DE10025519A1 - Regelungsverfahren für Wärmepumpenheizungen - Google Patents

Regelungsverfahren für Wärmepumpenheizungen

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DE10025519A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelungsstrategie für elektronische Expansionsventile, Kompressoren, Pumpen, Frequenzumrichter und andere Hilfsorgane von Wärmepumpenheizungen. DOLLAR A Führungsgröße für die Ansteuerung oben genannter Bauteile ist zum einen die thermische Abgabeleistung bzw. alternativ die Leistungszahl der Wärmepumpe. DOLLAR A Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer verbesserten Anpassung des Betriebsverhaltens der Wärmepumpe sowie einer Erhöhung der Arbeitszahl. DOLLAR A Dadurch steigt die Effizienz der errichteten Wärmepumpenanlage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsstrategie für elektronische Expansionsventile, Kompressoren. Pumpen, Frequenzumrichter und andere Hilfsorgane von Wärme­ pumpenheizungen.
Beim Einsatz von Wärmepumpenheizungen ist es zum einen wichtig, daß die Anlagen einen geringen Verbrauch an elektrischer Energie aufweisen, zum anderen ist teilweise eine Leistungsanpassung notwendig, z. B. bei der Warmwasserbe­ reitung.
Die einzelnen Bauteile müssen deshalb den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt und aufeinander abgestimmt werden.
Die Güte einer Wärmepumpenheizung ist dadurch gekennzeichnet, mit möglichst geringer elektrischer Hilfsenergie eine hohe thermische Wärmeabgabe zu erzielen. Die Regelungsstrategie besteht darin, in diesem Sinne den möglichst optimalen Arbeitspunkt zu suchen.
Führungsgröße in dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren für die Ansteuerung oben genannter Bauteile ist zum einen die thermische Abgabeleistung bzw. alter­ nativ die Leistungszahl der Wärmepumpe.
Die möglichen Arbeitspunkte der Wärmepumpe sind durch die heizungs- und quellenseitigen Temperaturen bestimmt.
Mit den Stellorganen (z. B. Expansionsventil) kann aus den möglichen Betriebs­ zuständen der gewünschte eingestellt werden, z. B. der Betriebszustand mit der maximal möglichen thermischen Abgabeleistung. Dieser Betriebszustand wird durch geeignete Suchstrategien ermittelt und bei Bedarf aktualisiert.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angegeben.
Da für den Betrieb von Wärmepumpenheizungen Hilfsaggregate (z. B. Umwälz­ pumpen) notwendig sind, ist es sinnvoll, deren Energieverbrauch so weit wie möglich zu reduzieren.
Durch geeignete Suchstrategien wird die maximale Leistungszahl unter Einbezie­ hung der Hilfsaggregate ermittelt und bei Bedarf aktualisiert.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 2 angegeben.
Problematisch an der Brauchwassererzeugung mittels Wärmepumpenaggregat ist der hohe finanzielle Aufwand für große Wärmetauscher.
Eine mögliche Verringerung dieser Kosten wird erfindungsgemäß entsprechend Patentanspruch 3 durch eine Reduzierung der abgegebenen Leistung erreicht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des erfundenen Regelungsverfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen:
1. Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, die mit einem elektronischen Expansions­ ventil ausgestattet ist, werden Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie Volumen­ strom des Heizkreises gemessen und daraus die momentan abgegebene Wärme­ leistung berechnet.
Aus Sicherheitsgründen sowie um ein schnelleres Regelverhalten zu erreichen, wird ein experimentell bestimmter soleabhängiger Startwert für die Einstellung des Ex­ pansionsventils vorgegeben. Ausgehend von diesem Startwert wird die Einstellung des Expansionsventils so lange variiert, bis die thermische Leistung der Wärmepum­ pe für diesen Betriebszustand ihren Maximalwert erreicht hat. Dieser Einstellwert für das Expansionsventil wird so lange beibehalten, bis die abgegebene Leistung un­ ter einen festgelegten Schwellwert abgesunken ist. Danach wird der Maximalwert der thermischen Leistung nach dem gleichen Verfahren neu gesucht.
Als Schutz des Kompressors vor Flüssigkeitsschlägen dient ein zweiter Schwell­ wert. Nach Unterschreiten dieses zweiten Schwellwertes wird wieder der Startwert aktiviert.
2. Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, die mit einem elektronischen Expansions­ ventil und einem Frequenzumformer für den Kompressor ausgestattet ist, werden Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie Volumenstrom und elektrische Aufnahme­ leistung gemessen und daraus die momentane Leistungszahl berechnet.
Ausgehend von einem Startwert für die Frequenz wird die Einstellung des Expan­ sionsventils so lange variiert, bis die Leistungszahl der Wärmepumpe für diese Frequenz ihr Maximum aufweist. Danach wird dieses Verfahren für unterschied­ liche Frequenzen wiederholt und aus den abgespeicherten Werten die maximale Leistungszahl ermittelt. Auf die entsprechenden Werte werden Expansionsventil und Frequenzumrichter eingestellt.
Sie werden dann als Einstellwert für Expansionsventil und Frequenzumrichter beibehalten, bis die Leistungszahl unter einen festgelegten Schwellwert abgesunken ist. Danach wird der Maximalwert der Leistungszahl nach dem gleichen Verfahren neu gesucht.
Als Schutz des Kompressors vor Flüssigkeitsschlägen dient ein Schwellwert für die Abgabe der thermischen Leistung. Nach Unterschreiten dieses zweiten Schwell­ wertes wird wieder der Startwert aktiviert.
3. Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, die mit einem elektronischen Expansions­ ventil und einer drehzahlgesteuerten Soleumwälzpumpe ausgestattet ist, werden Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie Volumenstrom und elektrische Aufnahme­ leistung gemessen und daraus die momentane Leistungszahl berechnet.
Ausgehend von einem Startwert für die Drehzahl der Soleumwälzpumpe wird die Einstellung des Expansionsventils so lange variiert, bis die Leistungszahl der Wärmepumpe für diese Drehzahl ihr Maximum aufweist. Danach wird dieses Verfahren für unterschiedliche Drehzahlen wiederholt und aus den abgespeicherten Werten die maximale Leistungszahl ermittelt. Auf die entsprechenden Werte werden Expansionsventil und Soleumwälzpumpe eingestellt.
Sie werden dann als Einstellwert für Expansionsventil und Soleumwälzpumpe beibehalten, bis die Leistungszahl unter einen festgelegten Schwellwert abgesunken ist. Danach wird der Maximalwert der Leistungszahl nach dem gleichen Verfahren neu gesucht.
Als Schutz des Kompressors vor Flüssigkeitsschlägen dient ein Schwellwert für die Abgabe der thermischen Leistung. Nach Unterschreiten dieses zweiten Schwell­ wertes wird wieder der Startwert aktiviert.
4. Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, die mit einem elektronischen Expansions­ ventil, einem Frequenzumformer für den Kompressor und einer drehzahlgesteuerten Soleumwälzpumpe ausgestattet ist, werden Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie Volumenstrom und elektrische Aufnahmeleistung gemessen und daraus die momentane Leistungszahl berechnet.
Ausgehend von einem Startwert für die Drehzahl der Soleumwälzpumpe wird die Einstellung des Expansionsventils so lange variiert, bis die Leistungszahl der Wärmepumpe für diese Drehzahl ihr Maximum aufweist. Danach wird dieses Verfahren für unterschiedliche Drehzahlen und Frequenzen wiederholt und aus den abgespeicherten Werten die maximale Leistungszahl ermittelt. Auf die ent­ sprechenden Werte werden Expansionsventil, Soleumwälzpumpe und Frequenz­ umrichter eingestellt.
Sie werden dann als Einstellwert für Expansionsventil, Frequenzumrichter und Soleumwälzpumpe beibehalten, bis die Leistungszahl unter einen festgelegten Schwellwert abgesunken ist. Danach wird der Maximalwert der Leistungszahl nach dem gleichen Verfahren neu gesucht.
Als Schutz des Kompressors vor Flüssigkeitsschlägen dient ein Schwellwert für die Abgabe der thermischen Leistung. Nach Unterschreiten dieses zweiten Schwell­ wertes wird wieder der Startwert aktiviert.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer verbesserten Anpassung des Be­ triebsverhaltens der Wärmepumpe sowie einer Erhöhung der Arbeitszahl. Dadurch sinkt der Energieverbrauch und die Effizienz der errichteten Wärme­ pumpenanlage steigt.
Die verwendete Führungsgröße korreliert direkt mit der Zielgröße.

