Testo Academy: Chladicí technika – 1. část

Chladicí zařízení se stala nepostradatelnými v mnoha oblastech našeho každodenního života. Starají se o optimální klima budov, chladí průmyslové procesy a umožňují delší skladování a zmrazování potravin.

Výhody chladicích zařízení jsou však spojeny se značnou spotřebou zdrojů, která celosvětově neustále stoupá a zatěžuje klima. Proto je stále důležitější chladicí a klimatizační techniku odborně navrhnout a efektivně provozovat. Chladicí zařízení je uzavřený, v ideálním případě hermeticky těsný potrubní systém, ve kterém obíhá chladivo. Chladivo je provozní látka, která při nízké teplotě a nízkém tlaku teplo přijímá a při vyšší teplotě a vyšším tlaku teplo vydává. Tyto chladicí okruhy se skládají z nejméně čtyř součástí, které následně stručně popíšeme. Jako provozní látky chladicího zařízení slouží chladivo a olej v kompresoru.

Čtyři hlavní komponenty chladicího okruhu

1. Kompresor
2. Kondenzátor
3. Expanzní ventil
4. Výparník

Jednoduché schéma chladicího okruhu zobrazuje hlavní komponenty. Ukazuje cyklus ve směru hodinových ručiček, ve kterém chladivo cirkuluje v uzavřeném okruhu a přitom projde dvěma změnami skupenství.

Kompresor

Kompresor nasává přehřátou páru ze sacího potrubí (sací tlak) a tuto páru stlačuje na úroveň vysokého tlaku. Tato úroveň vyplývá z poměru výkonu kondenzátoru při příslušných podmínkách prostředí a aktuálního zatížení zařízení a neustále se mění. Výkyvy zatížení a sezonní výkyvy ve dne/v noci nebo z důvodu vyšších/nižších teplot v průběhu roku jsou pouze některé z ovlivňujících veličin.

Kondenzátor

Úkolem kondenzátoru je odvést tepelnou energii přijatou chladivem a z větší části také energii dodanou kompresorem při procesu komprese chladiva. Výkon kondenzátoru je cca 1,3x vyšší než výkon výparníku (orientační hodnota). Kondenzátor může být, stejně jako výparník, lamelový, chlazený kapalinou nebo své teplo předávat pevné látce. Využití tepla v dalším procesu (využití odpadního tepla/regenerace tepla) je přitom ústředním bodem navrhování energeticky efektivního zařízení. Při něm je přehřáté, v plynném skupenství se nacházející a stlačené chladivo odebráním tepla zkapalněno.

Expanzní ventil

Expanzní ventil v chladicím nebo klimatizačním zařízení vstřikuje do výparníku tolik tekutého chladiva, aby se v jeho trubkách mohlo co nejvíce chladiva vypařit. Chladivo potřebuje k vypaření mnoho energie, která je odebírána chlazené látce.

Výparník

Velmi důležitou součástí chladivového okruhu je výparník. Tvoří něco jako „rozhraní“ mezi chladicím zařízením a chlazenou látkou. Chladivo se při nízkém tlaku (sací tlak) dostává většinou ještě v kapalném stavu do výparníku, kde se při absorpci tepla, které v ideálním případě kompletně pochází z ochlazované látky, vypaří.

Podchlazení

Výpočet podchlazení

Dt_cu = t_c – t_cu

• t_c = kondenzační teplota použitého chladiva
• t_cu = skutečná měřená teplota

Podchlazení kapalného chladiva lze v principu nejlépe zjistit před expanzním ventilem. Jedná se o vypočítaný parametr, tedy diferenci mezi kondenzační teplotou a reálně měřenou teplotou. Podchlazení je velmi důležitá veličina při měření účinnosti chladicího zařízení. Pokud se v chladicím okruhu později vyskytuje další podchlazení (např. prostřednictvím externího dochlazovače) musí být zkontrolovány, resp. dopočítány veškeré složky kapalinového potrubí.

