CH656208A5

CH656208A5 - Heizungsanlage mit einem heizkessel und einer waermepumpe.

Info

Publication number: CH656208A5
Application number: CH1069/82A
Authority: CH
Inventors: Kristian Iversen; Henning Hansen
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1981-03-14
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1986-06-13
Also published as: DK153724B; SE436518B; SE8201283L; FR2501837A1; JPS57164234A; JPS645222B2; CA1187462A; DK100582A; DE3109843C1; US4412581A; FR2501837B1; DK153724C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage mit einem Heizkessel und einer Wärmepumpe, wobei vom Heizkessel eine Vorlaufleitung zu wenigstens einem Heizkörper mit einem vorgeschalteten Temperaturregelventil und vom Heizkörper eine Rücklaufleitung zum Heizkessel und über ein Mischventil zur Vorlaufleitung führt, die Wärmepumpe einen mehrstufigen Verdichter, einen in der Rücklaufleitung liegenden Verflüssiger und einen durch Fremdwärme beaufschlagten Verdampfer in einem geschlossenen Kreis enthält, in der Rücklaufleitung hinter dem Verflüssiger ein Rücklauftemperaturfühler liegt, dessen Ausgangssignal einer den Verdichter und den Heizkessel beaufschlagenden Temperatur-Regeleinrichtung zugeführt ist, die ferner das Aussentemperatursignal eines Aussentemperaturfühlers erhält, einen Regler mit einem Vergleicher und zwischen Aussentemperaturfühler und Regler einen Temperatursollwertwandler aufweist und in Abhängigkeit vom Aussentemperatur- und Rücklauftemperaturfühlersignal die Heizleistung des Heizkessels und der Wärmepumpe so regelt, dass die Vorlauftemperatur einen über der gewünschten Raumtemperatur lie-s genden Wert aufweist.

Bei einer Wärmepumpe ist man bestrebt, das Verhältnis von der durch die Wärmepumpe (von der Wärmequelle zum Verbraucher) übertragenen Energie zur der dem Verdichter zugeführten (elektrischen) Antriebsenergie möglichst hoch zu io halten. Dieses Verhältnis ist am günstigsten, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmeverbrauchsstelle möglichst klein ist. Bei einer Wärmepumpe ist man daher bestrebt, den Verdampfer so warm wie möglich und den Verflüssiger (Kondensator) so kalt wie möglich zu ls halten.

Bei einer Heizungsanlage der gattungsgemässen Art ist die Wärmepumpe nur zeitweilig in Betrieb, während der Wasser-durchfluss im Heizkreislauf kontinuierlich bleibt, allenfalls stufenlos durch die Temperaturregelventile der Heizkörper in 20 Abhängigkeit vom Wärmebedarf verändert wird. Wenn hierbei der Wasserdurchfluss, der zugleich zur Kühlung des Wärmetauschers im Verflüssiger dient, zu klein ist, ergibt sich bei jedem Einschalten der Wärmepumpe ein erheblicher Temperaturanstieg im Verflüssiger. Hierauf spricht ein 25 üblicherweise in der Vorlaufleitung angeordneter Vorlauftemperaturfühler verspätet an, so dass der üblicherweise vorhandene Sicherheitsabschalter der Wärmepumpe aufgrund eines zu hohen Wertes des Drucks und der Temperatur im Verflüssiger (und dadurch auf der Hochdruckseite der Wär-30 mepumpe) anspricht und diese abschaltet. Die Folge ist, dass die Wärmepumpe häufig manuell wieder eingeschaltet werden muss, weil der Sicherheitsabschalter angesprochen hat. Um dies zu vermeiden und zu erreichen, dass die Regeleinrichtung selbsttätig entsprechend rasch eingreift und eine 35 zu hohe Erwärmung verhindert, bevor der Sicherheitsabschalter anspricht, ist in der Regel noch ein Rücklauftemperaturfühler unmittelbar hinter dem Verflüssiger angeordnet.

