DE3423262A1 - Verfahren zur regelung einer waermepumpe in verbindung mit einer weiteren waermequelle - Google Patents

Description

Jo h. Vaillant GmbH u. Co

DE 1036

23. JuTii .1984

.VJrLf i'¹L*i^r? zur Regelung einer Wärmepumpe i η Verbi ndung

mi L einer weiteren Wärmequelle

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Leistung einer Wärmepumpe in Verbindung mit einer weiteren Wärmequelle.

Solche Wärmepumpen finden in neuerer Zeit, insbesondere bei d.er Beheizung von Zentralheizungen oder zur Aufheizunq eines Brauchwasserspeichers, Verwendung. Es kommt auch die gemeinsame Beheizung beider Verbraucher von einer einzigen Wärmepumpe in Frage. Bei der Wärmequelle kann es sich sowohl um eine Kompressions- als auch eine Absorptions- oder eine Resorptionswarmepuinpe handeln. Gemeinsam ist solchen Wärmepumpen, daß gerade dann, wenn die ihr nachgeschalteten Verbraucher einen besonders hohen Wärmebedarf haben, also im Winter bei fallender Außentemperatur, sie nur eine Leistung abzugeben imstande sind, die gegenläufig zur fallenden Außentemperatur verläuft. Es hat sich somit als notwendig erwiesen, die Lei-

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stung der Wärmepumpe mittels einer anderen Wärmequelle anzuheben. Als solche Wärmequellen kommen insbesondere brennstoff behei zte Wärmequellen wie gasbehei zte jJrnl auf wasser- oder Durchlaufwasserheizer oder Kessel in Frage. Es wäre zum Beispiel beim Einsatz einer Fußbodenheizung aber genauso denkbar, als nachgeschaltete Wärmequelle einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer zu verwenden.

Somit werden ein oder mehrere Verbraucher von zwei Wärmequellen, von denen die eine als Wärmepumpe ausgebildet ist, beheizt, so daß sich die Aufgabe stellt, die Regelung dieser beiden Wärmequellen exakt aufeinander abzustimmen. Hierbei ist es wesentlich, daß die Wärmepumpe in einem so großen Außentemperaturbereich wie möglich die Speisung des oder der Verbraucher übernehmen soll. Hierzu ist es bereits bekanntgeworden, die Wärmepumpe bei fixen Außentemperaturgrenzen abzuschalten und die brennstoffbeheizte Wärmequelle den Heizbetrieb übernehmen zu lassen beziehungsweise beim Unterschreiten eines Außentemperaturgrenzwertes die brennstoffbeheizte Wärmequelle zur in Betrieb bleibenden Wärmepumpe zuzuschalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der Speisung eines oder mehrerer Verbraucher, durch eine Wärmepumpe und eine weitere Wärmequelle den Mittelwert der Vor lauftemperatur für den Verbraucher

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dem außenteinperaturabhängigen Sollwert des Heizungsvorlaufs entsprechen zu lassen und hierbei die Wärmepumpe den größtmöglichen Anteil vom Jahreswärmebedarf Recken zu 1assen .

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand des Diagramms der Zeichnung näher er 1 au tert.

In dew Diagramm ist in der Abszisse die Außentemperatur in ⁰C dargestellt, und zwar in dem hier interessierenden Bereich von +20°, einen Außentemperaturwert, bei dessen Erreichen oder überschreiten nicht mehr geheizt zu werden braucht, bis -10 ⁰C , ein Wert, der im praktischen Bereich in gemäßigten Breiten nicht oder nur unwesentlich unterschritten wird. In der Ordinate ist der Sollwert in ⁰C aufgetragen, wobei es sich in einem Sollwertbereich bei ausschließlicher Beheizung des oder der Verbraucher durch die Wärmepumpe um einen Rücklauf temperatur-Sol 1 wert und bei tieferen Außentemperaturen, also bei Beheizung des oder der Verbraucher ge-

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meinsam liber die Wärmepumpe und die brennstoff behei zte Wärmequelle um einen Vorl auf temperatur-Sol lwert .handelt.

