CH708152A1

CH708152A1 - Device for continuous adjustment of the output power of an inverter heat pump.

Info

Publication number: CH708152A1
Application number: CH01100/13A
Authority: CH
Inventors: Horst Ernst Wilhelm Grüning
Original assignee: Horst Grüning
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-12-15
Also published as: CH708152B1

Abstract

Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe mit einem Leistungsbereichssplitter (2), einem Tastverhältnisgenerator (3) und einem Best-COP-Ansteuersignalgenerator (4) stellt der Wärmepumpe (9) ein Schaltsignal (901) zum Wechsel zwischen Betrieb und Anhalten sowie ein Analogsignal (902) zur Steuerung der Kompressorleistung so zur Verfügung, dass das Schaltsignal (901) vorwiegend in einem niederen Bereich der geforderten Abgabeleistung mit einem Tastverhältnis grösser 0% und kleiner 100% getaktet wird, wobei die Kompressorleistung der Wärmepumpe durch einen Best-COP-Ansteuersignalgenerator (4) so angesteuert wird, dass die Wärmepumpe nahezu den bestmöglichen COP-Wert liefert und dass der Tastverhältnisgenerator (3) in einem höheren Bereich der geforderten Abgabeleistung ein Dauer-Ein-Signal zur Steuerung der Wärmepumpe bereitstellt, wobei die Kompressorleistung der Wärmepumpe entsprechend der geforderten Abgabeleistung erhöht wird. Die Vorrichtung betreibt die Wärmepumpe so, dass bei jeder Betriebsbedingung der bestmögliche COP erreicht wird, und taktet unabhängig von äusseren Einflüssen mit vorgegebenem Taktmuster und vorgegebener Taktfrequenz.An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump having a power range splitter (2), a duty cycle generator (3) and a Best-COP drive signal generator (4) provides the heat pump (9) with a switching signal (901) for switching between operation and stopping and an analog signal (902) for controlling the compressor power so that the switching signal (901) is clocked predominantly in a lower range of the required output power with a duty cycle greater than 0% and less than 100%, wherein the compressor output of the heat pump by a Best- COP drive signal generator (4) is controlled so that the heat pump provides almost the best possible COP value and that the duty cycle generator (3) in a higher range of the required output power provides a continuous-on signal to control the heat pump, the compressor power of the Heat pump according to the required output power we increased d. The device operates the heat pump to achieve the best COP possible under any operating condition, and it cycles independently of external influences with a given clock pattern and clock rate.

Description

Stand der TechnikState of the art

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe, insbesondere einer Luft-Wasser Inverter-Wärmepumpe. The invention relates to a device for continuous adjustment of the output of an inverter heat pump, in particular an air-water inverter heat pump.

[0002] Im Gegensatz zu herkömmlichen ungesteuerten Wärmepumpen zeichnen sich Inverter-Wärmepumpen durch eine Vorrichtung zur Reduktion der Kompressorleistung aus. Mit der Reduktion der Kompressorleistung verringert sich die Abgabeleistung der Wärmepumpe, so dass grundsätzlich eine Anpassung an den Heizbedarf des zu versorgenden Gebäudes möglich wird. In contrast to conventional uncontrolled heat pumps, inverter heat pumps are characterized by a device for reducing the compressor power. With the reduction of the compressor power, the output power of the heat pump is reduced, so that in principle an adaptation to the heating demand of the building to be supplied is possible.

[0003] Bedingt durch die Wärmeverluste an die Umgebung steigt der Heizbedarf von Gebäuden mit sinkender Umgebungstemperatur. Eine das Gebäude versorgende Wärmepumpe muss dann entsprechend eine höhere Wärmeleistung erbringen. Gleichzeitig steigt die Vorlauftemperatur im Heizsystem mit sinkender Umgebungstemperatur (Aussentemperatur), so dass die Wärmepumpe einen grösseren Temperaturhub bewältigen muss. Luft-Wasser-Wärmepumpen beziehen die Quellenergie zudem aus der Umgebungsluft. Solche Wärmepumpen müssen deshalb einen beidseitig erhöhten Temperaturhub bewältigen. Due to the heat losses to the environment increases the heating demand of buildings with decreasing ambient temperature. A heat pump supplying the building must then provide correspondingly a higher heat output. At the same time, the flow temperature in the heating system rises with decreasing ambient temperature (outside temperature), so that the heat pump has to cope with a larger temperature rise. Air-water heat pumps also draw the source energy from the ambient air. Such heat pumps must therefore cope with a double-sided increase in temperature.

[0004] Das Zusammentreffen von zu erbringender Wärmeleistung und Temperaturhub fordert die Dynamik des Kompressors in erheblichem Masse. Denn für eine unter allen jahreszeitlichen Bedingungen stabile Regelung muss die abgegebene Wärmeleistung etwa zwischen 10% und 100% der Nennleistung eingestellt werden können, während sich der Temperaturhub einer typischen Luft-Wasser-Wärmepumpe von beispielsweise 10K bei einer Aussentemperatur von 15°C und 25°C Vorlauftemperatur auf 50K bei einer Aussentemperatur von –15°C und 35°C Vorlauftemperatur erhöht. Zur vollständigen Anpassung müsste vom Kompressor also ein Dynamikbereich von ca. 1:50 erwartet werden. Die Mechanik der heute bekannten Kompressoren lässt jedoch einen solch grossen Dynamikbereich bei weitem nicht zu. Inverter-Wärmepumpen reduzieren deshalb die Kompressorleistung bei Bedarf typischerweise bis auf etwa 20% der Nennleistung, so dass der Grossteil der Dynamik durch das Takten des Heizungsreglers realisiert werden muss. The coincidence of heat output to be provided and Temperaturhub calls the dynamics of the compressor to a considerable extent. Because for stable under all seasonal conditions control, the output heat output must be adjusted between about 10% and 100% of the rated power, while the temperature of a typical typical air-to-water heat pump, for example, 10K at an outside temperature of 15 ° C and 25 ° C Flow temperature increased to 50K at an outside temperature of -15 ° C and 35 ° C flow temperature. For complete adaptation, a dynamic range of about 1:50 would have to be expected from the compressor. However, the mechanics of the compressors known today do not allow such a large dynamic range by far. Inverter heat pumps therefore typically reduce compressor power to about 20% of rated power when needed, so most of the dynamics must be realized by cycling the heater controller.

[0005] Bedingt durch den geringen Komplexitätsgrad und die hohen Quelltemperaturen von Feuerungssystemen wurden zur Regelung während vieler Jahre Thermostaten eingesetzt. So erhielt das typische Heizsystem eine Zweipunktregler-Charakteristik, welche technologiebedingt inzwischen oftmals durch entsprechende elektronische Schaltungen realisiert wird. Due to the low degree of complexity and the high source temperatures of firing systems thermostats were used to control for many years. Thus, the typical heating system received a two-point controller characteristic, which is now often realized by appropriate electronic circuits technology-related.

[0006] Solche auf der Änderung der Temperatur basierende Zweipunktregler benötigen Wärmespeicher. Dann kann der Wärmeerzeuger Wärme liefern, und die Speichertemperatur erhöht sich langsam. Nach angemessener Laufzeit wird der Abschaltwert erreicht, der Erzeuger hält an, und der Speicher liefert fortan gespeicherte Wärme an das Heizsystem, bis der tiefer liegende Einschaltwert erreicht wird und der Erzeuger den Betrieb erneut aufnimmt. Such based on the change of the temperature two-point controller require heat storage. Then the heat generator can supply heat, and the storage temperature increases slowly. After a reasonable period of time, the cut-off value is reached, the generator stops, and the store then supplies stored heat to the heating system until the lower cut-in value is reached and the generator resumes operation.

