DE102020115274A1 - Method for operating a compression refrigeration system - Google Patents
Method for operating a compression refrigeration system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020115274A1 DE102020115274A1 DE102020115274.4A DE102020115274A DE102020115274A1 DE 102020115274 A1 DE102020115274 A1 DE 102020115274A1 DE 102020115274 A DE102020115274 A DE 102020115274A DE 102020115274 A1 DE102020115274 A1 DE 102020115274A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- refrigerant
- compressor
- compressor inlet
- evaporator
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
- F25B2339/04—Details of condensers
- F25B2339/047—Water-cooled condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/25—Control of valves
- F25B2600/2513—Expansion valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
- F25B2700/21151—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
- F25B2700/21175—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the outlet of the evaporator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Kompressionskälteanlage (200), insbesondere einer Wärmepumpe (100), sowie eine zugehörige Kompressionskälteanlage, enthaltend die Verfahrensschritte: Bestimmen eines Zielwertes (ZÜA) der Verdampferaustrittsüberhitzung (TÜA) und eines Zielwertes (ZÜE) der Verdichtereintrittsüberhitzung (TÜE), Berechnen eines Korrekturwertes basierend auf einer Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung (TÜE) zu dem Zielwert (ZÜE) der Verdichtereintrittsüberhitzung (TÜE), Korrigieren des Zielwertes (ZÜA) der Verdampferaustrittsüberhitzung (TÜA) mit dem berechneten Korrekturwert, Berechnen eines Regelwertes (R) nach einer Inbetriebnahmephase der Kompressionskälteanlage (200) abhängig von dem Zielwert (ZÜA) der Verdampferaustrittsüberhitzung (TÜA) und dem Zielwert (ZÜE) der Verdichtereintrittsüberhitzung (TÜE), und Regeln des Expansionsventils (230) auf Basis des Regelwertes (R).The present invention relates to a method for regulating a compression refrigeration system (200), in particular a heat pump (100), as well as an associated compression refrigeration system, containing the process steps: determining a target value (ZÜA) of the evaporator outlet superheating (TÜA) and a target value (ZÜE) for the compressor inlet superheating ( TÜE), calculating a correction value based on a control deviation of the compressor inlet superheat (TÜE) to the target value (ZÜE) of the compressor inlet superheat (TÜE), correcting the target value (ZÜA) of the evaporator outlet superheat (TÜA) with the calculated correction value (R), calculating a control value (R) a commissioning phase of the compression refrigeration system (200) depending on the target value (ZÜA) of the evaporator outlet superheat (TÜA) and the target value (ZÜE) of the compressor inlet superheat (TÜE), and regulation of the expansion valve (230) based on the control value (R).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kompressionskälteanlage sowie eine zugehörige Kompressionskälteanlage mit einem Kältemittel, einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger, einem internen Wärmeübertrager, einem Drosselorgan und einer Steuereinheit.The invention relates to a method for operating a compression refrigeration system and an associated compression refrigeration system with a refrigerant, an evaporator, a compressor, a condenser, an internal heat exchanger, a throttle element and a control unit.
Derartige Kompressionskälteanlagen, beispielsweise in Form von Wärmepumpen, mit einem Dampfkompressionssystem in welchem ein gasförmiges Kältemittel von einem mittels der Steuereinheit, die beispielsweise einen Regler aufweist, gesteuerten Verdichter von einem Niederdruck auf einen Hochdruck verdichtet wird, sind bekannt.Such compression refrigeration systems, for example in the form of heat pumps, with a vapor compression system in which a gaseous refrigerant is compressed from a low pressure to a high pressure by a compressor controlled by means of the control unit, which for example has a regulator, are known.
Das Kältemittel wird durch den Verflüssiger getrieben, in dem es eine Heizwärme an ein in einem Wärmesenkensystem befindliches Heizmedium abgibt. Eine innere Wärme wird in einem inneren Wärmeübertrager, beispielsweise in Form eines Rekuperators, zwischen dem unter dem Hochdruck vom Verflüssiger zum Expansionsventil strömenden Kältemittel und dem vom Verdampfer zum Verdichter unter dem Niederdruck strömende Kältemittel übertragen.The refrigerant is driven through the condenser, in which it gives off heat to a heating medium located in a heat sink system. Internal heat is transferred in an internal heat exchanger, for example in the form of a recuperator, between the refrigerant flowing under high pressure from the condenser to the expansion valve and the refrigerant flowing from the evaporator to the compressor under low pressure.
Das Kältemittel wird weiter in einer Hochdruckströmungsrichtung zu einem vom Regler gesteuerten Expansionsventil geführt, in dem das Kältemittel vom Hochdruck auf den Niederdruck abhängig von einem Regelwert entspannt wird. Das auf dem Niederdruck befindliche Kältemittel verdampft in dem Verdampfer bei Aufnahme von Quellwärme.The refrigerant is guided further in a high-pressure flow direction to an expansion valve controlled by the regulator, in which the refrigerant is expanded from high pressure to low pressure as a function of a control value. The refrigerant at the low pressure evaporates in the evaporator when it absorbs source heat.
Aus
Eine Wärmepumpenanlage mit einem Kältemittelkreislauf ist aus
Die Regelung der Kompressionskälteanlage muss verschiedene Anforderungen erfüllen, so wird beispielsweise gefordert, dass eine Leistungszahl möglichst hoch ist, um einen möglichst energieeffizienten Betrieb zu erlauben. Zentral ist aber auch, dass die Betriebsgrenzen der Komponenten eingehalten werden.The regulation of the compression refrigeration system has to meet various requirements, for example it is required that a coefficient of performance is as high as possible in order to allow the most energy-efficient operation possible. But it is also crucial that the operating limits of the components are observed.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere der Verdichter hervorzuheben, der wie ausgeführt das gasförmige Kältemittel von Niederdruck (ND) auf Hochdruck (HD) verdichtet. Es ist bekannt, zur Leistungsoptimierung Verdichter vorzusehen, die den Betrieb mit unterschiedlichen Drehzahlen ermöglichen. Die Hersteller von derartigen, drehzahlvariablen Verdichtern schreiben neben anderen Betriebsgrenzen beispielsweise vor, dass in Abhängigkeit der Drehzahl sowohl Obergrenzen als auch Untergrenzen für den Niederdruck (ND) und den Hochdruck (HD) einzuhalten sein. Werden die Grenzen entweder auf der Niederdruckseite oder auf der Hochdruckseite überschritten, muss der Betrieb des Verdichters im ungünstigsten Fall abgeschaltet werden.In this context, particular emphasis should be placed on the compressor, which, as stated, compresses the gaseous refrigerant from low pressure (LP) to high pressure (HP). It is known to provide compressors to optimize performance, which allow operation at different speeds. In addition to other operating limits, the manufacturers of such variable-speed compressors stipulate, for example, that both upper and lower limits for the low pressure (LP) and the high pressure (HP) must be adhered to, depending on the speed. If the limits are exceeded either on the low pressure side or on the high pressure side, the operation of the compressor must be switched off in the worst case.
Viele Verdichter sind ungeeignet, am Verdichtereintritt gesättigten Dampf anzusaugen, deshalb schreiben viele Verdichterhersteller vor, eine Mindestüberhitzung des Kältemittels am Verdichtereintritt sicherzustellen, beispielsweise eine Mindestüberhitzung von 2 Kelvin (K), wobei ebenfalls bei Kältemitteln mit einem Temperaturglide eine Mindestüberhitzung einzuhalten ist.Many compressors are unsuitable for drawing in saturated vapor at the compressor inlet, which is why many compressor manufacturers stipulate that a minimum superheating of the refrigerant at the compressor inlet must be ensured, for example a minimum superheating of 2 Kelvin (K), whereby a minimum superheating must also be observed for refrigerants with a temperature glide.
Werden Anforderung bezüglich einer Mindestüberhitzung nicht eingehalten, kann ein erhöhter Verdichterverschleiß durch mangelnde Schmierung der Kompressionskomponenten oder Schäden durch Kavitation durch Nachverdampfung im Verdichter zur Folge haben.Failure to comply with the minimum overheating requirement can result in increased compressor wear due to insufficient lubrication of the compression components or damage due to cavitation due to re-evaporation in the compressor.
Bei Kältekreisen mit internem Wärmeübertrager, beispielsweise in Form eines Rekuperators, ist es bekannt, eine Verdampferaustrittsüberhitzung als Hilfsregelgröße für die Regelung der Verdichtereintrittsüberhitzung heranzuziehen. Im Vergleich der beiden Überhitzungswerte reagiert die Verdampferaustrittsüberhitzung wesentlich schneller und ermöglicht so, Schwingungen des Kältekreises möglichst gering zu halten.In the case of refrigeration circuits with an internal heat exchanger, for example in the form of a recuperator, it is known to use an evaporator outlet overheating as an auxiliary control variable for regulating the compressor inlet overheating. In a comparison of the two superheating values, the evaporator outlet overheating reacts much faster and thus enables the oscillations of the refrigeration circuit to be kept as low as possible.
