Zkušenosti z provozu tepelných čerpadel 19: Jak identifikovat vadný kompresor. Díl 2/2

• Jak identifikovat vadný kompresor. Díl 1/2

5. Diagnostika testem výkonu stroje

5.1 Porovnání rozdílu teplot

Tato diagnostika je založena na porovnání ΔT otopné vody na elektrickém kotli určitého výkonu (běží pouze elektrokotel) s ΔT na kondenzátoru TČ při stejném průtoku otopné vody. Čili např. nastavíte otáčky oběhovky na 70 %, spustíte kotel např. na výkon 9 kW a naměříte ΔT na kotli (po pár minutách běhu) např. 8 Kelvin. Pak kotel vypnete, spustíte kompresor se stejně nastavenou oběhovkou na 70 % a opět změříte ΔT (po pár minutách v chodu, třeba 7minutové měření), avšak na kondenzátoru stroje např. 12 K. Z poměru ΔT a výkonu kotle lze vypočítat aktuální topný výkon TČ, tedy:

Porovnáním takto určeného výkonu TČ za teplotních podmínek měření (např. B0 °C/W45 °C) s tabulkovými hodnotami pro stejné teplotní podmínky můžete ověřit, zda vámi měřený stroj dosahuje deklarovaných parametrů. Můžete být i na starších strojích, kde si nepřečtete žádné teploty, a přitom máte podezření na nízký výkon TČ. Opět by pomohlo připojit teplotní příložné sondy (např. TESTO) na výstup a zpátečku a s pomocí popsaného postupu ověřit výkon TČ.

S využitím tlakových i příložných sond také můžete zjistit, zda vypařovací teplota klesá dostatečně pod teplotu nasávaného vzduchu, nebo zda kompresor vůbec „dělá“ nějaký tlakový rozdíl mezi výtlakem a sáním atd.

Za zmínku stojí, že u frekvenčně řízeného stroje musíte při testu výkonu hlídat, zda stroj opravdu vyjel na 100% výkon (pozor: nemusí znamenat 100 % otáček!), pokud testujete jeho maximální výkon za daných teplotních podmínek.

Pozor na skutečnost, že někteří výrobci za vyšších venkovních teplot mohou omezovat max. dovolené otáčky kompresoru pro jeho ochranu, a tak stroj na maximální otáčky dostat nemusíte, a není to chyba. Klidně mohou být max. otáčky kompresoru 7800 ot./min., ale za vyšších venkovních teplot může kompresor být limitován např. jen na 5000 ot./min. a pro tyto otáčky uvede výrobce max. výkon pro danou venkovní teplotu a s ohledem na teplotu otopné vody. Pokud tedy v testu nemůžete překonat např. zmíněných 5000 ot./min., může to být ochrana kompresoru (kompresor je pro dané teplotní podmínky na svém továrnou povoleném maximu otáček), ale měli byste toto v případě pochybností ověřit u samotného výrobce TČ.

Setkal jsem se se zajímavým problémem, kdy zákazník reklamoval nízký topný faktor stroje, ale regulace nehlásila žádnou poruchu a dotopový elektrokotel se vůbec nepřipínal a kompresor stíhal dům stále vytápět. Ve skutečnosti byl kompresor mechanicky poškozený a měl větší odběr elektrické energie. Záludnost byla v tom, že frekvenční měnič kompresoru sice posuzoval a hlídal max. dovolený proud pro napájení motoru kompresoru, ale dostatečně vysokého odběrového proudu pro vyvolání alarmu se běžně dosahuje až za vyšších otáček kompresoru. Přitom na dostatečně vysoké otáčky se však kompresor kvůli rezervě v průběhu topné sezóny nedostal, a tak chybu nadproudu stroj nehlásil, i když měl kompresor mechanický problém. Až když se stroj pomocí vysokého požadavku přinutil běžet na 100 % otáček, pak došlo k poruše vlivem nadproudu a bylo potřeba vyměnit kompresor.

5.2 Zajímavý problém s nízkým výkonem kompresoru

Pozor u frekvenčně řízených strojů, které jsou někdy „příliš chytré“ a když se jim „něco nezdá“, tak omezí svůj výkon, ale třeba ani nehlásí alarm. Potom je servisní technik při diagnostice vystaven pouze velkému množství parametrů, nemusí se tak v nich vyznat a neví, na co se tedy zaměřit. Zažil jsem stroj vzduch/voda (Obr. 11), který běžel jen na 45 % otáček kompresoru a připínal si elektrický dotop na 3 kW, i když venku bylo 5 °C, přitom předchozích 7 let stroj topil sám bez potřeby dotopu až do −10 °C.

