Znalosti o tepelných čerpadlech ve 4 blocích: Správné plánování a měření (III)
Probíhající přechod od fosilních paliv k tepelným čerpadlům, hybridním vytápěcím systémům a solárním termickým systémům bude pokračovat. Kromě digitálních dovedností je potřeba také porozumění měnícímu se trhu a technologiím. V sérii článků bychom vám rádi přiblížili základní principy a systém fungování tepelných čerpadel.
Použití digitálního servisního přístroje testo 557s
Správné plánování a měření
Tepelná čerpadla jsou ve velkém množství vyráběna průmyslově. Chladicí okruh je pak již předinstalován v monobloku – ať už pro vnitřní nebo venkovní instalaci.
V případě dělených (splitových) jednotek musí odborný technik chladicí okruh uzavřít. Dalším úkolem je správné připojení tepelného čerpadla k akumulačním nádržím nebo otopné soustavě v objektu a ke zdroji tepla. Je velice důležité, aby během těchto procesů nedošlo k žádným chybám, protože by se nevyhnutelně negativně projevily na sezónním topném faktoru a tím i na celkové účinnosti otopné soustavy. Posledním krokem je uvedení do provozu.
1. Projektování soustav tepelných čerpadel
Běžná každodenní praxe však často vyžaduje od specializované firmy ještě více. Na rozdíl od spalovací techniky s energetickými zdroji, jako je ropa, plyn, dřevo nebo pelety, hraje při využití elektrické energie každý stupeň Celsia v termodynamickém cyklu tepelného čerpadla obecně velmi významnou roli. Například o 1 K vyšší teplota vypařování na straně zdroje tepla nebo o 1 K nižší teplota kondenzace na chladiči přináší zlepšení COP tepelného čerpadla o 2 až 3 procenta. Odbornost je tedy v tomto případě nutná.
2. Praktické tipy pro práci v terénu
Přesně naměřené hodnoty a odborné znalosti tvoří základ pro komplexní vyhodnocení soustavy a správné nastavení chladicího okruhu uzavřeného splitového tepelného čerpadla. Jedině tak lze zaznamenat a vyhodnotit klíčové provozní podmínky nebo parametry.
Příprava
Pro uvedení do provozu a především při provádění servisu je klíčové, aby odborný technik rychle získal nejdůležitější systémové parametry chladicího okruhu. Je pravda, že na moderních tepelných čerpadlech lze do určité míry vyčítat tlaky a teploty. Jistotu, zda jsou zobrazené hodnoty správné, můžete však mít až po provedené kontrole. Servisní přístroj a teploměr jsou proto nepostradatelnými nástroji při uvádění do provozu. Měřicí přístroje jsou však často ve vozidlech i na stavbách vystaveny mechanickému a tepelnému namáhání. Analogové provedení, tedy manometr s mechanickými ručičkami, má nevýhodu v tom, že z něj rozhodující veličiny jako podchlazení a přehřátí nelze přímo vyčítat. Při ručním výpočtu těchto hodnot je vždy riziko matematických chyb. Kromě toho se mohou při interpretaci polohy ručičky vyskytnout takzvané chyby paralaxy, tj. chyby čtení hodnoty tlaku.
U digitálního servisního přístroje je tomu jinak. Zde lze paralelně a velmi přesně zaznamenávat tlaky zařízení a související teploty, aby bylo možné určit přehřátí a podchlazení. Není možné udělat chybu paralaxy ani matematickou chybu.
Osvětlení displeje, nastavení okolního tlaku a také ukládání naměřených dat jsou užitečné doplňky, které umožňují rychlé a efektivní provádění servisních prací. Proto jsou elektronické měřicí přístroje pro chlazení, jako je nová bezdrátová generace digitálních servisních přístrojů testo 557s, testo 550s nebo testo 550i, nyní nepostradatelnou součástí sady nástrojů každého odborného technika pro tepelná čerpadla.
První uvedení do provozu
Jakmile je tepelné čerpadlo dodáno a instalováno, musí být dokončen chladicí okruh splitových systémů. Správný výběr použitých potrubí se řídí aktuálními normami. Je to proto, že materiál, tloušťka stěny, houževnatost, odolnost proti korozi a tlaku musí být zvoleny tak, aby odpovídaly použitému chladivu. Všechny pájené spoje jsou nepropustně spojeny pájením měděnou nebo stříbrnou pájkou v inertním plynu (dusíku).
