Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 18: Nejčastější příčiny poruch kompresoru

A. Proč jsou závady na kompresorech závažné

Kompresor je srdcem každého, elektrickým, ale i plynovým motorem poháněného TČ. Nikoho tedy nepřekvapí, že jakákoliv závada na kompresoru je velmi nepříjemná zejména z těchto důvodů:

• Po dobu závady na kompresoru dům vytápí provozně dražší zdroj, zpravidla elektrokotel.
• Cena nového kompresoru bývá často nejvyšší, resp. jednou z nejvyšších.
• Ačkoliv kompresory mají při správném návrhu obecně dlouhou životnost, u frekvenčně řízených strojů může vadný kompresor způsobit závadu i na frekvenčním měniči (i když to je v případě dobrých měničů zřídka viděná situace), který je kompresoru svou cenou dost blízký, klidně i dražší, a servisní náklady pak citelně rostou.
• Pokud je kompresor poškozen v prvních letech provozu, popř. odejde krátce po uvedení do provozu, zákazník si může udělat mylný názor, že TČ obecně jsou nespolehlivé stroje. Tuto svoji frustraci ještě „nejlépe“ rozhlásí prostřednictvím sociálních sítí do širokého okolí. Tím trpí nejen samotná instalační firma, protože tak může zbytečně přijít o potenciální zákazníky, ale zároveň trpí i značka dodavatele TČ. Výrobce na instalaci u zákazníka nemá přímý vliv a nemá ani možnost obhájit svůj stroj. Samozřejmě je pak obecně poškozena i pověst TČ, přestože většinou používají velmi kvalitní kompresory (většinou rottary, twin rottary a scroll) od předních výrobců, např. Mitsubishi, Copeland či Danfoss. Výrobci kompresorů už se na instalaci před zákazníkem nemohou obhájit vůbec. Přitom už ale nikdo nezmiňuje, že kompresor dost možná odešel jen kvůli nevhodnému provozu TČ vyvolanému nevhodným řešením vazby tepelné čerpadlo – napojená soustava.

B. Příčiny nevhodného provozu kompresoru

Nevhodný provoz kompresoru bývá způsoben nejčastěji:

