, a tím i zvednout teplotu horkého plynu do bezpečných mezí. Asi si dovedete představit, že je spousta kombinací teplot nebo rychlosti teplotních změn, a tak není divu, že regulace může EEV někdy přivřít až moc a TČ se vypne třeba kvůli nízkému tlaku chladiva. Ono to třeba v 99,9999 % případů vyjde bez problému, ale občas k tomu může dojít a nelze to výrobci TČ vyčítat, protože sám kompresor včas vypne. Pokud tento stav TČ nevyhodnotí jako alarm (při často se opakujícím nízkém vypařovacím tlaku/teplotě) a za chvíli úspěšně nastartuje se zkalibrovaným EEV, není proč se na výrobce zlobit a vše je v pořádku.

Je nutné si uvědomit, že stroje s EEV tento ventil řídí správně také z důvodu, že regulace „ví“ o tom, že se bude přepínat 3cestný ventil, buď ventil přepínací mezi vytápěním a teplou vodou, nebo např. mezi vytápěním a bazénem. Jinými slovy, regulace TČ umožňuje navolit např. režimy:

• Pouze vytápění: tzn., počítá se v podstatě s tím, že TČ se nemusí „obávat“ žádného přepnutí 3cestného ventilu
• Vytápění a příprava teplé vody: regulace stroje ví, že v případě požadavku na vytápění či teplou vodu se má EEV řídit s určitou rychlostí s tím, že TČ samo vyhodnotí požadavek na přepnutí 3cestného ventilu
• Vytápění, příprava teplé vody a bazén: to samé co o odrážku výše, jen s tím rozdílem, že přibyl další 3cestný ventil pro bazén.

Souběžná dodávka tepla a chladu

Typicky v režimech pro souběžnou dodávku tepla a chladu se instaluje TČ země/voda s ON/OFF kompresorem a v kombinaci s EEV, kdy se v interní regulaci TČ nastaví, že má TČ na starost pouze vytápění, akumulaci tepla. TČ tedy nepočítá s žádným 3cestným ventilem. Avšak TČ je instalováno do soustavy, jejíž zapojení odpovídá např. Obr. 9, kdy mezi TČ a akumulací tepla máme 2 ks 3cestných ventilů. V interní regulaci stroje se nastaví ekvitermní křivka hodně vysoko a stroji se trvale simuluje velmi nízká aktuální teplota otopné vody v akumulaci, aby se stroj přinutil běžet v době, kdy je potřeba např. chladit akumulátor chladu. Takže aby TČ neběželo tehdy, kdy nemá, blokuje se externě z nadřazené MaR přes k tomu určený digitální vstup.

Dle schématu na Obr. 9 se léta letoucí běžně zapojovala TČ ON/OFF v kombinaci s TEV a běhají bez problémů dlouhé roky dodnes. Pokud však přijde takové zapojení stroji s EEV bez toho, aniž by displej TČ umožňoval „přiznat“ regulaci tyto dva 3cestné ventily na sekundární straně, může být bez vhodné úpravy řízení MaR brzy kompresor TČ příliš přetěžován a klidně i zničen. To samé platí pro 3cestné ventily na primární, tzv. studené straně TČ – stroj nastavený jen pro vytápění o těchto ventilech totiž neví. V čem je problém?

Obr. 9, Souběžná dodávka tepla a chladu u TČ země/voda

Pro TČ s EEV je regulačně nejtěžší změna, kdy se natápí akumulátor tepla na nízkou teplotu otopné vody (popř. když se odvádí teplo do vrtů pro jejich regeneraci přes ventil SV1.5), a náhle na kondenzátor přijde otopná voda o mnohem vyšší teplotě, např. od zásobníku teplé vody. To, co by TEV hravě během chvíle zareguloval a poradil si s nárůstem kondenzační teploty/tlaku, tak EEV toto díky nepřipravené regulaci nezvládne (protože přepnutí 3cesťáku TČ nečeká – má přiznanou jen funkci vytápění), EEV zůstane moc otevřen a do kompresoru se tak může nastřikovat kapalina, která kompresor po několika takových cyklech může mechanicky poškodit až zničit.