Die Taupunkttemperatur des Kältemittels ist druckabhängig und kann in Form von Kennlinien, genannt Nassdampfkennlinie, tabelliert oder berechnet werden. Zur Regelung der Verdampferaustrittsüberhitzung kann daher ein Niederdruck im Verdampfer beispielsweise durch Einstellen eines Öffnungsgrades eines Drosselorgans eingeregelt werden.The dew point temperature of the refrigerant is pressure-dependent and can be tabulated or calculated in the form of characteristics, called wet steam characteristics. To regulate the overheating of the evaporator outlet, a low pressure in the evaporator can therefore be regulated, for example, by adjusting the degree of opening of a throttle element.
Hierbei hat sich allerdings herausgestellt, dass beispielsweise Toleranzen der Nassdampfkennlinien, das heißt des Verlaufes der druckabhängigen Taupunkttemperatur, die zur Regelung der Verdampferaustrittsüberhitzung basierend auf einer Steuerung eines Öffnungsgrades einer Druckverringerungseinheit wie eines Expansionsventils verwendet wird, vorliegen können, die eine zuverlässige Regelung der Verdichtereintrittsüberhitzung erschweren.However, it has been found here that, for example, there may be tolerances in the wet steam characteristics, i.e. the course of the pressure-dependent dew point temperature, which is used to regulate the overheating of the evaporator outlet based on a control of the degree of opening of a pressure reduction unit such as an expansion valve, which make reliable regulation of the overheating of the compressor inlet more difficult.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelverfahren für die eingangs genannte Kompressionskälteanlage vorzuschlagen, mit welchem die Regelung der Verdichtereintrittsüberhitzung verbessert wird.Against this background, it is an object of the present invention to propose a control method for the compression refrigeration system mentioned at the beginning, with which the control of the compressor inlet overheating is improved.
Gelöst wir die Aufgabe durch die Verfahrensmerkmale des Anspruchs 1 sowie die Vorrichtungsmerkmale des Anspruchs 6.We solved the problem by the method features of claim 1 and the device features of
Ein Regelwert wird in einer Inbetriebnahmephase des Dampfkompressionssystems abhängig von einer Regelabweichung einer Verdampferaustrittsüberhitzung beeinflusst, womit das Expansionsventil geregelt wird. Der Regelwert wird weiterhin nach der Inbetriebnahmephase, während eines eingefahrenen Betriebszustands des Dampfkompressionssystems, abhängig von einer Verdichtereintrittsüberhitzung bestimmt wird und das Expansionsventil wird nach der Inbetriebnahmephase abhängig von der ermittelten Verdampferaustrittsüberhitzung und der Verdichtereintrittsüberhitzung geregelt.In a commissioning phase of the vapor compression system, a control value is influenced as a function of a control deviation of an evaporator outlet overheating, with which the expansion valve is controlled. The control value is still determined after the commissioning phase, during a retracted operating state of the vapor compression system, depending on compressor inlet overheating and the expansion valve is controlled after the commissioning phase depending on the determined evaporator outlet overheating and the compressor inlet overheating.
Eine Regelgröße der Verdampferaustrittsüberhitzung wird berechnet. Mit einem Zielwert für eine Verdampferaustrittsüberhitzung wird eine Regelabweichung Verdampferaustrittsüberhitzung berechnet. Eine Regelgröße Verdichtereintrittsüberhitzung wird berechnet. Mit einem Zielwert für eine Verdichtereintrittsüberhitzung wird eine Regelabweichung Verdichtereintrittsüberhitzung berechnet. Der Regelwert R wird aus einem gewichteten Einfluss der Regelabweichung Verdampferaustrittsüberhitzung und einem gewichteten Einfluss der Regelabweichung Verdichtereintrittsüberhitzung berechnet. Das Expansionsventil wird mit dem Regelwert geregelt.A controlled variable for the superheating of the evaporator outlet is calculated. With a target value for evaporator outlet superheating, a control deviation for evaporator outlet superheating is calculated. A controlled variable for compressor inlet superheating is calculated. With a target value for compressor inlet overheating, a control deviation for compressor inlet overheating is calculated. The control value R is calculated from a weighted influence of the control deviation evaporator outlet overheating and a weighted influence of the control deviation compressor inlet overheating. The expansion valve is regulated with the control value.
Demnach kann bei Kältekreisen mit internem Wärmeübertrager zwischen dem Kältemittelpfad für unterkühltes Kältemittel nach Austritt aus dem wärmesenkenseitigen Wärmeübertrager und dem Kältemittelpfad nach Austritt aus dem wärmequellenseitigen Wärmeübertrager und dem Verdichtereintritt, zur Regelung der Überhitzung des Kältemittels anteilig die Verdichtereintrittsüberhitzung als auch anteilig die Verdampferaustrittsüberhitzung einbezogen werden.Accordingly, in refrigeration circuits with an internal heat exchanger between the refrigerant path for supercooled refrigerant after exiting the heat sink-side heat exchanger and the refrigerant path after exiting the heat source-side heat exchanger and the compressor inlet, the compressor inlet superheating and the evaporator outlet can be proportionally included to regulate the overheating of the refrigerant.
Diese Methode ermöglicht eine schnellere regeltechnische Reaktion auf Arbeitspunktänderungen des Kältekreises, weil die Reaktion der Verdampferaustrittsüberhitzung auf Störgrößen wie Betriebsart-/Betriebspunktänderungen kältekreisarbeitspunktabhängig bis zu 10 mal schneller erfolgt als die Reaktion der Verdichtereintrittsüberhitzung.This method enables a faster control response to changes in the operating point of the refrigeration circuit, because the reaction of the evaporator outlet overheating to disturbances such as operating mode / operating point changes, depending on the refrigeration circuit operating point, is up to 10 times faster than the reaction of the compressor inlet overheating.
Deshalb wird die Regelabweichung der Verdampferausgangsüberhitzung anteilig meist stärker in die Regelung einbezogen als die Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung, um die Gesamtreaktionszeit der Regelung zu optimieren.Therefore, the control deviation of the evaporator outlet overheating is proportionally more included in the control than the control deviation of the compressor inlet overheating in order to optimize the overall reaction time of the control.
Zur Erzielung eines möglichst hohen kältekreistechnischen Wirkungsgrades ist es ein Ziel, am Verdampferausgang eine möglichst niedrige Überhitzung auszuregeln und die Überhitzung des Kältemittels möglichst vollständig in den internen Wärmeübertrager zu verlagern.To achieve the highest possible refrigeration cycle efficiency, one goal is to regulate the lowest possible overheating at the evaporator outlet and to shift the overheating of the refrigerant as completely as possible into the internal heat exchanger.
Somit wird der Sollwert für Verdampferausgangsüberhitzung immer in etwa in der Nähe von 0 Kelvin bezogen auf die Taulinie des Kältemittels eingestellt werden.This means that the setpoint for evaporator output overheating is always set in the vicinity of 0 Kelvin in relation to the dew line of the refrigerant.
Allerdings ist es bei anteiliger Einbeziehung der Verdampferausgangsüberhitzung erforderlich, den jeweiligen auszuregelnden Sollwert für Verdampferausgangsüberhitzung modellbasiert möglichst an den jeweiligen auszuregelnden Sollwert für Verdichtereingangsüberhitzung anzupassen.However, if the evaporator outlet overheating is included, it is necessary to adapt the respective setpoint for evaporator outlet overheating to be regulated, based on the model, as far as possible to the respective setpoint for compressor inlet overheating to be regulated.
Abweichungen der Messgröße des Istwertes für Verdampferausgangsüberhitzung ergeben sich aber durchHowever, deviations in the measured variable of the actual value for evaporator output overheating result from
- • Toleranzen bei der Erfassung der Verdampferaustrittstemperatur,• Tolerances when recording the evaporator outlet temperature,
- • Toleranzen bei der Erfassung des Verdampfungsdruckes und der daraus erfolgenden Berechnung der Verdampfungstemperatur,• Tolerances when recording the evaporation pressure and the resulting calculation of the evaporation temperature,
- • Toleranzen bei der modellbasierten Berechnung des Druckabfalls zwischen Messstelle am Verdichtereingang und Referenzort am Verdampferausgang,• Tolerances in the model-based calculation of the pressure drop between the measuring point at the compressor inlet and the reference location at the evaporator outlet,
- • Mischungsverhältnisabweichungen der Zusammensetzung des Kältemittels bei Kältemitteln mit Temperaturgleit.• Mixing ratio deviations in the composition of the refrigerant for refrigerants with a temperature glide.
Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zur adaptiven Kompensation der bei jeder Wärmepumpe individuellen aber meist systematisch bedingten Toleranzen vorgeschlagen. Gemeint ist, dass die Toleranzen durch beispielsweise Bauteiltoleranzen hervorgerufen werden, die bei jeder Wärmepumpe zwar individuell sind, sich aber im Allgemeinen nicht täglich ändern.According to the invention, a method is now proposed for adaptive compensation of the tolerances, which are individual, but mostly systematically, for each heat pump. What is meant is that the tolerances are caused by component tolerances, for example, which are individual for each heat pump, but generally do not change on a daily basis.
