Zajímavosti k činnosti kompresorového okruhu tepelných čerpadel

Nutno říct, že bez vysvětlení většiny věcí, co zde zazní, se lidé pracující s tepelnými čerpadly a samozřejmě i jejich uživatelé obejdou úplně stejně, jako se bez nich obešli dosud. Ale myslím si, že minimálně odborník na tepelná čerpadla by měl správně rozumět provozu TČ, a tedy by měl znát navíc jakési detaily a ne jen obecné poučky. Také platí, že pokud si nějaké věci nebudeme připomínat, můžeme je časem zapomenout. Většinou se však v oboru tepelných čerpadel setkávám s tím, že lidé „nemají co zapomenout“, protože odpovědi na dotazy níže si nikdy nepoložili, resp. je možná ani nezajímaly, anebo jim je prostě nikdo nikdy nesdělil. Sami prosím posuďte, zda vás informace v článku nějak obohatí. Věřím, že každý si v článku najde své – ať už projektant anebo servisní technik, nebo prostě jen zvídavý zájemce o tepelné čerpadlo.

Když nějakou věc dobře chápete do hloubky – a tento článek vám v tom má pomoci, pak běžné problémy v praxi řešíte s větší lehkostí, a tedy i rychleji a hlavně správně. Pak šetříte peníze zákazníkovi a často i sobě, hlavně šetříte váš čas – to samozřejmě platí hlavně pro servisní techniky. Ani jedna z vysvětlovaných položek nezlepší prodej tepelných čerpadel, ale třeba znalost teorie v pasáži pro 1. zajímavou otázku servisního technika utvrdí v tom, že nemusí považovat za „problém“, když tepelné čerpadlo země/voda na svém kondenzátoru otopnou vodu ohřívá s rozdílem 11 Kelvin (tedy mírně přes maximálně doporučených 10 K) v době, kdy na primárním okruhu máme v letních měsících vstupní teplotu do výparníku třeba 20 °C, jelikož tehdy má tepelné čerpadlo třeba o 50 % vyšší topný výkon než za vstupní teploty primáru 0 °C, která se při správném návrhu plošného kolektoru vyskytuje na primárním okruhu až v největších mrazech popř. na konci otopné sezony. Projektant zase na základě teorie v 1. otázce bude vědět, proč grafy výkonů tepelných čerpadel vypadají právě tak, jak vypadají.

1. Otázka: Proč klesá výkon tepelného čerpadla s poklesem teploty nízkopotenciálního zdroje tepla?

Lidé pohybující se okolo tepelných čerpadel obecně vědí, že topný výkon TČ vzduch/voda s poklesem venkovní teploty klesá (viz obr. 1) – to vůbec nerozporuji. Ale když byste se zeptali „Proč?“, tak vám většinou odpoví špatně, nebo se diví, na co se vůbec tak drze ptáte a odpoví např. takto: „No protože klesá topný faktor COP stroje.“ Sice COP klesá, to je pravda, ale stále nevíte proč – změna výkonu, resp. COP, je jen výsledkem skutečných důvodů.

Obr. 1 – Pokles topného výkonu TČ vzduch/voda s poklesem venkovní teploty. Kompresor je v celém průběhu nastaven na 100% otáčky

Topný výkon pro podmínky A20 °C/W35 °C je cca 22 kW, při podmínkách A−20°C/W35°C je topný výkon cca 9 kW. To znamená, že topný výkon při −15 °C je cca jen 40% v porovnání s výkonem při +20 °C. Znamená to snad, že objemová účinnost kompresoru klesla o 60 % z původní hodnoty? To by byl velmi špatný kompresor, pokud by tomu tak opravdu bylo. Bohužel nemám k dispozici graf objemové účinnosti dvojitého rotačního kompresoru Twin Rottary použitého ve stroji IVT Air X170, abych vás mohl přesvědčit, že hlavní důvod poklesu topného výkonu TČ s klesající teplotou nízkopotenciálního zdroje tepla je jinde. Takový graf však mám pro spirálový scroll kompresor, který se nachází např. v TČ země/voda ON/OFF IVT EQ 8, které pracuje s chladivem R410A. Právě na tomto stroji si tedy vše vysvětlíme. Ještě jednou upozorňuji, že tento stroj je ON/OFF, čili kompresor má fixní otáčky, takže nemusíte mít obavu, že by do výsledků promlouvaly nějaké změny otáček kompresoru.