Případ, kdy TČ nečekalo nějaké přepnutí 3cestného ventilu (TČ nastaveno jen pro vytápění), ale tento stav stihlo včas podchytit a vyhodnotit jako chybu „Nízkého přehřátí chladiva na výparníku“ je na Obr. 10. Cca do času 00:17 klesala teplota otopné vody (Výstup a Zpátečka sekundáru) a přehřátí TR5 − JR0 bylo v bezpečných hodnotách. Pak však teplota otopné vody začala naopak docela rychle růst, s čímž regulace TČ do vytápění nepočítala, a náhle přehřátí TR5 − JR0 významně kleslo, na hodnotu okolo 1 K. A protože přehřátí se drželo na nízké hodnotě (nižší než 2 K) déle než 10 minut, tak TČ ohlásilo poruchu v 00:30 i přes to, že horký plyn TR6/7 nebyl nízko nad kondenzační teplotou – regulace tak perfektně podchytila nevhodné řízení od MaR. Pokud by regulace TČ o daném 3cestném ventilu věděla a řídila ho, EEV by před jeho přepnutím mírně přivřela a zajistila tak, že přehřátí TR5 − JR0 bude vyšší a nemělo by tendenci chybu hlásit. Pak bylo potřeba instruovat člověka od MaR, aby buď 3cestný ventil přepínal pomaleji (to má své nevýhody), anebo aby kompresory TČ před přepnutím 3cestného ventilu vypnul.

Obr. 10, Přepínání 3cestného ventilu na teplé straně bez vědomí regulace TČ, což se projevilo špatnou návazností na řízení EEV s chybami nízkého přehřátí chladiva

Ze stejného důvodu je pak bezpečnější zmíněnou regeneraci vrtů napojit až mezi AKU tepla a rozdělovač/sběrač topného systému jako na Obr. 11a/b. Tím se předejde rychlé teplotní změně na kondenzátoru při zahájení regenerace a odpadne 3cestný ventil SV1.5. Zapojení mezi TČ a akumulací tepla tak odpovídá běžnému zapojení, kdy si TČ svou regulací řídí pouze interní 3cestný ventil VW1 pro přípravu teplé vody v zásobníku, ale stále je nutno TČ spínat pro účely chlazení až potom, co se přepnou 3cestné ventily SV1.4 a SV2.4 na primárním okruhu. Věřím, že tato návaznost je pro hodně lidí z oboru novinkou, ale je potvrzena z více akcí a pro různé výrobce TČ.

Schéma na Obr. 11a/b má tu nevýhodu, že v době regenerace vrtů TČ produkuje vyšší výstupní teplotu otopné vody, a tedy pracuje s nižším COP než by tomu bylo při regeneraci vrtů dle Obr. 9. Typicky když je potřeba otopná voda v AKU tepla např. 50 °C kvůli vzduchotechnice/bazénu a protože nemáme odbočky na regeneraci vrtu mezi TČ a AKU tepla, musí TČ při regeneraci (při aktivním chlazení AKU chladu) běžet na vyšší teploty otopné vody, než by běžně režim regenerace běžící mimo AKU tepla vyžadoval. Pro TČ je však schéma dle obr. 11a/b bezpečnější.

Obr. 11a, Bezpečnější zapojení pro souběžnou dodávku tepla a chladu, pokud chlazení není naprogramováno ve vlastní regulaci TČ

Obr. 11b, Souběžná dodávka tepla/chladu, pokud chlazení není naprogramováno ve vlastní regulaci TČ, červeně vyznačen odvod odpadního tepla pro regeneraci vrtů při aktivním chlazení (modře)

Existují TČ, jejichž regulace v základním provedení umí řídit současnou dodávku tepla/chladu?

Příklad schématu zapojení, které umí výrobce svou regulací odřídit pro potřeby souběžné dodávky tepla a chladu je na Obr. 12. TČ jednoduše udržuje teploty v AKU tepla/chladu dle požadavku, včetně zásobníku teplé vody nebo bazénu. Obrovskou výhodou takto regulačně vybavených TČ je fakt, že investor nemusí platit vysokou cenu (v řádu 150–200 tis. Kč) regulovčíkovi MaR za jeho programování k odřízení takového systému – vnitřní regulace TČ teploty v nádržích ohlídá sama. Zároveň má zákazník jistotu, že přepínání jednotlivých režimů, a tedy i 3cestných ventilů s ohledem na dvojici EEV+kompresor bude probíhat zcela pod taktovkou regulace výrobce TČ, a tedy i bezpečně. Zákazník samozřejmě návaznosti EEV a kompresoru nezná (ocení je nepřímo až v budoucnu díky bezporuchovému provozu), ale měl by o nich vědět člověk (zpravidla projektant), který TČ do takového zapojení navrhuje. Projektant tak vhodným návrhem TČ může zákazníkovi ušetřit nemalé peníze nejen v pořizovacích nákladech, ale i v budoucnu na provozních nákladech, protože dobrým návrhem předešel potenciálním servisním zásahům.