Erfindungsgemäß wird eine Lösung vorgeschlagen, die Sollwerte für Verdampferausgangsüberhitzung und Sollwert für Verdampferausgangsüberhitzung so auszulegen, dass im eingeschwungenen Zustand der Überhitzungsregelung sowohl die Regelabweichung für die Verdampferausgangsüberhitzung als auch die Regelabweichung für die Verdichtereintrittsüberhitzung gleichermaßen Null sind.According to the invention, a solution is proposed to design the setpoints for evaporator outlet overheating and setpoint for evaporator outlet overheating in such a way that when the overheating control is in a steady state, both the control deviation for the evaporator output overheating and the control deviation for the compressor inlet overheating are equally zero.
Demnach wird in einem Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass das Verfahren zum Regeln der Kompressionskälteanlage die folgenden Schritte enthält: Bestimmen eines Zielwertes der Verdampferaustrittsüberhitzung und eines Zielwertes der Verdichtereintrittsüberhitzung, Berechnen eines Korrekturwertes basierend auf einer Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung zu dem Zielwert der Verdichtereintrittsüberhitzung, Korrigieren des Zielwertes der Verdampferaustrittsüberhitzung mit dem berechneten Korrekturwert, Berechnen eines Regelwertes nach einer Inbetriebnahmephase der Kompressionskälteanlage abhängig von dem Zielwert der Verdampferaustrittsüberhitzung und dem Zielwert der Verdichtereintrittsüberhitzung, und Regeln des Expansionsventils auf Basis des Regelwertes.Accordingly, it is proposed in one aspect of the invention that the method for regulating the compression refrigeration system contains the following steps: determining a target value for the evaporator outlet superheating and a target value for the compressor inlet superheating, calculating a correction value based on a control deviation of the compressor inlet superheating from the target value for the compressor inlet superheating, correcting the target value the evaporator outlet superheat with the calculated correction value, calculation of a control value after a commissioning phase of the compression refrigeration system depending on the target value of the evaporator outlet superheat and the target value of the compressor inlet superheat, and regulation of the expansion valve based on the control value.
Durch den Korrekturwert, mit dem der Zielwert der Verdampferaustrittsüberhitzung korrigiert wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren auf Toleranzen der Nassdampfkennlinie reagieren und die Kompressionskälteanlage präziser regeln.By means of the correction value with which the target value of the evaporator outlet overheating is corrected, the method according to the invention can react to tolerances of the wet steam characteristic and regulate the compression refrigeration system more precisely.
Toleranzen der Nassdampfkennlinie entstehen beispielsweise regelmäßig durch eine Entmischung von Kältemittelkomponenten bereits bei einem Befüllen der Kompressionskälteanlage in einem Fall, in dem ein aus mehreren Kältemitteln zusammengesetztes Kältemittel verwendet wird. Beispielsweise kann ein als R454C bekanntes Kältemittel, das üblicherweise eine Mischung aus 21,5% R32 und 78,5% R1235yf ist, verwendet werden.Tolerances of the wet steam characteristic arise, for example, regularly as a result of the segregation of refrigerant components when the compression refrigeration system is filled in a case in which a refrigerant composed of several refrigerants is used. For example, a refrigerant known as R454C, which is usually a mixture of 21.5% R32 and 78.5% R1235yf, can be used.
Werden Kompressionskälteanlagen mit dem Kältemittel beispielsweise aus einem bereitgestellten Kältemittelbehälter befüllt, so ergibt sich bereits durch die Schwerkraft während des Befüllvorgangs eine Entmischung, die zu einer Abweichung der Zusammensetzung des Kältemittelgemisches in der Kompressionskälteanlage von der Zusammensetzung in dem Vorratsbehälter des Kältemittels führt. Anders ausgedrückt, auch wenn in einem Herstellungsprozess alle Kompressionskälteanlagen aus demselben Vorratsbehälter befüllt werden, stellen sich zwischen den Kompressionskälteanlagen unterschiedliche Mischungsverhältnisse der Kältemittelkomponenten ein. Diese Abweichungen der Anteile der Kältemittelkomponenten können bei einer Überhitzungsregelung bereits signifikante Auswirkungen auf die Nassdampfkennlinie haben, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren korrigiert werden.If compression refrigeration systems are filled with the refrigerant, for example from a provided refrigerant container, the force of gravity during the filling process already results in segregation, which leads to a deviation of the composition of the refrigerant mixture in the compression refrigeration system from the composition in the refrigerant storage container. In other words, even if all compression refrigeration systems are filled from the same storage tank in a manufacturing process, different mixing ratios of the refrigerant components arise between the compression refrigeration systems. These deviations in the proportions of the refrigerant components can already have significant effects on the wet steam characteristic curve in the case of an overheating control, which are corrected with the method according to the invention.
Vorzugsweise wird der Korrekturwert proportional zu einem Zeitintegral der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung zu dem Zielwert der Verdichtereintrittsüberhitzung berechnet.The correction value is preferably calculated proportionally to a time integral of the control deviation of the compressor inlet overheating from the target value of the compressor inlet overheating.
Vorzugsweise wird der Korrekturwert in diskreten Zeitschritten um einen proportionalen Anteil der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung korrigiert.The correction value is preferably corrected in discrete time steps by a proportional portion of the control deviation of the compressor inlet overheating.
Vorzugsweise wird der Korrekturwert auf einen zulässigen Wertebereich begrenzt.The correction value is preferably limited to a permissible range of values.
Vorzugsweise wird der Zielwert der Verdampferaustrittsüberhitzung durch Addition des berechneten Korrekturwertes korrigiert.The target value for the superheating of the evaporator outlet is preferably corrected by adding the calculated correction value.
Eine weitere vorteilhafte Methode ist es, die Addition zur Korrektur des Zielwertes der Verdampferaustrittsüberhitzung „invers“ zu vollziehen, wobei zur Bildung der Regelabweichungen vom Sollwert der Istwert subtrahiert wird. Die Regelabweichung wird vorteilhaft durch Berechnung oder Bildung einer Differenz zwischen einem „Istwert“ und einem „Sollwert“ berechnet.Another advantageous method is to perform the addition for correcting the target value of the evaporator outlet overheating "inversely", with the actual value being subtracted to form the control deviations from the target value. The control deviation is advantageously calculated by calculating or creating a difference between an “actual value” and a “setpoint”.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahrensschritt wird die Verdampferaustrittsüberhitzung gegenüber der Verdichtereintrittsüberhitzung zur Ermittlung des Regelwertes mit einem Parameter gewichtet. Besonders vorteilhaft werden die Regelabweichungen einer Verdampferaustrittsüberhitzung oder der Verdichtereintrittsüberhitzung von einem Sollwert gewichtet.According to an advantageous method step, the superheating of the evaporator outlet is weighted with a parameter in relation to the superheating of the compressor in order to determine the control value. The control deviations of an evaporator outlet overheating or the compressor inlet overheating from a setpoint value are particularly advantageously weighted.
In einem anderen vorteilhaften Verfahrensschritt erfolgt eine Gewichtung der Verdampferaustrittsüberhitzung gegenüber einer Gewichtung der Verdichtereintrittsüberhitzung zur Ermittlung der Regelgröße mittels eines Parameters. Besonders vorteilhaft werden die Regelabweichungen einer Verdampferaustrittsüberhitzung oder einer Verdichtereintritts-überhitzung mit einem Sollwert gewichtet.In another advantageous method step, the evaporator outlet overheating is weighted against a weighting of the compressor inlet overheating in order to determine the controlled variable by means of a parameter. The control deviations of an evaporator outlet overheating or a compressor inlet overheating are particularly advantageously weighted with a setpoint value.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Verdampferaustrittsüberhitzung aus einem Verdampferaustrittstemperaturmesswert, der mit einem Verdampferaustrittstemperatursensor gemessen wird, und aus einem Niederdruck, der mit einem Niederdrucksensor gemessen wird, ermittelt.In a further advantageous embodiment of the method, the evaporator outlet overheating is determined from a measured evaporator outlet temperature value, which is measured with an evaporator outlet temperature sensor, and from a low pressure, which is measured with a low pressure sensor.
In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt wird die Verdichtereintrittsüberhitzung aus einer Verdichtereintrittstemperatur, gemessen mit einem Verdichtereintrittstemperatursensor, und einem Niederdruck, der mit einem Niederdrucksensor gemessen wird, ermittelt.In a further preferred method step, the compressor inlet overheating is determined from a compressor inlet temperature, measured with a compressor inlet temperature sensor, and a low pressure, which is measured with a low pressure sensor.
In einem vorteilhaften Verfahrensschritt wird im Regler eine erste Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung mit einer zweiten Regelabweichung der Verdampfer-austrittsüberhitzung zu einer gesamt Regelabweichung berechnet und die gesamt Regelabweichung zur Einstellung des Expansionsventils verwendet.In an advantageous process step, a first control deviation of the compressor inlet superheat is calculated in the controller with a second control deviation of the evaporator outlet superheat to a total control deviation and the total control deviation is used to adjust the expansion valve.