[0007] In einem Zweipunkt-geregelten System bestimmen somit Speichergrösse und Temperaturhub, also die Differenz zwischen Abschalttemperatur und Einschalttemperatur, die Lauf- und Pausenzeiten des Erzeugers. Während dadurch bei Öl- und Gasfeuerungen keine nennenswerten Nachteile entstehen, führt es bei Wärmepumpen entweder zu unnötig hohen Vorlauftemperaturen mit entsprechenden Verlusten in der Effizienz, zu ungewöhnlich grossem Speichervolumen oder zu recht empfindlichem Verhalten des Zweipunktreglers. In a two-point controlled system thus determine memory size and temperature, ie the difference between shutdown and switch-on, the running and pause times of the generator. While this causes no significant disadvantages in oil and gas firing, it leads to heat pumps either unnecessarily high flow temperatures with corresponding losses in efficiency, unusually large storage volume or very sensitive behavior of the two-point controller.

[0008] Optimales Verhalten mit bestmöglichem Wirkungsgrad kann deshalb im praktischen Einsatz nur mit entsprechendem zeitlichem und finanziellem Aufwand erreicht werden. Optimal behavior with the best possible efficiency can therefore be achieved in practice only with appropriate time and financial cost.

[0009] Während Zweipunktregler auf das ständige Auf und Ab der Regelgrösse Temperatur angewiesen sind, vermögen die aufwändigeren Proportionalregler die Regelgrösse zeitlich konstant zu halten. Dazu aber erzeugt der Proportionalregler, ob nun in reiner Form oder mit den zusätzlichen Zweigen des PID-Reglers, im Gegensatz zum Zweipunktregler eine kontinuierlich verstellbare Stellgrösse, die mindestens den gesamten Regelbereich des Gesamtsystems umfassen muss. Der Wärmeerzeuger einer proportional geregelten Heizanlage muss somit in der Lage sein, eine solche Stellgrösse zu akzeptieren und entsprechend Wärme zu liefern. Wie oben ausgeführt bedingt das mindestens einen Stellbereich von 10% bis 100% der Nenn-Abgabeleistung, was insbesondere bei Luft-Wasser-Wärmepumpen wie beschrieben einen unrealistisch grossen Kompressor-Stellbereich von etwa 1^50 nach sich zieht. While two-step controllers are dependent on the constant up and down of the controlled variable temperature, the more complex proportional controller can keep the controlled variable constant in time. However, in contrast to the two-position controller, the proportional controller, whether in pure form or with the additional branches of the PID controller, generates a continuously adjustable manipulated variable which must comprise at least the entire control range of the overall system. The heat generator of a proportionally controlled heating system must therefore be able to accept such a manipulated variable and to supply heat accordingly. As stated above, this requires at least one setting range of 10% to 100% of the nominal output power, which, in particular in the case of air-water heat pumps as described, results in an unrealistically large compressor setting range of approximately 1 50.

[0010] Ziel der Wärmepumpe ist es darüber hinaus, die benötigte Heizenergie unter möglichst geringem Einsatz von elektrischer Energie bereit zu stellen. Im stationären Betrieb beschreibt der COP (coefficient of Performance) die Effizienz der Wärmepumpe. Da sich die Randbedingungen etwa periodisch im Jahresrhythmus ändern, dient die Jahresarbeitszahl JAZ, die durch Mittelung über den Zeitraum eines Jahres gebildet wird, als Qualitätsmerkmal für das gesamte Wärmepumpensystem. The aim of the heat pump, it is also to provide the required heating energy with the least possible use of electrical energy. In stationary operation, the COP (coefficient of performance) describes the efficiency of the heat pump. Since the boundary conditions change approximately periodically in the annual rhythm, the annual work count JAZ, which is formed by averaging over the period of one year, serves as a quality feature for the entire heat pump system.

[0011] Unter Teillastbetrieb ermöglichen Inverter-Wärmepumpen die Beeinflussung der Abgabeleistung sowohl durch Verstellung der Kompressorleistung als auch durch Veränderung der Ein- und Ausschaltdauern, also der Taktung. Unterschiedliche Wertepaare führen somit unter gegebenen Randbedingungen zwar zu gleicher mittlerer Abgabeleistung – die Effizienz, also die Arbeitszahl solcher Wertepaare kann sich jedoch erheblich unterscheiden. Die höchstmögliche Jahresarbeitszahl wird aber vom System nur erreicht, wenn in jedem Zeitbereich die bestmögliche Arbeitszahl eingestellt wird. Under partial load operation, inverter heat pumps enable the output power to be influenced both by adjusting the compressor output and by changing the switch-on and switch-off durations, ie the timing. Different value pairs therefore lead to the same average output power under given boundary conditions - however, the efficiency, ie the number of such pairs of values, can differ considerably. However, the system will only reach the highest possible annual work rate if the best possible number of jobs is set in each time period.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