Obr. 2 – Průběh izoentropické účinnosti (poměr mezi příkonem ideálního kompresoru pracujícího s ideálním plynem ku elektrickému příkonu reálného kompresoru při kompresi reálného plynu, modrá křivka) a objemové (volumetric efficiency, zelená křivka) účinnosti scroll kompresoru v závislosti na tlakovém poměru Pk/Po (kondenzační tlak/vypařovací tlak) i s ukázkou benefitu při použití zpětného ventilu ve výtlaku kompresoru (světle modrá, čárkovaná křivka)

EQ8 má topný výkon v závislostí na teplotních podmínkách, které určují i tlakový poměr Pk/Po, který musí kompresor překonávat, viz tabulka 1:

Objemová účinnost kompresoru se tedy pro stejnou výstupní teplotu otopné vody 45 °C a teplotou kapaliny v primárním okruhu mezi −5 a +5 °C mění jen velmi málo, mezi 93–96 % (obr. 2). Přitom topný výkon 6,12 kW za podmínek B−5/W45 °C vzrostl o 32 % na 8,1 kW za podmínek B+5/W45 °C. Protože se objemová účinnost kompresoru mezi podmínkami B−5/W45 °C a B+5/W45 °C příliš neliší, musí být důvod tak velkého rozdílu v topných výkonech jiný.

Pokud si vzhledem k předchozímu odstavci ZJEDNODUŠENĚ představíte, že kompresor nasává v podstatě stejný objem chladiva, tak v čem tkví taková změna topného výkonu? Co se děje „jinak“? Co třeba průtok chladiva? Konkrétně hmotnostní průtok chladiva.

Obr. 3 – Změna průtoku chladiva R410A díky změně hustoty jeho par na sání kompresoru (on/off) v závislosti na změně vstupní teploty primárního okruhu do výparníku. Zahrnuta je i objemová účinnost kompresoru.

Měřením na okruhu chladiva uvažovaného tepelného čerpadla vznikla Tab. 2, ze které plyne, že výkon TČ se změnou teploty nízkopotenciálního zdroje tepla (vzduch, voda, zem) mění zejména díky změně hustoty nasávaných par chladiva, což se projevuje jako změna hmotnostního průtoku chladiva (viz žluté řádky v Tab. 2). Jak se změní hmotnostní průtok chladiva s teplotou primárního okruhu vidíte také graficky na obr. 3, kde je zahnuta i objemová účinnost kompresoru.

Hmotnostní průtok chladiva R410A za podmínek B−5/W45 °C je cca 104 kg/h, při B5/W45 °C máme průtok chladiva cca 141 kg/h, což znamená cca 36% nárůst hmotnostního průtoku. Že tento nárůst úplně nesedí s nárůstem topného výkonu (asi 32%) je způsobeno např. důležitou skutečností, že se zvyšující se vypařovací teplotou:

• klesá měrné skupenské teplo vypařování na bodu varu (viz níže dle programu RefCalc), vyplývá i z p(loh)-h diagramu chladiva R410A při pohledu na průběhy levé a pravé mezní křivky. Čím menší je toto skupenské teplo, tím vyšší hmotnostní průtok chladiva budeme mít pro zajištění požadovaného výkonu.
• roste měrná tepelná kapacita přehřátých par ve výparníku za stálého tlaku – to mimo jiné rozhoduje, jak moc se přehřátá pára může/bude přehřívat, byť toto množství tepla je relativně malé. Čím vyšší měrná tepelná kapacita par za stálého tlaku, tím lépe, protože chladivo se ve výparníku bude méně přehřívat – přehřátí z hlediska efektivity stroje chceme mít co nejnižší, ale vždy s ohledem na maximální bezpečnost kompresoru.