Vorteilhaft wird das Verfahren so ausgeführt, dass der Parameter vorzugsweise nach der Inbetriebnahmephase gleitend geändert wird, insbesondere eine Wichtung der Verdichtereintrittsüberhitzung mit einem Einfluss von weniger als 20 % gegenüber der Verdampferaustrittsüberhitzung beginnt und auf die Ermittlung des Regelwertes die Wichtung dann ändernd, insbesondere ansteigend, berücksichtigt wird, insbesondere bis zu einer vorgegebenen Zielwichtung des Parameters. Besonders vorteilhaft wird während der Inbetriebnahmephase der Wichtungskoeffizient der Verdichtereintrittsüberhitzung auf einen gegenüber der Betriebsphase kleinen Wert zwischen 0 % und 20 % eingestellt und nach Ablauf der Inbetriebnahmephase steigt er rampenförmig mit der Zeit auf einen Zielwert für die Betriebsphase an.The method is advantageously carried out in such a way that the parameter is gradually changed, preferably after the commissioning phase, in particular a weighting of the compressor inlet overheating begins with an influence of less than 20% compared to the evaporator outlet overheating and the weighting then changes, in particular increases, taken into account when determining the control value is, in particular up to a predetermined target weighting of the parameter. During the commissioning phase, the weighting coefficient of the compressor inlet overheating is particularly advantageously set to a value between 0% and 20%, which is small compared to the operating phase, and after the commissioning phase it rises in a ramp over time to a target value for the operating phase.
In einer zeitlich begrenzten Inbetriebnahmephase nach einem Einschalten des Verdichters der Parameterwert vorteilhaft so gesteuert wird, dass die Gewichtung der Verdichter-eintrittsüberhitzung zur Ermittlung der Regelgröße einen Einfluss von 0 % oder nahe 0 % hat, insbesondere unter 20 % hat. Damit wird ausschließlich oder maßgeblich die Verdampferaustrittsüberhitzung in die Regelgröße einbezogen. In einer darauffolgenden Übergangsphase wird der Parameter P so gesteuert wird, dass die Gewichtung der Regelgröße der Verdichtereintrittsüberhitzung zur Ermittlung der Regelgröße bis zu einem Zielwert erhöht wird und in der darauffolgenden Betriebsphase die Gewichtung Verdichtereintrittsüberhitzung den Zielwert erreicht.In a time-limited commissioning phase after the compressor has been switched on, the parameter value is advantageously controlled in such a way that the weighting of the compressor inlet overheating for determining the controlled variable has an influence of 0% or close to 0%, in particular below 20%. This means that the evaporator outlet overheating is included exclusively or primarily in the controlled variable. In a subsequent transition phase, the parameter P is controlled in such a way that the weighting of the controlled variable of the compressor inlet overheating to determine the controlled variable is increased up to a target value and in the subsequent operating phase the weighting of the compressor inlet overheating reaches the target value.
Weiterhin ist es von Vorteil, den Zielwert für die Gewichtung der Regelgröße abhängig von einer Verdichtereintrittsüberhitzung in Betriebsphasen im eingeschwungenen Zustand des Dampfkompressionssystem zu variieren.Furthermore, it is advantageous to vary the target value for the weighting of the controlled variable as a function of compressor inlet overheating in operating phases in the steady state of the vapor compression system.
Vorzugsweise weist das Kältemittel einen Temperaturglide auf, wobei das Kältemittel insbesondere R454C aufweist oder daraus besteht, und wobei die Kompressionskälteanlage insbesondere einem internen Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärmeenergie des Kältemittels vor Eintritt in das Drosselorgan an das Kältemittel vor Eintritt in den Verdichter enthält. Dies ist insbesondere deshalb einschlägig, da bei Kältekreisen mit R454C leistungsstarke interne Wärmeübertrager zum Einsatz kommen.The refrigerant preferably has a temperature glide, the refrigerant in particular having or consisting of R454C, and where the compression refrigeration system contains in particular an internal heat exchanger for transferring thermal energy of the refrigerant to the refrigerant before it enters the throttle element before it enters the compressor. This is particularly relevant because high-performance internal heat exchangers are used in refrigeration circuits with R454C.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch eine Kompressionskälteanlage sowie eine Wärmepumpe mit einer erfindungsgemäßen Kompressionskälteanlage gelöst.The object is also achieved according to the invention by a compression refrigeration system and a heat pump with a compression refrigeration system according to the invention.
Die erfindungsgemäße Kompressionskälteanlage eignet sich unabhängig von der Art der Wärmepumpe, beispielsweise Luft-/Wasser-, Sole-/Wasser-Wärmepumpen, und unabhängig von dem Ort der Aufstellung.The compression refrigeration system according to the invention is suitable regardless of the type of heat pump, for example air / water, brine / water heat pumps, and regardless of the location of the installation.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 Wärmepumpe 100 mit einem Dampfkompressionskreislauf200 -
2 log p / h - Diagramm desDampfkompressionsprozesses mit Rekuperator 250 -
3 schematisch und exemplarisch Nassdampfkennlinien verschiedener Kältemittelmischungen und -
4 schematisch und exemplarisch eine Adaption eines Verdampferausgangsüberhitzungssollwertes
-
1 Heat pump 100 with a vapor compression cycle200 -
2 log p / h - diagram of the vapor compression process withrecuperator 250 -
3 schematic and exemplary wet steam characteristics of various refrigerant mixtures and -
4th Schematic and exemplary an adaptation of an evaporator output superheating setpoint
- •
Einen Verdichter 210 zum Verdichten des überhitzten Kältemittels, - •
einen Verflüssiger 220 , mit einem kältemittelseitigem Verflüssigereintritt221 und einemVerflüssigeraustritt 222 zur Übertragung von WärmeenergieQH aus dem Dampfkompressionssystem200 an ein Heizmedium eines Heizsystems400 ,mit einem Heizmediumeintritt 401 ,einem Heizmediumaustritt 402 und einerHeizmediumpumpe 410 , zu einer Gebäudeheizung oder ein System zur Warmwassererhitzung, - •
vorteilhaft einen Kältemittelsammler 260 , welcher als Kältemittelreservoir zum Ausgleich von betriebsbedingungsabhängig unterschiedlich hohen Kältemittelmengenbedarfen verwendet wird, - • ein als
Expansionsventil ausgebildetes Drosselorgan 230 zum Expandieren des Kältemittels, - •
einen Verdampfer 240 ,mit einem Verdampfereinlass 241 , zur Übertragung von QuellenenergieQQ aus einem Wärmequellensystem300 ,mit einem Wärmequelleinlass 320 und einemWärmequellauslass 310 , wobei das Wärmequellsystem300 insbesondere ein Solesystem sein kann, welches WärmeenergieQQ aus dem Erdreich aufnimmt oder ein Luftsystem, welches WärmeenergieQQ aus der Umgebungsluft aufnimmt und an das Dampfkompressionssystem200 abgibt oder eine beliebige andere Wärmequelle, - • einen Rekuperator als Beispiel eines optionalen internen Wärmeübertragers
250 , welcher dazu bestimmt ist, innere WärmeenergieQi zwischendem vom Verflüssiger 220 zum Expansionsventil 230 strömenden Kältemittel aufdas vom Verdampfer 240 zum Verdichter 210 strömende Kältemittel zu übertragen und - • ein Kältemittel, insbesondere ein Kältemittelgemisch aus wenigsten zwei Stoffen oder zwei Kältemitteln welches in einer Strömungsrichtung
SHD undSND durch den Dampfkompressionskreis200 strömt, wobei im Dampfkompressionskreislauf200 Kältemitteldampfdurch den Verdichter 210 auf einen Hochdruck HD gebracht wird und zu einem Verflüssiger220 geführt ist, wobei ein Hochdruckpfad mit der HochdruckströmungsrichtungSHD vom Verdichter210 bis zum Expansionsventil 230 gebildet ist.Nach dem Expansionsventil 230 bis zum Verdichter 210 ist ein Niederdruckpfad mit einer NiederdruckströmungsrichtungSND des Kältemittels gebildet, indem der Verdampfer 240 liegt.
- • A
compressor 210 to compress the superheated refrigerant, - • a
condenser 220 , with a refrigerant-side condenser inlet 221 and acondenser outlet 222 for the transfer of thermal energyQ H from the vapor compression system200 to a heating medium of a heating system400 , with aheating medium inlet 401 , aheating medium outlet 402 and aheating medium pump 410 , to a building heating system or a system for hot water heating, - • advantageously a
refrigerant collector 260 , which is used as a refrigerant reservoir to compensate for different refrigerant quantities depending on the operating conditions, - • a throttle device designed as an
expansion valve 230 to expand the refrigerant, - • an
evaporator 240 , with anevaporator inlet 241 , for the transmission of source energyQ Q from a heat source system300 , with aheat source inlet 320 and aheat source outlet 310 , being the heat source system300 in particular can be a brine system, which heat energyQ Q from the ground or an air system that absorbs heat energyQ Q from the ambient air and to the vapor compression system200 emits or any other heat source, - • a recuperator as an example of an optional
internal heat exchanger 250 which is intended to be internal heat energyQ i between that of thecondenser 220 to theexpansion valve 230 flowing refrigerant to that from theevaporator 240 to thecompressor 210 transferring flowing refrigerant and - • a refrigerant, in particular a refrigerant mixture of at least two substances or two refrigerants which in one flow direction
S HD andS ND through the vapor compression circuit200 flows, being in the vapor compression cycle200 Refrigerant vapor through thecompressor 210 is brought to a high pressure HD and to acondenser 220 is guided, wherein a high pressure path with the high pressure flow directionS HD from thecompressor 210 to theexpansion valve 230 is formed. After theexpansion valve 230 to thecompressor 210 is a low pressure path with a low pressure flow directionS ND of the refrigerant formed in which theevaporator 240 located.
