Przejdź do głównej treści
ELE.04-01-24.01-SGStyczeń 2024 · 19 kroków · ok. 38 min · 34 kryteria z klucza

Rozwiązanie krok po kroku: Pompa ciepła powietrze/woda

Serwis zmierzył parametry pracy pompy ciepła powietrze/woda na R32 przy temperaturze powietrza zewnętrznego 2 °C: parowanie -10 °C, przegrzanie 5 K (para na wyjściu z parownika -5 °C), ssanie sprężarki 5 °C, koniec sprężania 115 °C, skraplanie 45 °C, dochłodzenie 5 K, wydajność objętościowa sprężarki 4 m³/h. Obieg z punktami 1-7 jest już narysowany na wykresie log p-h. Trzeba przypisać punkty do miejsc na schemacie urządzenia, odczytać entalpie i objętość właściwą, policzyć wydajność grzewczą, moc sprężarki, COP i SCOP, ustalić klasy energetyczne, ocenić je względem wymagań producenta i wskazać prace serwisowe.

Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie odczyty, wyniki obliczeń i oceny do tabel, wykresów i protokołu wydrukowanych w arkuszu. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kolejność kroków idzie za kolejnością tabel i rysunków w arkuszu, a w obrębie jednej tabeli - za kryteriami klucza.

Odczyty z wykresu. Wykres w arkuszu jest obrazem rastrowym. W skrypcie jego siatka jest skalibrowana (linie entalpii co 20 kJ/kg, ciśnienie w skali logarytmicznej), a środki narysowanych przez CKE punktów obiegu zmierzone na obrazie. Entalpie są zaokrąglone do 5 kJ/kg - arkusz dopuszcza odczyt z dokładnością ±10 kJ/kg, a klucz przyjmuje też dalsze obliczenia na wartościach odczytanych przez zdającego. W krokach odczytu nad tabelą widać wykres z liniami odczytu poprowadzonymi do osi entalpii.

Zaokrąglenia. Arkusz narzuca je wprost: strumień masowy do czterech miejsc po przecinku, wydajność i moc do dwóch. Kolejne obliczenia idą na zaokrąglonych wartościach - tak jak liczy zdający.

To jedno z możliwych rozwiązań: kolejność wypełniania tabel jest dowolna, liczy się zapis w ocenianych polach.

Jak liczą się punkty. Klucz ma 34 kryteria w 5 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 26 punktów - można stracić 8 kryteriów i nadal zdać. Najwięcej punktów dają schemat (7) i odczyty z wykresu (7) - to zadania na rozumienie obiegu, bez rachunków.

Arkusz i pliki do pobrania Treść arkusza (PDF)

  1. Etap 1: Rysunek 2. Punkty pomiarowe na schemacie

    Kroki 1-3 · po tym etapie masz 7 z 34 kryteriów (pkt)

    Krok 1: Punkty 1 i 7 - parownik

    Kryteria: ,

    R.1.1 1 – w polu znajdującym się w parowniku

    R.1.7 7 – w polu znajdującym się za termostatycznym zaworem rozprężnym na zasilaniu parownika

    ok. 3 min
    Polecenie z arkusza

    Na schemacie ideowym pompy ciepła Rysunek 2 w puste okrągłe pola należy wpisać odpowiednie cyfry (od 1 do 7) z diagramu chłodniczego obiegu pompy ciepła Rysunek 1 odpowiadające wskazanym punktom charakterystycznym obiegu.

    Na wykresie punkt 1 leży na krzywej pary nasyconej suchej przy ciśnieniu parowania - to koniec parowania, czyli miejsce wewnątrz parownika (koło w parowniku). Punkt 7 leży pod nim na tej samej izobarze, ale w obszarze pary mokrej, pionowo pod punktem 6 - to czynnik zaraz po dławieniu, czyli koło za zaworem rozprężnym, na zasilaniu parownika.