Im Interesse einer möglichst langen Lebensdauer des Verdichters und geringer Verluste, sollte der Verdichter mög-40 liehst kontinuierlich in Betrieb sein und möglichst selten erneut anlaufen. Die Anzahl der Anläufe sollte in der Regel möglichst sechs Anläufe pro Stunde nicht überschreiten. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, durch einen Zeitgeber in der Regeleinrichtung dafür zu sorgen, dass der Verdichter der 45 Wärmepumpe pro Zeiteinheit nicht öfter als zulässig anläuft. Wenn beispielsweise eine Verdichterstufe längere Zeit hindurch in Betrieb war und schliesslich den Sollwert der gewünschten Raumtemperatur erreicht hat, so dass sie abgeschaltet wird, wird ihr weiterer Anlauf so lange verhindert, so bis eine vorbestimmte Stillstandszeit (z.B. 10 min.) abgelaufen ist, obwohl der tatsächliche Wärmebedarf eine geringere Stillstandszeit, von beispielsweise 1-2 min., erforderte. Wenn das Wiedereinschalten einer Verdichterstufe bei steigendem Wärmebedarf verhindert wird, kann währenddessen 55 die Temperatur so stark absinken, dass die Regeleinrichtung schliesslich nach Ablauf der vorbestimmten Stillstandszeit zwei Verdichterstufen einschaltet, obwohl an sich nur eine Verdichterstufe genügt hätte. Aufgrund der nunmehr zu hohen Leistung der Wärmepumpe können Dauerschwin-60 gungen (Pendelungen) mit wiederholter Ein- und Ausschaltung zweier Verdichterstufen so lange auftreten, bis sich der Wärmebedarf ändert. Selbst wenn keine Dauerschwingungen auftreten sollten, wäre ein kontinuierlicher Betrieb mit möglichst hoher Leistung der Wärmepumpe nicht möglich, d.h. es lange Betriebszeiten und kurze (weniger als 10 min.) Stillstandszeiten.

Statt mittels einer Zeitsteuerung ist es auch bekannt, die Wärmepumpe dadurch träger oder unempfindlicher auszu

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bilden, dass der Wasserdurchfluss durch den Verflüssiger möglichst gross gewählt wird. Bei Heizanlagen mit Wasser als Wärmeträger wird dies durch ein Bypass-Überdruckventil parallel zu den Heizkörpern erreicht. Diese Ventil öffnet, wenn ein voreingestellter Druck in der Vorlaufleitung überschritten wird. Wenn der Wärmebedarf sinkt, schliessen die Heizkörper-Temperaturregelventile, und diese Durchflussdrosselung wird teilweise mittels des Bypass-Ventils kompensiert.

Diese Ausbildung ermöglicht zwar eine weitgehend stabile Leistungsregelung. Sie verhindert jedoch einen Betrieb des Verflüssigers mit möglichst kaltem Kühlwasser. Denn praktisch wird dem Verflüssiger warmes Vorlaufwasser zugeführt. Obwohl die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Aussentemperatur und der Innentemperatur geregelt wird, ist sie häufig dennoch zu hoch, weil eine genaue Einstellung des Reglers in der Praxis auf Schwierigkeiten stösst. Die Folge ist, dass die Wärmepumpe abgeschaltet werden muss, da sie aufgrund ihrer maximalen Betriebstemperatur (etwa 55°C) auf der Hochdruckseite nicht imstande ist, die Temperatur im Verflüssiger (in der Rücklaufleitung) zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage der gattungsgemässen Art anzugeben, die bei geringerem Aufwand eine bessere Ausnutzung und höhere Lebensdauer der Wärmepumpe sicherstellt.

Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der nur durch den Aussen- und den Rücklauftemperaturfühler beaufschlagte Regler einen dem Vergleicher nachgeschalteten Integrator aufweist, dass zwischen dem Temperatursollwertwandler und dem Vergleicher ein Begrenzer liegt, der das Temperatursollwertsignal auf einen obern Wert begrenzt, welcher durch den oberen Betriebsgrenzwert des Verdichters bestimmt ist, dass das Ausgangssignal des Reglers den Verdichterstufen und dem Heizkessel zugeordneten Schwellwert-Betriebsschaltern mit unterschiedlichen Ansprechschwell werten zugeführt ist, wobei der Heizkessel-Schwellwertbetriebsschalter den höchsten Ansprechschwellwert aufweist, und dass das Vorlaufwasser der Rücklaufleitung nur über den oder die Heizkörper zuführbar ist.

Hierbei entfällt nicht nur ein Vorlauftemperaturfühler, sondern auch ein Ventil parallel zu den Heizkörpern. Dennoch ist aufgrund der Verwendung des Integrators ein hohes Verhältnis von Einschalt- zu Ausschaltdauer der Wärmepumpe und damit eine geringe Anzahl von Anläufen pro Zeiteinheit mit entsprechend höherer Lebensdauer und geringeren Anlaufenergieverlusten sichergestellt. Der Heizkessel wird nur zugeschaltet, wenn der Verdichter bzw. die Wärmepumpe den oberen Betriebsgrenzwert bzw. die maximale abgebbare Leistung überschreiten müsste. Der Begrenzer sorgt dafür, dass die Wärmepumpe gegebenenfalls ständig weiter mit dem oberen Betriebsgrenzwert betrieben wird. Je nach Aussentemperatur werden nur soviele Verdichterstufen eingeschaltet, wie es zur Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperatur erforderlich ist. Gegebenenfalls wird der Heizkessel abgeschaltet und die Wärmepumpe allein betrieben.

Die Wärmepumpe übernimmt daher einen hohen Anteil des insgesamt auf der Verbraucherseite zu deckenden Wärmebedarfs, ohne allzu häufig an- und ausgeschaltet zu werden.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, dass zwischen der vom Temperatursollwertwandler zum Begrenzer führenden Verbindung und dem Schwellwert-Betriebsschalter des Heizkessels eine Schwellwertstufe und ein Einschalttor in Reihe liegen, wobei die Schwellwertstufe nur dann ein den Heizkessel einschaltendes Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Temperatursollwertwandlers mindestens dem Verdichterbetriebsgrenzwert entspricht. Wenn hierbei das Einschalttor geöffnet ist und das von der Aussentemperatur abhängige Temperatursollwertsignal den Schwellwert der Schwellwertstufe überschreitet, bleibt der Heizkessel ständig eingeschaltet, und die Wärmepumpe deckt den rest-s liehen Wärmebedarf.

Die Schwellwertstufe kann eine Hysterese aufweisen, um zu verhindern, dass bereits geringe Schwankungen der Aussentemperatur um den Verdichterbetriebsgrenzwert herum zu einem häufigen Ein- und Ausschalten des Heizkessels führen, 10 wenn das Einschalttor geöffnet ist.

Sodann ist es günstig, wenn die Heizkesseltemperatur unterhalb einer vorgegebenen Aussentemperatur auf einen so hohen festen Wert eingestellt ist, dass die Vorlauftemperatur höher liegt, als es zur Aufrechterhaltung der maximal ls gewünschten Temperatur des durch die Anlage zu beheizenden Raumes erforderlich ist. Dies führt beim Einschalten des Heizkessels unterhalb dieser vorbestimmten Aussentemperatur zu einer stärkeren Drosselung der Temperaturregelventile der Heizkörper und damit zu einem geringeren 20 Durchfiuss durch die Heizkörper, so dass sich das Heizwasser stärker in den Heizkörpern abkühlt und dementsprechend der Verflüssiger mit kälterem Wasser beaufschlagt wird. Dies führt zu einer weiteren Steigerung des Anteils der Wärmepumpe an dem zu deckenden Wärmebedarf.