Die folgend aufgelisteten Aktoren sind vorteilhaft zumindest teilweise mit dem Regler über eine Datenverbindung
In dem in
Der Verdichter
Im Verflüssiger
Nach der Enthitzung des Kältemitteldampfes erfolgt vorteilhaft im Verflüssiger
Der sich im Verflüssiger
Das Heizmedium, insbesondere Wasser, wird mittels einer Heizmediumpumpe
Im nachfolgenden Sammler
Im nachfolgenden Rekuperator
Zunächst strömt das Kältemittel durch einen Expansionsventileintritt
Ein Öffnungsgrad des Expansionsventils
Im Verdampfer erfolgt eine Übertragung von Verdampfungswärmeenergie
Das in den Verdampfer
Im Rekuperator
Dieses überhitzte Kältemittel, welches mit einer Überhitzungstemperatur
Der Rekuperator
Zu diesem Zweck wird dem Kältemittel, welches im Verflüssiger
Der innere Energiezustand des Kältemittels beim Eintritt in den Verdampfer
Anschließend wird dem Kältemittel, nach dem Verdampferaustritt
Des Weiteren sind zur Erfassung des Betriebszustandes des Dampfkompressionssystems
Einerseits erfolgt vorteilhaft mit Hilfe der durch Sensoren erfassten Prozesswerte eine Absicherungen bezüglich zulässiger Arbeitsbereiche der Komponenten wie insbesondere dem Verdichter
- •
Ein Hochdrucksensor 503 vorteilhaft zur Erfassung des Hochdrucks HD desKältemittels am Verdichteraustritt 212 oder zwischendem Verdichteraustritt 212 und dem Expansionsventileintritt 231 , - •
ein Heißgastemperatursensor 504 vorteilhaft zur Erfassung einer Heißgastemperatur THG desKältemittels am Verdichteraustritt 212 , oder im Kältekreisabschnittzwischen dem Verdichteraustritt 212 und dem Verflüssigereintritt 221 , - •
ein Innentemperatursensor 506 vorteilhaft zur Erfassung der Innentemperatur TIe des Kältemittels zwischen dem hochdruckseitigem internen Rekuperatorauslass252 des Kältemittels ausdem Rekuperator 250 und dem Expansionsventileitritt 231 . Die Innentemperatur ist vorteilhaft auch als „Rekuperatoraustrittstemperatur Hochdruckpfad“ benannt und - •
vorteilhaft ein Rekuperatorinnentemperatursensor 505 .Der Rekuperatorinnentemperatursensor 505 erfasst vorteilhaft Verflüssigeraustrittstemperatur TFA des Kältemittel in der Strömungsrichtung am Verflüssigeraustritt oder dem hochdruckseitigen Rekuperatoreintritt und daher wird vorteilhaft die Verflüssigeraustrittstemperatur TFA vom Rekuperatorinnentemperatursensor505 gemessen.
- • A
high pressure sensor 503 advantageous for recording the high pressure HD of the refrigerant at thecompressor outlet 212 or between thecompressor outlet 212 and theexpansion valve inlet 231 , - • a hot
gas temperature sensor 504 advantageous for detecting a hot gas temperature T HG of the refrigerant at thecompressor outlet 212 , or in the refrigeration circuit section between thecompressor outlet 212 and thecondenser inlet 221 , - • an
indoor temperature sensor 506 advantageous for detecting the internal temperature T Ie of the refrigerant between the internal recuperator outlet on the high-pressure side 252 of the refrigerant from therecuperator 250 and theexpansion valve entry 231 . The internal temperature is advantageously also known as the "recuperator outlet temperature high-pressure path" and - • Advantageously, a recuperator
internal temperature sensor 505 . The internalrecuperator temperature sensor 505 advantageously detects the condenser outlet temperature T FA of the refrigerant in the flow direction at the condenser outlet or the high-pressure-side recuperator inlet and therefore the condenser outlet temperature T FA from the recuperator internal temperature sensor is advantageous505 measured.
Die folgenden Sensoren sind insbesondere für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft:
- •
Ein Niederdrucksensor 502 zur Erfassung des Niederdrucks ND desKältemittels am Verdichtereintritt 211 , oder zwischendem Expansionsventil 230 und dem Verdichtereintritt 211 , - •
ein Verdampferaustrittstemperatursensor 508 zur Erfassung der VerdampferaustrittstemperaturTVa desKältemittels am Verdampferaustritt 242 oder zwischendem Verdampferaustritt 242 und dem niederdruckseitigen Eintritt des Kältemittels inden Rekuperatoreinlass 251 desRekuperators 250 und - •
ein Niederdrucktemperatursensor 501 misst vorteilhaft eine Verdichtereintrittstemperatur oder dient vorteilhaft zur Erfassung der Kältemittelniederdrucktemperatur TND oder vorteilhaft einer VerdichtereintrittstemperaturTKE am Verdichtereintritt211 , oder zwischendem niederdruckseitigem Rekuperatorauslass 252 des Kältemittels ausdem Rekuperator 250 und dem Verdichtereintritt 211 .
- • A
low pressure sensor 502 for recording the low pressure LP of the refrigerant at thecompressor inlet 211 , or between theexpansion valve 230 and thecompressor inlet 211 , - • an evaporator
outlet temperature sensor 508 for recording the evaporator outlet temperatureT Va of the refrigerant at theevaporator outlet 242 or between theevaporator outlet 242 and the low-pressure side entry of the refrigerant into therecuperator inlet 251 of therecuperator 250 and - • a low
pressure temperature sensor 501 advantageously measures a compressor inlet temperature or advantageously serves to detect the low-pressure refrigerant temperature T ND or advantageously a compressor inlet temperatureT KE at thecompressor inlet 211 , or between the recuperator outlet on thelow pressure side 252 of the refrigerant from therecuperator 250 and thecompressor inlet 211 .
Die Prozessgröße, welche einen maßgeblichen Einfluss auf den Gesamt - Wirkungsgrad des Dampfkompressionskreises
Die Überhitzung beschreibt die Temperaturdifferenz zwischen der erfassten Verdichtereintrittstemperatur
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise die Verdichtereintrittsüberhitzung derart geregelt, dass kein Kondensat durch Taupunktunterschreitung des in der Umge-5 bungsluft enthaltenden Wasserdampfanteils an Komponenten des Kältekreises insbesondere im Abschnitt zwischen Kältemittelaustritt des Rekuperators
Wenn - zum Zwecke eines Zahlenbeispiels - ein Verdampfungstemperaturniveau von ca. -10°C angenommen wird und die Temperatur am Soleeintritt
Vorteilhaft sind bei vielen Anlagen Raumtemperatursensor und Raumfeuchtesensor, die eine genaue Bestimmung der Auskondensierungsbedingungen der Luft ermöglicht, bspw. liegt bei 21°C und 60% rel. Feuchte die Kondensationstemperatur im Bereich von 13°C. Unter diesen Bedingungen findet also, so lange die Rohrtemperatur über 13°C zuzüglich gegebenenfalls einen Puffer, bspw. 1K, keine Kondensation statt.In many systems, room temperature sensors and room humidity sensors are advantageous, since they enable precise determination of the condensation conditions of the air, for example at 21 ° C and 60% rel. Moisture the condensation temperature in the range of 13 ° C. Under these conditions, no condensation takes place as long as the pipe temperature is above 13 ° C plus, if necessary, a buffer, e.g. 1K.
An dem selbstverständlich nicht einschränkenden Zahlenbeispiel festgehalten wird nun die Erzielung einer Überhitzung von 15K bei einer Verdichtereintrittstemperatur von 5°C erreicht. Diese Temperatur liegt unter den 13°C, die für die aktuellen Umgebungsbedingungen als Kondensationstemperatur des in der Umgebungsluft befindlichen Wasserdampfanteils bestimmt ist. Demnach findet Kondensation statt. Soll die Verdichtereintrittstemperatur wenigstens 14°C, d.h. Kondensationstemperatur plus Puffer, betragen, muss die Überhitzung um 9K größer werden, d.h. eine Überhitzung von 24K eingehalten werden.The numerical example, which is of course non-restrictive, is now used to achieve overheating of 15K at a compressor inlet temperature of 5 ° C. This temperature is below 13 ° C, which is determined for the current ambient conditions as the condensation temperature of the water vapor in the ambient air. Accordingly, condensation takes place. If the compressor inlet temperature is to be at least 14 ° C, i.e. the condensation temperature plus buffer, the overheating must be 9K greater, i.e. an overheating of 24K must be maintained.
