Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 10: Diagnostika okruhu chladiva za provozu

Rozbor procesů v kompresorovém okruhu za provozu TČ. Podrobný popis jednotlivých bodů pracovního okruhu TČ s rozborem jejich tepelných bilancí včetně p(log)-h diagramu chladiva.

Správně pracující okruh chladiva

Z hlediska základů je pro vysvětlení a pochopení dějů v okruhu chladiva nejlepší využít TČ typu země/voda. Jako vzorové bylo vybráno TČ země/voda IVT PremiumLine EQ E8 (viz obr. 1) s chladivem R410a. Takový stroj má velmi jednoduchý kompresorový okruh (schéma okruhu na obr. 2) s těmito díly:

  • 2× deskový výměník (kondenzátor a výparník)
  • Scroll kompresor Copeland ZH06 – ON/OFF, bez frekvenčního řízení
  • Termostatický expanzní ventil (TEV): Danfoss TUBE 068L0576
  • Filtrdehydrátor (filtr chladiva zachycující i případnou vlhkost)
  • Servisní ventilky
  • Průhledítko
  • 2× oběhové čerpadlo (primární a sekundární strana TČ)

Tento okruh je tedy oproštěn od 4cestného ventilu a dalších expanzních či zpětných ventilů nebo např. sběrače chladiva, které by se jinak nacházely u TČ vzduch/voda. To cestu k pochopení okruhu chladiva ulehčí.

Obr. 1 Vlevo pohled na celé TČ IVT PremiumLine EQ E8 bez krytů, vpravo pohled na kompresorový okruh osazený čtyřmi chytrými sondami TESTO Smart Probes včetně popisu jednotlivých čidel, které tlakově a teplotně odpovídají schématu na obr. 2
Obr. 1 Vlevo pohled na celé TČ IVT PremiumLine EQ E8 bez krytů, vpravo pohled na kompresorový okruh osazený čtyřmi chytrými sondami TESTO Smart Probes včetně popisu jednotlivých čidel, které tlakově a teplotně odpovídají schématu na obr. 2

Hodnoty teplot T6, T8, T9, T10 a T11 jsou změřeny samotnou regulací TČ – jedná se o obyčejná příložná čidla na trubku a měří teplotu v daném místě. Všechny ostatní teploty a tlaky jsou změřeny externími čidly měřidla TESTO Smart Probes, viz obr. 1 a obr. 2.

Obr. 2 Schéma okruhu chladiva se všemi potřebnými čidly pro jeho posouzení. Zelené body 1–7 korespondují s body v p(log)-h diagramu na obr. 3 a v grafu na obr. 4. Pokud vidíte např. bod 3 na dvou místech, uvažuje se, že mezi nimi se tlak a teplota nezmění, stejně tak to platí pro bod 7 (mírné ztráty lze zanedbat).
Obr. 2 Schéma okruhu chladiva se všemi potřebnými čidly pro jeho posouzení. Zelené body 1–7 korespondují s body v p(log)-h diagramu na obr. 3 a v grafu na obr. 4. Pokud vidíte např. bod 3 na dvou místech, uvažuje se, že mezi nimi se tlak a teplota nezmění, stejně tak to platí pro bod 7 (mírné ztráty lze zanedbat).

Na schématu obr. 2 vidíte, že TČ odebírá teplo z nemrznoucí směsi (Primární okruh TČ) o teplotě T10 = 0 °C na vstupu do výparníku TČ a tuto směs ochladí na hodnotu T11 = −3 °C. Toto ochlazení tedy znamená, že teplo z nemrznoucí směsi přestoupilo do chladiva v kompresorovém okruhu. Následně TČ na kondenzátoru ohřívá otopnou vodu (Sekundární okruh TČ) z teploty T9 = 30 °C na hodnotu T8 = 35 °C. Jistě víte, že teplo může dle II. termodynamického zákona vždy proudit pouze z místa o vyšší teplotě do místa s nižší teplotou. Odebrat teplo z nemrznoucí směsi o teplotě T10 = 0 °C a předat ho do vody o vstupní teplotě T9 = 30 °C je tedy možné jen díky kompresorovému okruhu, jehož pracovní cyklus je zjednodušeně popsán v diagramu na obr. 3. V obr. 3 uvedené hodnoty entalpií h1h7 byly pro chladivo R410A vypočteny.