1. Špatným návrhem poměru výkonu TČ k tepelné ztrátě.
   Když je TČ předimenzováno, kompresor má více startů (zejména ON/OFF stroje), nebo běhá na příliš nízké otáčky dlouhou dobu, tak se frekvenčně řízený kompresor může špatně mazat (měl by ohlídat SW stroje na základě podkladů výrobce kompresoru). Když je TČ výkonově na objekt poddimenzováno, může mít zejména frekvenčně řízený kompresor příliš mnoho provozních hodin na vysokých otáčkách kompresoru. Je totiž obecně známo, že frekvenčně řízeným kompresorům nesvědčí provoz, kdy běží na vysoké otáčky po dlouhou dobu. Typickým příkladem může být TČ vzduch/voda o nominálním topném výkonu 17 kW, které přišlo sérií pochybení do objektu s výpočtovou tepelnou ztrátou 50 kW. 1. kompresor odešel po prvním roce provozu a 2. kompresor odešel po následující topné sezoně. Problémem by nebyl ani tak vysoký počet provozních hodin (necelých 8000 h/rok), ale hlavně fakt, že kompresor jel téměř celou topnou sezonu na maximum z důvodu nízkého krytí požadovaného výkonu. Pro porovnání – před cca 20 lety se TČ země/voda s on/off kompresory dimenzovala běžně např. jen na 50–60% krytí požadovaného výkonu (to se dnes bere ještě jako bezpečná hranice pro TČ vzduch/voda), ročně proto v průměru naběhala něco okolo 4000–5000 h a běhají s původními kompresory dodnes.
2. Nedodržením doporučených schémat zapojení, kdy např. kvůli nevhodnému umístění hydraulického zkratu (když není instalován akumulátor tepla) TČ natápí topný systém v době, kdy má ohřívat pouze teplou vodu, a kompresor se tak trápí ve vyšších otáčkách, resp. teplotách.
3. Vysokými teplotami otopné vody, tedy např. když TČ pracuje do otopného systému s nevyhovujícími (malými) teplosměnnými plochami. Připomeňme si důležitý fakt, že spousta instalací TČ se dělá zpravidla bez projektu. Takže když se návrh TČ z hlediska výkonu díky vypočtené tepelné ztrátě (ta se často opravdu počítá i bez projektu tzv. obálkovou metodou) podaří, může jeho úspornému provozu zabránit nevhodná otopná soustava, která nebyla chybějícím projektem přezkoumána. Odborné firmy si velikost otopných ploch např. stávajících litinových otopných těles (radiátorů), umí ohlídat a případně zákazníkovi řeknou, že by se případně někde otopná tělesa vyměnila za větší, pokud by nestačila otopná voda do 55 °C při největších mrazech. Občas to samozřejmě dopadne tak, že do nastavení TČ zasahuje sám zákazník a ekvitermní křivku si nastaví i na požadavek 75 °C – typicky to dělá ten, komu nejde o co nejúspornější provoz.
4. V dnešní době se stále více rozšiřují fotovoltaické elektrárny (FVE), jejichž majitelé díky intenzivní marketingové masáži žijí v tom, že „není nic lepšího“, než při dostatku energie z FVE pomocí TČ natopit „nejlépe“ nějakou velkou akumulační nádobu až na 60 °C a výš – a některé neodborné firmy instalující TČ v tom majitele ještě plně podpoří a TČ na takový provoz opravdu nastaví. Výsledkem je, že sice TČ běží v tu chvíli zadarmo na energii z FVE, topný faktor COP v tu chvíli tedy nikoho nezajímá, ale kompresor trpí kvůli mnohem vyšší teplotě otopné vody (např. 60 °C a více), než by bylo běžně potřeba (třeba 35 °C), a zkracuje se tak jeho životnost. Avšak nový kompresor zadarmo bohužel není, pokud není ještě v záruce. Takovým provozem se zcela popírá již minimálně 3 dekády známé pravidlo, že pro co nejdelší životnost by TČ mělo být řízeno ekvitermně, čili aby co nejdelší čas běhalo na co nejnižší teploty otopné vody, a když už má topit na vyšší teploty otopné vody, tak pouze za největších mrazů, popř. do zásobníku teplé vody. Přišla éra FVE, a najednou jako by toto moudré pravidlo neplatilo. Přitom by stačilo otopnou vodu pomocí TČ zvýšit jen o pár Kelvin nad běžný požadavek (třeba z 32 na 40 °C), což je pro TČ v nízkoenergetickém domě, byť s nutností směšování za akumulátorem, ještě přijatelné z hlediska životnosti, a následně může být akumulační nádrž nahřáta výš např. jen s pomocí elektropatrony v dané nádrži.
5. Ovládáním MaR, kdy kompresor příliš cykluje. Další problém může být, když nadřazená MaR přepíná 3cestné ventily bez vědomí regulace TČ.
6. Nedostatek chladiva (viz Obr. 1), což zvyšuje teplotu horkého plynu TR6 na výtlaku kvůli nepřirozeně velkému přehřátí chladiva TR5-JR0 v sání kompresoru. Za příliš vysokých teplot horkého plynu TR6 dochází ke karbonizaci oleje a kompresor se pak špatně maže – dovolený max. limit TR6-JR1 (JR1 je kondenzační teplota) by měl být max. do cca 50 Kelvin u chladiva R410A (větší mrazy a vysoká teplota otopné vody). Při úniku chladiva se neztrácí jen chladivo, ale s ním uniká i olej, který je potřebný pro mazání všech třecích ploch kompresoru. Kompresor se tak kvůli nedostatku oleje může nedostatečně mazat, i když horký plyn nebude teplotně na maximálních, alarmových hodnotách, a přitom kompresor trpí a postupem času se může přidřít.
   
   
   
   Obr. 1 Nedostatek chladiva, který se projevuje velkým přehřátím chladiva TR5-JR0 a zároveň obrovským rozdílem mezi teplotou horkého plynu TR6 a kondenzační teplotou JR1
7. Příliš seškrcený termostatický expanzní ventil (TEV) po jeho výměně – pro kompresor je to v podstatě stejné jako nedostatek chladiva.
8. Vadný termostatický nebo elektronický expanzní ventil (EEV), případně nevhodné řízení jeho činnosti, ať už málo nebo moc otevřený. Podrobněji viz články:
   Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 14: Termostatický expanzní ventil
   Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 17: Termostatický vs. elektronický expanzní ventil, díl 1 ze 2
   Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 17: Termostatický vs. elektronický expanzní ventil, díl 2 ze 2
9. Špatný přístup technika chlazení, který např. po spálení vinutí motoru původního kompresoru neověří kyselost oleje a instaluje kompresor nový, který kvůli kyselině a rozjeté korozi v okruhu brzy odejde. Přitom měl být okruh prvně vyčištěn a instalován např. tzv. burn-out filter, pokud po čištění existuje ještě riziko problémů s kyselým prostředím. Za zmínku stojí, že přední výrobci TČ, když v záruce odhalí spálené vinutí motoru kompresoru a olej je kvůli tomu kyselý, tak raději vymění celý stroj, protože neumí mimo továrnu zaručit, že technik okruh před výměnou kompresoru dokonale vyčistí, nebo že použije vhodné neutralizační aditivum pro odstranění kyselosti.