Následuje uvedení chladicího okruhu do provozu. Zkušený technik připojí svůj digitální servisní přístroj k odpovídajícím vysokotlakým a nízkotlakým přípojkám tepelného čerpadla. Červené a modré hadice pomáhají technikovi sledovat, kde probíhá měření tlaku. Třetí hadice, která je obvykle žlutá, je připojena k servisnímu portu servisního přístroje. Zpočátku se používá k zavádění dusíku pro tlakovou zkoušku nebo zkoušku těsnosti. Je také zcela účelné předem vytěsnit stávající vzduch z potrubí a výměníku tepla pomocí vakuové pumpy a poté zavést dusík do evakuované soustavy. Následně je důležité: postupně zvyšujte zkušební tlak na vypočítaný přípustný přetlak. Jen tak lze při následném provozu včas detekovat a eliminovat netěsnosti způsobené póry nebo jemnými trhlinami v materiálech, svarech a pájených spojích. Další slabiny netěsností jsou šroubové spoje, ventilové zátky, měřicí a monitorovací zařízení a paradoxně také všechny druhy těsnění.
Digitální servisní přístroje od společnosti Testo mají svůj vlastní měřicí program pro zkoušku těsnosti, kdy se po určitou dobu provádějí kontroly, aby se zjistilo, zda zůstává aplikovaný tlak v soustavě konstantní. Zkouška těsnosti se také provádí podél soustavy pomocí pěnidla nebo detektoru netěsností testo 316. Jakmile jsou zkoušky dokončeny a úspěšně zdokumentovány, může být dusík ze soustavy vypuštěn. Zde opět digitální servisní přístroj pomáhá odbornému technikovi uvolnit dusík pouze do takové míry, aby v soustavě zůstal mírný přetlak. K žluté hadici je poté připojeno vakuové čerpadlo a soustava je evakuována. Na druhou stranu je pro ještě přesnější měření vakua vhodný digitální servisní přístroj nebo vakuová sonda, jako je testo 552i, která je připojena k soustavě a přenáší výsledky měření do servisního přístroje nebo do aplikace. Jakmile je dosaženo finálního vakua a vakuová zkouška byla opět úspěšně zdokumentována, lze ventily tepelného čerpadla otevřít a výrobcem již předplněné chladivo zavést do soustavy. Pokud není předplněné množství chladiva dostatečné, doplňte jej pomocí žluté servisní hadice.
Tepelné čerpadlo je nyní připraveno k použití, takže může následovat série měření pro uvedení do provozu.
K tomu lze vysoké a nízké tlaky vyčítat přímo ze servisního přístroje. Pokud je k němu připojena teplotní sonda, je možné podchlazení a přehřátí snadno určit v reálném čase. S jiným přístrojem pro měření teploty lze určit teplotu na topné větvi do budovy a zpátečce a také teplotu na přívodu a zpátečce u výparníku.
Jakmile tepelné čerpadlo již nějakou dobu běží ve zkušebním provozu, technik znovu zkontroluje chladicí okruh přesnou kontrolou elektronickým detektorem netěsností. Tím se zajistí detekce i těch nejmenších netěsností. Naměřené hodnoty se při uvádění do provozu zakončují měřením elektrických veličin, jako je napájecí napětí a spotřeba proudu (například pomocí testo 770-3). Soustavu je nyní možné předat majiteli.
Servis a údržba
V závislosti na chladivu podléhají tepelná čerpadla povinné údržbě. Aby se zabránilo nenápadným ztrátám chladiva nebo poruchám, například v důsledku znečištěných povrchů výměníku tepla, má smysl uzavřít smlouvu o údržbě mezi obsluhou a odborným technikem. Společnost Testo nabízí také správné měřicí přístroje pro chladicí okruh. K zamezení úniku chladiva při připojování měřicích přístrojů lze použít převodníky tlaku testo 549i. To proto, že pro čistě kontrolní měření nejsou pro připojení potřeba žádné hadice. Tlak se zobrazuje na chytrém telefonu nebo tabletu. Totéž platí pro měření teploty pomocí klešťového teploměru testo 115i. Pro servis a údržbu se vždy používá elektronický detektor netěsností. Pomáhá technikovi odhalit i ty nejmenší úniky chladiva, a zabrání se tím tomu, aby způsobil nedostatek chladiva selhání tepelného čerpadla.