2s Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand schematischer Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Heizungsanlage,

30 Fig. 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild der Regeleinrichtung der Heizungsanlage,

Fig. 3 ein Kurvendiagramm der Abhängigkeit der Ver-dichter-Einschalthäufigkeit pro Stunde vom Wärmebedarf des zu beheizenden Raumes und 35 Fig. 4 ein Kurvendiagramm der Abhängigkeit der Vor- und Rücklauftemperatur der Heizungsanlage von der Aussentemperatur.

Die Heizungsanlage nach Fig. 1 besitzt einen Heizkessel 40 11, der mit Öl beheizt wird, aber auch mit einem anderen Brennstoff, z.B. Gas, oder elektrisch beheizt werden kann. Vom Heizkessel 11 führt eine Vorlaufleitung 12 zu mehreren, parallel liegenden Heizkörpern 13 mit vorgeschaltetem Temperaturregelventil 14. Von den Heizkörpern 13 führt eine 45 Rücklaufleitung 15 zum Heizkessel 11 und über ein Mischventil 16 zur Vorlaufleitung 12 zurück. In der Vorlaufleitung 12 liegt eine Wasserumwälzpumpe 17 und in der Rücklaufleitung 15 der Verflüssiger (Kondensator) 18 einer Wärmepumpe, die ferner einen Verdampfer 19 und einen dreistu-so flgen Verdichter (Kompressor) 20 in einem Kreislauf aufweist. Ein Rücklauftemperaturfühler 21 misst die Rücklauftemperatur unmittelbar hinter dem Verflüssiger 18. Der Rücklauftemperaturfühler 21 und ein Aussentemperatur-fühler 22 beaufschlagen beide eine elektrische Regeleinrich-55 tung 23, die in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur hinter dem Verflüssiger und der Aussentemperatur eine oder mehrere Stufen des Verdichters 20 und den Heizkessel 11 einschaltet. Dabei werden mit zunehmender Differenz zwischen dieser Rücklauftemperatur und der Aussentemperatur über 60 eine Leitung 24 die erste Stufe, über eine Leitung 25 die zweite Stufe, über eine Leitung 26 die dritte Stufe und über eine Leitung 27 der Heizkessel 11 eingeschaltet. Der Verflüssiger 18 enthält einen im Rücklaufwasserstrom liegenden Wärmetauscher, z.B. eine Rohrschlange, dem vom Ver-65 dampfer 19 verdampftes und vom Verdichter 20 verdichtetes und dadurch erhitztes Kältemittel zugeführt wird. Das dem Verflüssiger 18 aus den Heizkörpern 13 zugeführte, kalte Rücklaufwasser entzieht dem verdichteten Kältemittel über

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den Wärmetauscher im Verflüssiger 18 Wärme, so dass sich das Rücklaufwasser erwärmt und sich das Kältemittel abkühlt und gleichzeitig verflüssigt. Der Verdampfer 19 liegt im Erdreich oder an der Aussenluft und entzieht seiner Umgebung Wärme, die das kalte und verflüssigte Kältemittel verdampft, so dass es erneut vom Verdichter 20 verdichtet und dem Verflüssiger 18 zugeführt werden kann. Die aus den Elementen 18,19 und 20 bestehende Wärmepumpe wird durch die Regeleinrichtung 23 so lange in Betrieb gehalten, bis das Rücklaufwasser in der Rücklaufleitung 15 hinter dem Verflüssiger 18 die gewünschte Temperatur relativ zur Aussentemperatur erreicht hat. Sollte die Leistung des Verdichters 20 (bei sehr niedrigen Aussentemperaturen) nicht ausreichen, um die erforderliche Rücklauftemperatur zu erreichen, schaltet die Regeleinrichtung 23 zusätzlich den Heizkessel 11 ein.

