REVERZIBILITA CHLADIACICH OKRUHOV V TEPELNÝCH ČERPADLÁCH, časť 2.

3       Presmerovanie chladiva pri odmrazovaní so zberačom chladiva 

Preradením funkcií okruhu štvorcestným ventilom dôjde ku skokovej zmene tlakov na vstupe a výstupe kompresora a priradených výmenníkoch. Tlak v zberači chladiva (daný teplotou kvapalného chladiva v zberači), ktorý je za tejto situácie od kondenzátora i výparníka „oddelený“ spätnými ventilmi, zostáva na pôvodnej hodnote, respektíve znižuje sa pozvoľna tak, ako sa znižuje náplň kvapalného chladiva v zberači, tým že chladivo je postupne privádzané predovšetkým do výparníka (predtým) kondenzátora expanzným ventilom. Za tejto situácie neurčuje prívod chladiva do aktuálneho výparníka rozdiel tlakov kondenzačného a vyparovacieho, ale rozdiel tlakov v zberači a tlaku vyparovacieho! 

3.1 Výparník je dostatočne zásobovaný kvapalným chladivom

Stav pred vyčerpaním chladiva zo zberača je možné označiť za 1. fázu odmrazovania. Až po vyčerpaní náplne zberača sa prejaví nedostatočné zásobovanie výparníka chladivom pre malý tlakový rozdiel medzi tlakom v aktuálnom kondenzátore a aktuálnom výparníku. Za tejto situácie dôjde k poklesu sacieho tlaku a ku uvoľneniu toku kvapalného chladiva cez spätný ventil z aktívneho kondenzátora k aktívnemu expanznému ventilu do aktívneho výparníka.

Obr. 2 Presmerovanie chladiva pri odmrazovaní so zberačom chladiva a EVI systémom vhodným pre tepelné čerpadlá inštalované najmä pre chladnejšie oblasti v kvapalinovej časti chladiaceho okruhu oddelenej od oboch výmenníkov tepla spätnými ventilmi.

4       EVI systém v reverzibilnom okruhu so zberačom chladiva

Skratka EVI (Enhanced Vapour Injection) znamená, že kompresor je vybavený možnosťou vstupu chladiva do stredotlakového uzavretého kompresného priestoru. Spoločnosť Copeland dodáva skroly, ktoré sú používané pre nízkoteplotné zariadenia, kde vyparovacia teplota môže klesnúť až na –45 °C. Kompresia je jednostupňová. Teplotu výtlaku stráži buď zvláštny ventil, alebo relé a v prípade jej prekročenia je do uzavretého priestoru medzi špirálami v kompresore vstrekované chladivo, ktoré zníži výtlačnú teplotu na povolenú úroveň. Využíva sa tak možnosti druhého vstupu do kompresora tak, že odsávané pary chladiva zo špeciálneho výmenníka – výparníka - ekonomizéra, ktorými sa podchladzuje kvapalné chladivo za kondenzátorom a zvyšuje jeho merný chladiaci výkon, sa privádzajú medzi špirály kompresora cez vrchnú nerotujúcu špirálu.

V EVI systéme je chladivo z kondenzátora vedené do ekonomizéra, ktorý je navrhnutý ako výparník na výkon zodpovedajúci typu kompresora a veľkosti jeho výkonu. Zodpovedajúce množstvo kvapalného chladiva „i“ je odoberané za kondenzátorom a vstrekované cez TEV do VT tak, aby došlo k jeho vypareniu. Objem pár vzniknutých vyparovaním vo výmenníku musí zodpovedať možnostiam odsávania medzistupňom kompresora, zároveň je tým daný aj tlak vyparovania, pretože pary sú odsávané do priestoru medzi rotormi skrolu, ktorý už je uzavretý a obsahuje zodpovedajúce množstvo chladiva „m“ odsávaného z bežného výparníka chladiaceho zariadenia. Množstvo chladiva „m“ sa o prisávaný objem „i“ v uzavretom kompresnom priestore zvýši pri približne rovnakom tlaku z dôvodu zníženej teploty. Množstvo „m+i“ je stláčané ďalej do kondenzátora, ktorého výkon sa vďaka vyššiemu prietoku zvýši. V diagrame log p-h vyzerá okruh v súlade s nasledujúcim obrázkom.

5       Odlučovač kvapaliny – akumulátor

V okamžiku, keď sacie potrubie a odlučovač kvapaliny majú teplotu:

•         vyššiu, než je teplota výparná, platí, že sa v priestore kvapalina nevyskytuje.

•         výparnú, platí, že sa v priestore vyskytuje kvapalina a para. 

•         Nižšiu, ako je teplota varu, platí, že sa v priestore vyskytuje iba kvapalina.