Zjednodušeně řečeno má chladivo ve výparníku na nízkotlaké straně kompresoru obecně vždy nižší teplotu, než má nemrznoucí směs, proto lze nemrznoucí směs na výparníku ochladit a zároveň má chladivo v kondenzátoru na vysokotlaké straně kompresoru obecně vždy vyšší teplotu, než má otopná voda – proto se otopná voda může při průtoku přes kondenzátor ohřívat.

Obr. 3 Kompresorový okruh v p(log)-h diagramu chladiva R410A
Obr. 3 Kompresorový okruh v p(log)-h diagramu chladiva R410A

h1 = 250,87 [kJ/kg]
h2 = 422,63 [kJ/kg]
h3 = 426,52 [kJ/kg]
h4 = 470,23 [kJ/kg]
h5 = 433,06 [kJ/kg]
h6 = 260,28 [kJ/kg]
h7 = h1 = 250,87 [kJ/kg]

 

Co se děje v kompresorovém okruhu

V bodě 1 je do výparníku nastřikována mokrá pára chladiva (směs par a kapaliny) o výparném tlaku 6,82 bar (absolutně), čili teplotně převedeno o teplotě cca −5 °C. Přívodem tepla z přírody (nemrznoucí směsi) se všechna kapalná fáze chladiva odpaří do bodu 2 (To = −4,81 °C, k tomuto bodu je stanovena vypařovací teplota To v TESTO) a páry chladiva se ve výparníku proti teplotě na bodu varu ještě přehřejí do bodu 3 na konečnou teplotu Toh = −0,2 °C (čili přehřátí ∆Toh = −0,2 − (−4,81) = 4,61 K). Kompresor přehřáté páry o teplotě −0,2 °C a tlaku 6,82 bar nasaje, stlačí je, čímž vzroste aktuální teplota vytlačovaných par v bodě 4 na teplotu T6 = 69,5 °C o tlaku 21,3 bar (tlaku 21,3 bar odpovídá teplota počátku kondenzace 35,2 °C (tzv. „Dew point“)). Tyto přehřáté horké páry o teplotě T6 jsou přiváděny do kondenzátoru, kde nejprve předávají teplo do topné vody tak, že se ochladí za poklesu teploty par na teplotu 35,2 °C v bodě 5. Za této teploty začne docházet ke kondenzaci chladiva, kondenzace skončí díky teplotnímu skluzu chladiva (je dán chemickým složením chladiva, u R410a je skluz cca 0,2 K) na teplotě Tc = 35 °C v bodě 6 (tzv. „Bubble point“, pro tento bod je stanovena kondenzační teplota Tc v TESTO). Na kondenzátoru/potrubí následuje ještě podchlazení kapaliny do bodu 7 na teplotu Tcu = 30,1 °C, čili podchlazení chladiva ∆Tcu = 35 − 30,1 = 4,9 K. Poté chladivo prochází expanzním ventilem, který nastřikuje chladivo do výparníku v bodě 1. Nastává tak nový chladicí cyklus.

Teplotní poměry na obou výměnících TČ lze vyjádřit i v grafu na obr. 4.

Obr. 4 Průběh teplot na výparníku a kondenzátoru – patrné je protiproudé zapojení obou výměníků
Obr. 4 Průběh teplot na výparníku a kondenzátoru – patrné je protiproudé zapojení obou výměníků
 

Jak můžeme vědět, že takto okruh chladiva funguje správně?