    Dokument po tym kroku

  2. Krok 2: Punkty 2 i 3 - przegrzanie i ssanie

    Kryteria: ,

    R.1.2 2 – w polu, znajdującym się za czujnikiem termostatycznego zaworu rozprężnego

    R.1.3 3 – w polu znajdującym się przed sprężarką chłodniczą

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na schemacie ideowym pompy ciepła Rysunek 2 w puste okrągłe pola należy wpisać odpowiednie cyfry (od 1 do 7) z diagramu chłodniczego obiegu pompy ciepła Rysunek 1 odpowiadające wskazanym punktom charakterystycznym obiegu.

    Punkt 2 to para przegrzana o 5 K (-5 °C) na wyjściu z parownika - tam, gdzie leży czujnik termostatycznego zaworu rozprężnego, więc koło za czujnikiem (zaraz za parownikiem). Punkt 3 to dalsze przegrzanie w przewodzie ssawnym do 5 °C - koło przed sprężarką.

    Typowe błędy

    Zamiana punktów 2 i 3. Czujnik zaworu mierzy przegrzanie na wyjściu z parownika, a nie na ssaniu sprężarki.

    Dokument po tym kroku

  3. Krok 3: Punkty 4, 5 i 6 - strona wysokiego ciśnienia

    Kryteria: , ,

    R.1.4 4 – w polu znajdującym się za sprężarką chłodniczą

    R.1.5 5 – w polu znajdującym się w skraplaczu

    R.1.6 6 – w polu znajdującym się za skraplaczem

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na schemacie ideowym pompy ciepła Rysunek 2 w puste okrągłe pola należy wpisać odpowiednie cyfry (od 1 do 7) z diagramu chłodniczego obiegu pompy ciepła Rysunek 1 odpowiadające wskazanym punktom charakterystycznym obiegu.

    Punkt 4 to koniec sprężania (115 °C) - koło za sprężarką. Punkt 5 leży na krzywej cieczy nasyconej, czyli kończy skraplanie - koło w skraplaczu. Punkt 6 to ciecz dochłodzona o 5 K - koło za skraplaczem, przed zaworem.

    Dokument po tym kroku

  4. Etap 2: Tabela 2. Odczyty z wykresu

    Kroki 4-7 · po tym etapie masz 14 z 34 kryteriów (pkt)

    Krok 4: Entalpie po stronie niskiego ciśnienia: h1, h2, h3

    Kryteria: , ,

    R.2.1 wartość entalpii w pkt. 1 513±10 kJ/kg

    R.2.2 wartość entalpii w pkt 2 520±10 kJ/kg

    R.2.3 wartość entalpii w pkt 3 530±10 kJ/kg

    ok. 3 min
    Polecenie z arkusza

    W Tabeli 2 Wartości parametrów w punktach charakterystycznych obiegu należy wpisać odczytane wartości entalpii z wykresu czynnika chłodniczego R 32 dla zaznaczonych punktów od 1 do 7 oraz wartość objętości właściwej czynnika chłodniczego na ssaniu sprężarki.

    Od każdego punktu idzie się wzdłuż linii stałej entalpii (pionowe linie siatki) do osi „Enthalpy”. Punkt 1 na krzywej nasycenia: 515 kJ/kg, punkt 2: 520 kJ/kg, punkt 3: 530 kJ/kg (klucz: 513, 520 i 530, każda ±10). Kolumna „Jednostka” jest pusta - wpisuje się kJ/kg.

    Dokument po tym kroku

  5. Krok 5: Entalpia końca sprężania h4

    Kryteria:

    R.2.4 wartość entalpii w pkt 4 605±10 kJ/kg

    ok. 1 min
    Polecenie z arkusza

    W Tabeli 2 Wartości parametrów w punktach charakterystycznych obiegu należy wpisać odczytane wartości entalpii z wykresu czynnika chłodniczego R 32 dla zaznaczonych punktów od 1 do 7 oraz wartość objętości właściwej czynnika chłodniczego na ssaniu sprężarki.

    Punkt 4 leży wysoko w obszarze pary przegrzanej, przy izotermie 115 °C: 605 kJ/kg (klucz: 605 ±10).