Jak se mění výparné skupenské teplo dle vypařovací teploty/tlaku:

Při −10 °C/5,76 bar (abs.): l = 235,53 kJ/kg

Při −5 °C/6,80 bar (abs.): l = 230,38 kJ/kg

Při 0 °C/7,99 bar (abs.) l = 224,9 kJ/kg

Další faktor je například i to, že hustější přehřívané páry chladiva ve výparníku lépe přijímají teplo z nemrznoucí směsi (intenzivnější tepelná výměna). Do toho přičtěme fakt, že při měřeních nebyla dosažena stejná kondenzační teplota či teplota zkondenzovaného chladiva před expanzním ventilem – to ovlivňuje i stav mokré páry na vstupu do výparníku (vysvětlíme si později) a následně tedy i výsledné přehřátí par chladiva ve výparníku. S rostoucí vypařovací teplotou roste i elektrický příkon kompresoru (bude vysvětleno později), ale klesá teplota horkého plynu na výtlaku kompresoru. Čím vyšší tlak, tím vyšší měrná tepelná kapacita par za stálého tlaku, atd. Vidíte tedy, že do výsledků měření promlouvá celá řada proměnných, které způsobují, že topný výkon neroste procentuálně stejně s hmotnostním průtokem chladiva.

Z výsledků také plyne, že hmotnostní průtok chladiva s rostoucí vypařovací teplotou nemůže procentuálně růst stejně, jako roste hustota chladiva, protože vyšší vypařovací teplota/tlak (resp. menší tlakový poměr Pk/Po) znamená vyšší objemovou účinnost stroje. Jinými slovy, za vyšší vypařovací teploty kompresor přepravuje nejen hustější chladivo, ale i jeho o něco vyšší objem v sání, a proto roste objemový i hmotnostní průtok chladiva. Přičemž změna objemového průtoku je mnohem menší než změna průtoku hmotnostního.

2. Otázka: Proč roste elektrický příkon kompresoru s rostoucí teplotou nízkopotenciálního zdroje tepla?

Vysvětlení tohoto dotazu úzce souvisí s předchozí otázkou a bylo podrobněji vysvětleno ve 3. kapitole 8. dílu seriálu Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 8.: Teplotní spád a průtok primárním okruhem TČ země/voda, viz:

Přečtěte si také Zkušenosti s provozem tepelných čerpadel 8.: Teplotní spád a průtok primárním okruhem TČ země/voda Přečíst článek

Pouze pro připomínku: odpověď najdete opět v rostoucí hustotě chladiva a tím pádem vyšším hmotnostním průtoku chladiva, které musí kompresor přepravovat a stlačovat. Proto roste i technická, mechanická práce, resp. elektrický příkon kompresoru. Zároveň roste i COP stroje, protože topný výkon roste rychleji než elektrický příkon.

3. Otázka: Má na COP stroje větší vliv změna teploty primáru nebo stejná změna teploty na sekundáru?

Odpověď lze najít opět v průběhu tlaku chladiva v závislosti na vypařovací, resp. kondenzační teplotě. Vidíte na Obr. 4, že za nižších vypařovacích teplot se tlak, resp. hustota mění s teplotou pomaleji než za vyšších teplot.

Obr. 4 – Průběh tlaku a hustoty chladiva R410A v závislosti na vypařovací teplotě chladiva

Pokud změníme vypařovací teplotu např. z −3 na −4 °C (lze chápat jako změnu teploty primárního okruhu o 1 K), poklesne vypařovací tlak asi jen o 0,2 baru. Ale pokud zvýšíme kondenzační teplotu z 35 na 36 °C (lze chápat jako vzrůst teploty otopné vody o 1 K), tak kondenzační tlak naroste cca o 0,5 baru. Kdybychom změnili kondenzační teplotu z 55 °C na 56 °C, tak se tlak změní, zvýší se asi o 0,8 bar. Čím vyšší teplota, za které se děje nějaká teplotní změna, tím větší je změna tlaku. Každé zvýšení kondenzační teploty/tlaku popř. snížení vypařovací teploty/tlaku znamená zvýšení elektrické spotřeby kompresoru. Čili z porovnání tlakových změn za nižších vypařovacích a vyšších kondenzačních teplot plyne, že určitá změna teploty primáru má menší vliv na topný faktor než stejná změna teploty na sekundáru. Proto je tak důležité tlačit výstupní teplotu otopné vody co nejníže. Samozřejmě to neznamená, že můžeme podceňovat např. návrh primárního okruhu TČ země/voda – ten rozhodně podcenit nesmíme. Ale TČ je zkrátka z hlediska COP citlivější na změnu teploty otopné vody než na změnu teploty primáru.