Toto je častý dotaz servisních techniků. Bohužel většina z nich, minimálně v 99 % případů, nemá žádné povědomí o „nějakém“ p(log)-h diagramu chladiva, který řadu věcí v okruhu chladiva vysvětluje. Servisní technici nemají ambice po celém dni na nohou po večerech procházet termodynamiku v rámci TČ. Jsou to často živnostníci, které živí servis povětšinou v rámci elektroinstalace a primárních či sekundárních okruhů TČ, jsou velmi šikovní, ale okruhu chladiva, ačkoliv je nejdůležitější, rozumí pouze okrajově. A když si neví rady, nechávají to na specialistech – chlaďařích. Ti však zase nemusí detailně rozumět chování otopných soustav. Proto Vám pod jednotlivými odrážkami níže představíme jakési „myšlenkové pochody“, které vás dovedou k tomu, že v budoucnu budete vědět, zda TČ funguje nebo nefunguje správně. Prosím vraťte se k článku v odkazu a najděte si (a také pročtěte) odstavec:

Základní pravidla diagnostiky okruhu chladiva zní a všechny platí současně bez výjimky:
https://vytapeni.tzb-info.cz/tepelna-cerpadla/23622-zkusenosti-s-provozem-tepelnych-cerpadel-diagnostika-okruhu-chladiva-a-expanzni-ventil

Zjednodušeně je zásadním „posláním“ na odkazu výše tato poučka:
Okruh chladiva posuzujeme jedině na základě rozdílů teplot!!!

Poměry na kondenzátoru hodnotíme pomocí 4 rozdílů teplot:

  • Rozdíl teplot (T8 − T9) = 5 K je v pořádku. Proč to je správně? Rozdíl T8 − T9 je v rozsahu 5–8 K (max. 10 K), kdy je doporučováno pro danou teplotu zpátečky snižovat teplotní rozdíl, aby byla na výstupu teplota T8 co nejníž a tím pádem i kondenzační teplota a tlak – tím nižší bude spotřeba kompresoru (viz Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 6. Návrhový teplotní spád a průtok otopné vody).
    Jít s teplotním rozdílem T8 − T9 až pod 5 K by se nám sice z hlediska poklesu kondenzační teploty (vzhledem k dané teplotě zpátečky T9) moc líbilo (pozitivní vliv na COP), ale je potřeba vzít v potaz, že s poklesem rozdílu T8 − T9 roste průtok otopné vody, což znamená vyšší příkon na čerpací práci oběhového čerpadla (negativní vliv na COP) a teoreticky i vyšší hluk na termostatických ventilech, které se běžně navrhují na menší průtoky, než jaké by odpovídaly teplotnímu spádu třeba 3 Kelviny. Proto netlačíme rozdíl T8 − T9 příliš nízko, jelikož od jistého bodu může být zvyšování průtoku otopné vody již kontraproduktivní. Dodržet tento rozdíl v doporučeném rozsahu 5 až 8 K (max. 10 K) má návaznost i na dosažení nutného bezpečného podchlazení chladiva ∆Tcu, aby chladivo na vstupu do TEV již neobsahovalo „bublinky“. Na vstupu do TEV za kondenzátorem musí být už jen čistá podchlazená kapalina.
