Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 4.: Zanesené kondenzátory a filtrace
Optimální funkce pracovního okruhu s chladivem je základním předpokladem efektivity tepelného čerpadla. Funkci mohou negativně ovlivnit různé materiály v otopné soustavě, koroze, kvalita a způsob filtrace otopné vody aj.
Zanesené kondenzátory
Kondenzátor je speciálně řešený výměník tepla, který musí snášet velké tlakové rozdíly. Na jedné straně jeho teplosměnné plochy se při průtoku ohřívá zpravidla otopná voda s přetlakem v jednotkách barů, běžně do 3, výjimečně výše. Na druhé straně výměníku je chladivo s přetlakem v desítkách barů a v případě chladiva CO2 tlak přesahuje i sto barů. Do kondenzátoru vstupuje chladivo ve formě mírně přehřátých par, ochlazuje se, kondenzuje a pak vytéká. V praxi lze objevit více různých konstrukcí kondenzátorů, i využívajících potrubí. Avšak u nejvíce používaných chladiv se z praktických důvodů pro kondenzátor používají deskové výměníky z ušlechtilé korozivzdorné oceli. Je to dáno jejich velkou kompaktností, vysokým poměrem přenášeného tepelného výkonu vzhledem k prostoru, který deskový výměník pro svou instalaci potřebuje a dále velmi příznivým poměrem mezi požadovanými vlastnostmi, cenou a standardizovanou kvalitou při velkosériové výrobě.
Kompaktnost kondenzátoru a vysoký přenášený výkon se do konstrukce promítá v tom, že kanálky, kterými proudí otopná voda, jsou rozměrově malé. Návrh jejich tvaru je optimalizován jak z hlediska vysokého přestupu tepla, tak s ohledem na rychlost proudění vody, které musí být dostatečně intenzívní i v nejužších místech kanálku. Konstruktéři však nemohou ovlivnit vlastnosti otopné vody. Na jedné straně tak stojí konstruktér využívající všechny dostupné znalosti fyzikálních procesů a využívá nejpokročilejší softwarové systémy modelování proudění tekutin a par. Na druhé straně je řemeslník, případně provozovatel, který někdy není ochoten dodržet ani základní požadavky na vlastnosti otopné vody.
Obr. Ukázka z chemického čištění kondenzátoru
Tvrdá voda
Proto se u TČ ve stáří cca 10 až 13 let při snížené kvalitě otopné vody objevují zanesené kondenzátory. Jednou z příčin jsou vápenatohořečnaté usazeniny z tvrdé vody. Do kondenzátoru se dostávají při plnění soustavy vodou ze studen nebo z rozvodu tvrdé pitné vody, což je poměrně častý případ poměrů v České republice. Pak se musí kondenzátory chemicky čistit. Chemické čištění je založeno na rozpouštění usazenin působením zpravidla organických kyselin. Přestože je kondenzátor z ušlechtilé oceli, proces čistění nikdy není proveden tak, aby se kondenzátor svými vlastnostmi plně vrátil do stavu od výrobce. Zásadní je proto prevence, dodržení požadavku výrobce TČ na tvrdost a případně alkalitu otopné vody (index pH), který je v návodu k uvedení do provozu a obsluze.
Přívody otopné vody ke kondenzátoru se musí rozpojit. Kondenzátor se hadicemi propojí s čisticí stanicí. V její nádrži je chemický roztok, jehož cirkulaci mezi stanicí a kondenzátorem zajistí speciální čerpadlo odolné působení roztoku. V jednodušším případě se proces nechá probíhat po zvolenou dobu, v lepším případě se posuzuje i rychlost změn chemického složení roztoku a z nich se odvozuje ukončení čistění.