[0012] Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe offen zu legen, die das Wertepaar aus Taktung und Kompressorleistung so einstellt, dass in jedem Zeitbereich die unter den gegebenen Randbedingungen bestmögliche Arbeitszahl erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2–7. Eine Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Einsatz einer stabilen, in Inbetriebsetzung und Betrieb unkomplizierten Proportionalregelung, die die jahreszeitlichen Schwankungen gut meistert, und betreibt das Wärmepumpensystem im unter den jeweiligen Randbedingungen optimalen Betriebspunkt. The object of the invention is therefore to disclose a device for stepless adjustment of the power output of an inverter heat pump, which sets the value pair of timing and compressor power so that in each time range under the given conditions best possible number of working is achieved. This object is achieved by the features mentioned in claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims 2-7. A device according to the present invention allows the use of a stable, uncomplicated in commissioning and operation Proportionalregelung that copes well with the seasonal fluctuations, and operates the heat pump system in the optimal operating conditions under the respective boundary conditions.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0013] Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigt: <tb>Fig. 1 :<SEP>das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung mit angeschlossener Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführung, <tb>Fig. 2 :<SEP>Das erste und zweite Ansteuersignal als Funktion des Leistungsanforderungssignals, <tb>Fig. 3a :<SEP>Abgabeleistung und COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe in Abhängigkeit vom Analogsignal bei einer Aussentemperatur von 10°C, <tb>Fig. 3b :<SEP>Abgabeleistung und COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe in Abhängigkeit vom Analogsignal bei einer Aussentemperatur von 0°C, <tb>Fig. 3c :<SEP>Abgabeleistung und COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe in Abhängigkeit vom Analogsignal bei einer Aussentemperatur von –10°C, <tb>Fig. 4a :<SEP>das Best-COP-Ansteuersignal einer Luft-Wasser-Wärmepumpe als Funktion der Aussentemperatur, <tb>Fig. 4b :<SEP>die Abgabeleistung bei maximalem COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe als Funktion der Aussentemperatur, <tb>Fig. 5 :<SEP>das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung mit angeschlossener Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführung, <tb>Fig. 6a :<SEP>das Best-COP-Ansteuersignal einer Luft-Wasser-Wärmepumpe als Funktion der Aussentemperatur für zwei verschiedene Vorlauftemperaturen, <tb>Fig. 6b :<SEP>die Abgabeleistung bei maximalem COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe als Funktion der Aussentemperatur für zwei verschiedene Vorlauftemperaturen, <tb>Fig. 7 :<SEP>das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung mit angeschlossener Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführung, <tb>Fig. 8 :<SEP>das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung mit angeschlossener Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer vierten bevorzugten Ausführung, <tb>Fig. 9a :<SEP>das Blockdiagramm eines digitalen Tastverhältnisgenerators, <tb>Fig. 9b :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Leistungsansteuerungssignals, <tb>Fig. 9c :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Schaltsignals, <tb>Fig. 10a :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Leistungsansteuerungssignals, <tb>Fig. 10b :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Schaltsignals, <tb>Fig. 11 :<SEP>das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung mit angeschlossener Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer fünften bevorzugten Ausführung, <tb>Fig. 12a :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Leistungsansteuerungssignals, <tb>Fig. 12b :<SEP>zeitliche Verläufe der Eingangssignale des Komparators, <tb>Fig. 12c :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Schaltsignals, <tb>Fig. 13a :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Leistungsansteuerungssignals, <tb>Fig. 13b :<SEP>zeitliche Verläufe der Eingangssignale des Komparators, <tb>Fig. 13c :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Schaltsignals, <tb>Fig. 14 :<SEP>das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung mit angeschlossener Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer sechsten bevorzugten Ausführung, <tb>Fig. 15a :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Leistungsansteuerungssignals, <tb>Fig. 15b :<SEP>zeitliche Verläufe der Eingangssignale des Komparators, <tb>Fig. 15c :<SEP>einen zeitlichen Verlauf des Schaltsignals.The invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments, which are illustrated in the drawings. It shows: <Tb> FIG. 1: <SEP> is the block diagram of an apparatus for the continuous adjustment of the output power with connected inverter heat pump according to a first preferred embodiment, <Tb> FIG. 2: <SEP> The first and second drive signals as a function of the power request signal, <Tb> FIG. 3a: <SEP> output power and COP of an air-to-water heat pump as a function of the analogue signal at an outside temperature of 10 ° C, <Tb> FIG. 3b: <SEP> output power and COP of an air-to-water heat pump as a function of the analogue signal at an outside temperature of 0 ° C, <Tb> FIG. 3c: <SEP> output power and COP of an air-to-water heat pump as a function of the analogue signal at an outside temperature of -10 ° C, <Tb> FIG. 4a: <SEP> the best COP drive signal of an air-water heat pump as a function of the outside temperature, <Tb> FIG. 4b: <SEP> the output power at maximum COP of an air-water heat pump as a function of the outside temperature, <Tb> FIG. 5: <SEP> is the block diagram of a device for continuously adjusting the output power with connected inverter heat pump according to a second preferred embodiment, <Tb> FIG. 6a: <SEP> the best COP drive signal of an air-water heat pump as a function of the outside temperature for two different flow temperatures, <Tb> FIG. 6b: <SEP> the output power at maximum COP of an air-water heat pump as a function of the outside temperature for two different flow temperatures, <Tb> FIG. 7: <SEP> is a block diagram of a continuous output power setting device with an inverter heat pump connected according to a third preferred embodiment; <Tb> FIG. 8: <SEP> is a block diagram of a continuous output power setting apparatus with an inverter heat pump connected according to a fourth preferred embodiment; <Tb> FIG. 9a: <SEP> the block diagram of a digital duty cycle generator, <Tb> FIG. 9b: <SEP> a time course of the power drive signal, <Tb> FIG. 9c: <SEP> a time course of the switching signal, <Tb> FIG. 10a: <SEP> a time profile of the power drive signal, <Tb> FIG. 10b: <SEP> a time profile of the switching signal, <Tb> FIG. 11: <SEP> is the block diagram of an apparatus for continuously adjusting the output power with the inverter heat pump connected according to a fifth preferred embodiment, <Tb> FIG. 12a: <SEP> a time course of the power drive signal, <Tb> FIG. 12b: <SEP> time profiles of the input signals of the comparator, <Tb> FIG. 12c: <SEP> a time course of the switching signal, <Tb> FIG. 13a: <SEP> a time course of the power drive signal, <Tb> FIG. 13b: <SEP> time profiles of the input signals of the comparator, <Tb> FIG. 13c: <SEP> a time profile of the switching signal, <Tb> FIG. 14: <SEP> is a block diagram of a continuous output power setting apparatus with an inverter heat pump connected according to a sixth preferred embodiment, <Tb> FIG. 15a: <SEP> a time course of the power drive signal, <Tb> FIG. 15b: <SEP> time profiles of the input signals of the comparator, <Tb> FIG. 15c: <SEP> a time course of the switching signal.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

[0014] Erste bevorzugte Ausführung Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführung. Die Vorrichtung umfasst ein Modul zur Entgegennahme eines Leistungsanforderungssignales 1, einen Leistungsbereichssplitter 2, einen Tastverhältnisgenerator 3, einen Best-COP-Ansteuersignalgenerator 4 sowie einen Ansteuersignaladdierer 5. Zur Kenntlichmachung der Signal-Interfaces wurde zudem eine Wärmepumpe 9 mit in das Blockdiagramm aufgenommen. First Preferred Embodiment Fig. 1 is a block diagram showing an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a first preferred embodiment. The device comprises a module for receiving a power request signal 1, a power range splitter 2, a duty cycle generator 3, a Best-COP drive signal generator 4 and a Ansteuersignaladdierer 5. To identify the signal interfaces also a heat pump 9 was included in the block diagram.

[0015] Das Modul zur Entgegennahme eines Leistungsanforderungssignales 1 empfängt ein Analogsignal z.B. im Bereich von 0V–10V entsprechend 0%–100% der Nennleistung von einer Gebäudetemperaturregelung (nicht dargestellt). Ein solches Signal kann je nach Anwendung in unterschiedlicher Weise gebildet werden. The module for receiving a power request signal 1 receives an analog signal, e.g. in the range of 0V-10V corresponding to 0% -100% of the rated power of a building temperature control (not shown). Such a signal can be formed in different ways depending on the application.

[0016] Eine herkömmliche Art Heizsystem bestimmt die Vorlauftemperatur im Heizkreis eines Gebäudes alleine aus der Temperatur der Gebäude Umgebung: Wird es draussen kälter, so wird eine höhere Vorlauftemperatur angefordert, wird es wärmer, so wird die Vorlauftemperatur reduziert. A conventional type of heating system determines the flow temperature in the heating circuit of a building alone from the temperature of the building environment: If it is colder outside, so a higher flow temperature is required, it is warmer, the flow temperature is reduced.

[0017] Ist an einen solchen Heizkreis eine ungeregelte Flächenheizung wie z.B. eine Fussbodenheizung angeschlossen, so gibt diese auf Grund ihres Wärmeübergangswiderstandes eine Leistung ab, die der Vorlauftemperatur direkt proportional ist: P = (Tv–Tr) / Rth. Darin bezeichnet P die abgegebene Leistung, Tv die Vorlauftemperatur, Tr die Raumtemperatur und Rth den Wärmeübergangswiderstand der Flächenheizung. Ist jedoch eine Reihe von Radiatoren angeschlossen, so wird in der Regel die Vorlauftemperatur deutlich höher als für Flächenheizungen eingestellt, weil die Wärmeübergangswiderstände der Radiatoren wesentlich grösser sind. In dem Falle wird in den meisten Fällen jedem Radiator ein Thermostatventil vorgeschaltet, so dass der Wert der Raumtemperatur darüber direkt geregelt werden kann. Die Aufgabe des Heizsystems ist in dem Falle, genügend Leistung bereit zu stellen, um die Vorlauftemperatur auf dem gewünschten Niveau zu halten. If an unregulated surface heating such as e.g. connected to a floor heating, it gives off because of their heat transfer resistance, a power that is directly proportional to the flow temperature: P = (Tv-Tr) / Rth. Here P denotes the output power, Tv the flow temperature, Tr the room temperature and Rth the heat transfer resistance of the surface heating. However, if a number of radiators connected, so the flow temperature is generally set much higher than for surface heating, because the heat transfer resistance of the radiators are much larger. In this case, in most cases, a thermostatic valve is connected upstream of each radiator, so that the value of the room temperature can be controlled directly therefor. The task of the heating system is in the case of providing enough power to keep the flow temperature at the desired level.