  • Rozdíl teplot (T6 − Tc) = 34,5 K – Je to správně? Tady ani zkušenější chlaďaři nemusí mít někdy jasno. Tento rozdíl závisí jednak na kompresoru, ale i na vypařovací a kondenzační teplotě. Běžně bývá rozdíl (T6 − Tc) mezi 20–40 K (max. 50 K pro chladivo R410A). Museli byste dělat výpočty založené na izoentropické účinnosti, abyste věděli, zda je daný rozdíl teploty horkého plynu a kondenzační teploty pro daný kompresor v pořádku. Na to nikde v praxi není čas, a tak se využívá maximálně nějakých normových měření pro více teplotních podmínek, jejichž vzorek by měl stačit pro porovnání běhu kompresoru v praxi.
  • Vidíte, že kondenzační teplota Tc = 35 °C je srovnaná s výstupní teplotou otopné vody T8 = 35 °C. Proč to je správně? Vzpomeňte, jak se každému zákazníkovi při obchodování říká: „Pořiďte si pro TČ raději podlahovku než radiátory (správně otopná tělesa), protože podlahovka potřebuje nižší teplotu otopné vody, a tak TČ bude mít vyšší COP!“ Když to převedu do „řeči“ okruhu chladiva, tak: Čím nižší je výstupní teplota otopné vody, tím nižší je kondenzační teplota a tedy i tlak. Čím nižší je tlak na výtlaku kompresoru, tím menší tlakový rozdíl a poměr kompresor překonává a tím menší má TČ spotřebu elektrické energie. Takže výrobce, který chce mít stroj s co nejvyšším COP, by byl sám proti sobě, kdyby nedodal dostatečně velký kondenzátor, který umožní dosáhnout co nejnižší kondenzační teploty/tlaku. Pak je logické, že za kondenzační teploty Tc = 35 °C bude mít toto TČ v příkladu vyšší COP, než kdyby výstupní teploty T8 = 35 °C dosahovalo s kondenzační teplotou např. 40 °C (kdyby byl malý kondenzátor nebo TČ přeplněné chladivem). Vidíte, že „selským“ rozumem, jednoduše a nenásilnou formou docházíme ke zcela zásadnímu zjištění. Kdybyste si z tohoto článku neměli pamatovat nic jiného, prosím uložte v paměti alespoň tuto větu:
    Pro co nejvyšší COP stroje musí být kondenzační teplota chladiva (Tc) co nejblíže výstupní teplotě otopné vody (T8) na výstupu z kondenzátoru. Takže doporučený rozdíl (Tc − T8) může nabývat hodnot mezi (−1 až +2 K).
  • Podchlazení ∆Tcu = 4,9 K odpovídá téměř rozdílu teplot otopné vody T8 − T9 = 5 K. Proč to je správně? Když uvážíte, že teplota zpátečky otopné vody do TČ T9 = 30 °C, tak zkondenzované chladivo o teplotě Tcu se může na kondenzátoru podchladit nejníž na teplotu T9 (zanedbejme následné malé ochlazení chladiva na potrubí mezi kondenzátorem a termostatickým expanzním ventilem TEV). Zároveň T8 = Tc. Čili chladivo kondenzuje za teploty Tc velmi blízké/stejné teplotě T8 a zároveň zkondenzované chladivo Tcu nemůžete teplotně dostat pod T9 – čili z chladiva v danou chvíli odvádíte v podstatě maximum dané teplotami, se kterými TČ pracuje. Podchlazení bývá ideálně srovnané s rozdílem teplot (T8 − T9), resp. blízko k němu.

