Odpověď na téma: 42 – okres Uherské Hradiště – obory 1, 2, 9, 11, 12

[Radim Kundrata]

Dobrý den,
přidávám odpověď na dotaz pana Ing. Jančaříka k projektu malého tepelného čerpadla.
Vzhledem k tomu, že se jedná o prototyp zařízení, zvolili jsme nakonec Raspberry Pi 3B+ společně s dotykovým displayem. Nemusíme tak řešit jakékoliv HW omezení a můžeme vybírat z pestré škály programovacích jazyků a nejrůznějších knihoven. Na mikropočítači běží Raspbian a dosud vytvořená část programu je napsána v C#.
Celý program máme pracovně rozdělen na několik částí. Níže uvádím základní principy řízení:

Prvním krokem je porovnávání nastavené teploty s aktuální teplotou vody v bojleru (čidlo SHT21; protokol I2C). Obyčejnou podmínku bychom však nahradili „číslem zapnutí“. Pokud je teplota vody nižší než nastavená, k „číslu“ se periodicky přičítá hodnota vycházející z exponenciálně upravené velikosti rozdílu těchto teplot a naopak. Až toto „číslo“ přesáhne zadanou mez, spustí se část kódu řídící kompresory samotné (k vypnutí by došlo až po překročení druhé, menší, meze – nastavení mezí dovoluje spravovat přirozeně vznikající hysterezi, která nám sníží počet startů kompresorů, což vede k prodloužení jejich životnosti; omezena musí být i maximální hodnota „čísla zapnutí“). Použití proměnné „čísla zapnutí“ se může zdát jako zbytečná komplikace, ale umožňuje nám to velmi snadno promítnout do časování zapnutí další skutečnosti (například nízký tarif elektřiny, trend venkovní teploty, …).
Při běhu kompresoru/ů je nejdůležitější správně řídit expanzní ventil. Ten je řízen přehřátím chladiva ve výparníku (rozdíl teploty před a za výparníkem). Pokud je ve výparníku chladiva málo, vypařuje se jen v jeho malé části a vzniklé páry se stihnou ohřát (-> velké přehřátí). Pokud je naopak chladiva ve výparníku příliš, nestihne se všechno ve výparníku odpařit a dostává se až do kompresorů (-> malé přehřátí). Přehřátí by se tedy periodicky měřilo a buď by se ventil (ovládaný krokovým motorem s driverem) pootevřel nebo přivřel. Musí být však zajištěno minimální otevření (kdyby se ventil uzavřel, ve výparníku by se nic nevypařovalo, teplota by se neměnila a systém by měl tendenci ventil z důvodu nulového přehřátí stále zavírat). Optimální hodnotu přehřátí by bylo nejlepší zjistit praktickým pokusem (u použitého chladiva R600a nemusí být tato hodnota příliš vysoká, cca 1,5 °C).
Zjištění, zda je výparník zamrznutý, probíhá porovnáním venkovní teploty s teplotou chladiva za výparníkem. Pokud vzniklý led brání prostupu vzduchu mezi lamelami, předávání tepla je omezeno a výstupní teplota se začíná teplotě vzduchu vzdalovat. Tento rozdíl je opět nejlepší zjistit zkouškou v praxi. Pokud je tento teplotní rozdíl velký, je uloženo aktuální nastavení expanzního ventilu a následně je otevřen tak, aby se „vyrovnaly“ tlaky v kondenzátoru i ve výparníku. Až se teplota na výstupu opět vyhoupne nad bod mrazu, ventil je vrácen zpět do jeho původní polohy (v průběhu odmrazování je ventilátor vypnut).
Všemu je nadřazena bezpečnostní část programu, která hlídá čidlo úniku chladiva, maximální odebíraný proud (pomocí wattmetru), presostaty a zda jsou teploty ze všech čidel v jejich přípustném rozsahu. Vznikne-li nějaký problém, dojde k odpojení kompresorů.