[0018] Eine andere Art Heizsystem wird einzig durch einen Innenraumthermostaten gesteuert. In solch einem System bestimmt die Abweichung vom Sollwert der Temperatur am Ort des Thermostaten, ob die Heizung ein- oder ausgeschaltet wird. Es entsteht eine Taktung: Unterschreitet die Temperatur am Ort des Thermostaten den Sollwert, so schaltet die Heizung ein. Dann steigt die Temperatur. Sobald der obere Sollwert erreicht wird, wird die Heizung abgeschaltet, so dass die Temperatur wieder sinkt. Sobald der untere Sollwert erreicht wird, wird sodann die Heizung wieder eingeschaltet. Im Mittel erreicht die Heizleistung somit den Wert, der zur Kompensation der Gebäudeverluste erforderlich ist. Another type of heating system is controlled solely by an indoor thermostat. In such a system, the deviation from the set point of the temperature at the location of the thermostat determines whether the heating is turned on or off. The result is a clocking: If the temperature falls below the setpoint at the location of the thermostat, the heating switches on. Then the temperature rises. As soon as the upper setpoint is reached, the heating is switched off so that the temperature drops again. Once the lower set point is reached, then the heater is turned on again. On average, the heating capacity thus reaches the value required to compensate for building losses.

[0019] Ein Leistungsanforderungssignal kann also bei Vorliegen einer Flächenheizung z.B. aus Vorlaufsolltemperatur Tv, der Raumtemperatur Tr und dem Wärmeübergangswiderstand Rth der Flächenheizung gemäss P = (Tv–Tr) / Rth gebildet werden. Bei Vorliegen einer Innenraum-Thermostatregelung hingegen reicht es aus, das entsprechende Leistungsanforderungssignal proportional zum Wert der Abweichung der Innenraumtemperatur von der Solltemperatur zu bilden gemäss P = k x (Ti–Ts), worin die Proportionalitätskonstante k die Verstärkung im Regelkreis bestimmt, weil eine Thermostatregelung einen geschlossenen Regelkreis bildet und deshalb keine Kenntnis des Wertes der Abgabeleistung erfordert. A power request signal can thus be in the presence of surface heating, e.g. from the desired flow temperature Tv, the room temperature Tr and the heat transfer resistance Rth of the surface heating according to P = (Tv-Tr) / Rth are formed. In the presence of an indoor thermostat control, however, it is sufficient to form the corresponding power request signal proportional to the value of the deviation of the interior temperature from the target temperature according to P = kx (Ti-Ts), wherein the proportionality constant k determines the gain in the control loop, because a thermostat control a forms closed loop and therefore requires no knowledge of the value of the output power.

[0020] Gemäss der ersten bevorzugten Ausführung wird ein in einer solchen oder ähnlichen Art gebildetes Leistungsanforderungssignal vom Modul zur Entgegennahme eines Leistungsanforderungssignales 1 an den Leistungsbereichssplitter 2 übergeben. Der Leistungsbereichssplitter 2 erzeugt ein erstes Ansteuersignal 211, das dem Tastverhältnisgenerator 3 zugeführt wird. Dieser erzeugt daraufhin ein Schaltsignal mit einem entsprechenden Tastverhältnis 311, welches er dem Schalteingang 901 der Wärmepumpe zuführt. Der Leistungsbereichssplitter 2 erzeugt zudem ein zweites Ansteuersignal 212, das dem Ansteuersignaladdierer 5 zugeführt wird. In dem dargestellten Beispiel einer ersten bevorzugten Ausführung wird das erste Ansteuersignal 211 gebildet durch Multiplikation des Leistungsanforderungssignals 111 mit Wertebereich 0%–100% mit dem Faktor 2 und Begrenzung des Resultates auf 100%. Das zweite Ansteuersignal 212 wird gebildet durch Abzug von 50% vom Leistungsanforderungssignal 111, Begrenzung des Resultates auf positive Werte sowie nachfolgende Multiplikation mit dem Faktor 2. Auf diese Weise ergeben sich die in Fig. 2a , b gezeigten Signalverläufe. According to the first preferred embodiment, a power request signal formed in such or similar manner is supplied from the module for receiving a power request signal 1 to the power area splitter 2. The power area splitter 2 generates a first drive signal 211 which is supplied to the duty cycle generator 3. This then generates a switching signal with a corresponding duty cycle 311, which it supplies to the switching input 901 of the heat pump. The power domain splitter 2 also generates a second drive signal 212, which is supplied to the drive signal adder 5. In the illustrated example of a first preferred embodiment, the first drive signal 211 is formed by multiplying the power request signal 111 with value range 0% -100% by a factor of 2 and limiting the result to 100%. The second drive signal 212 is formed by subtracting 50% from the power request signal 111, limiting the result to positive values and subsequent multiplication by the factor 2. In this way, the signal waveforms shown in FIG. 2a, b result.

[0021] Gemäss Fig. 1 erhält der Ansteuersignaladdierer 5 ein drittes Ansteuersignal 411 vom Best-COP-Ansteuersignalgenerator 4. Dieses Signal ist unabhängig vom Leistungsanforderungssignal 111. Im Bereich des Leistungsanforderungssignales 111 von 0%–50%, in dem das zweite Ansteuersignal 212 bei 0 verharrt, wird es unverändert auf den Ausgang 511 übertragen, von wo aus es den Analogeingang 902 der Wärmepumpe 9 zur Steuerung der Kompressorleistung erreicht. 1, the drive signal adder 5 receives a third drive signal 411 from the Best-COP drive signal generator 4. This signal is independent of the power request signal 111. In the range of the power request signal 111 of 0% -50%, in which the second drive signal 212 at 0 remains, it is transmitted unchanged to the output 511, from where it reaches the analog input 902 of the heat pump 9 for controlling the compressor power.

[0022] Das Leistungsanforderungssignal wirkt somit in folgender Weise auf die Wärmepumpe: Im Bereich von 0%–50% wird die Wärmepumpe über den Schalteingang 901 getaktet, wobei das Tastverhältnis den Bereich von 0% - 100% überstreicht. Der Analogeingang 902 der Wärmepumpe erhält währenddessen das Signal 411 des Best-COP-Ansteuersignalgenerators 4. Im Bereich von 50%–100% des Leistungsanforderungssignals 111 verharrt das Tastverhältnis am Schalteingang 901 der Wärmepumpe bei 100% – die Wärmepumpe wird somit im Dauerbetrieb betrieben. Mit steigendem Leistungsanforderungssignal 111 liefert hingegen der Ansteuersignaladdierer 5 steigende Werte, so dass die Kompressorleistung dem Analogansteuersignal 511 bis auf 100% folgt. The power request signal thus acts on the heat pump in the following manner: in the range of 0% -50%, the heat pump is clocked via the switching input 901, wherein the duty cycle covers the range of 0% - 100%. Meanwhile, the heat pump analog input 902 receives the signal 411 of the best COP drive signal generator 4. In the range of 50% -100% of the power request signal 111, the duty ratio at the heat pump switching input 901 remains at 100%, thus operating the heat pump in continuous operation. On the other hand, as the power request signal 111 increases, the drive signal adder 5 provides increasing values so that the compressor power follows the analog drive signal 511 up to 100%.

[0023] Im Bereich oberhalb von 50% des Leistungsanforderungssignals läuft die Wärmepumpe somit kompressorleistungsgesteuert. In diesem Bereich gleicht der Betrieb deshalb dem bisher bekannten. In the range above 50% of the power request signal, the heat pump thus runs compressor power controlled. In this area, the operation is therefore similar to the previously known.