Für die Beschreibung der Erfindung soll angenommen werden, daß sich die Außentemperatur in einem Bereich von etwa 10 ⁰C befindet. In diesem Bereich wird die Leistung der Wärmepumpe, beispielsweise einer Kompressionswärmepumpe, gemäß einer Kurve 1 geregelt, wobei die Kurve 1 den Sollwert der Rück 1 auftemperatur darstellt. Die Rücklauftemperatur wird gemessen in einer Verbindungsleitung zwischen dem Verbraucher und der Kompressionswärmepumpe. Je höher der Außentemperatur-Istwert liegt, um so niedriger liegt der Ordinatenwert des Sollwerts der Rück lauftemperatur, das heißt, um so niedriger ist die Leistung, die der Wärmepumpe abverlangt wird. Die Leistungsregelung der Wärmepumpe kann hierbei über ein Pulspausenverhältnis der Ein- und Ausschaltdauern des Kompressors erfolgen, es wäre auch eine kontinuierliche Regelung der Kompressorleistung beziehungsweise der Leistung bei einer AWP möglich. Je weiter sich der Wert der Kurve 1 bei fallender Außentemperatur zu höheren Sollwertbeträgen hin bewegt, um so größer ist die von der Wärmepumpe abzugebende Leistung. Im Bereich der Wärmepumpe ist ein Regler vorhanden, der den Istwert der Rück 1 auftemperatur mit dem Sollwert für die Rücklauftemperatur vergleicht. Erreicht diese Differenz bei

kleiner werdenden Außentemperaturen einen Grenzwert beziehungsweise wird dieser an sich freiwählbare Grenzwert überschritten, so findet die Umschaltung statt, pie Umschaltung ist für das Ausführungsbeispiel entlang einer Geraden 2 angenommen und liegt im Schnittpunkt 3 der Geraden 2 und der Kurve 1. Für diesen Punkt 3 gilt, daß eine Differenztemperatur Λ t vorliegt, die diesen Grenzwert überschreitet. Nach Umschalten geht der Kessel in Betrieb, und die Wärmepumpe läuft mit ihrer maximalen Leistung weiter. Wird eine weiter fallende Außentemperatur im Laufe der weiteren Beschreibung des Ausführungsbeispiels unterstellt, so gilt nunmehr die Kurve 4 als Sollwertkurve für die Regelung, das heißt, die Vorlauftemperatur der brennstoffbeheizten Wärmequelle wird in Abhängigkeit von einer Vor 1 aufsol I temperatur geregelt, während die Wärmepumpe mit Maximalleistung weiterbetrieben wird. Die Kesselregelung kann hierbei eine 2-Punkt-Regelung sein, es ist auch möglich, den Kessel mit einer kontinuierlichen Proportional- oder PI-Regelung zu betreiben. Wird andersherum davon ausgegangen, daß sich das Heizungssystem, bestehend aus Wärmepumpe, Wärmequelle und Verbraucher, im Bereich rechts von der Geraden 2 befindet und die Außentemperatur steigt, so wird die Kurve 4 in Richtung auf den Nullpunkt des Diagramms zurückgefahren. Hierbei wird sich eine Regelabweichung

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einstellen, das heißt, der Istwert der Vor 1 auf temperatur wird den Sollwert überschreiten. Hierbei kann die Regelabweichung einen festlegbaren Grenzwert erreiche/) und überschreiten, wobei auch dieser Grenzwert dem Betrag

At entspricht. Damit hat die Kurve 4 in ihrem Schnittpunkt 5 die Gerade 2 erreicht. Der Regler schaltet das Heizungssystem um, der Kessel wird ausgeschaltet, und die Wärmepumpe übernimmt allein die Speisung des oder der Verbraucher.

