Relevantie slijtage (warmtepomp-)compressor door start-stop

[Aardedraadje]

Het lijkt een bekend feit te zijn dat wanneer een warmtepomp niet continu kan draaien, maar vaker start-stop cycli meemaakt, deze sneller slijt.

Zie onder andere hier (punt 2), hier (punt 2) en ook onder andere hier op Tweakers.

Ik kan echter nergens uitgelegd zien waarom dit zo is. Wat is het mechanisme achter deze slijtage? Een beetje inverter zal er tegenwoordig toch voor zorgen dat bij het starten van de compressor, de motor niet de volle stall current voor zijn kiezen krijgt. Dus dit vermijdt stroom- en spanningspieken maar laat de boel rustig op gang komen.

o.a. Daikin beschrijft hier (summier) hetzelfde:

Voordelen van de invertertechnologie:
....
Vermijdt herhalingscycli van de compressor zodat er geen spanningspieken zijn
....

Op Tweakers zie ik enige posts die het hiermee eens zijn.

Is dit niet een achterhaald feit dat bij oudere (aan/uit-)compressoren speelde?

[Cr3ator]

Los van alle eventuele compressor-slijtage heb je al de thermische cycles die je maakt. Telkens koud-warm-koud-... geeft zetting en krimp. Dit kan tot mechanische slijtage leiden en lekkages gaan geven in het koelcircuit,

[Aardedraadje]

Cr3ator schreef op woensdag 20 december 2023 @ 13:56:
Los van alle eventuele compressor-slijtage heb je al de thermische cycles die je maakt. Telkens koud-warm-koud-... geeft zetting en krimp. Dit kan tot mechanische slijtage leiden en lekkages gaan geven in het koelcircuit,

Thermische cycles van het circuit vind ik een goede onderbouwing. COP, comfort zijn ook goede redenen om start-stop cycli te verminderen. Die statements vind ik allemaal goed (technisch) te verdedigen. Maar waar het mij wringt is dat er zo gehamerd wordt op compressorslijtage zonder specifieke onderbouwing.

Ik had een en ander gevonden over smeermiddel bij een koud draaiende pomp, maar ook dat lijkt me met behulp van carterverwarming geen issue meer.

De gehele reden waarom ik het vraag; vanochtend wilde mijn vriendin de airco afzetten om hem "te laten rusten". Ik wilde ertegenin brengen dat juist laten draaien beter is i.v.m. slijtage maar kon zelf eigenlijk niet eens hard maken/uitleggen waarom dat dan gebeurt. Nu twijfel ik dus of het wel zo is.

[TorxWorx]

De slijtage zal eerder gerelateerd zijn aan de mechanische componenten in de compressor. De stroom- en spanningspieken zijn inderdaad goed te beperken met de huidige aansturingstechnieken. Toch blijf je daarmee minder ideale omstandigheden houden tijdens de transient response na opstarten. Om dit te onderbouwen heb ik dit onderzoek gevonden. Zit helaas achter een betaalmuur dus even de belangrijkste gegevens op een rij:

Zoals @Cr3ator ook al aangaf is het beter om thermische cycles in het algemeen te vermijden. Een compressor heeft daarbij ook smering nodig. Voor onderdelen met smering is het beter om op een constante snelheid draaien bij een constante temperatuur. Ook dit is al eens eerder onderzocht voor warmtepompen:

En tot slot voor het overzicht: Dit artikel geeft een overzicht van uitval oorzaken met daarbij een analyse wat er defect raakt (vanaf 4.1 voor compressoren).

[Dre]

Mijn L/W warmtepomp gaat elke nacht uit. Overdag ook uit als er niemand is. Pendelt als een gek (3x per uur) vanwege weinig massa in radiator(en). Elke dag dus meerdere koude starts. En op een gemiddelde avond wel een stuk of 20 warme starts.

Bovenstaand gaat al 7 jaar zonder problemen. In hoeverre is een warmtepomp ontworpen om vaak te starten, en zou het een drogreden zijn dat het vaak starten slecht is voor een warmtepomp.

[Ronald.42]

De warmtepomp die hier in de schuur staat doet al 20 jaar pendelen om mijn bier koud te houden....

[Wilke]

Het is inderdaad wel een puntje dat koelkasten (behalve de allernieuwste) de domste aan/uit compressoren hebben en dit decennia volhouden.

Ik kan me voorstellen dat het wisselen tussen koud/warm bij defrosts nog een extra factor is. Maar is dat ook echt zo?

Anyway, de stabiele buitentemperatuur buiten helpt hier goed voor (L/L):



En nee, die HA sensor is niet stuk ofzo

Maar ja, als het dan mistig is rond het vriespunt, heb je voor het weet 10+ defrosts op een dag te pakken.

Maakt dat echt uit of is het er op ontworpen?

