Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 9: Diagnostika okruhu chladiva při vypnutém kompresoru

Úvod

Velké množství servisních techniků tepelných čerpadel by rádo více porozumělo teplotám v okruhu chladiva za běžícího kompresoru. Málokdo však ví, že jednodušší cesta k porozumění okruhu chladiva vede přes jeho diagnostiku za vypnutého kompresoru, což může technikovi ušetřit dost práce a starostí. Takže ačkoliv se může zdát koukání „do“ okruhu chladiva při vypnutém kompresoru za nudné, je velmi užitečné, protože technikovi dává do budoucna teoretický základ k porozumění jevů při běžícím kompresoru.

1. TČ stojí ještě hydraulicky a elektricky nezapojené ve skladu

Základ pro porozumění dějům v kompresorovém okruhu je pochopení významu tzv. vypařovací a kondenzační teploty chladiva – teploty jsou jakýmsi „zrcadlem“ teplot v bezprostředním okolí TČ. To lze demonstrovat na jakémkoliv TČ, které ještě není připojeno a stojí dostatečně dlouho v nějakém skladu s konstantní vnitřní teplotou – viz obr. 1. Na obr. 1 je schéma okruhu TČ vzduch/voda IVT Air X, které pracuje s chladivem R410A. Žlutě označené hodnoty jsou teploty měřené příložnými teplotními čidly – ty nás nyní nezajímají. Naopak nás zajímají dvě zeleně označená čidla – tzv. tlaková čidla:

JR0 – tlakové čidlo měřící vypařovací tlak na sání kompresoru, tlak je regulací okamžitě převeden na tzv. vypařovací teplotu chladiva

JR1 – tlakové čidlo měřící kondenzační tlak na výtlaku kompresoru, tlak je regulací okamžitě převeden na tzv. kondenzační teplotu chladiva

Obr. 1: Teploty a tlaky v okruhu chladiva, když je TČ ve skladu s konstantní teplotou vzduchu 15 °C a kompresor stojí

Na obr. 1 je uveden příklad měření na TČ, které dostatečně dlouho stojí zabalené ve skladu s teplotou okolí +15 °C. Pak se musí všechny teploty v okruhu chladiva vyrovnat s teplotou okolního vzduchu včetně aktuální vypařovací (JR0) a kondenzační (JR1) teploty, které závisí na tlaku chladiva. Současně tak tlak chladiva při vypnutém kompresoru závisí jen a jen na teplotě okolí – a to na obou stranách kompresoru. Vidíte tedy, že vypařovací teplota JR0 a kondenzační teplota JR1 je přesně 15 °C a odpovídá tak přesně teplotě vzduchu ve skladu. Pokud by v jednotce bylo málo chladiva nebo snad bylo použito chladivo jiného typu než R410A, tak by se teploty JR0 a JR1 lišily od teploty okolí, protože v okruhu by byl jiný tlak, než má příslušet dané teplotě +15 °C. Diagnostika ve skladu vás zřejmě nikdy nečeká, ale je dobré tuto návaznost znát.

2. TČ je mimo provoz a běží dotopový elektrokotel

Se stojícím TČ z důvodu ať už ochrany kompresoru nebo nějaké závady na instalaci se již setkat můžete (viz Obr. 2). Pak vás může zajímat, zda vypařovací a kondenzační teploty v okruhu odpovídají realitě na instalaci, např. při chybě nízkého tlaku chladiva. Na Obr. 1 jste viděli, že teploty JR0 a JR1 musí odpovídat za vypnutého kompresoru teplotě okolí – všude okolo bylo +15 °C, čili i JR0 a JR1 musely odpovídat +15 °C, což je jednoduché.

Obr. 2 Teploty a tlaky v okruhu chladiva, když je TČ již nainstalováno, kompresor stojí, topná voda má 50 °C a venku je −15 °C

Jaké však budou teploty JR0 a JR1, když venku je −15 °C, ale topná voda proudící skrz kondenzátor má např. 50 °C? Bude to −15 °C; 50 °C nebo snad průměr těchto teplot?

Když se kompresor vypne a stojí např. 30 minut, budou teploty JR0 a JR1 cca odpovídat teplotě venkovního vzduchu TL2 = −15 °C. Důvodem je, že po vypnutí kompresoru se tlaky JR0 a JR1 vyrovnávají, „přísun“ tepla od topné vody je velmi malý, a tak se chladivo na výparníku bez problémů stíhá ochlazovat o okolní vzduch, a tak nemůže tlak v okruhu vystoupat na hodnoty odpovídající vyšší kondenzační teplotě. To by mohlo nastat pouze při zcela zavřeném exp. ventilu a tlakově odříznutém výparníku.

Že za vypnutého kompresoru nemá na kondenzační a vypařovací teplotu vliv běžící elektrokotel lze vidět i v grafu na Obr. 3. I když je otopná voda (TC0 a TC3) o cca 10–13 Kelvin nad teplotou vzduchu TL2, tak je TL2 v podstatě srovnaná s vypařovací a kondenzační teplotou (liší se jen díky určitě toleranci čidel). Přívod tepla do okruhu chladiva z topné vody přes kondenzátor za stojícího kompresoru je velmi malý – teplo se stíhá odvádět na lamelovém výměníku (při vytápění má funkci výparníku), kde chladivo kondenzuje.