Poměry na výparníku hodnotíme pomocí 3 rozdílů teplot:

  • Rozdíl (T10 − T11) = 3 K je OK. Proč? Běžně za teplot primáru T10 okolo 0 °C je doporučen rozdíl teplot okolo 3 Kelvin, za teplot T10 10–15 °C je doporučený rozdíl (T10 − T11) max. 5 K – důvod je zřejmý: Čím nižší rozdíl teplot, tím vyšší vypařovací tlak a teplota a tím pádem menší tlakový rozdíl, který kompresor musí překonávat – tím menší spotřeba kompresoru. Snažit se snižovat rozdíl (T10 − T11) např. na 2 a méně Kelvin je však již opět zbytečně náročné na čerpací práci oběhovky primární strany s velmi sporným „přínosem“ na COP. Snížením rozdílu (T10 − T11) ze 3 na 2 Kelviny dosáhneme zvýšení vypařovacího tlaku Po o cca 0,2 bar, resp. teploty To o 1 Kelvin (chladivo R410A) – to je, zdá se, pozitivní. Ale také by musel (pokud bychom do daného stroje nainstalovali dostatečně silnou oběhovku) 1,5-krát vzrůst průtok zajišťovaný oběhovým čerpadlem primární strany G3 , což by znamenalo zvýšení čerpací práce řádově o stovky Wattů (cca 400 W nárůst z 0,47 na 0,71 kg/s při vrtu hloubky 130 m a dimenze PE 40x3,7 mm, páteř celkové délky 25 m v dimenzi PE 40x3,7 mm) a pak COP bude klesat s ohledem na jen malý vzrůst vypařovacího tlaku Po/teploty To. Pro vysvětlení: u daného stroje se zvýší topný výkon v přepočtu asi o 0,2 kW když teplota na primáru vzroste o 1 Kelvin (lze brát jako zvýšení vypařovací teploty To o 1 Kelvin), ale příkon oběhovky díky snížení rozdílu (T10 − T11) na 2 Kelvin v daném příkladu vzroste o více než 400 Wattů. A proto COP klesne, jelikož příkon TČ vzroste více než topný výkon (nutno ještě zahrnout i zvýšení příkonu kompresoru ve Wattech díky růstu vypařovací teploty To při konstantní výstupní teplotě otopné vody T8).
  • Rozdíl teplot (T10 − To) = 4,8 K. Proč to je OK? Jak jsme psali v předchozí odrážce (hlavně v odkazu výše), snažíme se mít vypařovací teplotu co nejvýš, ale s dodržením bezpečného přehřátí chladiva za všech teplotních podmínek. Proto za běhu kompresoru nemůže být nikdy vypařovací teplota To srovnaná s teplotou T10, protože cíleně pomocí TEV škrtíme průtok chladiva pro dosažení potřebného/bezpečného přehřátí ∆Toh. Rozdíl (T10 − To) běžně bývá mezi 4–7 K v závislosti na teplotních podmínkách. Menší rozdíl být v podstatě kvůli TEV nemůže. U frekvenčně řízených strojů s elektronickým exp. ventilem EEV se můžeme dostat i na 3 K za nižších otáček kompresoru.
  • Přehřátí ∆Toh = Toh − To =  −0,2 − (−4,81) = 4,61 K. Opět je v pořádku, ale je potřeba vědět, že se mění (stejně jako T10 − To) opět v závislosti na teplotních podmínkách a servisní technik (chlaďař) by při výměně termostatického expanzního ventilu měl tento ventil vždy seřídit na doporučené přehřátí dle tabulek, které má od výrobce. Běžně se snažíme s TEV držet na přehřátí 2–7 Kelvin dle teplotních podmínek, avšak u TČ vzduch/voda s TEV za vyšších venkovních teplot může být přehřátí klidně i okolo 15 K a není to chyba. Přehřátí chladiva klesá s růstem tlakového poměru Pc/Po – čili nejmenší přehřátí bude na dané instalaci za nejnižší teploty primárního okruhu za současně nejvyšší teploty sekundárního okruhu – typicky orientačně např. B-5°C/W60°C. A opačně, nejvyšší přehřátí chladiva bude za nejvyšších teplot primární strany a nejnižší možné teploty sekundární strany – typicky orientačně např. B15°C/W25°C, kdy bude tlakový poměr Pc/Po nejmenší. Proto je pro bezpečnost stroje tak potřebné, aby chlaďař sledoval hodnoty doporučené výrobcem TČ pro konkrétní teplotní podmínky, za kterých TEV seřizuje.

Upozornění:

Uvedené doporučené rozdíly teplot platí pro TČ těch nejlepších výrobců ON/OFF strojů, kteří se těmto doporučeným hodnotám všeobecně budou více či méně blížit. Na trhu můžete však narazit i na okruhy „slabších“ výrobců, kde např. kondenzační teplota Tc bude běžně již od výroby třeba 3 K nad výstupní teplotou T8 a nebude to nijak poškozený stroj. Bude to jeho vlastnost, díky které sice dosahuje nižšího COP než „vyladěnější“ stroje konkurence, ale stroj je v pořádku a není nutné do něj zasahovat. Proto by každý výrobce měl mít pro své techniky tabulku, která tyto doporučené rozdíly pro daný stroj specifikuje. Zejména pro stroje s frekvenčním řízením, které někdy mohou pracovat s nižším podchlazením (kolikrát výrazně menším než rozdíl T8 − T9) než ON/OFF stroje.

Termodynamické výpočty s využitím hodnot p(log)-h diagramu

Výpočty zobrazené níže v běžné praxi nejsou absolutně potřeba (musí je znát vývojáři TČ, rozhodně ne servisní technik), ale mohou vám pomoci získat základní představu, jaké průtoky chladiva panují u TČ. V tomto konkrétním případě uvažujeme TČ země/voda za nominálních teplotních podmínek 0/35°C a při topném výkonu 7,6 kW. Hodnoty COP a chladicího výkonu jsou v obr. 2, hodnoty entalpií h v grafu v obr. 3. Počítat průtoky vody či nemrznoucí směsi pro přenesení daného výkonu při známém rozdílu teplot umí leckdo, ale jinak už tomu je u chladiva – viz níže.