[0024] Im Bereich unterhalb von 50% des Leistungsanforderungssignals wird die Wärmepumpe getaktet. Dabei ist die Taktfrequenz vom Tastverhältnisgenerator 3 vorgegeben; sie kann weder von den Eigenschaften des Gebäudes noch von der Witterung beeinflusst werden. Der Best-COP-Ansteuersignalgenerator 4 liefert währenddessen ein Signal zur Steuerung der Kompressorleistung, mit dem die Wärmepumpe den bestmöglichen COP-Wert realisiert. In the range below 50% of the power request signal, the heat pump is clocked. The clock frequency is predetermined by the duty cycle generator 3; it can neither be influenced by the characteristics of the building nor by the weather. Meanwhile, the best COP drive signal generator 4 supplies a signal for controlling the compressor power with which the heat pump realizes the best possible COP value.

[0025] Grundsätzlich kann der Betrieb der Wärmepumpe unterschiedlichen Randbedingungen unterliegen. So kann z.B. in der Nacht ein besonders ruhiger Lauf gefordert sein, der seinerseits eine entsprechende Reduktion von Kompressorleistung und gegebenenfalls Ventilatordrehzahl erforderlich macht. Der Best-COP-Ansteuersignalgenerator 4 wird in dem Falle während der Tageszeit den Betriebspunkt mit absolut bestmöglichem COP einstellen und während der Nacht Werte verwenden, die den bestmöglichen COP unter Berücksichtigung der Geräuschentwicklung realisieren. In principle, the operation of the heat pump can be subject to different boundary conditions. Thus, e.g. be required at night a particularly quiet run, which in turn makes a corresponding reduction of compressor power and possibly fan speed required. In this case, the best COP drive signal generator 4 will set the operating point with absolutely the best possible COP during the daytime and use values during the night which realize the best possible COP, taking into account the noise development.

[0026] Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen stellt die Aussentemperatur einen gewichtigen Parameter bei der COP-Optimierung dar. Programmierung und Wirkungsweise des Best-COP-Ansteuersignalgenerators 4 werden für den Fall im Folgenden erläutert. For air-water heat pumps, the outside temperature represents a weighty parameter in the COP optimization. Programming and operation of the Best-COP drive signal generator 4 will be explained in the following for the case.

[0027] Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Abgabeleistung und des COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe vom Analogsignal 902 am Analogeingang der Wärmepumpe bei einer Aussentemperatur von a) 10°C, b) 0°C und c) –10°C, wie sie z.B. in einem Laborversuch bestimmt werden kann. Zwar nimmt die Abgabeleistung bei jeder Aussentemperatur monoton mit dem Analogsignal 902 zu, der COP aber durchläuft jeweils ein ausgeprägtes Maximum (markiert durch die Punkte 931, 932, 933). Bei den verschiedenen Aussentemperaturen liegt dieser Punkt bei unterschiedlichem Analogsignal 902, und entsprechend variiert die zugehörige Abgabeleistung am Best-COP-Punkt (markiert durch die Punkte 941, 942, 943). Fig. 3 shows the dependence of the output and the COP of an air-water heat pump from the analog signal 902 at the analog input of the heat pump at an outside temperature of a) 10 ° C, b) 0 ° C and c) -10 ° C, as they eg can be determined in a laboratory experiment. Although the output power increases monotonically with the analog signal 902 at each outside temperature, the COP each passes through a distinct maximum (marked by the points 931, 932, 933). At the various outside temperatures, this point will be at different analog signal 902, and correspondingly the associated output power will vary at the best COP point (marked by points 941, 942, 943).

[0028] Fig. 4 fasst diese Ergebnisse graphisch zusammen: In Fig. 4a ist die Lage des Best-COP-Punktes als Funktion der Aussentemperatur 401 dargestellt; Fig. 4b zeigt die Abgabeleistung am Best-COP-Punkt bei der jeweiligen Aussentemperatur 401. Fig. 4a bildet somit die Grundlage für Programmierung und Wirkungsweise des Best-COP-Ansteuersignalgenerators 4 ́ Er wird in an sich bekannter Art so ausgelegt, dass er die gezeigte Abhängigkeit nachbildet. FIG. 4 graphically summarizes these results: FIG. 4a shows the position of the best COP point as a function of the outside temperature 401; 4b shows the output power at the best COP point at the respective outside temperature 401. FIG. 4a thus forms the basis for programming and operation of the best COP drive signal generator 4. It is designed in a manner known per se so that it can be used depicts the dependency shown.

[0029] Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend der ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung realisiert einen weiten Leistungsstellbereich von 0% –100% der möglichen Abgabeleistung. Sie betreibt die Wärmepumpe so, dass bei jeder Betriebsbedingung der bestmögliche COP erreicht wird und taktet unabhängig von äusseren Einflüssen mit vorgegebenem Taktmuster und vorgegebener Taktfrequenz. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to the first preferred embodiment of the present invention realizes a wide output range of 0% -100% of the possible output. It operates the heat pump in such a way that the best possible COP is achieved under any operating condition and it operates independently of external influences with a given clock pattern and given clock frequency.

Zweite bevorzugte AusführungSecond preferred embodiment

[0030] Fig. 5 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe nach einer zweiten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein Modul zur Entgegennahme eines Leistungsanforderungssignales 1, einen Leistungsbereichssplitter 2, einen Tastverhältnisgenerator 3, einen Ansteuersignaladdierer 5 sowie einen Best-COP-Ansteuersignalgenerator 42 mit einem Signaleingang für die Aussentemperatur 421 und einem Signaleingang für die Vorlauftemperatur 422 des Heizsystems. Fig. 5 shows the block diagram of an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a second preferred embodiment of the present invention. The device comprises a module for receiving a power request signal 1, a power range splitter 2, a duty cycle generator 3, a drive signal adder 5 and a Best-COP drive signal generator 42 having a signal input for the outside temperature 421 and a signal input for the flow temperature 422 of the heating system.

[0031] Insbesondere bei grösseren Änderungen der Vorlauftemperatur, wie sie z.B. in Heizsystemen mit angeschlossener Brauchwassererwärmung beim Umschalten von Heizbetrieb auf Wassererwärmung zu beobachten sind, kann es zu einer signifikanten Verschiebung der Lage des Best-COP-Punktes kommen. Unter solchen Bedingungen ist es deshalb zum durchgehenden Betrieb im Best-COP-Punkt notwendig, auch die Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur mit zu berücksichtigen. In particular, for larger changes in the flow temperature, as e.g. In heating systems with connected hot water heating when switching from heating mode to water heating can be observed, there may be a significant shift in the position of the best COP point. Under such conditions, it is therefore necessary for continuous operation in the Best COP point to take into account also the dependence on the flow temperature.

[0032] Fig. 6 zeigt das Ergebnis einer entsprechenden Messreihe für zwei unterschiedliche Vorlauftemperaturen. Diese Abhängigkeiten werden im Best-COP-Ansteuersignalgenerator 42 mit einem Signaleingang für die Aussentemperatur 421 und einem Signaleingang für die Vorlauftemperatur des Heizsystems 422 hinterlegt. Der Best-COP-Ansteuersignalgenerator stellt danach das dritte Ansteuersignal entsprechend den Parametern Aussentemperatur und Vorlauftemperatur ein. Fig. 6 shows the result of a corresponding series of measurements for two different flow temperatures. These dependencies are stored in the Best-COP Ansteuersignalgenerator 42 with a signal input for the outside temperature 421 and a signal input for the flow temperature of the heating system 422. The best COP drive signal generator then sets the third drive signal according to the parameters outside temperature and flow temperature.

[0033] Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung betreibt die Wärmepumpe mit bestmöglichem COP auch dann, wenn sehr unterschiedliche Vorlauftemperaturen eingestellt werden müssen. A device for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a second preferred embodiment of the present invention operates the heat pump with the best possible COP, even if very different flow temperatures must be set.