Avšak ani to, že teplota sacieho potrubia a odlučovača kvapaliny je vyššia ako teplota výparná ešte nezaručuje, že je možné kompresor bezpečne uviesť do chodu. Pokiaľ je v danom okamihu kvapalné chladivo vo výparníku (teplota výparníka je nižšia ako bod varu, a pri tom všetky ostatné časti okruhu majú teplotu vyššiu, než je teplota výparná napríklad pri plne otvorenom TEV po reverzácii), hrozí aj tak, že dôjde pri spustení kompresora k nasatiu kvapaliny do sania kompresora. To sa stane pokiaľ nie je v okruhu pred kompresorom odlučovač kvapalného chladiva, resp. nie je na túto situáciu jeho objem dimenzovaný v rozmedzí 50 až 70 % objemu kvapalného chladiva alebo zodpovedajúco výkonu chladiaceho okruhu.

Uvedením kompresora do prevádzky, keď potrubie na saní kompresora alebo odlučovač kvapaliny alebo výparník majú teplotu nižšiu, alebo rovnú vyparovacej teplote chladiva, je kompresor ohrozený nasatím kvapaliny alebo mokrej pary. V tom prípade môže prísť k úplnému rozbitiu špirál skrol kompresora.

Po prepnutí štvorcestného ventilu na odmrazovanie vonkajšieho výparníka, prudko poklesne tlak vo vnútornom výmenníku (predtým kondenzátore). Pokles tlaku môže byť rýchlejší, než by zodpovedal saciemu výkonu kompresora. Vnútorný ochranný spätný ventil chráni kompresor proti prisatiu špirál v prípade pretlaku v saní oproti výtlaku. Tým prítomné kvapalné chladivo (výrazne teplejšie, než je teplota vonkajšieho výparníka) vo vnútornom výmenníku začne búrlivo vrieť. Rýchlosť vyparovania nie je v tomto prípade závislá od prestupu tepla do kvapalného chladiva (teplo v kvapaline už je, je to m x ∆t x c , kde m je hmotnosť kvapalného chladiva, ∆t je rozdiel teploty chladiva pred prepnutím štvorcestného ventilu a výparnej teploty zodpovedajúcej okamžitému tlaku, a „c“ je merná tepelná kapacita kvapalného chladiva). Mokrá para môže tak uniknúť z vnútorného výmenníka do odlučovača kvapaliny. Pokiaľ nie je odlučovač kvapaliny správne objemovo navrhnutý voči náplni chladiva alebo výkonu, môže prísť k nasatiu kvapaliny do kompresora. 

Aby sa vylúčila prítomnosť kvapalného chladiva na nízkotlakej strane je vhodné kompresor vypínať až odsatím uzavretej nízkotlakej strany elektromagnetickým ventilom pred EV najmä ak výparník môže byť ohriaty na vyššiu teplotu ako sacie potrubie, akumulátor, kompresor.

Obr. 4 Na zázname prevádzky kompresora po spustení je vidieť, že teplota vstupujúca do bežiaceho kompresora (svetlomodrá čiara) je v čase 12:40 až 12:41 blízko, nie však nižšie ako je teplota výparná (tmavomodrá čiara) a až potom sa vzdiali na ∆t = 9,2K.

6       Správna funkcia reverzácie chladiaceho okruhu pri odmrazovaní

Vplýva na ňu nielen správny návrh jednotlivých komponentov, správne dimenzovanie potrubného systému, zohľadnenie tlakových strát, ale aj iniciácia a ovládanie odmrazovania. Dôležitá je tiež správna inštalácia, kvalita a množstvo vykurovacej vody a monitorovanie prevádzkových parametrov. Využitie odlučovača kvapaliny je nutné. Využitie EVI systému pre oblasti z nízkymi vonkajšími teplotami môže byť bonusom chladiaceho systému s reverzáciou s oddelenou kvapalinovou časťou spätnými ventilmi od výmenníkov tepla. Aj keď v praxi inštalujeme väčšinou TČ s reverzáciou výrobcom odskúšané a overené, je dobré proces odmrazovania mať pod kontrolou.   

Literatúra

[1] Berglöf Klas: Skúsenosti s experimentálnymi meraniami energetickej efektívnosti chladiacich zariadení v praxi. Zborník IIR, SZ CHKT, Papiernička 2004, 27-35 s., 

[2] Čejka, Z.: Výber kompresorov a EVI systém. SZ CHKT, Správy 2/2005

[3] Klazar, L.: Zjednodušené meranie parametrov CHZ a TČ. VVI, č.2 rok 2000. 

[4] Tomlein, P.: Inspection system on cooling circuits. In: IIR conference Compressors 2004. 

[5] Tomlein, P.: Field Measurement On Rooftop Condensing Unit Before And After Reconstruction. IIR conference on Compressors, 2021. 

[6] Tomlein, P.: Cyklovanie kompresora. Správy SZ CHKT 3/2021.

[7] Firemné podklady, Viessmann, Copeland, Danfoss, ..

Viac informácií nájdete v časopise Správy 2/2024