    Dokument po tym kroku

  6. Krok 6: Entalpie po stronie cieczy: h5 i h6 = h7

    Kryteria: ,

    R.2.5 wartość entalpii w pkt 5 300±10 kJ/kg

    R.2.6 wartość entalpii w pkt 6 284±10 kJ/kg

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    W Tabeli 2 Wartości parametrów w punktach charakterystycznych obiegu należy wpisać odczytane wartości entalpii z wykresu czynnika chłodniczego R 32 dla zaznaczonych punktów od 1 do 7 oraz wartość objętości właściwej czynnika chłodniczego na ssaniu sprężarki.

    Punkt 5 na krzywej cieczy nasyconej: 300 kJ/kg, punkt 6 (ciecz dochłodzona): 285 kJ/kg. Dławienie nie zmienia entalpii, więc h7 = h6 - punkt 7 leży na tej samej pionowej linii (klucz: 300 i 284, ±10). Izobara skraplania na rysunku leży wyżej niż ciśnienie nasycenia dla 45 °C - bo 45 °C to temperatura zmierzona na wyjściu ze skraplacza, już po dochłodzeniu o 5 K, więc skraplanie zachodzi w ok. 50 °C.

    Dokument po tym kroku

  7. Krok 7: Objętość właściwa na ssaniu

    Kryteria:

    R.2.7 objętość właściwa czynnika chłodniczego na ssaniu sprężarki 0,07±0,01 m3/kg

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    W Tabeli 2 Wartości parametrów w punktach charakterystycznych obiegu należy wpisać odczytane wartości entalpii z wykresu czynnika chłodniczego R 32 dla zaznaczonych punktów od 1 do 7 oraz wartość objętości właściwej czynnika chłodniczego na ssaniu sprężarki.

    Na ssaniu sprężarki jest punkt 3. Przechodzą obok niego czerwone izochory (linie stałej objętości właściwej): wartość wynosi ok. 0,07 m³/kg (klucz: 0,07 ±0,01).

    Typowe błędy

    Objętość odczytana w punkcie 1 albo 2 - sprężarka zasysa parę w stanie 3.

    Dokument po tym kroku

  8. Etap 3: Tabela 3. Wydajność grzewcza i moc sprężarki

    Kroki 8-11 · po tym etapie masz 20 z 34 kryteriów (pkt)

    Krok 8: Jednostkowa wydajność chłodnicza

    Kryteria:

    R.3.1 jednostkowa wydajność chłodnicza: 236 ± 20 lub wynikająca z różnicy wartości entaplii zapisanych przez zdającego w R.2.2 oraz R.2.6

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na podstawie wykonanych pomiarów parametrów pracy pompy ciepła należy wyznaczyć wydajność grzewczą oraz chwilową efektywność energetyczną pompy ciepła w trybie grzania.

    W kolumnie wzorów wpisuje się odczyty z Tabeli 2, a w ostatniej kolumnie wynik: q0 = h2 - h7 = 520 - 285 = 235 kJ/kg (klucz: 236 ±20 albo różnica odczytów zdającego).

    Dokument po tym kroku

  9. Krok 9: Wydajność grzewcza i praca sprężania na 1 kg

    Kryteria: ,

    R.3.2 jednostkowa wydajność grzewcza: 320 ± 20 lub wynikająca z różnicy wartości entalpii zapisanych przez zdającego w R.2.4 oraz R.2.6

    R.3.3 jednostkowa teoretyczna praca sprężania: 75 ± 20 lub wynikająca z różnicy wartości entalpii zapisanych przez zdającego w R.2.4 oraz R.2.3

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na podstawie wykonanych pomiarów parametrów pracy pompy ciepła należy wyznaczyć wydajność grzewczą oraz chwilową efektywność energetyczną pompy ciepła w trybie grzania.

    qk = h4 - h6 = 605 - 285 = 320 kJ/kg - tyle ciepła oddaje w skraplaczu każdy kilogram czynnika. lt = h4 - h3 = 605 - 530 = 75 kJ/kg - praca sprężania liczona od ssania (punkt 3), nie od wyjścia z parownika.