Magnetit
Obr. Na dlani jsou poměrně velké „šupinky“ magnetitu zachycené filtrem ze starší otopné soustavy
Obr. Příklad rozebraného odkalovacího filtru s magnetem uvnitř
U nových otopných soustav s TČ, které bývají obvykle napojeny na podlahové vytápění, se problém s magnetitem zpravidla nevyskytuje. Magnetit je produkt koroze prvků obsahujících železo. Podlahové soustavy jsou zhotovovány z plastového potrubí certifikovaného pro toto použití, ojediněle měděného, spojovací prvky a armatury jsou z mosazi nebo bronzu, případně ušlechtilé korozivzdorné oceli.
Zcela jiná situace panuje u otopných soustav s ocelovými nebo litinovými otopnými tělesy jak v nových, tak stávajících budovách, ve kterých se jako nový zdroj tepla použije tepelné čerpadlo. Z pohledu ekonomiky provozu, ekologie a většinou i možnosti získat státní podporu má instalace TČ i v takovém případě smysl. Je však nutné věnovat pozornost nejen teplotním poměrům v otopné soustavě, které ovlivňují energetickou efektivitu provozu TČ, ale i materiálovému provedení otopné soustavy. Ve stávajících soustavách se zpravidla vyskytuje mnoho železa (litinová či desková otopná tělesa, potrubí) a vzhledem k délce předchozího provozu se v nich mohou vyskytovat usazené kaly.
Magnetický odlučovač nečistot DUCO DDS
Nové generace úsporných oběhových čerpadel jsou vybaveny permanentními magnety, které jsou velmi citlivé na nečistoty, způsobené tvorbou oxidů železa (tj. částečkami železa nebo magnetitu). Tyto nečistoty zvyšují opotřebení čerpadel, riziko poruch, spotřebu energie a zkracují jejich živostnost. Tomu všemu může zabránit instalace magnetického odlučovače nečistot DUCO DDS (PDF ke stažení).
Dodáváme s připojením Cu 22 nebo 28 mm na svěrné šroubení, nebo vnitřním G1“ závitem.
www.ducotech.cz
Obr. Příklad odkalovacího filtru s magnetickým kroužkem umístěným vně. Při odkalování se kroužek posune dolů a tím se uvolní magnetické částice zachycené na vnitřní stěně filtru v místě kroužku a snadno se při proplachu filtru spláchnou dolů.
Magnetit se negativně projevuje nejen zanášením, ale i brusným účinkem. Poškozuje sedla ventilů, těsnicí plochy kohoutů i původně hladké plochy výměníků. Protože je magnetický, zachytává se i v moderních vysoce úsporných oběhových čerpadlech se silnými permanentními magnety. Zachytávání magnetitu z otopné vody a jeho odvádění při odkalování filtrů je základním předpokladem bezporuchové činnosti TČ v takových případech.
Při instalaci TČ by proto mělo být standardem instalovat na straně otopné vody nejen hrubé sítkové filtry, ale filtry schopné zachycovat i velmi malé částice magnetitu. To znamená použít filtry s velmi jemnými filtračními vložkami až 100 mikronů. Případně filtry založené na principu tangenciálního odlučování částic vybavené silným magnetem a dostatečně velkým prostorem pro zachycení kalů.
V souvislosti s prováděním výměny filtrační vložky, případně jejího plně automatizovaného proplachu, stejně tak s odkalováním zachytávačů magnetitu je důležité si uvědomit, že dojde k určitému úniku otopné vody. Ta musí být doplněna. A zde se vracíme do úvodní části článku – doplňovaná voda musí mít parametry předepsané výrobcem TČ.
Vzhledem k tomu, že výrobci TČ své požadavky přesně specifikují v návodu k instalaci a obsluze, tak nedodržení kvality vody, kterou je otopná soustavy plněna, vede až ke ztrátě záruky.
Závěr
Dlouhodobý energeticky i ekonomicky výhodný provoz tepelného čerpadla vyžaduje věnovat pozornost všem technickým aspektům. Jak bylo ukázáno, i na straně otopné soustavy mohou vznikat zárodky problémů, které negativně ovlivní očekávání provozovatele.