Obr. 11 Vadné příložné čidlo TR5 v sání kompresoru způsobilo, že bylo měřené vysoké přehřátí TR5−JR0 a EEV VR1 se tak příliš otevřel ve snaze toto přehřátí snížit. Výsledkem byl nástřik kapaliny až do kompresoru, a proto byl horký plyn TR6 srovnaný s kondenzační teplotou chladiva JR1

Na sání bylo dle interních čidel TČ obrovské přehřátí par chladiva TR5−JR0 = 32 Kelvin (jako když máme málo chladiva nebo EEV hodně škrtí průtok chladiva), ale vypařovací teplota JR0 byla pouhé 3 Kelviny pod teplotou vzduchu, takže na nedostatek chladiva nebo příliš škrcený EEV by to pak nevypadalo. Zároveň teplota horkého plynu TR6 na výtlaku kompresoru byla srovnaná s kondenzační teplotou JR1 na hodnotě 49 °C. Takže na sání to částečně vypadalo, že do kompresoru jde málo chladiva, ale na výtlaku to naopak vypadalo, že chladiva jde do kompresoru příliš, a tedy i částečně v kapalné formě. Výsledky rozdílů teplot na sání a výtlaku kompresoru šly v případě určení příčiny proti sobě.

Příčinou bylo vadné příložné čidlo TR5, které mělo měřit teplotu par chladiva v sání kompresoru, ale tuto hodnotu i za vypnutého stavu ukazovalo kvůli vadnému čidlu TR5 na teplotě okolo 30 °C. Po výměně tohoto čidla se TČ rozjelo do maximálních otáček bez jakýchkoliv problémů.

Bohužel, čidlo se vyměnilo až po tom, co se nepovedlo stroj dostat do otáček, a tedy i vyššího výkonu již s novým kompresorem!!! Sice se na výrobce TČ můžeme zlobit, že neohlásil např. velké přehřátí par v sání kompresoru, nebo snad přímo vadné příložné čidlo, ale nebylo by to k výrobci úplně fair, jelikož:

• Výrobce TČ pro jeho ochranu posuzuje dost poruchových stavů ohledně kompresorového okruhu. Mezi ně by mělo určitě patřit i nízké nebo vysoké přehřátí v sání. Vývojáři však často uvažují tak, že při vysokém přehřátí par chladiva v sání kompresoru bychom měli současně mít i příliš vysokou teplotu horkého plynu, přes kterou lze nedostatek chladiva nebo příliš škrcený EEV také odhalit. Ale horký plyn v našem případě nebyl vůbec příliš vysoko, protože EEV byl ve skutečnosti kvůli velkému přehřátí (když selhalo čidlo teploty par na sání TR5 a regulace tak myslela, že je přehřátí mnohem větší) moc otevřen, takže horký plyn vysoko jít ani nemohl, a tak chyba vysoké teploty horkého plynu navádějící na vysoké přehřátí v sání kompresoru nemohla přijít.
• Zároveň, pro zamezení nebezpečného nástřiku kapaliny do kompresoru tento výrobce správně hlídá, aby horký plyn TR6 nebyl moc nízko nad kondenzační teplotou JR1 (rozdíl min. 20 K) resp. výstupní teplotou otopné vody TC3. Tento poruchový stav zde nastal, ale výrobce to jako chybu taky nehlásil, protože vývojář pro vyvolání chyby používá paralelně podmínku, aby zároveň přehřátí par chladiva v sání kompresoru bylo pod 2 Kelviny. A to nebylo, protože kvůli vadnému čidlu v sání bylo měřeno přehřátí okolo 30 K (v našem případě TR5−JR0K = 32 K) – takže opět nebyly splněny podmínky pro ohlášení alarmu „Nástřik kapaliny do kompresoru“.
• U TČ vzduch/voda může být přehřátí v sání větší za vyšších venkovních teplot, a ještě za nižších otáček kompresoru. Existuje tedy nějaká hranice teplot, kdy to větší přehřátí je v pořádku, a stejně tak existují určité otáčky kompresoru, kdy je větší přehřátí také v pořádku. Tuto hranici někdy není lehké přesně určit, a proto se může leckterý výrobce TČ hláškám o vysokém přehřátí v sání vyhnout, protože by byly planým poplachem. A tak výrobce hodnotu vysokého přehřátí hlídá nepřímo buď s pomocí chyb nízkého tlaku v sání kompresoru (ale ten může být nízký a na straně chladiva nemusí být žádný problém), nebo právě dle vysoké teploty horkého plynu.
• Do nelehké situace se technik dostal i proto, že běžně, když je čidlo vadné, tak ukazuje úplný nesmysl, ale teplota 30 °C není pro technika „odskočená“ jako např. teplota 250 °C nebo −90 °C, které se nikde na TČ nemají objevovat a technika by měly hned „trknout“, že něco nehraje.
• Vidíte, že pokud se to „sejde“, tak není ani naprogramovaná poctivá diagnostika výrobce TČ všemocná.