Obr. 3 Graf: Vypařovací/kondenzační teploty JR0/JR1 odpovídají TL2 i když topná voda má mnohem vyšší teplotu než teplota vzduchu

3. TČ je mimo provoz a nemá dostatek chladiva

Obr. 4 Únik chladiva, protože vypařovací a kondenzační teplota je hluboko pod teplotou okolí za vypnutého kompresoru

Za klidu kompresoru musí vypařovací teplota JR0 odpovídat teplotě vzduchu na výparníku TL2, tlaky JR1 a JR0 se za klidu stroje také mají shodovat. Ve schématu na Obr. 4 vidíte, že venkovní teplota je 10 °C, ale za klidu stroje jsou JR0 = JR1 = −31 °C. Tzn., že tlak v okruhu odpovídá mnohem nižší teplotě okolí (jako by v okolí TČ bylo −31 °C) a příčinou je tedy únik chladiva (resp. jeho podstatného množství). Nejčastěji je problém v netěsném servisním ventilu, výjimečně např. v nějakém pájeném spoji či např. v prasklém výměníku. Je dobré vědět, že únik chladiva je provázen i únikem oleje, což se projeví mastnotou povrchů, které jsou úniku vystaveny, viz např. Obr. 5.

Servisní ventilky poprskané olejem

Mastná vana od oleje

Obr. 5 Mastná místa od oleje zasažená únikem chladiva

Důležitá poznámka

Chladivo R410A je poměrně zrádné. Kolikrát může utéct např. 50 % náplně chladiva a za klidu kompresoru budou teploty TL2, JR0 i JR1 stejně shodné. Je to dáno tím, že chladivo R410A má velmi malý teplotní skluz (mezi počátkem a koncem vypařování se teplota v podstatě nezmění). R410A je směsí chladiv R32 a R125, kdy chladivo R125 ve směsi tlakově téměř nepřispívá. Takže když tlakově srovnáte chladiva R410A a R32, tak se téměř neliší. Při postupném úniku chladiva R410A se tedy tlak směsi dlouho podstatně nemění. Proto až když chybí téměř všechno chladivo, tak se vypařovací/kondenzační (JR0/JR1) teploty za klidu kompresoru dostanou významně pod teplotu TL2. V případě např. chladiva R407C se únik chladiva dle teplot za klidu kompresoru dá poznat mnohem snáz a rychleji, protože toto chladivo má významný teplotní skluz, takže únik chladiva se na tlaku zbývající směsi projeví rychleji.

4. TČ je mimo provoz a je naplněno zřejmě jiným chladivem

Obr. 6 Když je TČ naplněno něčím jiným než jen čistým chladivem R410A kvůli chybě při chlaďařském zásahu

Jak bylo již několikrát zmíněno, má vypařovací teplota JR0 a kondenzační teplota JR1 za vypnutého kompresoru odpovídat teplotě vzduchu TL2. Pokud vidíte, že vypařovací a kondenzační teploty jsou za vypnutého kompresoru trvale o několik Kelvin nad teplotou vzduchu (zde TL2), znamená to, že v okruhu chladiva je spolu s chladivem R410A navíc ještě nějaký jiný plyn (běžně buď vzduch nebo dusík). To se může stát tehdy, kdy se chlaďař snaží zákazníkovi ušetřit peníze, odsaje původní chladivo do nějaké své domněle vyvakuované lahve a toto chladivo dá zpět do okruhu. Bohužel se může stát, že vyvakuovaná lahev přes ventil přisaje nějaký vzduch, nebo chlaďař může udělat nějakou chybu při vakuování ať už okruhu nebo hadic, a tak v TČ je ve skutečnosti něco jiného než pouze čisté chladivo R410A. Taková směs může způsobit, že se TČ trvale chová „divně“ za provozu kompresoru: např. vypařovací teplota JR0 je příliš blízko teplotě vzduchu TL2 (někdy je vypařovačka dokonce nad teplotou vzduchu), nebo kondenzační teplota JR1 je moc vysoko nad teplotou výstupní vody TC3 a TČ hlásí poruchy Vysokotlakého presostatu či chyby Příliš mnoho chladiva. Řešením je neurčitou směs chladiva a neznámého plynu odsát, okruh chladiva vyvakuovat a okruh chladiva naplnit zcela čistým chladivem R410A. Obvykle nemá technik moc prostoru stát u stroje „x“ hodin s vypnutým kompresorem a čekat, zda se k sobě přiblíží zmiňované teploty. Pro tyto účely je vhodné použít dálkový monitoring, díky kterému můžeme odhalit, že je v okruhu „něco jiného“ než jen čisté chladivo (viz Obr. 7 pro stejný případ jako je na Obr. 6).

Obr. 7 Graf: Když je TČ naplněno něčím jiným než jen čistým chladivem R410A kvůli chybě při chlaďařském zásahu

Na grafu z monitoringu je jasně vidět, že vypařovací a kondenzační teploty se za klidu kompresoru sice navzájem rovnají, ale jsou více než 5 Kelvin nad teplotou vzduchu – což je nesmysl, protože má platit JR0 = JR1 = TL2 (viz několikrát dříve). Jasný důkaz, že buď špatně měří čidla JR0/JR1 (Proč by však ukazovala stejně? Nebude tedy vadná regulační deska.) nebo čidlo TL2. Nicméně hodnota čidla TL2 je stejná jako hodnota venkovní teploty z čidla na fasádě, a tak vše směřuje na to, že skutečně je chyba v náplni chladiva, kdy se spolu s chladivem R410A nachází v okruhu jiný plyn, který svým parciálním tlakem zvyšuje celkový tlak chladiva v kompresorovém okruhu. Skutečně v tomto případě udělal chlaďař chybu, TČ se projevovalo chybou příliš mnoho chladiva – stačilo okruh poctivě vyvakuovat, naplnit čistým, novým chladivem a TČ běhá bez problémů dál.

Závěr

Ačkoliv se článek dle názvu mohl zdát jako nudný, doufám, že zájemcům pomůže k efektivnější diagnostice a práci s okruhy chladiva.