Vplyv atmosférických podmienok na tvorbu námrazy a na výkon tepelného čerpadla

Výkon a COP tepelných čerpadiel odoberajúcich teplo z okolitého vzduchu sa hodnotia podľa kritérií stanovených normou EN14511. Merania stanovujú celkový výkon a príkon vrátane energie potrebnej na odmrazenie výparníka, chod ventilátorov a ďalších pomocných zariadení.

Celkový výkon tepelného čerpadla je okrem okolitej teploty závislý aj od vzdušnej vlhkosti. Norma EN14511 stanovuje kritériá na vlhkosť vzduchu prichádzajúceho do výparníka, aby boli merania vykonávané za porovnateľných podmienok.

Pre stanovenie okamžitej vlhkosti vzduchu sa používa t.z.v. psychrometrická metóda. Pri tejto metóde sa meria teplota vzduchu dvomi teplomermi, pričom jeden má banku suchú a druhý vlhkú. Vlhká banka sa spravidla realizuje natiahnutím „pančušky“ namočenej vo vode a táto je vystavená prúdu vzduchu. Vlhkosť prúdiaceho vzduchu rozhoduje o tom ako rýchlo sa odparuje voda z vlhkého teplomera. Odparovanie vody odoberá energiu a tým spôsobí pokles teploty vlhkého teplomera oproti teplote suchého teplomera. Preto pri meraniach býva údaj napr. +7°C (DB) / +6°C (WB). DB znamená teplota suchého teplomera (dry bulb – suchá banka) a WB znamená teplota mokrého teplomera (wet bulb – mokrá banka). Relatívnu vlhkosť zodpovedajúcu konkrétnym hodnotám na teplomeroch je možné následne stanoviť z t.z.v. psychrometrickej tabuľky.

Napríklad pre merania pri +2°C je stanovené, že teplota vzduchu vstupujúceho do výparníka musí mať nasledujúce hodnoty +2°C(DB) / +1°C(WB). Z psychrometrickej tabuľky možno stanoviť, že okamžitá relatívna vlhkosť vzduchu pri tomto meraní je 84%.

Vo výparníku tepelného čerpadla sa odparuje chladivo, čím sa zo stien výparníka odoberá teplo. Podchladenie výparníka je dané jeho veľkosťou, tepelným výkonom a množstvom vzduchu, ktorý ho zohrieva pohybom pomedzi rebrá. Veľkosť výparníka a prietok vzduchu sú volené tak, aby sa vzduch po prechode výparníkom ochladil o približne 5°C. Najväčšie odchýlky od výkonu a COP vznikajú v rozsahu vonkajších teplôt –5°C až + 5°C, pretože pri týchto teplotách je vo vzduchu ešte dosť vody a výparník už je pod bodom mrazu a teda sa na rebrách výparníka vo zvýšenej miere tvorí námraza.

Odchýlky výkonu sú spôsobené rýchlosťou tvorby námrazy v závislosti na reálnej vlhkosti vzduchu.

Na prvý pohľad by sa mohlo zdať, že rozdiel v tvorbe námrazy pri 84%-nej a napr. 98%-nej vlhkosti nebude veľký, pretože rozdiel v množstve vody vo vzduchu je iba 14% a teda aj vplyv na tvorbu námrazy by mal byť tomu úmerný.

Situácia je ale iná pretože o tvorbe námrazy nerozhoduje samotné množstvo vody obsiahnutej vo vzduchu, ale množstvo vody, ktoré za daných podmienok zo vzduchu skondenzuje.

Pri teplote vzduchu +2°C a relatívnej vlhkosti vzduchu 84% je v 1m³ vzduchu 4,7 gramu vody. Po ochladení na výparníku o 5°C vzduch udrží v sebe už iba 4,2 gramy vody a teda min. 0,5 gramu (4,7g H₂O – 4,2g H₂O = 0,5g H₂O) vody z 1m³ vzduchu skondenzuje a následne zamrzne na výparníku.

Zjednodušene si to možno predstaviť tak, ako by v 1000 m³ vzduchu teplého +2°C bola k dispozícii nádoba s objemom 5,6 litra. Rozpustnosť vody vo vzduchu sa znižuje s klesajúcou teplotou. Po ochladení vzduchu o 5°C sa táto nádoba zmenší na 4,2 litra. Ak bola relatívna vlhkosť (pri +2°C) 84%, tak 5,6 litrová nádoba bola naplnená iba na 84% a bolo v nej 4,7litra vody. Po ochladení o 5°C je k dispozícii iba 4,2 litrová nádoba a teda 0,5 litra vody vytečie. t.j. objaví sa vo forme kvapiek na výparníku.

Pokiaľ je ale relatívna vlhkosť okolitého vzduchu 98%, tak v 1m³ vzduchu je (pri +2°C) 5,5 gramu vody a po ochladení o 5°C sa na výparníku vyzráža 1,3 gramu vody z 1m³ vzduchu (5,5g H₂O – 4,2g H₂O = 1,3g H₂O).

Z uvedeného vidno, že prevádzka pri vlhkosti 98% môže zvýšiť intenzitu namŕzania na 260% z pôvodnej hodnoty charakteristickej pre merania pri vlhkosti 84% (1,3g H₂O/0,5g H₂O).

Za hmly a 100%-nej vlhkosti môže byť zvýšenie intenzity namŕzania až na 300%. Prevádzka s veľmi namrznutým výparníkom má za následok zníženie povrchovej teploty výparníka a tým aj ďalšie zvýšenie tvorby námrazy.

Zníženie výkonu a COP pri prevádzke v nepriaznivých poveternostných podmienkach môže dosahovať až 35%, najmä pri vonkajších teplotách okolo 0°C.

S klesajúcou vonkajšou teplotou absolútna vlhkosť klesá a teda vplyv vlhkosti na výkon sa neuplatňuje tak, ako pri teplotách okolo 0°C.

Pri prevádzke za sťažených atmosférických podmienok je teda vhodné skrátiť intrerval medzi odmrazovaniami.

30.11.2011