    Typowe błędy

    Praca sprężania liczona jako h4 - h2 - sprężarka zasysa parę w stanie 3.

    Dokument po tym kroku

  10. Krok 10: Strumień masowy czynnika

    Kryteria:

    R.3.4 strumień masowy czynnika chłodniczego w obiegu: 0,0159 ± 0,0030 lub wartość wynikająca z zapisanej przez zdającego w R.2.7 wartości objętości właściwej czynnika chłodniczego na ssaniu sprężarki

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na podstawie wykonanych pomiarów parametrów pracy pompy ciepła należy wyznaczyć wydajność grzewczą oraz chwilową efektywność energetyczną pompy ciepła w trybie grzania.

    Najpierw zamiana jednostek: V̇ = 4 m³/h : 3600 = 0,00111 m³/s. Potem ṁ = V̇ / v_ss = 0,00111 / 0,07 = 0,0159 kg/s - z dokładnością do czterech miejsc po przecinku, jak każe arkusz.

    Typowe błędy

    Podzielenie 4 m³/h przez objętość bez zamiany na m³/s - wynik w kg/h, 3600 razy za duży.

    Dokument po tym kroku

  11. Krok 11: Wydajność grzewcza i moc sprężarki

    Kryteria: ,

    R.3.5 wydajność grzewcza pompy ciepła: 5,09 ± 0,2 lub wynikająca z iloczynu wartości obliczonych przez zdającego w R.3.2 oraz R.3.4

    R.3.6 całkowita moc pobierana przez sprężarkę: 1,19 ± 0,1 lub wynikająca z iloczynu wartości obliczonych przez zdającego w R.3.3 oraz R.3.4

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na podstawie wykonanych pomiarów parametrów pracy pompy ciepła należy wyznaczyć wydajność grzewczą oraz chwilową efektywność energetyczną pompy ciepła w trybie grzania.

    Q̇k = qk · ṁ = 320 · 0,0159 = 5,09 kW, Nt = lt · ṁ = 75 · 0,0159 = 1,19 kW (kJ/kg · kg/s = kJ/s = kW).

    Dokument po tym kroku

  12. Etap 4: Tabela 4. COP i SCOP

    Kroki 12-14 · po tym etapie masz 23 z 34 kryteriów (pkt)

    Krok 12: COP przy 2 °C

    Kryteria:

    R.4.1 zapisana wartość COPtz 2°C 4,28±0,2 lub wynikajaca z ilorazu wartości obliczonych przez zdającego w R.3.5 oraz R.3.6

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Korzystając z zamieszczonego równania należy wyliczyć sezonowy współczynnik efektywności energetycznej SCOP a otrzymany wynik wpisać w Tabeli 4. W tym celu należy wykorzystać wyniki obliczeń współczynnika efektywności energetycznej COPtz 2°C z Tabeli 3, wyliczyć zakładane współczynniki efektywności energetycznej dla temperatur wzorcowych powietrza zewnętrznego: -7°C, 7°C oraz 12°C i również wpisać je w Tabeli 4.

    W ostatnim wierszu Tabeli 3: COP = Q̇k / Nt = 5,09 / 1,19 = 4,28. Ta sama wartość idzie do wiersza „2” Tabeli 4 - oceniany jest zapis w Tabeli 4.

    Dokument po tym kroku

  13. Krok 13: COP dla temperatur wzorcowych

    Kryteria:

    R.4.2 obliczone składowe wydajności dla sezonowego współczynnika efektywnosći energetycznej SCOP

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Korzystając z zamieszczonego równania należy wyliczyć sezonowy współczynnik efektywności energetycznej SCOP a otrzymany wynik wpisać w Tabeli 4. W tym celu należy wykorzystać wyniki obliczeń współczynnika efektywności energetycznej COPtz 2°C z Tabeli 3, wyliczyć zakładane współczynniki efektywności energetycznej dla temperatur wzorcowych powietrza zewnętrznego: -7°C, 7°C oraz 12°C i również wpisać je w Tabeli 4.