Claims (3)

1. Regelungsverfahren für Wärmepumpenheizungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Expansionsventils so variiert wird, daß bei einer Ermittlung der jeweiligen abgegebenen thermischen Leistung deren Maximalwert festgestellt wird. Die dafür notwendige Einstellung wird dann beibehalten bis die abgegebene Leistung unter einen festgelegten Schwellwert abgesunken ist. Danach wird der Maximalwert der thermischen Leistung neu gesucht.
2. Regelungsverfahren für Wärmepumpenheizungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung von Expansionsventil und Hilfsaggregaten (Frequenzumrichter, So­ leumwälzpumpe, Heizungsumwälzpumpe etc.) innerhalb der für die Bauteile zulässigen Grenzen so variiert wird (die Stromaufnahme der Soleumwälzpumpe z. B. über die Pumpendrehzahl), daß die maximale Leistungszahl erreicht wird. Die ermittelten Einstellwerte werden beibehalten, bis die erreichte Leistungszahl unter einen festgelegten Schwellwert abgesunken ist. Danach wird der Maximal­ wert der Leistungszahl neu gesucht.
3. Regelungsverfahren für Wärmepumpenheizungen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Warmwasserbereitung das Expansionsventil und die Hilfsaggregate in einem iterativen Vorgang so eingestellt werden, daß nur noch eine vorgegebene thermische Leistung erzielt wird.
DE10025519A 2000-05-15 2000-05-15 Regelungsverfahren für Wärmepumpenheizungen Withdrawn DE10025519A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010016344A1 (de) * 2010-04-07 2011-10-13 Wolf Gmbh Wärmepumpenanlage und Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpenanlage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010016344A1 (de) * 2010-04-07 2011-10-13 Wolf Gmbh Wärmepumpenanlage und Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpenanlage
EP2375174A3 (de) * 2010-04-07 2014-02-26 Wolf GmbH Wärmepumpenanlage und Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpenanlage

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