Nach Fig. 2 enthält die Regeleinrichtung 23 einen Regler 28 mit einem Vergleicher 29 und einem nachgeschalteten Integrator 30. Dem einen Eingang (+) des Vergleichers 29 wird das Ausgangssignal (x) des Rücklauftemperaturfühlers 21 als Istwert der zu regelnden Temperatur und dem anderen Eingang (-) des Vergleichers 29 ein aus dem die Aussentemperatur Ta darstellenden Ausgangssignal des Aussentempera-turfühlers 22 abgeleitetes Signal w als Sollwert der Rücklauftemperatur Trh hinter dem Verflüssiger zugeführt. Um das Sollwertsignal w zu bilden, liegt zwischen dem Aussentempe-raturfühler 22 und dem anderen Eingang (—) des Vergleichers 29 ein Temperatursollwertwandler 31 mit nachgeschaltetem Begrenzer 32. Der Temperatursollwertwandler 31 ordnet jeder Aussentemperatur Ta eine solche Rücklauftemperatur Trh zu, dass die Rücklauftemperatur Trh mit fallender Aussentemperatur Ta zunimmt, und umgekehrt. Dabei kann die Steilheit der Übertragungskennlinie des Wandlers 31 auf verschiedene Werte eingestellt werden, um den Wandler 31 an die Auslegung der Heizungsanlage anzupassen. Der Begrenzer 32 verhindert, dass der Rücklauftemperatursollwert w einen oberen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert entspricht der oberen Betriebsgrenze des Verdichters 20, d.h. der mit Hilfe des Verdichters 20 bzw. der Wärmepumpe maximal erreichbaren Rücklauf-Temperatur am Ausgang des Verflüssigers, üblicherweise 55°C, ohne die Wärmepumpe bzw. den Verdichter 20 zu überlasten. Das die Stellgrösse y darstellende, durch Integration der Regelabweichung Xw gebildete Ausgangssignal des Reglers 28 bzw. des Integrators 30 wird gleichzeitig direkt drei Schwellwertbe-triebsschaltern 33,34 und 35 sowie einem vierten Schwellwert-Betriebsschalter 36 über ein analoges ODER-Verknüpfungsglied 37 zugeführt. Die Schwellwert-Betriebsschalter 33 bis 35 sind jeweils den Verdichterstufen I, II und III und der Schwellwert-Betriebsschalter 36 dem Heizkessel 11, der als Zusatz-Heizstufe IV wirkt, zugeordnet.

Zwischen der den Temperatursollwertwandler 31 mit dem Begrenzer 32 verbindenden Leitung und dem zweiten Eingang des ODER-Verknüpfungsgliedes 37 liegen sodann eine Schwellwertstufe 38 und ein Einschalttor 39 in Reihe. Die Schwellwertstufe 38 erzeugt nur dann ein Ausgangssignal, wenn das ihr vom Temperatursollwertwandler 31 zugeführte Rücklauftemperatur-Sollwertsignal einen 55°C, d.h. die Ver-dichter-Betriebsgrenze überschreitenden Wert aufweist. Es hat vorzugsweise eine geringfügige Hysterese, um kleine Schwankungen der Aussentemperatur sich nicht auf den Regelvorgang auswirken zu lassen. Das Einschalttor 39 wirkt als Betriebsart-Wählschalter, der von Hand oder selbststätig betätigt werden kann und während einer kälteren Jahreszeit, zumindest im Winter, geschlossen wird.

Der Regler 28 ist derart ausgelegt, dass er in Verbindung mit einer typischen Wärmepumpe eine Einschalthäufigkeit der Wärmepumpe ergibt, die nie sechs Einschaltungen pro

Stunde übersteigt. Ausserdem ist er so ausgelegt, dass auch keine Pendelungen bei einem Wärmebedarf nahe der Grenze zwischen der Leistung von n Verdichterstufen und n+1 Verdichterstufen auftreten. Bei der dargestellten Ausführung hat die Abhängigkeit der Anzahl der Verdichtereinschaltungen pro Stunde von der Belastung bzw. dem Wärmebedarf den in Fig. 3 dargestellten Verlauf.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Heizungsanlage unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher beschrieben.