[Ronald.42]

Wilke schreef op woensdag 20 december 2023 @ 22:16:
Het is inderdaad wel een puntje dat koelkasten (behalve de allernieuwste) de domste aan/uit compressoren hebben en dit decennia volhouden.

Ik kan me voorstellen dat het wisselen tussen koud/warm bij defrosts nog een extra factor is. Maar is dat ook echt zo?

Anyway, de stabiele buitentemperatuur buiten helpt hier goed voor (L/L):

[Afbeelding]

En nee, die HA sensor is niet stuk ofzo

Maar ja, als het dan mistig is rond het vriespunt, heb je voor het weet 10+ defrosts op een dag te pakken.

Maakt dat echt uit of is het er op ontworpen?

Hier staat in de keuken zo'n nieuw Bosch geval met een bult plusjes die lijkt ook op en af te toeren.
En niet zoals de bierkoelkast aan/uit.

Ik denk dat vele defrosts meer van invloed zijn op de levensduur van een wp dan ietwat pendelen.

Schakelen van een klep en de buitenunit die van ver onder nul ineens een dampende show geeft.
Dat zal mechanisch wel wat doen maar het is er ook op ontworpen al zal het materiaal eerder op zijn bij veel defrost dan bij weinig lijkt me.

Helaas kunnen we daar in ons geweldige klimaat weinig aan doen buiten een goede luchttoevoer bewerkstelligen.
Dus niet zo'n ding op een balkon zijn eigen lucht op laten snuiven zeg maar.

[TorxWorx]

Dre schreef op woensdag 20 december 2023 @ 21:12:
Mijn L/W warmtepomp gaat elke nacht uit. Overdag ook uit als er niemand is. Pendelt als een gek (3x per uur) vanwege weinig massa in radiator(en). Elke dag dus meerdere koude starts. En op een gemiddelde avond wel een stuk of 20 warme starts.

Bovenstaand gaat al 7 jaar zonder problemen. In hoeverre is een warmtepomp ontworpen om vaak te starten, en zou het een drogreden zijn dat het vaak starten slecht is voor een warmtepomp.

Ik spreek sowieso liever niet in termen als "slecht" aangezien dit totaal niet kwantificeerbaar is. In de werktuigbouw wordt alles ontworpen op een bepaalde levensduur. Elk onderdeel dat roteert of beweegt is onderhevig aan slijtage. Hier is het vraagstuk: Wat is het effect van veelvuldig starten en stoppen van de compressor op de levensduur.

Even een voorbeeld: Stel een compressor is ontworpen op 50k bedrijfsuren. Elke start-stop actie staat gelijk aan een 10 min kortere levensduur. Is dit "slecht" en ontstaat er slijtage? Ja. Is het relatief gezien iets om je zorgen over te maken? Nee.

Hoeveel de levensduur verkort wordt kan ik geen eenduidig antwoord op te geven. Wellicht dat @flippy hier door eigen ervaring een beter antwoord op kan geven. Mijn inziens hangt dit af van veel variabelen en kun je dit alleen maar achterhalen door te testen. Voor lagers en assen bij gelijkblijvende omstandigheden is dit overigens wel te berekenen.

Nog een toevoeging aan slijtage mechanismes, de tekst spreekt denk ik voor zich:

[Aardedraadje]

Dank @TorxWorx (en anderen) voor het meedenken en discussiëren. De grafieken die je deelt zijn duidelijk, de beredenering daaromheen ook.

Interpreteer ik het goed dat het smeermiddel vlak na een start nog niet optimaal smeert, omdat het meer viscoos is dan wanneer hij al een poosje draait?

Ook zie ik dat er een korte piek is te zien in solubility, blijkbaar lost dat smeermiddel dus deels op in de koelmiddelen. Heb hier verder op gezocht en dit schijnt altijd wel het geval te zijn, al schijnt de hoeveelheid vermenging ook weer invloed te hebben op de mate van viscositeit en smering.

Wat ik minder goed begrijp is wat er in de eerste grafieken gebeurt. Flow en condenser druk zijn heel hoog, daarbij ook een heel hoge discharge temperature maar een lage verdamperdruk. Ik probeer me met mijn gelimiteerde kennis van mechanica/dynamica voor te stellen hoe dat komt. Dat die drukken ver uit elkaar liggen lijkt op een "kortsluiting" van flow, of dat er niet zoveel verdampt in de verdamper. Het middel is dan nog te koud? Staat hij dan al het koelmiddel in de condenser te stampen en het kan niet verder? Kan ik dat zo zien?

Interessante materie allemaal. COP- grafieken kun je van bijna elke WP wel vinden. Maar dit soort kreten worden altijd maar aangenomen voor waar, en niet echt controleerbaar door de gemiddelde consument. Fijn om er daadwerkelijk een beeld bij te krijgen.