Grenzwerte, insbesondere fürdie Überhitzung, legen arbeitspunktabhängig den zulässigen Überhitzungsbereich der Komponenten am Verdichtereintritt
Zur Berücksichtigung all dieser Anforderungen werden vorteilhaft in Abhängigkeit des Arbeitspunktes des Dampfkompressionskreises
Es wird eine Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE und eine Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA miteinander gewichtet kombiniert, woraus im Regler
- • Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE = Messwert Verdichtereintrittsüberhitzung - Zielwert Verdichtereintrittsüberhitzung ZTÜE
- • Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA = Messwert Verdampferaustrittsüberhitzung - Zielwert Verdampferaustrittsüberhitzung ZTÜA
- • Control deviation of the compressor inlet superheat dT U ̈ E = measured value compressor inlet superheat - target value compressor inlet superheat Z TÜE
- • Control deviation of the evaporator outlet superheat dT ÜA = measured value evaporator outlet superheat - target value evaporator outlet superheat Z TÜA
Dann wird vorteilhaft aus dem gewichteten Einfluss von der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE und dem gewichteten Einfluss der Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA im Regler
Beim Dampfkompressionskreis
Im Verdampfer
In dem in Kältemittel Hochdruck-Strömungsrichtung
Diese Verschaltung des Verdampfers
Der Regelwert R ist vorteilhaft die gewichtete Verknüpfung der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE mit der Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung.The control value R is advantageously the weighted link between the control deviation of the compressor inlet superheat dT U ̈ E and the control deviation of the evaporator outlet superheat.
Aktor-Betriebszustandsgrößen mit einem Einfluss auf den Regelwert R, insbesondere der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE, sind im betreffenden Dampfkompressionskreis
Besonders vorteilhaft haben Aktoren Einfluss auf den Regelwert R, insbesondere auf die gewichtete Verknüpfung der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung mit der Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung. Im betreffenden Dampfkompressionskreis
Hierbei sind nicht alle Einflüsse gewünscht. So verändert beispielsweise eine Änderung der Verdichterdrehzahl zur Einregelung der gewünschten Heizleistung ohne weitere kompensatorische Änderungen des Öffnungsgrades des Expansionsventils den Regelwert R in unerwünschte Bereiche, sodass eine mit der Verdichterdrehzahländerung einhergehende modellbasiert unterstützte Öffnungsgradänderung des Expansionsventils zur Einregelung von R vorteilhaft, gegebenenfalls sogar erforderlich ist.Not all influences are desired here. For example, a change in the compressor speed to regulate the desired heating output without further compensatory changes in the degree of opening of the expansion valve changes the control value R into undesired ranges, so that a model-based, supported change in the degree of opening of the expansion valve to regulate R is advantageous, if necessary, even necessary.
Vorteilhaft wird im Dampfkompressionskreis
Vorteilhaft wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils
Das Expansionsventil 230 agiert als Düse mit elektromotorisch verstellbarem Düsenquerschnitt, bei welchem üblicherweise mittels eines Schrittmotor eine nadelförmige Düsennadel per Gewinde in einen Düsensitz gefahren wird.
- The
expansion valve 230 acts as a nozzle with an electrically adjustable nozzle cross-section, in which a needle-shaped nozzle needle is usually threaded into a nozzle seat by means of a stepper motor.
Der Kältemitteldurchsatz durch das Expansionsventil ist bei Betrieb mit flüssigem Kältemittel am Expansionsventileintritt
Da bei einer in einem Arbeitspunkt mit einer als konstant angenommenen Verdichterdrehzahl und einer als konstant angenommenen Heizmediumtemperatur Tws auch der korrespondierende Hochdruck HD des Kältemittels beim Eintritt in das Expansionsventil
Wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils
Da es sich bei Kältemitteldampf um ein kompressibles Medium handelt, sinkt dann der Niederdruck ND auf der Niederdruckseite des Dampfkompressionskreises
Wird der Öffnungsgrad des Expansionsventils
Der Niederdruck ND wiederum beeinflusst maßgeblich die Wärmeübertragung zwischen Wärmequellenmedium und Kältemittel im Verdampfer
Der Wärmeübergangswiderstand zwischen Wärmequellenmedienpfad des Verdampfers und Kältemittelpfad des Verdampfers ist in einem jeweiligen Dampfkompressionskreis
Um ein hinreichendes Maß von Wärmeenergie
Ist der Aggregatzustand des Kältemittels beim Durchströmen des Verdampfers
Die Wärmeenergie
Der Nassdampfanteil im gesättigten Kältemitteldampf nimmt bei konstantem Niederdruck bei Wärmeübertragung an das Kältemittel ab. Bei einer unvollständigen Verdampfung ist der Nassdampfanteil und damit auch der innere Energiezustand des Kältemittels beim Austritt aus dem Wärmeübertrager eine Funktion vom:
- • Nassdampfanteil bei Eintritt in
den Verdampfer 240 , - • Kältemittelmassenstrom,
- • Übertragener Wärmeleistung
QQ , und von einer - • Enthalpiedifferenz im Nassdampfgebiet beim jeweiligen Niederdruck ND, welche das Kältemittel als Stoffkonstante als Funktion des Drucks aufweist.
- • Wet steam content when entering the
evaporator 240 , - • refrigerant mass flow,
- • Transferred heat output
Q Q , and from one - • Enthalpy difference in the wet steam area at the respective low pressure LP, which the refrigerant exhibits as a material constant as a function of pressure.
Zur vollständigen Verdampfung erfolgt eine zusätzliche Energiezuführung im Rekuperator
Mit dem Verfahren wird bei gegebenen Betriebsbedingungen des Dampfkompressionskreises
Im eingeschwungenen Zustand ergibt sich hinsichtlich einer Regeltreckensteilheit der „isolierten“ Regelstrecke „Verdampfer
Vorteilhaft wird ein Kältemittel, insbesondere als Kältemittel ein Kältemittelgemisch verwendet, welches einen „Temperaturglide“ aufweist, insbesondere wird vorteilhaft R454C verwendet. Vorteilhaft wird bei einem Kältemittelgemisch mit einem Temperaturglide, sich bei einer relativen Öffnungsgradänderung des Stellorgans Expansionsventil von 1 % rel. am Austritt des Kältemittels aus dem Verdampfer üblicherweise eine Überhitzungsänderung von etwa kleiner 1 K eingestellt.A refrigerant is advantageously used, in particular a refrigerant mixture as the refrigerant, which has a “temperature glide”, in particular R454C is advantageously used. In the case of a refrigerant mixture with a temperature glide, it is advantageous if the relative degree of opening of the actuator expansion valve changes by 1% rel. A change in superheating of approximately less than 1 K is usually set at the outlet of the refrigerant from the evaporator.
Die Einstellung dieses Zustandes erfolgt vorteilhaft auch durch eine regelungstechnische Beeinflussung wenigstens einer oder mehrerer der verschiedenen folgenden Zeitkonstanten; die letztendlich die Prozessgröße Kältemittelüberhitzung am Verdampferaustritt
- • Eine erste Zeitkonstante bewirkt vorteilhaft eine Verzögerung der mechanischen Öffnungsgradänderung des
Expansionsventils 230 durch die Begrenzung der Verfahrgeschwindigkeit durch den Regler500 , der Regelwert R wird in dieser ersten Zeitkonstante Z in der Verfahrgeschwindigkeit durch einen Bremswert reduziert. Der Bremswert kann beispielsweise die reglertechnische Zykluszeit, in welcher einVerfahrschritt des Expansionsventils 230 gesteuert wird, umfassen. - • Eine zweite Zeitkonstante wirkt durch den Regler
500 vorgegeben vorteilhaft auf eine verzögerte Einstellung eines korrespondierenden Niederdruckes bei Öffnungsgradänderungen desExpansionsventils 230 aufgrund der Kompressibilität des Kältemitteldampfes bei Niederdruck ND im Niederdruckpfad. - • Eine dritte Zeitkonstante ist vorteilhaft eine thermische Zeitkonstante der Wärmeübertragungsschicht des
Verdampfers 240 , wobei eine Änderung des Verdampfungsdruckes und damit der Verdampfungstemperatur eine verzögerte Temperaturänderung der Wärmeübertragungsschicht des Verdampfers, welcher oft mehrere Kilogramm Metall hat und des Wärmequellenmediums. - • Eine vierte Zeitkonstante ergibt sich vorteilhaft aus verzögerten Aggregatzustandsänderungen des Kältemittels bei Verdampfungstemperaturänderungen.
- • Eine fünfte Zeitkonstante ergibt sich vorteilhaft aus dem Transport des Kältemittels durch
den Verdampfer 240 mit einer endlichen Strömungsgeschwindigkeit.