A tak se opět potvrzuje, jak je důležitá diagnostika dle rozdílů teplot a že ji musíme techniky učit, aby si dokázali dávat věci do souvislostí a dokázali někdy nahradit nebo doplnit vyhodnocení samotné regulace TČ.

Tuto diagnostiku zde technik bohužel úplně nezvládl – mohl totiž výrobci TČ, resp. samotnému stroji dost pomoct a zákazníkovi ušetřit peníze za nový kompresor, pokud by diagnostiku ovládal lépe. Pokud totiž páry na sání kompresoru mají teplotu TR5 = 34 °C, je to dost podezřelé, když si uvědomíte, že se chladivo v sání přehřívá o venkovní vzduch, který má teplotu TL2 = 5 °C. Nad 5 °C by se tedy v našem příkladu páry chladiva v sání přehřát neměly. Je pravda, že jsou i stroje, které potrubím sání kompresoru chladí frekvenční měnič, a tak se páry chladiva v sání mohou teplotně dostat mírně nad teplotu vzduchu, ale rozhodně ne tak, aby přehřátí v sání bylo okolo 30 Kelvin – to je pro kompresory scroll nebo Twin Rottary (s valivým pístem), používané v TČ pro rodinné domy, příliš mnoho. Takto vysoká hodnota přehřátí TR5−JR0 je alarmující a měla technika vyprovokovat k diagnostice, zda je tento rozdíl skutečně dosažen, nebo si čidla vymýšlí. Ostatně, když vyloučíme přehřátí na frekvenčním měniči a víme, že se páry v sání přehřívají o venkovní vzduch, tak venkovní vzduch o teplotě 30 °C moc často v roce nebývá, a už vůbec ne v zimě, proto teplota par na sání okolo 30 °C má vzbudit zájem technika o tuto hodnotu, aniž by byl přímo chlaďař.

Servisní technik by si měl uvědomit, že když je horký plyn TR6 téměř srovnaný s kondenzační teplotou JR1 a zároveň vypařovací teplota JR0 není hluboko pod teplotou vzduchu TL2, tak že příčinou je moc otevřený EEV, protože regulace „si myslí“, že v sání kompresoru je moc velké přehřátí TR5−JR0, a tak se ho snaží velkým otevřením EEV snížit. Výrobce velké přehřátí v sání vlastně neignoroval, EEV otevřel a zároveň vědomě ubral na otáčkách kompresoru, protože „interně“ věděl, že to není standartní stav, avšak regulaci z hlediska hlášení chyb uteklo vadné příložné čidlo na sání, protože „tak špatně“ pro ohlášení vadného čidla toto čidlo neukazovalo a pro chybu „Nástřik kapaliny do kompresoru“ podmínky také nebyly splněny. Na obranu technika jednoznačně uznávám, že tato diagnostika byla náročnější, ale technik, který měl stroj na starost, ji správně zvládnout mohl.

Nutno podotknout, že velké přehřátí v sání spolu s malým rozdílem mezi horkým plynem a kondenzační teplotou Tc můžeme mít i tehdy, kdy je vadné tlakové čidlo v sání kompresoru (Obr. 12, TČ typu země/voda) – pak může TČ zobrazovat nižší vypařovací teplotu To (odvislá od tlakového čidla v sání kompresoru), než je skutečnost, tedy vyšší přehřátí v sání (na obr. 12 značeno SH), opět se proto EEV otevře více než by měl (100%) a kompresor si nasává kapalnou složku chladiva.

Obr. 12 Z důvodu vadného tlakového čidla v sání kompresoru regulace zaznamenává nízký vypařovací tlak Po, a tedy i teplotu To, takže je velké přehřátí chladiva SH, a EEV je proto otevřen na 100 %, což je příčinou nástřiku kapaliny do kompresoru, kdy horký plyn je jen lehce nad kondenzační teplotou Tc

Takový stav (nízko položenou teplotu horkého plynu vůči kondenzační při zobrazovaném velkém přehřátí v sání kvůli vadnému jednomu z čidel na sání) jsem zaznamenal u více výrobců nezávisle na sobě a jako chybu „Nástřiku kapaliny do kompresoru“ to přímo nehlásil žádný z nich. Že nějaké čidlo selže „na půl“, tomu se velká pravděpodobnost moc nedává. Jeden výrobce alespoň ubral na otáčkách kompresoru, ale ostatní nechali jet kompresor jako při běžném provozu.