Obr. 12, Schéma souběžné dodávky tepla/chladu, která je plně řízena vlastní regulací TČ. Zdroj podkladů EcoForest

Diagnostika vs. EEV

S příchodem EEV tak trošku skrytě přišla potřeba mít ideálně nějakou formu monitoringu – ať už na místě při návštěvě servisního technika, nebo ideálně dálkový monitoring, ze kterého můžeme vidět průběh teplot v okruhu chladiva v čase. Zejména frekvenčně řízené stroje mohou mít velkou dynamiku teplot díky řízení otáček kompresoru v návaznosti na řízení otáček ventilátoru, otevření EEV či rychlosti oběhovek, a tak vnímání chování stroje jen z tabulky teplot na displeji TČ není vůbec jednoduché. A nejen, že technik potřebuje takový monitoring, on potřebuje umět i grafy z něj správně číst. Aby je mohl dobře číst, musí znát logiku řízení stroje.

Příklad, kdy stroj často hlásil vysokou teplotu horkého plynu a technik měl spadeno na vadné EEV, které skutečně vyměnil (opět stroj s jedním EEV pro řízení podchlazení JR1 − TR3 a druhým pro řízení přehřátí TR5 − JR0), je na Obr. 13. Výměna EEV však byla zbytečná, protože příčina chyby byla ve vadném kompresoru – projev EEV v grafu je reakcí regulace na špatný chod kompresoru. Technik si správně uvědomil, že za konstantních otáček kompresoru a stejném průtoku otopné vody může kondenzační teplota JR1 stoupat vysoko nad výstupní teplotu vody TC3 jen díky příliš přivřenému EEV hned za kondenzátorem. Logicky tedy správně vyvodil závěr, že druhý EEV v sérii pro nástřik do výparníku pak nemá dostatek chladiva kvůli prvnímu EEV, a tak chodí v cyklech nízko i vypařovací teplota. Ale technik už nevěděl, že první EEV za kondenzátorem se takto projevuje proto, že bylo příliš nízké podchlazení, a tak regulace stroje více přivírala EEV pro zvětšení podchlazení. Zapojení, kdy jsou v sérii dva EEV, je velmi specifické, běžně se s ním setkávat nebudete, ale je to jeden z příkladů, kdy EEV může diagnostiku stroje komplikovat kvůli SW a u strojů s TEV jsme nic takového na paměti mít nemuseli.

Obr. 13, Průběh teplot v okruhu chladiva, kde za průběhy nestál vadný EEV, ale poškozený kompresor. Nahoře delší záznam teplot, níže podrobný detail cyklování.

Jako zajímavost uvedu, že před zprovozněním monitoringu na tomto stroji s vadným kompresorem vždy technik z displeje TČ odečítal hodnoty, kdy dle diagnostického nástroje (hodnoty se zadávají ručně) byly veškeré rozdíly teplot okruhu chladiva naprosto v pořádku. Jak ale vidíte z cyklování v Obr. 13, byla opravdu velká náhoda, že ručním záznamem technik vždy hodnoty změřil ve fázi, kdy rozdíly teplot byly ještě O.K. Zkrátka průběhy teplot v čase pro komplexní pohled chyběly, a přitom byly pro kompletní diagnostiku zásadní. Při ručním zapisování všech hodnot se běžně soustředíte na co nejrychlejší zápis, ale už nemáte prostor si pohodlně všímat teplotních změn. A když se zrovna vámi zvolený interval opisování hodnot shoduje s cyklováním teplotních průběhů a začnete v bodě, kdy jsou teploty v pořádku, stane se, že stroj vám dle měření přijde vždy bezvadný. Že je vadný kompresor se tedy zjistilo vlastně vylučovací metodou, když čidla s kabeláží i regulační deska byly v pořádku, množství chladiva bylo O.K. a byl instalován nový EEV. Pak už v případě chyby vysoké teploty horkého plynu není jiná možnost než vyměnit kompresor. U starších ON/OFF strojů, pokud je špatný kompresor, tak bývá běžně malý rozdíl mezi teplotou vzduchu a výparnou teplotou a k takovýmto skokům přehřátí nebo teploty horkého plynu nedochází a poznat vadný kompresor je lehčí. Zde tedy vidíte podstatný fakt v otázce diagnostiky u strojů s EEV, kdy musíme mít na paměti vždy i problematiku SW.