- A first time constant advantageously causes a delay in the mechanical change in the degree of opening of the
expansion valve 230 by limiting the travel speed by the controller500 , the control value R is reduced in the travel speed in this first time constant Z by a braking value. The braking value can, for example, be the controller cycle time in which a travel step of theexpansion valve 230 is controlled, include. - • A second time constant acts through the controller
500 predetermined advantageously to a delayed setting of a corresponding low pressure in the case of changes in the degree of opening of theexpansion valve 230 due to the compressibility of the refrigerant vapor at low pressure LP in the low pressure path. - A third time constant is advantageously a thermal time constant of the heat transfer layer of the
evaporator 240 , whereby a change in the evaporation pressure and thus the evaporation temperature is a delayed change in temperature of the heat transfer layer of the evaporator, which often has several kilograms of metal, and of the heat source medium. - • A fourth time constant results advantageously from delayed changes in the physical state of the refrigerant in the event of changes in the evaporation temperature.
- • A fifth time constant results advantageously from the transport of the refrigerant through the
evaporator 240 with a finite flow velocity.
Es stellt sich also vorteilhaft nach Änderung der Stellgröße „Öffnungsgrad des Expansionsventils 230“ eine Verzögerung der korrespondierenden Kältemittelzustandsänderung beim Austritt aus dem Verdampferaustritt
Nach Durchströmung des Verdampfers
Der Aggregatzustand des Kältemittels beim Einströmen in den Rekuperators
Bei vorteilhaft gesättigtem Dampf stellt sich eine Kältemitteltemperatur ein, welche durch die Sättigungsdampfkennlinie des Kältemittels eine Funktion des Kältemitteldruckes ist. Bei Eintritt von überhitztem Kältemittel wird die Kältemitteltemperatur maximal eine Größe annehmen, welche der Eintrittstemperatur des Wärmequellenmediums entspricht. In diesem Fall entspricht die Größe vorzugsweise der Eintrittstemperatur des Kältemittels in den Hochdruckpfad des Rekuperators
Um ein hinreichendes Maß von Wärmeenergie vom Kältemittel des hochdruckseitigen Kältemittelpfad an das Kältemittel des niederdruckseitigen Kältemittelpfad im Rekuperator
Die korrespondierenden Temperaturen des Heizsystems
Die Wärmeenergie
Der innere Energiezustand des Kältemittels, beim Austritt aus dem niederdruckseitigen Pfad des Rekuperators, wird vorteilhaft abhängig von einem oder mehreren der folgenden Faktoren beeinflusst. Hierbei sollte beachtet werden, dass die Energiezustandsänderung ausschließlich auf physikalischen Abhängigkeiten beruht, wobei der Regler die Steuerung der Aktoren beeinflusst, was dann natürlich auch die physikalischen Größen wie den Kältemittelmassenstrom beeinflusst:
- • Nassdampfanteil bei Eintritt in
den Rekuperator 250 , - • Kältemittelmassenstrom,
- • übertragene Wärmeleistung
Qi , womit vorteilhaft abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kältemittels bei Hochdruck HD im hochdruckseitigen Kältemittelpfad und der Temperatur des Kältemittels des niederdruckseitigen Kältemittelpfades bei Niederdruck ND geregelt wird, und/oder - • eine Enthalpiedifferenz im Nassdampfgebiet beim jeweiligen Niederdruck ND.
- • Wet steam content when entering the
recuperator 250 , - • refrigerant mass flow,
- • transferred heat output
Q i , which is advantageously regulated depending on the temperature difference between the temperature of the refrigerant at high pressure HD in the high-pressure side refrigerant path and the temperature of the refrigerant of the low-pressure side refrigerant path at low pressure LP, and / or - • an enthalpy difference in the wet steam area at the respective low pressure LP.
Vorteilhaft wird somit bewirkt, dass sich in Abhängigkeit der gegebenen Betriebsbedingungen des Dampfkompressionskreises
Im eingeschwungenen Zustand ergibt sich hinsichtlich Regelstreckensteilheit der „isolierten“ Regelstrecke beim Niederdruck ND des Kältemittels im niederdruckseitiger Pfad des Rekuperators
Gegenüber dem Rekuperator
So wird im Verdampfer
Die Einstellung dieses Zustandes erfolgt hierbei vorteilhaft unter Verwendung wenigstens einer der folgenden Zeitkonstanten Z:
- • Mit einer elften Zeitkonstante Z11 wird vorteilhaft eine Verzögerung der mechanischen Öffnungsgradänderung des
Expansionsventils 230 durch die Begrenzung einer Verfahrgeschwindigkeit vorgegeben. - • Eine zwölfte Zeitkonstante Z12 wirkt vorteilhaft auf die verzögerte Einstellung eines korrespondierenden Niederdruckes ND bei Öffnungsgradänderungen des
Expansionsventils 230 aufgrund der Kompressibilität des Kältemitteldampfes im Niederdruckpfad ND. - • Eine
13 . Zeitkonstante Z13 ist eine thermische Zeitkonstante der Wärmeübertragungsschicht des Verdampfers. Somit bewirkt eine Änderung des Verdampfungsdruckes und damit der Verdampfungstemperatur eine verzögerte Temperaturänderung der Wärmeübertrageschicht, welche oft mehrere Kilogramm Metall beinhaltet, und des Kältemittels im Niederdruckpfad desVerdampfers 240 . - • Eine
14 . Zeitkonstante Z14 wird vorteilhaft aus verzögerten Aggregatzustandsänderungen des Kältemittels bei Verdampfungstemperaturänderungen ermittelt oder vorgegeben. - • Eine
15 . Zeitkonstante Z15 ergibt sich vorteilhaft aus dem Transport des Kältemittels durchden Verdampfer 240 mit einer endlichen Strömungsgeschwindigkeit und wird berücksichtigt.
- • With an eleventh time constant Z 11 , a delay in the mechanical change in the degree of opening of the expansion valve is advantageous
230 specified by the limitation of a travel speed. - • A twelfth time constant Z 12 has an advantageous effect on the delayed setting of a corresponding low pressure ND when the opening degree of the expansion valve changes
230 due to the compressibility of the refrigerant vapor in the low pressure path LP. - • One
13th . Time constant Z 13 is a thermal time constant of the heat transfer layer of the evaporator. A change in the evaporation pressure and thus the evaporation temperature thus causes a delayed change in temperature of the heat transfer layer, which often contains several kilograms of metal, and of the refrigerant in the low-pressure path of theevaporator 240 . - • One
14th . Time constant Z 14 is advantageously determined or specified from delayed changes in the physical state of the refrigerant in the event of changes in the evaporation temperature. - • One
15th . Time constant Z 15 results advantageously from the transport of the refrigerant through theevaporator 240 with a finite flow velocity and is taken into account.
Der niederdruckseitige Kältemittelpfad des Rekuperators
Nach Änderung der Stellgröße „Öffnungsgrad Expansionsventil 230“ stellt sich dann eine weitere Verzögerung der korrespondierenden Kältemittelzustandsänderung durch das Zeitverhalten des Rekuperators
Das Zeitverhalten des Rekuperators
Es erfolgt vorteilhaft eine gewichtete Kombination Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE und der der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA, indem insbesondere mittels einer gewichteten Kombination der Regelabweichung der Verdichterüberhitzung und der Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA die Gesamtregelabweichung berechnet wird, welche im Regler
Die Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE wird vorteilhaft als Haupt - Regelgröße verwendet und die korrespondierenden Signalflüsse und Signalverarbeitungen erfolgt insbesondere in den folgenden Verfahrensschritten:
- Schritt 1: Zunächst werden die Prozessgrößen Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE vorteilhaft als Hauptregelgröße und die Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA vorteilhaft als Hilfsgröße in einem ersten Verfahrensschritt messtechnisch erfasst.
- Step 1: First, the process variables compressor inlet overheating dT U ̈ E are advantageously recorded as the main control variable and the evaporator outlet overheating dT ÜA advantageously as an auxiliary variable in a first process step.
Dazu wird jeweils eine Verdampfungstemperatur des Kältemittels am jeweiligen Erfassungspunkt entweder
- • direkt messtechnisch ermittelt, mit einem Temperatursensor, welcher so positioniert ist, dass er eine der Kältemitteltemperatur im Nassdampfgebiet entsprechende Temperatur erfasst oder
- • indirekt messtechnisch ermittelt, mit einem Drucksensor, welcher einen Kältemitteldruck des im Nassdampfgebiet verdampfenden Kältemittels erfasst und aus der kältemittelspezifischen Abhängigkeit zwischen Druck und Temperatur im Nassdampfgebiet dann die Verdampfungstemperatur berechnet wird.
- • determined directly by measurement, with a temperature sensor which is positioned in such a way that it detects a temperature corresponding to the refrigerant temperature in the wet steam area or
- • Determined indirectly by measurement, with a pressure sensor which detects the refrigerant pressure of the refrigerant evaporating in the wet steam area and then calculates the evaporation temperature from the refrigerant-specific dependency between pressure and temperature in the wet steam area.
Des Weiteren wird am jeweiligen dem Überhitzungsmesspunkt, insbesondere am Verdampferausgang
Ausgangsgrößen der Berechnung in Schritt 1 sind dann die Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE und die Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA.The output variables of the calculation in step 1 are then the compressor inlet superheat dT U ̈ E and the evaporator outlet superheat dT ÜA .