3. Záznam a vyhodnocování důležitých parametrů
Podchlazení
V zásadě je nejlepší určit podchlazení kapalného chladiva před expanzní jednotkou. Výpočty podchlazení za kondenzátorem nebo za (vertikálním) sběračem jsou relevantní pouze pro uvažování jednotlivých podúseků. Rozhodující je však to, v jakém stavu je chladivo před expanzním ventilem.
Podchlazení je velmi důležitým vyhodnocovaným parametrem, pokud se jedná o účinnost chladicího okruhu. Na jedné straně vede podchlazení ke zvýšení entalpie, čímž se zvyšuje množství tepla, které může výparník absorbovat. Na druhé straně je to nutné, aby bylo možné překonat poklesy tlaku v kapalinovém potrubí bez předběžného odpařování.
Stanovení podchlazení před expanzním ventilem
Přehřátí
Stejně jako podchlazení je i přehřátí jedním z nejdůležitějších parametrů pro posouzení aktuální účinnosti tepelného čerpadla. V zásadě je zde třeba rozlišovat body v chladicím okruhu, kde by se mělo počítat přehřátí:
- Přehřátí výparníku
- Přehřátí v sacím potrubí
- Přehřátí sání
- Přehřátí v kompresoru
Ad 1)
Přehřátí výparníku se zjišťuje bezprostředně za výparníkem a na začátku sacího potrubí. Na stejném místě je umístěn senzor termostatického expanzního ventilu nebo senzor přehřátí elektricky ovládaných expanzních ventilů.
Ad 2)
K přehřátí v sacím potrubí obecně dochází vlivem pronikání tepla z okolí přes izolaci na sacím potrubí. Toto teplo musí být také absorbováno chladicím okruhem, proto není u optimálně projektovaných a navržených soustav tento tepelný dopad normálně žádoucí.
Ad 3)
Přehřátí sání, zjištěné před vstupem přehřáté nasávané páry do kompresoru, je založeno na součtu přehřátí výparníku a sacího potrubí, včetně případného vnitřního výměníku
tepla.
Ad 4)
V praxi je prakticky nemožné určit přídavné přehřátí v kompresoru, proto nehraje z hlediska servisu téměř žádnou roli. Toto přehřátí je způsobeno převážně chlazením
kompresoru nasátou párou a je specifické pro výrobce.
Stanovení přehřátí výparníku
Stanovení přehřátí sání
Úroveň hluku
Při plánování místa instalace tepelného čerpadla je třeba co nejdříve vzít v úvahu jeho zvukové emise. To platí jak pro monobloky instalované uvnitř, tak pro jednotky s integrovanými kompresory instalovanými venku.
1. Místo instalace
V budově
Pokud je tepelné čerpadlo instalováno uvnitř budovy, je celý chladicí okruh a tím i kompresor umístěn uvnitř budovy. Jednotky jsou obvykle dobře izolované. Nelze však vyloučit přenos zvuku. Skladba podlahy nebo prázdné místnosti mohou tento problém ještě zhoršit. To je třeba si uvědomit při plánování místa instalace. Účinné izolace lze dosáhnout například betonovou základovou deskou a gumovou podložkou.
U tepelného čerpadla vzduch-voda musí být vzduchotechnické potrubí směrem ven tepelně izolováno a také odhlučněno. Při připojování každého tepelného čerpadla k potrubí a elektrickým kabelům je navíc třeba dbát na akustické oddělení od instalace budovy, například pomocí kompenzátorů.
Tepelné čerpadlo vzduch-voda instalované vně budovy
Vně budovy
Tepelná čerpadla vzduch-voda instalovaná vně budovy by měla být umístěna v dostatečné vzdálenosti od sousedních nemovitostí a směrem od nich. Nesmí být z žádné strany nijak bráněno proudění vzduchu. Při umístění na základy nebo na podstavec může kondenzát nerušeně odtékat i ve sněhu. Kryt musí být v tomto případě odborně namontován. Tlumiče nebo plastové prvky, které jsou obvykle součástí dodávky, oddělují venkovní jednotku od země. Tím se zabrání přenosu zvuku. Správná instalace pak zabrání nežádoucímu šíření hluku. Nápomocné jsou také zeleň a okolní povrchy pohlcující zvuk.