Dritte bevorzugte AusführungThird preferred embodiment

[0034] Fig. 7 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe nach einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsanforderungssignal 111 wird dem positiven Eingang 601 des Differenzverstärkers 6 übergeben. Aus den Werten Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur und Durchfluss am Ausgang der Wärmepumpe wird in bekannter Weise die mittlere Abgabeleistung bestimmt und dem negativen Eingang 602 des Differenzverstärkers 6 zugeführt, dessen Resultat 611 durch den Leistungsbereichssplitter 2 und die weiteren Blöcke 3 und 5 verarbeitet wird. In dieser Weise wird ein Leistungs-Regelkreis geschlossen, durch den die Abgabeleistung 602 direkt proportional zum Leistungsanforderungssignal 111 eingestellt wird. Fig. 7 shows the block diagram of an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a third preferred embodiment of the present invention. The power request signal 111 is transferred to the positive input 601 of the differential amplifier 6. From the values flow temperature, return temperature and flow at the output of the heat pump, the average output power is determined in a known manner and fed to the negative input 602 of the differential amplifier 6, the result 611 is processed by the Leistungsbereichssplitter 2 and the other blocks 3 and 5. In this way, a power control loop is closed by which the output power 602 is set in direct proportion to the power request signal 111.

[0035] Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt die Abgabeleistung direkt proportional zum Leistungsanforderungssignal ein. Sie ist damit insbesondere geeignet für gesteuerte Heizsysteme, die eine präzise Vorgabe der Heizleistung erfordern. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a third preferred embodiment of the present invention adjusts the output directly proportional to the power request signal. It is therefore particularly suitable for controlled heating systems that require a precise specification of the heating power.

Vierte bevorzugte AusführungFourth preferred embodiment

[0036] Fig. 8 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe nach einer vierten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Von der Heizungsregelung wird ein Vorlauftemperatursollwert empfangen, den das Modul zur Entgegennahme eines Temperaturanforderungssignals 12 das Temperaturanforderungssignal 131 an den positiven Eingang 621 des Differenzverstärkers 62 übergibt. Aus dem Wert der Vorlauftemperatur am Ausgang der Wärmepumpe wird der Istwert der mittleren Vorlauftemperatur bestimmt und dem negativen Eingang 622 des Differenzverstärkers 62 zugeführt, dessen Resultat 631 in bekannter Weise durch den Leistungsbereichssplitter 2 und die weiteren Blöcke 3 und 5 verarbeitet wird. In dieser Weise wird ein Leistungs-Regelkreis geschlossen, durch den der Istwert der mittleren Vorlauftemperatur 622 direkt proportional zum Temperaturanforderungssignal 131 eingestellt wird. Fig. 8 shows the block diagram of an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a fourth preferred embodiment of the present invention. From the heating control, a flow temperature setpoint is received, which the module for receiving a temperature request signal 12 passes the temperature request signal 131 to the positive input 621 of the differential amplifier 62. From the value of the flow temperature at the output of the heat pump, the actual value of the mean flow temperature is determined and fed to the negative input 622 of the differential amplifier 62, the result 631 is processed in a known manner by the power domain splitter 2 and the other blocks 3 and 5. In this way, a power control loop is closed, by which the actual value of the mean flow temperature 622 is set directly proportional to the temperature request signal 131.

[0037] Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer vierten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung stellt die mittlere Vorlauftemperatur direkt proportional zu einem Temperaturanforderungssignal ein. Sie ist damit insbesondere geeignet für gesteuerte Heizsysteme, die eine präzise Vorgabe der Vorlauftemperatur erfordern. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a fourth preferred embodiment of the present invention adjusts the average flow temperature in direct proportion to a temperature request signal. It is therefore particularly suitable for controlled heating systems that require a precise specification of the flow temperature.

Fünfte bevorzugte AusführungFifth preferred embodiment

[0038] Fig. 9a zeigt einen digitalen Tastverhältnisgenerator 32. Im digitalen Tastverhältnisgenerator 32 wird das Schaltsignal 331a durch die Blöcke 321, 322 und 323 wie folgt gebildet: Der Speicher 321 hält den Wert des ersten Ansteuersignals in dem Zeitpunkt fest, in dem er ein Triggersignal an seinem Eingang 3212 erhält. Sodann übergibt er den Wert 3213 an den Tastverhältnisrechner 322, welcher danach eine Einschaltdauer tein und eine Ausschaltdauer taus so berechnet, dass tein / taus = Wert (3213) ist. Der Tastverhältnisrechner 322 übergibt die Werte für tein und taus sodann an den Pulsgenerator 323, der einen entsprechenden Einzelpuls erzeugt, welchen er an den Ausgang 3231 zur Bildung des Schaltsignals 331a übergibt. Nach dem Ende des Einzelpulses sendet der Pulsgenerator 323 zudem einen Triggerpuls auf den Ausgang 3232 zur erneuten Triggerung des Speichers 321. Fig. 9a shows a digital duty cycle generator 32. In the digital duty cycle generator 32, the switching signal 331a is formed by the blocks 321, 322 and 323 as follows: The memory 321 holds the value of the first drive signal at the time it turns on Trigger signal at its input 3212 receives. Then, it passes the value 3213 to the duty cycle calculator 322, which thereafter calculates an on-time tein and calculates an off duration toff such that tein / toff = value (3213). The duty cycle calculator 322 then passes the values for t and t to the pulse generator 323, which generates a respective single pulse, which it passes to the output 3231 to form the switching signal 331a. After the end of the single pulse, the pulse generator 323 also sends a trigger pulse to the output 3232 to re-trigger the memory 321.

[0039] Fig. 9b zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf eines Leistungsansteuerungssignals 111a in einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe nach der ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung über einen Zeitraum von ca. 5 Stunden^ Bis zum Zeitpunkt t = tc = 2h liegt das Leistungsansteuerungssignal konstant bei 10%; danach steigt es stetig an und erreicht bei t = t3 einen Wert von 40%. Fig. 9b shows by way of example the timing of a power drive signal 111a in an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to the first preferred embodiment of the present invention over a period of about 5 hours ^ Until the time t = tc = 2h, the power drive signal is constantly at 10%; then it rises steadily and reaches a value of 40% at t = t3.

[0040] Entsprechend diesem Wertebereich liefert der Leistungsbereichssplitter 2 das doppelte dieser Werte als erstes Ansteuersignal 211 an den digitalen Tastverhältnisgenerator 32. In accordance with this value range, the power domain splitter 2 supplies twice as many as the first drive signal 211 to the digital duty cycle generator 32.

[0041] Aufgrund des beispielhaften Verlaufs eines Leistungsansteuerungssignals 111a gemäss Fig. 9b wird somit der beispielhafte Verlauf des Schaltsignals 331a gebildet: Zum Zeitpunkt t = t0 ist der Wert (111a) = 10%. Das Tastverhältnis wird somit auf 20% eingestellt, und ein Puls mit taus = 80% und tein = 20% wird gebildet. Zum Zeitpunkt t = t1 ist der Wert (111a) = 10%. Folglich wird ein ebensolcher Puls gebildet. Zum Zeitpunkt t = t2 ist der Wert (111a) = 17.5%. Der nächste Puls erhält somit taus = 65% und tein = 35%. Zum Zeitpunkt t = t3 ist der Wert (111a) = 40%. Der folgende Puls erhält somit taus = 20% und tein = 80%. Due to the exemplary course of a power drive signal 111a according to FIG. 9b, the exemplary profile of the switching signal 331a is thus formed: At time t = t0, the value (111a) = 10%. The duty cycle is thus set to 20%, and a pulse with taus = 80% and tein = 20% is formed. At time t = t1, the value (111a) = 10%. Consequently, a same pulse is formed. At time t = t2, the value (111a) = 17.5%. The next pulse thus receives taus = 65% and tein = 35%. At time t = t3, the value (111a) = 40%. The following pulse thus receives taus = 20% and tein = 80%.