Hmotnostní průtok chladiva

Pomocí údajů v grafu na obr. 3 můžeme vypočítat hmotnostní průtok chladiva na sání kompresoru.

m3 = Qch / (h3 − h1) = 6090/(426,52 − 250,87) = 0,03467 kg/s = cca 34,7 g/s
 

Vnímejme tento kontrast: na primárním okruhu TČ máme průtok nemrznoucí směsi 0,54 kg/s, na kondenzátoru je průtok otopné vody 0,36 kg/s – proti tomu průtok chladiva cca 0,035 kg/s. Takže hmotnostní průtok chladiva je cca 10× až 16× menší než průtoky kapalin na primáru a sekundáru. Důvodem je, že u chladiva nevyužíváme jen jeho tepelnou kapacitu úměrnou velikosti rozdílu teplot, jako u vody či nemrznoucí směsi, ale hlavně násobně větší latentní (skryté) teplo během vypařování a kondenzace chladiva. Takže abyste ohřáli 1 kg vody o 1 K za stálého tlaku, potřebujete dodat vodě asi 4,2 kJ tepla. Ale abyste odpařili 1 kg kapalného chladiva R410A za absolutního tlaku 6,82 bar a počátku vypařování cca −5 °C, tak potřebujete dodat asi 230 kJ tepla, tzn. skoro 55násobek tepla na ohřev 1 kg vody! Proto postačuje průtok chladiva mnohem menší než průtoky vody či nemrznoucí směsi na primáru a sekundáru.

Objemový průtok chladiva na sání kompresoru

Hustota plynu na výstupu z výparníku je 24,9 kg/m3 při teplotě −0,2 °C a tlaku 6,82 bar

V3 = 0,03467 × (1/24,9) = 1,39 l/s
 

Objemový průtok chladiva na výtlaku kompresoru

Hustota plynu na výstupu z kompresoru je 67,66 kg/m3 při teplotě 69,5 °C a tlaku 21,3 bar

V4 = 0,03467 × (1/67,66) = 0,51 l/s
 

Tzn., že kompresor přepravuje chladivo o hmotnostním průtoku cca 34,7 g/s při objemovém průtoku na sání 1,39 l/s a 0,51 l/s na výtlaku kompresoru.

Idealizovaný izoentropický příkon kompresoru

Pie = 0,03467 × (459,08 − 426,52) = 1,13 kW
 

Skutečný příkon kompresoru je 1,47 kW.

Izoentropická účinnost kompresoru

ηie = 1,13/1,47 = 0,77 => 77 % při tlakovém poměru 21,3/6,82 = 3,12 [–]
 

Izoentropický příkon pouze říká, jaký by byl příkon kompresoru při idealizované kompresi par chladiva z bodu 3 do bodu 4. Idealizované v tom směru, že:

  • komprese skutečně začíná v bodě 3: ve skutečnosti se pára v sání kompresoru ještě ohřívá, a tak komprese začíná za vyšší teploty a teoreticky i za nižšího tlaku
  • Chladivo se o stěny kompresoru nijak neohřívá ani se nechladí a kompresor tedy nemá žádné tepelné ztráty – v praxi neexistuje
  • Teplota chladiva během komprese tedy roste pouze díky práci, která se na plynu koná, ale žádné teplo z chladiva „neuniká“ ani se plyn „o nic neohřívá“ – v praxi toto není možné, vždy plyn sdílí teplo se stěnami kompresoru
  • Kompresor nepřekonává žádné tlakové ztráty např. na výtlačném ventilu – v praxi samozřejmě tlakové ztráty překonáváme
  • Kompresor nemá žádné mechanické ztráty – např. tření: v praxi mechanické ztráty zkrátka jsou a můžeme se jen snažit je minimalizovat
  • Atd.

Pokud se podělí idealizovaný izoentropický příkon kompresoru skutečným, vyjde nám izoentropická účinnost kompresoru, která vlastně říká, kolik % výkonu na idealizovanou kompresi by bylo potřeba ze skutečného příkonu kompresoru. Snahou vývojářů kompresorů je mít jejich izoentropickou účinnost co nejvyšší.