4. otázka: Proč roste teplota par chladiva při jejich stlačování v kompresoru?

Obr. 5 – Grafické znázornění průběhu přitažlivých a odpudivých sil částic plynu v závislosti na jejich vzdálenosti [2]

Kompresor si při správné funkci expanzního ventilu nasává pouze přehřáté páry chladiva, takže pak stlačuje chladivo v plynném stavu. Aby plyn mohl být plynem, musejí být mezi jeho molekulami jisté přitažlivé a odpudivé síly (viz obr. 5). Kdyby byly mezimolekulární přitažlivé síly až moc velké vzhledem k aktuální teplotě a tlaku, z plynu by se stala kapalina, popř. dokonce pevná látka.

U plynu je zajímavé, že když ho stlačujeme, tak od určitého momentu převládnou síly odpudivé nad přitažlivými, což se projevuje tak, jako by se od sebe „chtěly“ částice plynu odpoutat a díky jejich přiblížení k sobě se částice urychlí, takže v rotačním, vibračním i translačním pohybu dojde k zvýšení jejich rychlosti. Toto zvýšení rychlosti částic na molekulární úrovni se projevuje jako zvýšení teploty plynu.

Pro lepší pochopení si lze popisované představit na obyčejném magnetu, kdy k pólu jednoho z nich přiblížíme druhý magnet se stejným pólem, magnety se budou odpuzovat. Pokud na jeden z magnetů zatlačí z jiného směru další se stejným pólem, opět dojde k pohybu jiným směrem. Podobně na sebe působí i částice plynu při jeho kompresi. Při kompresi plynu jeho částice vlastně „kladou odpor“ vůči stlačování, což se projeví zvýšením jejich teploty. Mechanická práce kompresoru se mění v teplo.

5. otázka: Proč klesá teplota chladiva při/po průchodu skrz expanzní ventil?

Pracovní okruh tepelného čerpadla má dvě části, které se liší tlakem. Pokud byste za činnosti kompresoru porovnali teplotu před a za expanzním ventilem, měli byste zaznamenat teplotní rozdíl, často velmi výrazný. Co se při, resp. po průchodu skrz expanzní ventil stalo?

Před expanzním ventilem je zkondenzované (tedy kapalné) chladivo pod vysokým tlakem, na druhé straně ventilu je díky sání kompresoru tlak nižší. Jakmile se při průchodu skrz ventil kapalné chladivo pod vysokým tlakem vystaví tlaku nižšímu, dojde k prudkému vypařování chladiva. Při vypařování jakékoliv kapaliny dochází k jejímu ochlazování. Molekuly opouštějící kapalinu se musí od ostatních v kapalině odpoutat. Jelikož mezi molekulami kapaliny jsou určité mezimolekulární síly, na toto odpoutání je potřeba určité množství energie, aby bylo možné ony síly překonat. Molekula opouštějící kapalinu nespotřebuje částečně jen energii „svou“, ale i okolních částic. Dle kinetické teorie kapalinu opouštějí ty nejrychlejší molekuly, takže pak v kapalině, ze které se nejrychlejší molekuly odpoutaly, zůstávají v kapalině molekuly pomalejší – a pomalejší molekuly znamenají, že se snižuje teplota kapaliny. Samozřejmě i molekuly kapaliny, které se „snažily“ udržet vypařující se molekuly při tomto procesu ztratily nějakou energii – proto klesla i jejich teplota. Jak již bylo napsáno, tak molekula, která opouštěla kapalinu při odpoutání od ní spotřebovala část „své“ energie – ale tím to nekončí. Tato již odpařená molekula se následně začne vzdalovat od ostatních molekul, které také opustily kapalinu (expanze), a protože i s nimi ji „drží“ sice menší, ale určité mezimolekulární přitažlivé síly, tak se na toto vzdalování molekul opět spotřebovává energie a teplota vzniklého plynu klesá. Proto se také říká, že „plyn koná práci sám na sobě“, a proto se sníží i teplota par. Čili po průchodu chladiva skrz expanzní ventil máme tzv. mokrou páru, což je směs páry a kapaliny o téže teplotě. I do výparníku tedy vstupuje mokrá pára, která má určitý podíl kapalné a parní složky chladiva.