    Kolumna „Zakładana wartość” podaje procent COP przy 2 °C: -7 °C → 51% · 4,28 = 2,18, 7 °C → 103% = 4,41, 12 °C → 108% = 4,62. Przy niższej temperaturze powietrza pompa pracuje z mniejszą efektywnością, przy wyższej - z większą.

    Dokument po tym kroku

  14. Krok 14: Sezonowy współczynnik SCOP

    Kryteria:

    R.4.3 obliczona wartość sezonowego współczynnika efektywności energetycznej pompy ciepła SCOP: 4,48±0,2 lub wartość wynikająca z obliczonych przez zdającego w Tabeli 4 wartości współczynnika COP

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Korzystając z zamieszczonego równania należy wyliczyć sezonowy współczynnik efektywności energetycznej SCOP a otrzymany wynik wpisać w Tabeli 4. W tym celu należy wykorzystać wyniki obliczeń współczynnika efektywności energetycznej COPtz 2°C z Tabeli 3, wyliczyć zakładane współczynniki efektywności energetycznej dla temperatur wzorcowych powietrza zewnętrznego: -7°C, 7°C oraz 12°C i również wpisać je w Tabeli 4.

    SCOP = 2,18 · 0,61 + 4,28 · 0,37 + 4,41 · 0,24 + 4,62 · 0,11 = 4,48 (klucz: 4,48 ±0,2).

    ⚠️ Uwaga do wzoru z arkusza: udziały 61% + 37% + 24% + 11% dają razem 133%, a nie 100%, więc tak policzony SCOP wychodzi większy od każdego składnika poza jednym. Na egzaminie liczy się wzór z arkusza i wynik z klucza - w praktyce SCOP jest średnią ważoną, której wagi sumują się do 1.

    Dokument po tym kroku

  15. Etap 5: Tabele 7 i 8. Klasy i ocena zgodności

    Kroki 15-16 · po tym etapie masz 27 z 34 kryteriów (pkt)

    Krok 15: Klasy energetyczne

    Kryteria: ,

    R.4.4 wpisana klasa energetyczna pompy ciepła dla współczynnika SCOP zgodna z wyliczeniami w R.4.3

    R.4.5 wpisana klasa energetyczna pompy ciepła dla współczynnika COPtz 2°C zgodna z wyliczoną wartością zapisaną przez zdającego w Tabeli 3 w pozycji 7

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Na podstawie danych zawartych w Tabeli 5 oraz Tabeli 6 oszacuj klasę energetyczną pompy ciepła pracującej w trybie grzania a wyznaczone wartości wpisz w Tabeli 7.

    SCOP = 4,48 mieści się w przedziale 4,6 > SCOP ≥ 4,0 z Tabeli 6 - klasa A+. COP = 4,28 > 3,6 - w Tabeli 5 to klasa A. Uwaga na kolejność wierszy: w Tabeli 7 pierwszy jest SCOP, drugi COP.

    Dokument po tym kroku

  16. Krok 16: Ocena zgodności z wymaganiami producenta

    Kryteria: ,

    R.4.6 wpisana ocena zgodności dla współczynnika COPtz 2°C , zgodna z oszacowaną klasą energetyczną zapisaną przez zdającego w R.4.5

    R.4.7 wpisana ocena zgodności dla współczynnika SCOP, zgodna z oszacowaną klasą energetyczną zapisaną przez zdającego w R.4.4

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Następnie dokonaj oceny zgodności oszacowanej klasy energetycznej pompy z wartościami wymaganymi wypełniając Tabelę 8.

    W kolumnie „Obliczona wartość / oszacowana klasa” przepisuje się wyniki: 5,09 kW, A, A+. Wydajność 5,09 kW nie przekracza wymaganych 6 kW - NIE; klasa COP A równa wymaganej A - TAK; klasa SCOP A+ jest niższa niż wymagana A+++ - NIE. Klucz ocenia dwa ostatnie wiersze, ale wypełnienie całej tabeli nic nie kosztuje.