Ook het verhaal over levensduur en relativeren van stressfactoren in een ontwerp is herkenbaar. Als elektronica-engineer maak ik dezelfde afwegingen, en uitendelijk is dat bepalend voor hoe relevant de slijtage nou echt is.

[PhilipsFan]

Ik vraag me dit ook altijd af. Er zijn zoveel bakerpraatjes. Niet alleen over warmtepompen. Men zegt dat het bijvoorbeeld slecht is voor een auto om deze bij koud weer te laten warmdraaien. Doordat de benzine niet volledig verbrandt krijg je etsende zuren die voor extra slijtage aan de motor zorgen. Nou geloof ik die verklaring op zich wel, maar hoe erg is dat? Als ik dit 30 ochtenden per winter doe, halveer ik dan de levensduur van het motorblok? Of wordt de levensduur met slechts 1% bekort? In dat laatste geval is het nog steeds niet 'goed' voor het motorblok, maar dan zou ik het er wel voor over hebben.

Voor warmtepompen geldt waarschijnlijk hetzelfde. Vaak schakelen is vast niet goed, maar hoe erg is het precies? Inderdaad het voorbeeld van de koelkast, de mijne doet het al 22 jaar zonder morren en dat ding pendelt als een malle. Vaak warm en koud worden is vast niet goed, maar hoe erg is het nu echt?

[TorxWorx]

Aardedraadje schreef op donderdag 21 december 2023 @ 00:50:
Interpreteer ik het goed dat het smeermiddel vlak na een start nog niet optimaal smeert, omdat het meer viscoos is dan wanneer hij al een poosje draait?

Ook zie ik dat er een korte piek is te zien in solubility, blijkbaar lost dat smeermiddel dus deels op in de koelmiddelen. Heb hier verder op gezocht en dit schijnt altijd wel het geval te zijn, al schijnt de hoeveelheid vermenging ook weer invloed te hebben op de mate van viscositeit en smering.

Klopt, viscositeit is een functie van de temperatuur. Om die reden is het ook beter voor de compressor om warm te starten. Ook is te zien dat zelfs na een warme start het even duurt voordat de condities weer ideaal zijn.

Aardedraadje schreef op donderdag 21 december 2023 @ 00:50:
Wat ik minder goed begrijp is wat er in de eerste grafieken gebeurt. Flow en condenser druk zijn heel hoog, daarbij ook een heel hoge discharge temperature maar een lage verdamperdruk. Ik probeer me met mijn gelimiteerde kennis van mechanica/dynamica voor te stellen hoe dat komt. Dat die drukken ver uit elkaar liggen lijkt op een "kortsluiting" van flow, of dat er niet zoveel verdampt in de verdamper. Het middel is dan nog te koud? Staat hij dan al het koelmiddel in de condenser te stampen en het kan niet verder? Kan ik dat zo zien?

Het drukverschil tussen condensor en verdamper is een eigenschap van een heat pump cycle, dit is niet perse specifiek voor het transient gebied. Om dit wat meer te visualiseren, een P-V diagram:

De lage verdamperdruk is het gevolg van "Throttling", ofwel het laten expanderen van het koudemiddel(druk gaat omlaag) d.m.v een smoorventiel / expansieventiel. Misschien komt de verwarring doordat de grafiek zowel de start als de stop weergeeft. Van 0 tot 6 min is het systeem in een transient gebied, op t=6min is het systeem in steady-state daarna (t > 6min) wordt de compressor stopgezet. De flow door het systeem is in het begin niet overal constant. Dat in het begin m_dot_compressor != m_dot_valve is te verklaren door de compressibiliteit van koudemiddel en de fysieke afstand die het koudemiddel moet overbruggen. Doordat op een punt dP/dt != 0 en dT/dt !=0 duurt het even voordat de massastroom gestabiliseerd is. Gelukkig zien we dat de massastroom door het systeem op een gegeven moment overal gelijk is, zou dit niet zo zijn dan lekt er koudemiddel weg .

Aardedraadje schreef op donderdag 21 december 2023 @ 00:50:
Ook het verhaal over levensduur en relativeren van stressfactoren in een ontwerp is herkenbaar. Als elektronica-engineer maak ik dezelfde afwegingen, en uitendelijk is dat bepalend voor hoe relevant de slijtage nou echt is.

Dit soort gelijkenissen komen ook veelvuldig voorbij als ik dit soort zaken met mijn vader bespreek (hij heeft ook elektrotechniek gestudeerd). Altijd wel leuk om te zien dat er zoveel overeenkomsten zijn tussen mechanical- en electricalengineering. Overigens zijn dit soort vraagstukken zijn ook gewoon enorm complex en dat maakt dat eigenlijk alleen de R&D afdeling van de specifieke compressor hier een goed antwoord op kan geven. Dit is ook niet helemaal mijn werkgebied dus ik kan ook niet uit ervaring spreken. Laat het maar weten als je de full-text versie wil lezen, evt. kan ik de pdf's doorsturen.