Jsou to výjimky, ale někdy může být problém i v samotné nevhodné konstrukci a systému řízení jeho chodu navrženými výrobcem TČ, např. z hlediska nastavených ochran, řízení oběhových čerpadel, EEV či kompresoru atd.

C. Nedostatečné mazání kompresoru

Jeden z prestižních výrobců kompresorů, Danfoss, veřejně prezentoval své zjištění, že až 30 % reklamovaných kompresorů, které jsou jim vráceny k přezkoumání příčiny a v továrně následně po rozříznutí otevřeny, „umřelo“ kvůli nedostatku oleje! Tzn., že kompresor jako takový nebyl výrobcem kompresoru dodán jako vadný, ale v daném chladicím stroji, do kterého byl instalován, se nedostatečně mazal. Příčin špatného mazání může být vícero:

1. Únik chladiva a s ním spojený únik oleje – viz dříve.
2. Sací potrubí kompresoru má velkou dimenzi, takže chladivo má malou rychlost pro dostatečné unášení oleje zpět ke kompresoru. Příčinou není chyba výrobce, ale chyba při instalaci splitových TČ. Každý výrobce TČ typu split udává potřebné dimenze potrubí, včetně max. povolené délky a převýšení, ale ne vždy jsou doporučení výrobce při instalaci přesně dodržena.
3. Např. u TČ typu split chybí sifony (tzv. pasti na olej), které zachytávají olej v sacím potrubí pro jeho rychlý návrat ke kompresoru při spuštění.
4. Nízké otáčky kompresoru – výrobce TČ běžně dostává od výrobce kompresoru instrukce, na jakých otáčkách kompresor provozovat, např. při startu pro dobré promazání, ale i v průběhu následného provozu, aby měl kompresor vždy dostatek oleje pro své mazání. Proto např. Danfoss má k jejich kompresorům i své frekvenční měniče, jejichž řídicí software zajistí splnění podmínek pro dostatečné mazání. Pokud kompresor vlivem malého odběru tepla běží delší dobu na nižších otáčkách, tak měnič krátkodobě zvýší otáčky kompresoru, aby se kompresor nárazově dobře promazal. Při tom se jednak dříve vrátí vyházený olej rozmístěný v pracovním okruhu zpět ke kompresoru, ale hlavně se tak i snáz distribuuje olej na jeho třecí plochy (hřídel, spirály, písty atd.).
5. Někdy může být problém v cyklování kompresoru. Z kompresoru při jeho běhu vždy část oleje odchází s chladivem do výtlaku a pokud je chod kompresoru krátký, nemusí se dostatečné množství oleje stihnout vrátit zpět do sání kompresoru, a ten se následně nedostatečně maže.
6. Atd.

D. Shrnutí příčin

Vedle hlavních vypsaných příčin poškození kompresoru existují i další možné, i když méně časté. Na všech v odrážkách uvedených příčinách vidíte, jak moc je výrobce kompresoru, resp. jeho kompresor z hlediska doby životnosti v praxi odkázán na následnou odbornost výrobců TČ a prakticky ve stejné míře i projektantů vytápění/chlazení, servisních techniků, a nakonec i zákazníků/provozovatelů, aby kompresor mohl dobře a dlouho sloužit. Když jeden z těchto článků selže/pochybí, pro kompresor to nemusí dopadnout vůbec dobře.

V souvislosti s nevhodným provozem TČ jsem nedávno četl zajímavou větu, která zněla zhruba takto:

„Kompresor jen tak sám od sebe neodejde – kompresor bývá usmrcen!“

Samozřejmě, chyba v továrně na kompresory se stát může, ale výroba je dnes tak zautomatizovaná a přesná, že bych vinu za zničený kompresor továrně dával až na samý konec a spíš bych přemýšlel o špatném provozu stroje než o špatné kvalitě kompresoru.