Bei einer Aussentemperatur Ta (Fig. 4), die höher als etwa -7°C ist, sei das Einschalttor 39 gesperrt (der Schalter 39, wie dargestellt, geöffnet), so dass das Tor 39 kein Signal von der Schwellwertstufe 38 über das ODER-Verknüpfungsglied 37 zum Schwellwert-Betriebsschalter 36 durchlässt. In dieser Betriebsart werden die Verdichter 20 und der Heizkessel 11 mithin nur durch den Regler 28 beaufschlagt. In diesem Betriebsbereich von Ta > -7°C (in Fig. 4 rechts von der gestrichelt dargestellten vertikalen Geraden) sei die zur Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperatur erforderliche Vorlauftemperatur Tvl durch die Gerade 1 (eingestellt im Wandler 31) wiedergegeben. Diese Vorlauftemperatur ist niedriger als die durch die strich-punktierte Gerade 2 dargestellte Verdichterbetriebsgrenze von 55°C, so dass diese Vorlauftemperatur bei hinreichender Leistung der Wärmepumpe allein durch diese erreicht werden kann, ohne dass der Heizkessel 11 zusätzlich eingeschaltet wird. Die hinter dem Verflüssiger 18 gemessene Rücklauftemperatur Trh kann mithin gleich der Vorlauftemperatur Tvl (in der Vorlaufleitung 12 hinter dem Mischventil 16) sein, und die Regeleinrichtung 23 sorgt dafür, dass im Normalfalle allein die Wärmepumpe in Betrieb ist und die gesamte erforderliche Heizleistung aufbringt. Lediglich für den Fall, dass die Aussentemperatur so stark abnimmt, dass eine entsprechend grosse Regelabweichung Xw auftritt, für deren Ausregelung bei einer zu niedrig bemessenen Heizleistung der Wärmepumpe diese allein nicht ausreichen würde, um selbst nur eine Vorlauftemperatur von 55°C aufrechtzuerhalten, erzeugt der Integrator 30 ein so hohes Stellsignal y, dass auch der Heizkessel 11 zugeschaltet wird. Die vor dem Verflüssiger 18 gemessene Rücklauftemperatur Trv, die bei zugeschaltetem Heizkessel 11 durch die Kurve 3 in Fig. 4 dargestellt wird, liegt sehr weit unterhalb der Vorlauftemperatur bzw. der hinter dem Verflüssiger 18 gemessenen Rücklauftemperatur Trh (Gerade 1 in Fig. 4), im Gegensatz zu der Rücklauftemperatur Trv ohne Heizkessel 11 (Kurve 4 in Fig. 4), so dass der Verflüssiger 18 durch vergleichsweise kühles Rücklaufwasser beaufschlagt wird, das eine hohe Wärmemenge aufnehmen kann, die dem vertikalen Abstand der Kurven 1 und 3 in Fig. 4 entspricht. Bei einer bekannten Heizungsanlage, bei der, im Gegensatz zur erfln-dungsgemässen Heizungsanlage, parallel zu den Heizkörpern 13 und deren Temperaturregelventile 14 ein in Fig. 1 gestrichelt dargestelltes Bypass-Überdruckventil 40 liegt, über das warmes Vorlaufwasser in die Rücklaufleitung 15 an den Heizkörpern 13 vorbeifliessen kann, wenn die Temperaturregelventile 14 bei Annäherung der Raumtemperatur an den eingestellten Sollwert schliessen, liegt die Rücklauftemperatur dagegen stets höher als bei der erfindungsgemässen Heizungsanlage, weil bei der erfindungsgemässen Heizungsanlage mit steigender Raumtemperatur der Durchfluss durch die Heizkörper 13 verringert und mithin das Wasser in den Heizkörpern 13 zur Aufrechterhaltung der Raumtemperatur bei geringerem Durchfluss stärker abgekühlt wird, als bei höherem Durchfluss, und kein warmes Vorlaufwasser direkt in die Rücklaufleitung 15 gelangt. Mithin ist die Wärmepumpe zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Vorlauftemperatur (und damit Raumtemperatur) durchschnittlich im Verhältnis zum Heizkessel 11 länger in Betrieb als bei der bekannten Heizungsanlage mit Bypass-Ventil 40. Wenn bei