Výpočet přehřátí

Dt_oh = t_oh – t_o

• t_o = vypařovací teplota použitého chladiva
• t_oh = skutečná měřená teplota

Podchlazení vede jednak k zisku entalpie a tím ke zvýšení množství tepla, které může výparník přijmout. Na druhé straně je nutné pro překonání tlakových ztrát v kapalinovém potrubí bez předvypařování.

Přehřátí

Přehřátí je, stejně jako podchlazení, jednou z nejdůležitějších veličin hodnocení aktuálního výkonu zařízení. Stejně jako u podchlazení se jedná o vypočítaný parametr, zde je to diference mezi reálně měřenou teplotou a vypařovací teplotou použitého chladiva. Princi­piálně však musíme rozlišovat, na jakém místě v chladivovém okruhu má být výpočet přehřátí proveden:

Přehřátí výparníku

se zjišťuje ihned za výparníkem na začátku sacího potrubí. Na stejném místě se nachází tykavka termostatického expanzního ventilu nebo čidlo přehřátí elektricky spouštěných expanzních ventilů.

Přehřátí v sacím potrubí

vzniká zpravidla průnikem tepla okolí izolací sacího potrubí. Tento průnik tepla je normálně a u optimálně naplánovaných a provedených zařízení nežádoucí, neboť chladicí okruh musí toto teplo také odvést. Pokud jsou v sacím potrubí zapojeny další výměníky tepla, které například jako takzvané „interní výměníky tepla“ zaručují tepelné spojení sacího a kapalinového potrubí, pak se však v součtu jedná o velmi kladný a výkon zvyšující efekt (kromě u R-717 a R-22).

Přehřátí na sání kompresoru,

zjištěné přímo před vstupem přehřáté nasávané páry do kompresoru, vyplývá ze součtu přehřátí výparného a sacího potrubí včetně případně přítomného interního výměníku tepla.

Další přehřátí,

vyskytující se na kompresoru, nelze v praxi téměř zjistit a nemá proto pro servis skoro žádný význam. Toto přehřátí je z maximální části způsobeno chlazením nasáté páry kompresoru a je specifické pro jednotlivé výrobce.

Zaznamenávání a hodnocení důležitých parametrů

Základem komplexního hodnocení zařízení a korektního nastavení chladicího nebo klimatizačního zařízení jsou exaktně naměřené hodnoty a odborné znalosti. Pouze tak je možné zachytit rozhodující provozní stavy, resp. parametry.

V případě servisu je často důležité, aby servisní technik rychle získal důležité parametry. Takzvaná manometrová baterie je nejdůležitějším měřicím přístrojem servisních techniků. Tento nepostradatelný měřicí přístroj je však často v autě a na stavbě vystaven mechanické a teplotní zátěži. Analogové provedení, tedy manometr s ručičkami, je velice citlivý na okolní vlivy a může díky tomu měřit nepřesně. Kromě toho nemůžeme přímo odečítat rozhodující hodnoty jako přehřátí a podchlazení. Při manuálním výpočtu uvedených hodnot vždy existuje riziko výskytu nejen chyb paralaxy, ale také i matematických chyb.

Jinak je tomu u elektronických servisních přístrojů. Zde můžeme tlaky zařízení, a k nim patřící teploty, evidovat pro zjištění přehřátí nebo podchlazení souběžně a velmi přesně. Paralaxa je stejně jako matematická chyba nemožná. Osvětlení displeje, možnost kompenzace na tlak okolí a také ukládání naměřených údajů jsou užitečné doplňky, díky nimž může servisní zásah probíhat rychle a efektivně. Proto si dnes kufřík s nářadím odborníka na chladicí a klimatizační techniku nedokážeme bez elektronických přístrojů na měření parametrů chladicích zařízení představit.

Kontrolní otázka:

Jaký typ přehřátí měříme na obrázku?

Zdroj: Praktické příručky testo