Za nějakých 10 let posuzování okruhů chladiva šlo o jediné 3 případy, které jsem s takovým projevem zažil, takže pravděpodobnost takové chyby je relativně malá, jelikož poruchovost čidel (ať už tlakových nebo příložných) je u strojů, se kterými mám možnost pracovat, na velmi nízké úrovni.

Ale taková statistika žádného ze zmíněných tří zákazníků v konečné fázi nezajímala, protože viděli, jak se prodlužuje servis, který by měli správně platit (ale proč by platili, když se poruchu nedaří déle opravit, natož aby platili díly, které nepomohly) a ještě narůstá účet za elektřinu, když je kompresor zastupován elektrickým dotopem. Proto je skloubení dobrého výrobce TČ spolu s dobře vyškolenými techniky pro správnou diagnostiku v terénu naprosto klíčové.

Paradoxně a bohužel, dobře propracovaná diagnostika samotné regulace stroje nenutí technika tolik přemýšlet a když se náhodou nesejdou všechny podmínky pro vyvolání alarmu samotnou regulací stroje, je technik často oprávněně zmatený a neví, jak problém řešit.

6. TČ s chladivem R290 (propan)

Některé chyby v návrhu či provozu strojů by v budoucnosti mohly být částečně smazávány čím dál častěji osazovanými TČ s chladivem R290 (propan), které umožňují vyšší výstupní teploty otopné vody než TČ např. s R410A. Takže kompresory strojů s R290 by mohly mít větší potenciál natápět akumulátor tepla na vyšší teploty ve spolupráci s fotovoltaikou či v objektech s malými teplosměnnými plochami otopných těles. Se změnou chladiva a vyššími teplotami souvisí i potřebná životnost mazacího oleje. Jaká však bude doopravdy realita z hlediska životnosti kompresorů provozovaných na vyšších teplotách otopné vody se ukáže v následujících letech po nabrání zkušeností, pokud na to někdo bude mít odvahu.

Proto bych stále volil rozumný a bezpečný přístup, striktně oddělovat ohřev zásobníku teplé vody od potřeb topného systému a tlačit na co nejnižší teploty otopné vody pro co nejlevnější provoz TČ a dlouhou životnost kompresoru. Zapojení kombinovaného zásobníku pro vytápění i přípravu teplé vody (typicky řešení „tank in tank“) by tedy i nadále mělo být rozumnými výrobci a instalačními firmami nedoporučováno.

7. Závěr

Kompresor je srdcem každého elektricky poháněného TČ a jsou na něj kladeny největší požadavky jak z hlediska výrobce TČ pro co nejvyšší COP, tak hlavně ze strany zákazníka pro co nejlevnější provoz. Proto musí být stroj jednak perfektně odladěn ve výrobě, ale i správně nastaven technikem a následně i provozován na reálné instalaci, aby měl kompresor co nejdelší životnost. Nesmíme zapomenout, že pro co nejdelší životnost stroje je dobré preventivně nechat TČ ideálně každý rok zkontrolovat technikem, pokud se sám zákazník o provoz stroje nezajímá a nemá přehled, kolik jeho TČ spotřebovává elektrické energie. Technik pak má důležitou roli, aby správně rozuměl statistickým datům z TČ (provozní hodiny/starty, spotřeba elektrické energie, dodané teplo, poměr hodin naběhaných do teplé vody vs. celkové hodiny atd.), které umí prozradit, jak bylo dosud TČ provozováno. A zároveň aby technik uměl dobře vyhodnotit aktuální provoz kompresorového okruhu z hlediska teplot a ve vazbě např. na otáčky kompresoru/oběhovek nebo procento otevření EEV a mohl tak následně posoudit, zda TČ nevykazuje jakékoliv anomálie.

Zásadní je uvědomění, že regulace sebelepšího stroje nemusí úplně vždy svými ochranami podchytit vše, co brání dobrému provozu stroje – ať už se bavíme o špatném hydraulickém zapojení, chybě nějakého čidla či pomalu se přidírajícímu kompresoru s větším elektrickým odběrem.

Správná znalost technika v prevenci neúsporného provozu TČ je naprosto klíčová jak z hlediska provozních nákladů, tak i z hlediska případných nákladů na servis, když servisní technik při diagnostice hledá příčinu jakýchkoliv anomálií, zejména ve vztahu ke kompresoru.