A tady je zásadní moment, pro který hlavně starší technici s nostalgií vzpomínají na staré TEV, u kterých diagnostika vadného TEV byla poměrně jednoduchá. Jsou mezi výrobci TČ s EEV známy případy, kdy se v rámci řešení chyby nízkého tlaku chladiva překontrolovalo množství chladiva, přeměřily se cívky EEV, vyměnila se regulační deska, vyměnil se fyzicky EEV a chyba nízkého tlaku chladiva se stále sem tam objevila – a to z důvodu SW, který EEV někdy moc zavřel. Podobně může být technik v problémech, kdy je EEV vlivem SW naopak moc otevřen a do kompresoru tak jde kapalná složka chladiva. Technik by se na takové instalaci mohl rozkrájet, ale bez pomoci továrny ohledně úpravy SW či změny továrního nastavení nemá šanci problém vyřešit. Nejlepší výrobci mají SW perfektně odladěn, takže ví, jaký vývoj má mít přehřátí v jednotlivých provozních situacích, včetně přechodových jevů, a tak se chyba poukazující na EEV přisuzuje zpravidla správně samotnému EEV, a ne regulaci.

Pokud technik nemá k dispozici monitoring s možností vyvolání grafů a má spadeno na chybu v rámci EEV, musí přemýšlet zhruba takto:

• Neuteklo chladivo? Lze identifikovat např. pomocí mastnoty v bezprostřední blízkosti okruhu chladiva. Má smysl o množství chladiva přemýšlet tehdy, kdy máme nízké vypařovací teploty a vysoké přehřátí chladiva spolu s vysokou teplotou horkého plynu a pokud mastnotu nevidíme, pokračuje se dále.
• Není nějaká chyba v kabeláži EEV nebo čidel pro určení přehřátí chladiva? Špatný kontakt na konektorech (dotek, rez), přerušený kabel, atd.
• Je dobře osazen pohon na EEV? Pohon je na ventil uchycen zpravidla buď centrálním šroubem, nebo musí zapadnout do důlků na těle ventilu.
• Jaký je odpor cívek pohonů EEV? Běžně bývá pěti- či šestižilový kabel pohonu, který má 4 cívky, a tedy je potřeba provést 4 měření jejich odporu. Např. u pohonu z obr. 2 musí být naměřen odpor každé cívky proti šedému vodiči cca 46 Ohm (±3 Ohm). Pozn.: tzn. že při napětí 12 V DC je proud jednou cívkou při jejím buzení 0,26 A.
• 
  Obr. 14, Permanentní magnet na ruční testování EEV
  Jaký je zvuk EEV za jeho chodu? To musí mít člověk naposloucháno, ale pouze jednou jedinkrát jsem zažil, že EEV se v testu vůbec nehnul, protože ho chlaďař při předchozím neopatrném pájení přehřál a musel být vyměněn znovu. Jen jednou jsem slyšel ventil zadrhnout při jeho testu, asi 2× EEV kvílel jako když zatížíte polenem cirkulárku a EEV musel být vyměněn. Běžný zvuk ventilu z obr. 2 zní přibližně takto: „vrum-vrum-vrum-vrum-ta-ta-ta-ta-ta“. Část „…ta-ta-ta-ta-ta“ vlastně znamená, že ventil je již v krajní poloze, tedy buď maximálně uzavřen, nebo otevřen. Výrobci EEV samozřejmě vždy prezentují, jaký počet pulzů je potřeba pro překonání celého zdvihu ventilu a také kolik pulzů navíc lze na pohon poslat.
• Pomocí magnetu (obr. 14) při sundaném pohonu lze ventilem ručně pohybovat (za klidu kompresoru) a při troše štěstí lze zaznamenat zadrhnutí ventilu v určité poloze, ventil je pak na výměnu
• Občas technik dokáže zjistit vadný EEV poklepáním na EEV za běhu stroje – ventil se pak může zaseknout a TČ spadne do chyby. Hodně zde závisí na poloze ventilu, ve které na ventil zaklepete – pokud je poškozený závit jehly zrovna při testu nad závitem pevné části, nemusí poklepání v danou chvíli nic způsobit – stejně tak, když zrovna na pohon nejde žádný povel a ventil je ve stabilní poloze.
• Není vadná řídicí deska pro EEV? Když je SW v pořádku, může být problém např. v HW desky a můžete přehrávat SW desky jak chcete a přehrání SW vám pak bohužel nijak nepomůže.