[0042] Fig. 10a zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf eines Leistungsansteuerungssignals 111b. Dieses Signal ist bis zum Zeitpunkt t = tcb ebenfalls konstant bei 10%, steigt sodann aber steiler an als das Leistungsansteuerungssignal 111a und erreicht zum Zeitpunkt t = t21 den Wert von 50%. Im digitalen Tastverhältnisgenerators 32 wird nach dem beschriebenen Verfahren das Schaltsignal 331b gebildet. Es ist in Fig. 10b dargestellt. 10a shows, by way of example, the time profile of a power drive signal 111b. This signal is also constant at 10% until the time t = tcb, but then rises steeper than the power drive signal 111a and reaches the value of 50% at time t = t21. In the digital duty cycle generator 32, the switching signal 331b is formed according to the described method. It is shown in Fig. 10b.

[0043] Darin sind die Pulse nach t = t0 und t = t1 gleich wie im Schaltsignal 331a. Auch der Puls bei t = t3 wird mit gleichen Werten gebildet: taus = 65% und tein = 35%. Während dieser Einzelpuls läuft, erreicht das Leistungsansteuerungssignals 111b bei t = t21 jedoch den Wert von 50%; der Eingang 3211 des Speichers 321 erhält somit den Wert 100%. Dennoch läuft der Einzelpuls unbeeinflusst weiter, bis zum Zeitpunkt t = t3 die nächste Triggerung erfolgt. In der Folge verbleibt das Schaltsignal 331b für eine Zeitspanne nach t = t21 im Zustand «Aus», obwohl das Leistungsansteuerungssignal 111b den Zustand «Ein» erfordern würde. Therein, the pulses after t = t0 and t = t1 are the same as in the switching signal 331a. The pulse at t = t3 is also formed with the same values: taus = 65% and tein = 35%. However, while this single pulse is running, the power drive signal 111b reaches the value of 50% at t = t21; the input 3211 of the memory 321 thus receives the value 100%. Nevertheless, the single pulse continues unaffected until the next triggering takes place at time t = t3. As a result, the switching signal 331b remains in the "off" state for a time after t = t21, although the power drive signal 111b would require the "on" state.

[0044] Fig. 11 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer fünften bevorzugten Ausführung. Der Tastverhältnisgenerator wird darin gebildet durch einen analogen Sinus-Dreieck-PWM-Generator 34, der einen Sägezahngenerator 341 und einen Komparator 342 umfasst und das Schaltsignal 351 erzeugt. Fig. 11 shows the block diagram of an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a fifth preferred embodiment. The duty cycle generator is formed therein by an analog sine-delta PWM generator 34 which includes a sawtooth generator 341 and a comparator 342 and generates the switching signal 351.

[0045] Das Leistungsanforderungssignal 111b ist der besseren Übersichtlichkeit halber in Fig. 12a erneut wiedergegeben. Fig. 12b zeigt die Signale 3421b und 3422 an den Komparatoreingängen des analogen Sinus-Dreieck-PWM-Generators 34, und Fig. 12c zeigt das erzeugte Schaltsignal 351b. Die Zeitpunkte t0, t1, t2 und t3 und t21 liegen gleich wie in Fig. 10 . The power request signal 111b is reproduced again in FIG. 12a for the sake of clarity. FIG. 12b shows the signals 3421b and 3422 at the comparator inputs of the analog sine-delta PWM generator 34, and FIG. 12c shows the generated switching signal 351b. The times t0, t1, t2 and t3 and t21 are the same as in FIG. 10.

[0046] Am positiven Komparatoreingang 3421 erscheint das Signal 3421b, welches durch Multiplikation mit dem Faktor 2 aus dem Leistungsanforderungssignal 111b erzeugt wurde (gestrichelte Linie in Fig. 12b ). Die Frequenz des Sägezahngenerators 341 ist auf den gleichen Wert wie die des digitalen Tastverhältnisgenerators 32 eingestellt. Das Signal des Sägezahngenerators 341 wird dem negativen Komparatoreingang 3422 zugeführt (durchgezogene Linie in Fig. 12b ). Der Ausgang des Komparators liefert das Schaltsignal 351b. Es ist in Fig. 12c dargestellt. At the positive comparator input 3421 appears the signal 3421b, which was generated by multiplication by the factor 2 from the power request signal 111b (dashed line in FIG. 12b). The frequency of the sawtooth generator 341 is set to the same value as that of the digital duty cycle generator 32. The signal of the sawtooth generator 341 is supplied to the negative comparator input 3422 (solid line in Fig. 12b). The output of the comparator provides the switching signal 351b. It is shown in Fig. 12c.

[0047] Der Komparator 342 vergleicht kontinuierlich die Signalwerte an seinen Eingängen. In der Folge erzeugt er ein Schaltsignal 351b, das unmittelbar auf die Änderung des Leistungsanforderungssignal 111b reagiert. Im Unterschied zum Schaltsignal 331b wechselt das Schaltsignal 351b deshalb unmittelbar in den «Ein»-Zustand. The comparator 342 continuously compares the signal values at its inputs. As a result, it generates a switching signal 351b which is immediately responsive to the change of the power request signal 111b. In contrast to the switching signal 331b, the switching signal 351b therefore changes immediately to the "on" state.

[0048] An dieser Stelle wird ausdrücklich vermerkt, dass nicht die Ausführungsform, analog versus digital, Schlüssel zum Erreichen der Verbesserung ist, sondern das kontinuierliche Überprüfen des Tastverhältnisanforderungssignals 3421 am positiven Eingang des Komparators 342. Eine Digitalschaltung, die eine solche Überprüfung vornimmt, kann deshalb vollumfänglich an die Stelle des hier beispielhaft genannten analogen Sinus-Dreieck-PWM-Generators treten. Darüber hinaus ist aus der in Fig. 10 dargestellten Zeitachse und den Abläufen ersichtlich, dass auch eine weniger häufige Überprüfung wie z.B. 5-mal in jeder Periode des hier vom Sägezahngenerator 341 vorgegebenen Basistaktes zu gleichwertigen Resultaten führt. Vorrichtungen mit solchen Merkmalen werden deshalb ausdrücklich mit dem oben dargelegten Beispiel gleichgesetzt. At this point, it is expressly noted that it is not the embodiment, analog versus digital, that is key to achieving the improvement, but the continuous checking of the duty cycle request signal 3421 at the positive input of the comparator 342. A digital circuit that makes such a check can therefore fully replace the analog sine wave-triangle PWM generator exemplified here. In addition, it can be seen from the time axis shown in Fig. 10 and the procedures that less frequent checking such as e.g. 5 times in each period of the basic clock given here by the sawtooth generator 341 leads to equivalent results. Devices with such features are therefore expressly equated with the example set forth above.

[0049] Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer fünften bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung versetzt die Wärmepumpe unmittelbar in den eingeschalteten Dauerzustand, wenn das Leistungsanforderungssignal Werte über 50% annimmt. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a fifth preferred embodiment of the present invention immediately puts the heat pump in the on state when the power request signal becomes over 50%.

Sechste bevorzugte AusführungSixth preferred embodiment

[0050] Fig. 13a zeigt den zeitlichen Verlauf eines Leistungsansteuerungssignals 111c in einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe, dessen Wert von anfänglich 10% auf 25% zum Zeitpunkt t = t21 wechselt. Die Signale 3422 und 3421c an den Komparatoreingängen sind in Fig. 13b dargestellt. Fig. 13c zeigt das resultierende Schaltsignal 351c. Fig. 13a shows the time course of a power drive signal 111c in an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump whose value changes from initially 10% to 25% at time t = t21. The signals 3422 and 3421c at the comparator inputs are shown in Fig. 13b. Fig. 13c shows the resulting switching signal 351c.