Místo venkovní instalace také nesmí narušit účinnost tepelného čerpadla. Například prohlubeň není dobrým místem, protože by se v ní mohl hromadit studený venkovní vzduch, což ovlivní COP. Vzhledem k tomu, že se konstrukce tepelných čerpadel velmi liší, je vhodné se v případě pochybností poradit s výrobcem.
2. Šíření zvuku přes konstrukce
V budovách se zvuk obvykle šíří v důsledku šíření zvuku konstrukcí skrz podlahu a stěny. Zvuk je pak přenášen do okolního vzduchu. Hluk se tak může šířit ze suterénu do celého objektu, případně i do okolí.
3. Měření hluku
V případě potřeby lze pro tepelná čerpadla provést schválené zkušební měření. Minimální požadavky na měření hluku tepelných čerpadel lze nalézt například v nařízení o ekodesignu (EU) 813/2013/ES. K přesnému stanovení hladiny hluku jsou k dispozici přesné měřicí přístroje, jako je testo 816-1. Pro měření hluku je vhodné rozlišovat mezi některými odbornými pojmy.
Akustický výkon
Akustický výkon je teoreticky vypočtená hodnota. Popisuje celkovou energii zvukového vlnění vyzařovanou zdrojem zvuku. Čím větší je vzdálenost, tím větší je plocha, po které se může akustický výkon šířit.
Akustický tlak
Akustický tlak vzniká tam, kde zdroj hluku způsobuje vibrace vzduchu. Čím větší je změna tlaku vzduchu, tím hlasitější je vnímání zvuku.
Hladina intenzity zvuku
Emise zvuku nebo hluku se vyjadřuje v decibelech, zkráceně dB. Pokud se jedná o šíření zvuku vzduchem je jednotce přiřazena doplňková zkratka dB(B). V případě zvuku šířeného konstrukcí nebo kapalinou je jednotkou dB(A).
Akustická emise
Akustická emise je termín používaný k popisu zvuku vydávaného zdrojem. Vyjadřuje se jako hladina akustického výkonu s označením dB.
Akustická imise
Akustický dopad na místo se nazývá akustická imise, měřená jako hladina akustického tlaku v dB.
4. Optický zvuk
Rostoucí počet tepelných čerpadel vzduch-voda instalovaných vně budovy má stále více za následek kuriózní problém: optický zvuk. To je, když se sousedé cítí obtěžováni hlukem, protože vidí, jak se otáčí lopatka ventilátoru. Ve skutečnosti však žádný hluk slyšet není, protože tepelné čerpadlo neběží, ale ventilátor pohání vítr. Nápravou je provedení tepelného čerpadla, které ventilátor ukrývá. Stejný efekt má i výběr umístění mimo sousední nemovitost nebo směrem do ulice. V případě pochybností může pomoci k odstranění problému optického hluku měření hladiny zvuku realizované odborným technikem na měřicím přístroji testo 816 ve spolupráci se sousedem.
Takto se zabrání optickému hluku a tepelné čerpadlo je téměř neviditelné.
Tipy ke zvuku
- Vezměte v úvahu údaje výrobce tepelného čerpadla o emisích hluku na energetickém štítku
- Opatrně oddělte tepelné čerpadlo instalované v interiéru od budovy, přívodního potrubí a vzduchovodů
- TA-Lärm poskytuje orientační hodnoty pro imise hluku. Důležité vědět: Za shodu je odpovědný provozovatel zařízení
- Je vhodné zajistit dostatečnou vzdálenost venkovní jednotky od sousedních budov
- Sejde z očí, sejde z mysli – zákryt může pomoci a působit jako preventivní opatření
Energetický štítek pro tepelná čerpadla (zdroj: BWP)
Digitální měřicí přístroje: teploměry, vlhkoměry, měřiče proudění; přístroje pro zaregulování vzduchotechniky; systémy pro validaci čistých prostorů, měření turbulencí, kvality ovzduší, hlukoměry, luxmetry, analyzátory kouřových plynů; detektory, ...