Poruchovost EEV

Poruchovost EEV je podobně jako u TEV velmi malá. Za ty tisíce strojů s těmito ventily jsme vyměnili v podstatě jednotky kusů EEV a s odstupem času musím říct, že kolikrát zbytečně kvůli chybě chlaďaře. TČ se po nějakém zásahu do okruhu chladiva (např. pouhá oprava netěsnosti a znovunaplnění chladivem) projevovalo tak, že má nadbytek chladiva, a protože si chlaďař byl jistý tím, že okruh dobře naplnil, rozhodl se pro výměnu EEV, který v daném TČ měl na starost podchlazení kapalného chladiva v kondenzátoru (v onom stroji je jeden EEV pro řízení podchlazení ihned za kondenzátorem, a pak klasický pro řízení přehřátí). Vyměnil dle něj vadný EEV, ale původnímu ventilu vůbec nic nebylo. Důvodem předchozí chyby totiž bylo, že do okruhu před tím chlaďař dostal nějaký nekondenzující plyn, a proto TČ hlásilo nadbytek chladiva. Samozřejmě, chyba se stát může, není to ostuda, ale šlo špatnou náplň lehce identifikovat bez potřeby výměny jakéhokoliv dílu, a hlavně bez potřeby pájení, viz 4. kapitola v dílu Diagnostika okruhu chladiva při vypnutém kompresoru.

Přečtěte si také Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 9: Diagnostika okruhu chladiva při vypnutém kompresoru Přečíst článek

Když už byl EEV vadný, TČ hlásilo většinou nízký tlak chladiva na sání kompresoru, protože EEV byl moc uzavřen. 3× za chybou nízkého tlaku chladiva stála regulační deska, která EEV sice otevírala v testu funkce, ale neotevírala ho na startu kompresoru. Jednoduchou výměnou desky bylo po problému. Naopak chybu nízkého přehřátí chladiva kvůli příliš otevřenému EEV jsem zažil asi jen 4× a na vině stál opravdu vadný EEV. Pohon EEV byl vadný přímo jen jednou a v jednom případě do jeho konektoru zatekla voda a bylo potřeba ho vyměnit. Vidíte tedy, že pokud před lety při zavádění EEV byly obavy o velkou poruchovost EEV v budoucnu, potvrzuje se, že to byly obavy liché, alespoň v rámci zkušeností za IVT. Zároveň je potřeba zmínit, jak velkou kvalitu musí mít elektronika řídicího regulátoru EEV, pokud je na pohon EEV posíláno třeba 30 pulzů za 1 sekundu, přitom výrobcem EEV je teoreticky možno posílat i 90 pulzů za sekundu v maximu. S přihlédnutím k těmto faktům je opravdu obdivuhodné, že za těch 10 let a tisíce strojů s těmito regulátory jsme kvůli uzavřenému EEV na startu kompresoru vyměnili pouhé 3 regulační desky a jindy se chyba v elektronice desky pro EEV neprokázala.

Závěr

Hlavní přínos EEV ve vztahu k COP/SPF díky nižším hodnotám přehřátí chladiva (blízko 0 K) bývá u předních výrobců nejlépe vidět až za nižších vypařovacích teplot, typicky pro TČ vzduch/voda, kdy i kompresor je ve vyšších otáčkách. Za nižších otáček kompresoru kolikrát přehřátí chladiva s EEV není tak nízké, jak si může někdo myslet, a přehřátí na sání kompresoru tak nemusí být za každou cenu nižší než u TEV – záleží na konkrétním stroji a výrobci. Řízení EEV se neobejde bez velmi zodpovědného naprogramování regulátoru výrobcem TČ, do kterého by mimo továrnu nemělo být nikdy zasahováno. U nejlepších výrobců TČ není ve spojení s EEV nutno tento ventil při uvedení TČ do provozu nějak dolaďovat, protože si ho odřídí a zkalibruje samotná regulace TČ. Jak víte z dřívějšího článku o TEV, tak u něj se po jeho výměně musí alespoň zkontrolovat dosahované přehřátí a v případě potřeby ho případně doladit – takže v tomto směru je výhoda EEV neoddiskutovatelná. S TEV se budete setkávat spíš už jen na starších strojích, kde však jsou prověřeny svou skvělou funkcí i okolo 25 let spolehlivého provozu, zejména u TČ země/voda s ON/OFF kompresory. Že mohou EEV sloužit podobně dlouho, aktuální statistiky podporují. Pro poctivou diagnostiku strojů s EEV se bez kvalitního monitoringu s intervalem zápisu hodnot ideálně do 3 sekund často neobejdeme, pokud nechceme jít jen cestou „pokus-omyl“ a prodlužovat tak vyřešení servisu.