    Dokument po tym kroku

  17. Etap 6: Tabela 9. Prace serwisowe

    Kroki 17-19 · po tym etapie masz 34 z 34 kryteriów (pkt)

    Krok 17: Wymiennik zewnętrzny i parametry sprężarki

    Kryteria: ,

    R.5.1 usunięcie zabrudzenia wymiennika ciepła jednostki zewnętrznej pompy ciepła

    R.5.2 sprawdzenie parametrów pracy sprężarki: pomiar napięcia i natężenia prądu na sprężarce, pomiar ciśnienia ssania sprężarki, pomiar ciśnienia tłoczenia sprężarki, pomiar temperatury końca sprężania

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Spośród 12 wymienionych w Tabeli 9 prac serwisowych i czynności sprawdzających poprawność działania wskaż dokładnie 6 tych, które należy wykonać w celu poprawy charakterystyk energetycznych pompy ciepła poprzez postawienie znaku „X” w kolumnie nr 3 przy wybranej czynności.

    Zabrudzony wymiennik jednostki zewnętrznej (parownik w trybie grzania) obniża temperaturę parowania i COP - X przy pozycji 1. Pomiar prądu, ciśnień i temperatury końca sprężania pokazuje, czy sprężarka pracuje w punkcie projektowym - X przy pozycji 3. Dobór czynności opiera się na wiedzy o eksploatacji pomp ciepła.

    Dokument po tym kroku

  18. Krok 18: Ilość czynnika i dochłodzenie

    Kryteria: ,

    R.5.3 kontrola ilości czynnika chłodniczego w układzie i w razie konieczności uzupełnienie układu zgodnie z informacją zawartą w instrukcji montażu

    R.5.4 pomiar temperatury czynnika chłodniczego przed zaworem rozprężnym

    ok. 1 min
    Polecenie z arkusza

    Spośród 12 wymienionych w Tabeli 9 prac serwisowych i czynności sprawdzających poprawność działania wskaż dokładnie 6 tych, które należy wykonać w celu poprawy charakterystyk energetycznych pompy ciepła poprzez postawienie znaku „X” w kolumnie nr 3 przy wybranej czynności.

    Niedobór albo nadmiar czynnika zmienia przegrzanie i dochłodzenie - kontrola ilości z uzupełnieniem wg instrukcji - X przy pozycji 5. Temperatura przed zaworem rozprężnym pozwala policzyć dochłodzenie - X przy pozycji 6.

    Dokument po tym kroku

  19. Krok 19: Szczelność i izolacja - dokładnie 6 znaków

    Kryteria: , ,

    R.5.5 kontrola szczelności układu chłodniczego

    R.5.6 kontrola oraz w razie konieczności uzupełnienie izolacji przewodów hydraulicznych między jednostką wewnętrzną i zewnętrzną

    R.5.7 znakiem X 6 czynności w kolumnie 3 Tabeli 9

    ok. 2 min
    Polecenie z arkusza

    Spośród 12 wymienionych w Tabeli 9 prac serwisowych i czynności sprawdzających poprawność działania wskaż dokładnie 6 tych, które należy wykonać w celu poprawy charakterystyk energetycznych pompy ciepła poprzez postawienie znaku „X” w kolumnie nr 3 przy wybranej czynności.

    Ubytek czynnika przez nieszczelność to najczęstsza przyczyna spadku wydajności - X przy pozycji 10. Uszkodzona izolacja przewodów między jednostkami oznacza straty ciepła - X przy pozycji 12. Razem sześć znaków „X”, jak każe polecenie. Pozostałe pozycje nie poprawiają charakterystyk tej pompy (np. odolejacz, zawór stałego ciśnienia parowania, wymiana rur, skraplacz wodny przepłukiwany z oleju) albo dotyczą klimatyzatora.

    Typowe błędy

    Siedem albo pięć znaków „X” - kryterium R.5.7 wymaga dokładnie sześciu.

    Dokument po tym kroku

Podgląd

To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.

Autor rozwiązania: . Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.