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gesperrtem Tor 39 (wie dargestellt) die Aussentemperatur Ta soweit abnimmt, dass die Rücklauftemperatur Trh über 55°C liegen müsste, um allein mittels der Wärmepumpe die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen, wird das Sollwertsignal w durch den Begrenzer 32 auf 55°C begrenzt. Die Rücklauftemperatur Trh wird dann auf diesen Wert geregelt, und zwar allein durch die Wärmepumpe, ohne dass deren obere Leistungsgrenze überschritten wird, während ein höherer Wert der Vorlauftemperatur erforderlichenfalls durch den Heizkessel aufgebracht wird. Von den Verdichterstufen I, II und III werden stets nur soviele gleichzeitig eingeschaltet, wie es der gerade erforderlichen Leistung des Verdichters 20 entspricht, um den vorgegebenen Sollwert der Rücklauftemperatur Trh aufrechtzuerhalten.

Wenn das Einschalttor 39 (in einer kälteren Jahreszeit) dagegen geöffnet (der Schalter 39 geschlossen) ist, werden der Verdampfer 20 und der Heizkessel 11 weiterhin allein durch das Ausgangssignal y des Reglers 28 beaufschlagt, so lange die Aussentemperatur Ta nicht soweit abgesunken ist, dass der Rücklauftemperatursollwert w höher als 55°C liegt, da die Schwellwertstufe 38 in diesem Falle kein Ausgangssignal erzeugt. Erst wenn das Rücklauftemperatursollwertsignal am Eingang des Begrenzers 32 den Wert von 55°C überschreitet, erzeugt die Schwellwertstufe 38 ein Ausgangssignal, das über das (geöffnete) Tor 39 und das ODER-Verknüpfungsglied 37 den Schwellwert-Betriebsschalter 36 betätigt und damit den Heizkessel 11 einschaltet. Hierbei wird der Heizkessel auf eine konstante Heizleistung eingestellt, die eine wesentlich höhere Vorlauftemperatur Tvl gemäss der Geraden 5 in Fig. 4 ergibt, als sie zur Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperatur gemäss der gestrichelten Verlängerung der Geraden 1 erforderlich wäre. Der Begrenzer 32 sorgt auch in diesem Falle dafür, dass die Betriebsgrenze von 55°C des Verdichters bzw. der Wärmepumpe nicht überschritten wird, d.h.

die Rücklauftemperatur Trh den durch die strich-punktierte Gerade 2 dargestellten Wert beibehält. Dagegen steigt die Vorlauftemperatur Tvl wesentlich weiter an als erforderlich. Dementsprechend bewirken jetzt die Temperaturregelventile sl4 eine stärkere Drosselung des Warm Wasserdurchflusses, so dass das Wasser in den Heizkörpern 13 entsprechend stärker abkühlt (Kurve 3), als wenn die Vorlauftemperatur niedriger und der Durchfluss durch die Heizkörper 13 höher wäre, da bei geringerem Durchfluss mehr Zeit zur Abkühlung zur io Verfügung steht. Das dem Verflüssiger 18 zugeführte Rücklaufwasser ist daher auch in diesem Falle verhältnismässig kühl, so dass die Wärmepumpe einen relativ hohen Beitrag zur Deckung des gesamten Wärmebedarfs liefert. Dieser Beitrag entspricht bei einer niedrigeren Aussentemperatur als 15 —7°C dem Abstand der Kurve 3 von der Geraden 2, während der Beitrag des Heizkessels 11 bei einer niedrigeren Aussentemperatur als -7°C dem Abstand der Kurzen 2 und 5 entspricht.

Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe ist bei der beschrie-20 benen Lösung mithin besser als im bekannten Falle, da die Temperatur des Rückflusswassers und dadurch die Verflüssigertemperatur so weit wie möglich herabgesetzt wird. Die festeingestellte Temperatur für den Heizkessel kann bei einer Heizanlage durch einen Kesselthermostaten geregelt werden, 25 der zumindest als Überkochsicherung ohnehin vorhanden ist.

Erfindungsgemäss ist es möglich, die Anzahl der Verdichteranläufe trotz eines ungünstigen Verhältnisses der Rücklaufwassermenge zur Verdichterleistung niedrig zu 30 halten. Bezogen beispielsweise auf ein Jahr ergibt sich eine weit grössere Anzahl von Betriebsstunden dieser Wärmepumpe als bei bekannten Anlagen, da die Wärmepumpe nunmehr auch in dem in Fig. 4 schraffiert dargestellten Bereich arbeiten kann.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

656208 PATENTANSPRÜCHE

1. Heizungsanlage, mit einem Heizkessel (11) und einer Wärmepumpe, wobei vom Heizkessel eine Vorlaufleitung (12) zu wenigstens einem Heizkörper (13) mit einem vorgeschalteten Temperaturregelventil (14) und vom Heizkörper eine Rücklaufleitung (15) zum Heizkessel und über ein Mischventil (16) zur Vorlaufleitung führt, die Wärmepumpe einen mehrstufigen Verdichter (20), einen in der Rücklaufleitung liegenden Verflüssiger (18) und einen durch Fremdwärme beaufschlagten Verdampfer (19) in einem geschlossenen Kreis enthält, in der Rücklaufleitung hinter dem Verflüssiger ein Rücklauftemperaturfühler (21) liegt, dessen Ausgangssignal einer den Verdichter und den Heizkessel beaufschlagenden Temperatur-Regeleinrichtung (23) zugeführt ist, die ferner das Aussentemperatursignal eines Aussentempera-turfühlers (22) erhält, einen Regler (28) mit einem Vergleicher

(29) und zwischen Aussentemperaturfühler und Regler einen Temperatursollwertwandler (31) aufweist und in Abhängigkeit vom Aussentemperatur- und Rücklauftemperaturfühlersignal die Heizleistung des Heizkessels und der Wärmepumpe so regelt, dass die Vorlauftemperatur einen über der gewünschten Raumtemperatur liegenden Wert aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der nur durch den Aussen- und den Rücklauftemperaturfühler (22,21) beaufschlagte Regler (28) einen dem Vergleicher (29) nachgeschalteten Integrator

(30) aufweist, dass zwischen dem Temperatursollwertwandler

(31) und dem Vergleicher (29) ein Begrenzer (32) liegt, der das Temperatursollwertsignal auf einen obern Wert begrenzt, welcher durch den oberen Betriebsgrenzwert des Verdichters (20) bestimmt ist, dass das Ausgangssignal (y) des Reglers (28) den Verdichterstufen (I, II, III) und dem Heizkessel (11) zugeordneten Schwelhvert-Betriebsschaltern (33-36) mit unterschiedlichen Ansprechschwellwerten zugeführt ist, wobei der Heizkessel-Schwellwertbetriebsschalter (36) den höchsten Ansprechschwellwert aufweist, und dass das Vorlaufwasser der Rücklaufleitung (15) nur über den oder die Heizkörper (13) zuführbar ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vom Temperatursollwertwandler (31) zum Begrenzer (32) führenden Verbindung und dem Schwellwert-Betriebsschalter (36) des Heizkessels (11) eine Schwellwertstufe (38) und ein Einschalttor (39) in Reihe liegen, wobei die Schwellwertstufe (38) nur dann ein den Heizkessel (11) einschaltendes Ausgangssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Temperatursollwertwandlers (31) mindestens dem obern Wert des Temperatur-Sollwertsignals entspricht.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertstufe (38) eine Hysterese aufweist.