To, na jakou teplotu se chladivo po průchodu expanzním ventilem ochladí, je dáno tlakem prostředí, do kterého chladivo při průchodu ventilem vstoupilo, resp. tlakem, jakému chladivo bylo vystaveno – ať už v potrubí před výparníkem nebo přímo ve výparníku. Pro názornost lze vysvětlit s pomocí obr. 6, kde je schéma kompresorového okruhu TČ země/voda spolu s p(log)-h diagramem chladiva.

Obr. 6 – Zobrazení teploty TR4 v p(log)-h diagramu chladiva, vpravo umístění dodatečného čidla TR4 v okruhu TČ země/voda

V obr. 6 vidíte, že vypařovací teplota To = 0 °C za absolutního tlaku cca 8 bar, z této teploty se chladivo přehřálo na teplotu Toh = 3 °C (v grafu tento bod není), ale chladivo před výparníkem má teplotu TR4 = 6 °C. To může u leckoho vyvolat dojem, že chladivo se ve výparníku naopak ochladilo. „Tajemství“ je pouze a jen v tom, že po otevření expanzního ventilu chladivo expanduje do omezeného prostoru trubky, ve které se nemůže odpařit tolik chladiva, abychom dosáhli jeho nižší teploty, resp. teploty To a jí odpovídajícímu vypařovacímu tlaku Po. Jinými slovy, v potrubí mezi expanzním ventilem a výparníkem je vyšší tlak než tlak Po ve výparníku – jinak by se ani chladivo od expanzního ventilu nemohlo dostat do výparníku. Takže teplota TR4 přibližně odpovídá tlaku, jaký chladivo má v daném místě. Píšu „přibližně“, protože tlak chladiva v daném místě se neměří a čidlo TR4 je pouze příložné, přímo na trubce před výparníkem, kdy i toto čidlo je zatíženo nějakými zisky tepla z okolí. Teprve až ve výparníku je dostatek místa pro „konečnou“ expanzi na vypařovací tlak Po a vypařovací teplotu To, za které se chladivo ve výparníku vypařuje a následně přehřívá díky zisku tepla z přírody. Pro doplnění zmiňuji, že tepelné čerpadlo země/voda čidlo TR4 mezi expanzním ventilem a výparníkem nepotřebuje (resp. žádné takové neznám), jde zde pouze o externě doplněné čidlo pro účely pochopení této kapitoly.

6. otázka: Mění se nějak poměr páry a kapaliny na vstupu do výparníku?

Jsou dva důvody, proč jsem tuto otázku vlastně položil:

• Lidé velmi často nevědí, že do výparníku při „zdravé“ funkci tepelného čerpadla vstupuje směs páry a kapaliny chladiva, tzv. mokrá pára
• Poměr páry/kapaliny na vstupu do výparníku je totiž důležitý pro COP stroje.

Odpověď tedy zní, že poměr obou složek se opravdu mění. To lze demonstrovat na Obr. 7, kde uvažujeme dva případy. V obou je stejná kondenzační (50 °C) i vypařovací teplota (−5 °C). Jediné, co je pro oba případy odlišné, je teplota zkondenzovaného chladiva na vstupu do expanzního ventilu. V 1. případě je kapalné chladivo o teplotě 47 °C a ve 2. případě 30 °C. Čili u prvního příkladu je podchlazení (rozdíl kondenzační teploty a teploty zkondenzovaného chladiva na vstupu do expanzního ventilu) pouhé 3 Kelviny, u 2. příkladu až 20 K (např. speciální zapojení s ekonomizérem tak velké podchlazení umožňuje). Vidíte, že ve 2. případě, kde je teplota zkondenzovaného chladiva 30 °C, je při nástřiku do výparníku více kapalné složky chladiva, a tedy méně parní složky chladiva než při teplotě zkondenzovaného chladiva 47 °C. Chtěl bych upřesnit, že dva trojúhelníky „pára/kapalina“ pro každý případ neznačí, že v jakémsi „kuželu“ nastřikovaného chladiva je nahoře pára a dole kapalina. Ve skutečnosti jsou obě složky promíchané a trojúhelníky jen upozorňují na to, že do výparníku nevstupuje pouze pára nebo jen kapalina, ale obě složky najednou a v určitém poměru daném teplotami a tlaky chladiva.