[0051] In Fig. 13b sind weiterhin beispielhaft die Signalflanken 3421d und 3421e eingetragen. So wird ersichtlich: Auch wenn die Flanke des Signals 3421c auf eine dieser beiden Positionen verschoben würde, würde daraus unverändert das Schaltsignal 351c resultieren. Ein durch einen analogen Sinus-Dreieck-PWM-Generator 34 gebildeter Tastverhältnisgenerator besitzt deshalb ein entsprechendes Spiel. In Fig. 13b, the signal edges 3421d and 3421e are further exemplified. It can thus be seen that even if the edge of the signal 3421c were shifted to one of these two positions, the switching signal 351c would remain unchanged. Therefore, a duty cycle generator formed by an analog sine-delta PWM generator 34 has a corresponding clearance.

[0052] Fig. 14 zeigt das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer sechsten bevorzugten Ausführung. Der Tastverhältnisgenerator 36 umfasst einen Sägezahngenerator 361 mit Frequenzumschalteingang 3611, einen Komparator 362, einen Differenzierer 363, einen Absolutwertbildner 364 sowie einen Levelkomparator 365. Er erzeugt das Schaltsignal 371. Fig. 14 shows the block diagram of an apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a sixth preferred embodiment. Duty cycle generator 36 includes a sawtooth generator 361 with frequency switching input 3611, a comparator 362, a differentiator 363, an absolute value generator 364 and a level comparator 365. It generates the switching signal 371.

[0053] Fig. 15b und Fig. 15c zeigen Signale, die auf der Basis des Leistungsansteuerungssignals 111c in Fig. 15a erzeugt werden. Fig. 15b zeigt das Signal 3621c am positiven Eingang des Komparators 362 und das Signal 3622 am negativen Eingang des Komparators 362, Fig. 15c zeigt das Schaltsignal 371c. Figs. 15b and 15c show signals generated based on the power drive signal 111c in Fig. 15a. Fig. 15b shows the signal 3621c at the positive input of the comparator 362 and the signal 3622 at the negative input of the comparator 362, Fig. 15c shows the switching signal 371c.

[0054] Von t = t0 bis t = t21a wird das Leistungsansteuerungssignal 111c nicht verändert. Folglich liefert der Differenzierer 363 ein Ausgangssignal «Null», der Absolutwertbildner 364 folgt dem und der Levelkomparator 365 erkennt auf «Low». In der Folge läuft der Sägezahngenerator 361 mit der gleichen Frequenz wie der Sägezahngenerator 341, und die Signale an den Eingängen 3621 und 3622 sowie das Schaltsignal 371 zeigen den gleichen zeitlichen Verlauf wie in Fig. 13 . From t = t0 to t = t21a, the power drive signal 111c is not changed. Consequently, the differentiator 363 provides an output signal "zero", the absolute value generator 364 follows it and the level comparator 365 detects "low". As a result, the sawtooth generator 361 runs at the same frequency as the sawtooth generator 341, and the signals at the inputs 3621 and 3622 and the switching signal 371 show the same timing as in FIG. 13.

[0055] Nach dem Zeitpunkt t = t21a steigt der Wert des Leistungsansteuerungssignals 111c. Der Differenzierer 363 liefert folglich ein Ausgangssignal grösser Null, der Absolutwertbildner 364 bildet daraus ein positives Ausgangssignal und der Levelkomparator 365 erkennt auf «High». Damit wird der Sägezahngenerator 361 auf eine höhere Frequenz geschaltet, so dass die Pulse des Schaltsignales 371c in dichterer Folge erzeugt werden. Das Schaltsignal 371c kann deshalb besser der Änderung des Leistungsansteuerungssignals 111c folgen. After the time t = t21a, the value of the power drive signal 111c increases. The differentiator 363 consequently supplies an output signal greater than zero, the absolute value generator 364 forms a positive output signal therefrom and the level comparator 365 recognizes "high". Thus, the sawtooth generator 361 is switched to a higher frequency, so that the pulses of the switching signal 371c are generated in a more dense sequence. The switching signal 371c can therefore better follow the change of the power driving signal 111c.

[0056] Unterschiedliche Verfahren können angewendet werden, um die Frequenz nach einem solchen Ereignis wieder auf den niedrigeren Ausgangswert zurück zu bringen. So kann die Frequenz natürlich nach Ablauf einer gewissen Zeitdauer wie z.B. einer oder zweier Pulsperioden abrupt zurück geschaltet werden. Soll ein sanfterer Übergang erreicht werden, so kann die Frequenz auch wie beispielhaft in Fig. 15c dargestellt kontinuierlich reduziert werden. Ebenso kann die Frequenzerhöhung im Zeitpunkt t = t21 nicht in Form einer einzigen Stufe, sondern in mehreren Stufen oder sogar stufenlos vorgenommen und in ihrer Grösse an die Änderungsgeschwindigkeit des Leistungsansteuerungssignals 111c gekoppelt werden. Different methods can be used to bring the frequency back to the lower output value after such an event. Thus, of course, after a certain period of time, e.g. one or two pulse periods are switched back abruptly. If a smoother transition is to be achieved, the frequency can also be continuously reduced, as shown by way of example in FIG. 15c. Likewise, the frequency increase at time t = t21 can not be made in the form of a single stage, but in several stages or even steplessly and coupled in size to the rate of change of the power drive signal 111c.

[0057] Eine Vorrichtung zur stufenlosen Einstellung der Abgabeleistung einer Inverter-Wärmepumpe entsprechend einer sechsten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung vermag die mittlere Leistung einer Wärmepumpe zeitlichen Änderungen des Leistungsansteuerungssignals in besonderer Weise nach zu führen. Eine solche Vorrichtung ist deshalb in besonderer Weise für dynamische Heizungsregelungen geeignet. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump according to a sixth preferred embodiment of the present invention, the average power of a heat pump time changes of the power drive signal in a special way to lead. Such a device is therefore particularly suitable for dynamic heating control.

Claims

An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump having a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP drive signal generator, characterized in that <tb> - <SEP> the duty cycle generator mainly in a low range of the required output power provides a switching signal with a duty ratio greater than 0% and less than 100% to control the heat pump, wherein the compressor power of the heat pump is controlled by a Best-COP Ansteuersignalgenerator in that the heat pump delivers almost the best possible COP value and <tb> - <SEP> that the duty cycle generator provides a continuous on-signal for controlling the heat pump in a higher range of the requested output, increasing the compressor output of the heat pump according to the required output.

2. Device for continuously adjusting the output of an inverter heat pump with a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP drive signal generator according to claim 1, characterized in that the Best-COP Ansteuersignalgenerator the drive signal for the compressor power to achieve the almost best possible COP Value determined as a function of the outside air temperature.

3. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump with a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP drive signal generator according to claim 1 or 2, characterized in that the Best-COP drive signal generator, the drive signal for the compressor power to achieve the almost best possible COP value determined as a function of the flow temperature.

4. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump with a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP Ansteuersignalgenerator according to any one of claims 1-3, characterized in that the output of the heat pump is determined and a control loop is formed so that the determined output power follows the value of a power request signal.

5. A device for continuously adjusting the output of an inverter heat pump with a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP Ansteuersignalgenerator according to any one of claims 1-3, characterized in that the supplied by the heat pump mean flow temperature is determined and a control loop is formed in that the actual value of the mean flow temperature follows the value of a temperature request signal.

6. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump with a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP drive signal generator according to any one of claims 1-5, characterized in that the duty cycle generator, the duty cycle signal continuously, but at least 5 times in each period of the basic clock.

7. An apparatus for continuously adjusting the output of an inverter heat pump having a power range splitter, a duty cycle generator and a Best-COP drive signal generator according to claim 6, characterized in that the duty cycle generator increases the frequency as soon as a change of the duty cycle request signal of 30% in a period of Basic clock takes place.