Die Kurven für die Sollwerte der Rücklauftemperatur, das hei ß t also, die Kurve 1 links der Geraden E wird dadurch erzeugt, daß die Vor 1 auftemperatur-Sol!kurve, also die Kurve 4, in ihrer virtuellen Weiterführung von Punkt 5 zum Nullpunkt 6, der auch dem Schnittpunkt der beiden Kurven 4 und 1 entspricht, in diesem Punkt 6 so weit gedreht wird, daß im Umschaltpunkt, das heifit in den Punkten 3 oder 5, die Differenz der Sollwerte des Heizungsvorlaufs und des Heizungsrücklaufs der Temperaturdifferenz entspricht, die die Wärmepumpe im Urnschaltpunkt des Heizungssystems erzeugt.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Umschaltung von Wärmepumpenbetrieb auf Parallelbetrieb zwischen Wärmepumpe und Wärmequelle lastenabhängig, also nicht nach einer festen Außentemperatur erfo'lgen

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kann. Hierbei wird die Wärmepumpe aus energiewirtschaftlichen Gesichtspunkten optimal eingesetzt, und e.s sind die Voraussetzungen für eine geri ngs tinögl i ehe ScJi a Ithäufigkeit der Wärmepumpe gegeben.

Es soll noch angemerkt werden, daß es für die Durchführung der Erfindung belanglos ist, ob die Wärmequelle unmittelbar über ihren Brenner beziehungsweise Heizwiderstand in ihrer Leistung gesteuert beziehungsweise verstellt wird, oder ob der Wärmequelle ein Mischer nachgeschaltet ist und dieser verstellt wird.

Claims (2)

1. Joh. V aiii ant GmbH u. Co

   DE 1036

   23. Jufti .1984

   Ansprüche

   Verfahren zur Regelung der Leistung einer Wärmepumpe in Verbindung mit einer weiteren Wärmequelle, wobei entweder die Wärmepumpe allein geregelt wird oder im Parallelbetrieb die Wärmepumpe auf Dauerbetrieb geschaltet ist und die Leistung der Wärmequelle geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe in Abhängigkeit der Temperatur der Verbraucherrücklaufleitung und die Wärmequelle in Abhängigkeit der Verbrauchervorlauftemperatur geregelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von geregeltem Wärmepumpenbetrieb auf Parallelbetrieb zwischen Wärmepumpe und Wärmequelle und umgekehrt in Abhängigkeit von der abgenommenen Heizleistung erfolgt.

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   3423252

   Verfahren nach Anspruch eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertkurve (.1) des Verbraucherrücklaufs aus der Sollwertku/ve (4) des Verbrauchervorlaufs derart errechnet wird, daß die Sollwertkurve (4) für den Verbrauchervorlauf um den Schnittpunkt (6) beider Sollwertkurven (1, 4) so weit gedreht wird, daß im Umschaltpunkt (3, 5) die Differenz der Sollwerte des Verbrauchervor1 aufs und Verbraucherrück 1 aufs der Temperaturdifferenz (At) entspricht, die die Wärmepumpe am Umschaltpunkt des Heizungssystems erzeugt.

   Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, daß im Umschaltpunkt (3, 5) die Differenz der Sollwerte (4t) des Verbrauchervor- und -rücklaufs größer oder kleiner ist als die Temperaturdifferenz, die die Wärmepumpe am Umschaltpunkt des Heizungssystems erzeugt.

   Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis vier, dadurch gekennzeichnet, daß im Umschaltpunkt (3, 5) der Differenz der Sollwerte des Verbrauchervor1 aufs und Verbraucherrück 1 aufs ( dt) eine Konstante zugefügt ist und daß die

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   Differenz ( Δ t) plus der Konstanten der Temperaturdifferenz entspricht, die die Wärmepumpe im Umschaltpunkt des Heizungssystems erzeugt.