Proč k té změně poměrů dochází? Lze to vysvětlit tak, že aby se chladivo tlakově a teplotně vyrovnalo s prostředím ve výparníku, musí se z „původní“ kapaliny o vysokém tlaku a teplotě 30 °C odpařit méně chladiva než z kapaliny za stejného tlaku o počáteční teplotě 47 °C. Čili čím vyšší je teplota zkondenzovaného chladiva před expanzním ventilem, tím více se musí z kapaliny odpařit chladiva, aby se kapalina ochladila na teplotu, při které se ve výparníku začne vypařovat. Možná ještě lépe řečeno: Čím nižší je tlak chladiva za expanzním ventilem, tím více chladiva se musí při/po průchodu ventilem odpařit, aby chladivo dosáhlo onoho tlaku a jemu odpovídající vypařovací teploty.

Čím více jde do výparníku kapalné fáze chladiva, tím větší část teplosměnné plochy výparníku se využívá pro odpaření chladiva, a tedy přestupní plocha se využívá méně pro přehřátí chladiva.

Čím větší plochu výměníku zasahuje kapalná fáze chladiva, tím intenzivnější je přenos tepla z nemrznoucí směsi do chladiva – Proč? Protože kapalina je hustější než pára, proto je tepelná výměna větší = roste chladicí výkon výparníku. Stojí za připomenutí, že kapalná fáze také má nižší teplotu než přehřívající se parní složka, už proto tedy do kapalné fáze může proudit více tepla a roste tak chladicí výkon výparníku. Další důležitý fakt je, že čím méně se chladivo v sání přehřívá, tím větší má hustotu a tím větší hmotnostní průtok chladiva se přepravuje (v nasávaném objemu je více částic chladiva) a tím samozřejmě roste i topný výkon stroje.

Obr. 7 – Změna poměru parní a kapalné složky chladiva na vstupu do výparníku v závislosti na teplotě zkondenzovaného chladiva na vstupu do expanzního ventilu

7. otázka: Klesá nějak výkon tepelného čerpadla vzduch/voda typu Split s rostoucí vzdáleností mezi vnitřní a venkovní jednotkou?

Odpoveď zní: ANO. Chladivo se v okruhu pohybuje na základě rozdílu tlaků, a čím je vzdálenost mezi vnitřní a venkovní jednotkou delší, tím roste odpor potrubí, kterým chladivo proudí a tlak chladiva v potrubí klesá. Proto kompresor musí překonávat větší tlakové ztráty. To má však i vliv na účinnost stroje, zejména u splitových jednotek, kde je delší trasa chladivového potrubí než v případě monoblokového provedení. Projektanti navrhující splitové tepelné čerpadlo do objektu občas délku potrubí nezohlední a výkon TČ pak je nižší, než předpokládali. Pokles tlaku chladiva ve směru proudění způsobí snížení hustoty nasávaného chladiva kompresorem i kdyby teplota par byla stejná, páry chladiva se však v sání postupně přehřívají (jednak tepelnými zisky z okolí, ale i třením), což při stejném objemovém průtoku (V₁ = V₂) znamená na vstupu do kompresoru nižší hmotnostní průtok chladiva (m₁ > m₂) a pokles výkonu a COP stroje spolu s vyšší teplotou horkého plynu. Viz obr. 8.