Obr. 5 Tepelná bilance pro výparník TČ dle grafu na obr. 3
Obr. 5 Tepelná bilance pro výparník TČ dle grafu na obr. 3

h3 − h1 = 426,52 − 250,87 = 175,65 [kJ/kg], tj. 100 %
h2 − h1 = 422,63 − 250,87 = 171,76 [kJ/kg], tj. cca 97,8 %
h3 − h2 = 426,52 − 422,63 = 3,89 [kJ/kg], tj. 2,2 %

Obr. 6 Tepelná bilance pro kondenzátor TČ dle grafu na obr. 3
Obr. 6 Tepelná bilance pro kondenzátor TČ dle grafu na obr. 3

h4 − h7 = 470,23 − 250,87 = 219,36 [kJ/kg], tj. 100 %
h4 − h5 = 37,17 [kJ/kg], tj. 16,9 %
h5 − h6 = 172,78 [kJ/kg], tj. 78,8 %
h6 − h7 = 9,41 [kJ/kg], tj. 4,3 %

S využitím entalpií h z grafu na obr. 3 lze určit i tepelné bilance na výměnících, jejichž grafy vidíte na obr. 5 a 6. Z grafů vyplývá, že jak na výparníku, tak na kondenzátoru se zcela zásadní množství tepla předává při změně skupenství chladiva.

V uvedeném příkladu se na samotné vypařování chladiva ve výparníku využívá cca 98 % dodávaného tepla z přírody – proto se také výměník nazývá výparník. Na přehřátí par chladiva jdou pouhé cca 2 % dodaného tepla do výparníku. Tady bych tedy rád apeloval na ty, kteří při vysvětlování kolegům zavádějícím způsobem říkají, že „…ve výparníku se chladivo ohřeje, a tím získá teplo z okolí“. Tímto nepřesným vyjádřením úplně zaniká podstata získávání tepla z přírody, jehož podstatná část (zde 98 %) se získává při vypařování chladiva a přehřátí vlastně vyžadujeme/využíváme jen pro nutnou ochranu kompresoru před nasátím kapalného chladiva. Čím větší je přehřátí par na sání kompresoru, tím menší mají páry hustotu a tím hmotnostně méně chladiva kompresor nasává (klesá výkon stroje) a roste teplota horkého plynu. Pokud tedy pomineme nutnou ochranu kompresoru (v praxi je nepřípustné pominout ochranu kompresoru!), tak je vlastně jakékoliv přehřátí par na sání kompresoru nežádoucí a v rámci teorie bychom ho rádi měli na hodnotě 0 K.

Přibližně 17 % tepla odváděného z chladiva na kondenzátoru připadá na ochlazení horkého plynu (přehřátých par chladiva) z teploty T6 na počátek kondenzace (35,2 °C). Cca 79 % tepla odváděného z chladiva na kondenzátoru připadá na samotnou kondenzaci chladiva – čili opět toto latentní (skryté) teplo má zásadní podíl na teplu předávaném do otopné vody. Po úplném zkondenzování chladiva se z něj odvedou zbývající asi 4 % tepla při podchlazení chladiva na konečnou teplotu 30,1 °C.

Závěr

Článek se snaží podrobným způsobem provést ději a bilancemi v okruhu chladiva na příkladu TČ země/voda ON/OFF. Čtenář by si měl z článku odnést základní terminologii, co je a co představuje vypařovací/kondenzační teplota, přehřátí a podchlazení chladiva a nalézt směr jak – přes posuzované rozdíly teplot – poznat, zda je okruh chladiva v pořádku. Nutno říct, že pro osvojení těchto znalostí je potřeba se problematice věnovat delší dobu – přečíst si jen tento článek nestačí. Sledujte proto stroje v rámci samostudia nejen při řešení nějakého problému, ale i na strojích bez poruch a porovnávejte rozdíly s teplotními rozdíly, které zde uvádíme jako jakýsi etalon. Tím si vštípíte do paměti doporučené rozdíly teplot a vezmete je jako samozřejmé. Ale, jak bylo zmíněno, dobré stroje ON/OFF (ale samozřejmě že i většina dobrých frekvenčních strojů) se budou teplotně pohybovat v souladu s těmito doporučenými rozdíly teplot.

 
 
Reklama