Obr. 8 – Grafické vyjádření tlakové ztráty potrubí a z ní plynoucí pokles hustoty, a tedy i hmotnostního průtoku chladiva – uvažuje se buď stejná teplota par v bodě 1 i 2, popř. že v bodě 2 má pára vyšší teplotu než v bodě 1 díky přehřívání chladiva

Nutno zmínit, že samozřejmě i tepelné ztráty potrubí, byť izolovaného, způsobují pokles výkonu stroje – což platí pro aplikace, kdy ve vnitřní jednotce tepelného čerpadla vzduch/voda typu split je vlastně jen kondenzátor (deskový výměník), tedy kdy obě trubky mezi jednotkami v topném režimu jsou na vysokotlaké části okruhu (potrubí horkého plynu a podchlazované kapaliny), takže mezi chladivem a okolním vzduchem je větší teplotní spád. Vyjádření poklesu topného výkonu jednoho stroje typu split v závislosti na vzdálenosti mezi jednotkami zobrazuje levý graf na Obr. 9, kde jsou jednotlivé korekční součinitele na pokles topného výkonu. Výrobce tohoto stroje má venkovní jednotku z výroby přednaplněnou chladivem na vzdálenost mezi jednotkami až 10 m (čili 20 m potrubí). Z grafu plyne, že při vzdálenosti mezi jednotkami 7 m (čili 14 m potrubí) je korekční součinitel 1, čili žádné snížení topného výkonu stroje. Jak se vzdálenost mezi jednotkami zvyšuje, tak korekční součinitel klesá a klesá tedy i topný výkon stroje.

Obr. 9 – Korekční faktory výkonu tepelného čerpadla vzduch/voda split pro režim vytápění (vlevo) a chlazení (vpravo). Vnitřní jednotka obsahuje pouze deskový výměník chladivo/voda, zbytek kompresorového okruhu (expanzní ventil, výparník a kompresor) se nachází ve venkovní jednotce.

Všimněte si, že křivka korekčního faktoru v pravém grafu Obr. 9 pro chlazení klesá prudčeji/rychleji než v grafu pro vytápění – Proč neklesá stejně nebo snad pomaleji? Odpověď je nutno hledat ve skutečnosti, že toto reverzibilní tepelné čerpadlo má ve vnitřní jednotce pouze deskový výměník, kterým se v topné sezoně otopná voda ohřívá a v sezoně chlazení zase naopak chladí. Ostatní základní části pracovního okruhu, tedy kompresor, expanzní ventil a výměník jsou ve venkovní jednotce. V topné sezoně je u zmíněného TČ celá sací strana kompresoru v samotné venkovní jednotce (takže krátká trasa), naopak výtlačná strana je výrazně delší. V režimu chlazení je toto naopak – čili, sací strana kompresoru je výrazně delší než výtlačná. V režimu chlazení tak zvýšené tlakové ztráty na sání kompresoru spolu s větším přehříváním chladiva v sání (díky delší trase sacího potrubí proti režimu vytápění) znamenají nižší hmotnostní průtok chladiva, který kompresor zajišťuje, a proto chladicí výkon klesá rychleji.

Je potřeba zmínit, že proti režimu chlazení má proces vytápění u zmíněného reverzibilního splitu i tu výhodu, že máme delší trasu pro větší podchlazení chladiva – a jak víme, čím větší podchlazení na vysokotlaké straně kompresorového okruhu, tím větší je výsledná efektivita stroje – takže i to pomáhá, aby topný výkon TČ vzduch/voda typu split neklesal s rostoucí vzdáleností tak rychle jako tomu je u chladicího výkonu při chlazení. Zde je vidět, jakou výhodu v tomto směru mají monobloková tepelná čerpadla vzduch/voda (popř. země/voda), jejichž sací i výtlačná strana je velmi krátká, a tudíž tlakové ztráty a jejich vliv na výkon jsou minimalizovány. Nicméně, pro úplnost je třeba dodat, že přenos tepla z venkovního monobloku potrubím s vodou nebo nemrznoucí směsí znamená určitou ztrátu tepla, jejíž velikost je dána délkou a dimenzí potrubí spolu s vlastnostmi použité tepelné izolace.

Závěr

Zmíněné zajímavosti nezvýší prodej tepelných čerpadel ani nezlepší kvalitu instalací, ale slouží jako jakási teoretická základna, aby technici – ať už v kanceláři nebo v terénu, rozuměli lépe základům, na jejichž principu tepelná čerpadla fungují.

Zdroje

1. Podklady ARCO
2. KOMPRESORY, Antonín Liška, Pavel Novák, Vydavatelství ČVUT 1999