Schritt 2: Die Prozessgrößen Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE und Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA werden zur Bildung zugeordneter Regelabweichungen mit jeweils zugeordneten Sollwerten in einem zweiten Schritt vorteilhaft verrechnet:
- Der Sollwert für die Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE wird vorteilhaft zur Sicherstellung des zulässigen Verdichtersbetriebsbereiches und eines möglichst hohen Wirkungsgrades des Kältekreises im Bereich zwischen ca. 5 K bis 20 K variiert.
- The nominal value for the compressor inlet superheating dT U ̈ E is advantageously varied in the range between approx. 5 K to 20 K in order to ensure the permissible compressor operating range and the highest possible efficiency of the refrigeration circuit.
Der Sollwert für die Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA am Verdampferaustritt
Es wird dann die Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE berechnet, indem vom Prozesswert der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE der Sollwert der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE subtrahiert wird.The control deviation of the compressor inlet superheat dT U ̈ E is then calculated by subtracting the setpoint of the compressor inlet superheat dT U ̈ E from the process value of the compressor inlet superheat dT U ̈ E.
Es wird dann die Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA berechnet, indem vom Prozesswert der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA der Sollwert der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA subtrahiert wird.It will then calculate the difference of the evaporator outlet overheat dT ÜA by the target value of the evaporator outlet overheat dT ÜA is subtracted from the process value of the evaporator outlet overheat dT Prob.
Schritt 3: In einem dritten Verfahrensschritt werden die Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE und die Regelabweichung der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA vorteilhaft zu einer Gesamtregelabweichung-Überhitzung kombiniert.Step 3: In a third process step, the control deviation of the compressor inlet superheating dT U ̈ E and the control deviation of the evaporator outlet superheating dT ÜA are advantageously combined to form an overall control deviation for superheating.
Die Kombination erfolgt insbesondere mittels einer gewichteten Addition der Einzel - Regelabweichungen.The combination takes place in particular by means of a weighted addition of the individual control deviations.
Der Gewichtungseinfluss ist ein Maß für die anteilige Kombination der Einzel - Regelabweichungen und kann im Extremfall die ausschließliche Einbeziehung nur einer Einzel - Regelabweichung, aber üblicherweise die gewichtete Einbeziehung beider Einzel - Regelabweichungen bewirken.The weighting influence is a measure of the proportional combination of the individual system deviations and, in extreme cases, can result in the exclusive inclusion of only one individual system deviation, but usually the weighted inclusion of both individual system deviations.
Vorteilhaft wird der Gewichtungseinfluss als Wert zwischen 0 bis 1, also 0 bis 100 % veranschlagt und dieser Wert wird auf den Grad der Einbeziehung der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE in die Gesamt - Regelabweichung einbezogen, womit sich für die Berechnung der Gesamt - Regelabweichung folgende Abhängigkeit ergibt:
Der Wert des Gewichtungseinfluss kann vorteilhaft von der Betriebsart und/oder dem Arbeitspunkt der Wärmepumpe
- • Beim Betriebsartübergang zwischen Betriebsart = Betrieb
mit ausgeschaltetem Verdichter 210 und Betriebsart = Betriebmit eingeschaltetem Verdichter 210 im Heizbetrieb wird aufgrund der dynamischen Prozesswerteänderungen beim Anfahren des Dampfkompressionssystems200 vorteilhaft ausschließlich zunächst die Regelabweichung Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA in die Gesamt - Regelabweichung einbezogen, insbesondere ist der Wert eines Gewichtungseinflusses dann zunächst = 0 oder ein Wert vorteilhaft unter 20 %. - • Nach einer Stabilisierungsphase des Dampfkompressionssystems
200 ist es vorteilhaft, nicht spontan auf den für den Regelbetrieb ausgelegten Wert des Gewichtungseinflusses umzuschalten, sondern den Übergang rampenförmig zu gestalten. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass der Wert vom Gewichtungseinfluss vom Startwert = 0, oder einem Wert insbesondere unter 20%, vorteilhaft rampenförmig auf den vorgesehenen Zielwert angehoben werden. Hiermit wird insbesondere eine Werteunstetigkeit bei einem spontanen Umschalten vermieden und somit Regelschwingungen vermieden. - • Der Zielwert des Gewichtungseinflusses wird vorteilhaft an die jeweilige Betriebsart und den Arbeitspunkt angepasst. Betriebspunkte, welche sich durch erhöhte Schwingneigung auszeichnen bedürfen vorteilhaft einer geringeren Gewichtung der Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE, insbesondere wird hiermit ein regeltechnisch kritisches Signalverhalten der Verdichtereintrittsüberhitzung dTÜE aufgrund der gegenüber der Verdampferaustrittsüberhitzung dTÜA größeren Signalverzögerung und größeren Streckensteilheit eine Schwingneigung vermieden.
- • When the operating mode is changed between operating mode = operation with the compressor switched off
210 and operating mode = operation with the compressor switched on210 in heating mode, due to the dynamic process value changes when starting up the vapor compression system200 Advantageously, initially only the control deviation evaporator outlet overheating dT ÜA is included in the total control deviation, in particular the value of a weighting influence is then initially = 0 or a value advantageously below 20%. - • After a stabilization phase of the vapor compression system
200 it is advantageous not to switch over spontaneously to the value of the weighting influence designed for regular operation, but to design the transition in a ramp-shaped manner. In this case it is advantageous that the value of the weighting influence from the starting value = 0, or a value in particular below 20%, is advantageously increased in a ramp-shaped manner to the intended target value. This in particular avoids a value discontinuity in the event of a spontaneous switchover and thus avoids control fluctuations. - • The target value of the weighting influence is advantageously adapted to the respective operating mode and the operating point. Operating points, which are characterized by an increased tendency to oscillate, advantageously require a lower weighting of the control deviation of the compressor inlet overheating dT ÜE; in particular, this avoids a signal behavior of the compressor inlet overheating dT U ̈ E that is critical in terms of control technology due to the higher degree of signal delay compared to the evaporator outlet overheating dT ÜA and a greater signal delay dT ÜA.
Schritt 4: In einem vierten Verfahrensschritt wird die berechnete Gesamt - Regelabweichung der Überhitzung dann im Regler
Dabei kann ein P, I, PI, PID - Regler eingesetzt werden, wobei die Regelanteile an die jeweilige Betriebsart und den Arbeitspunkt vorteilhaft dynamisch angepasst werden.A P, I, PI, PID controller can be used, the control components being advantageously dynamically adapted to the respective operating mode and the operating point.
Demnach kann bei Kältekreisen mit internem Wärmeübertrager, in diesem Beispiel dem Rekuperator
In diesem idealisierten Fall wäre auch die aus den Einzel - Regelabweichungen verknüpfte Gesamt - Regelabweichung gleich Null, jedoch wird bedingt durch Komponenten - oder Ausregelungs - Toleranzen dieser Fall kaum auftreten.In this idealized case, the total system deviation linked from the individual system deviations would also be zero, but this case will hardly occur due to component or control tolerances.
Üblicherweise wir sich ein eingeschwungener Regelbetrieb einfinden, bei welchem aber die Einzel - Regelabweichungen zwar jeweils ungleich Null sind, aber die verknüpfte Gesamt - Regelabweichung gleich Null ist. In diesem Fall ist dann die Ist - Überhitzung Verdichtereintritt nicht die Soll - Überhitzung Verdichtereintritt, also wird der Kältekreis nicht im optimalen Arbeitspunkt betrieben.Usually we find a steady control operation, in which, however, the individual control deviations are not equal to zero, but the linked total control deviation is equal to zero. In this case, the actual superheating of the compressor inlet is not the target superheating of the compressor inlet, so the refrigeration circuit is not operated at the optimal operating point.
Wenn im optimalen Arbeitspunkt für die Verdichtereintrittsüberhitzung (Istwert Verdichtereintrittsüberhitzung gleich Sollwert Verdichtereintrittsüberhitzung) der Sollwert für die Verdampferaustrittsüberhitzung so adaptiert würde, dass dieser gleich dem aktuellen Istwert der Verdampferaustrittsüberhitzung entspräche, würde die Regelung ohne Regelabweichung bezüglich der jeweiligen Überhitzungswerte einschwingen und im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.If at the optimal working point for the compressor inlet superheat (actual value of compressor inlet superheat equal to setpoint for compressor inlet superheat) the setpoint for evaporator outlet superheat would be adapted in such a way that it corresponds to the current actual value of evaporator outlet superheat, the control would be operated at the optimal operating point without any deviation with respect to the respective superheat values.
Dies wird erfindungsgemäß durch die durchgeführte Adaption des Sollwerts für die Verdampferaustrittsüberhitzung umgesetzt. Als Eingangsgröße für die Adaption wird die Regelabweichung Überhitzung Verdichtereintritt, also die Differenz zwischen Soll-Überhitzung Verdichtereintritt und Ist-Überhitzung Verdichtereintritt, verwendet. Mit Hilfe einer Adaptionszeitkonstante als Parameter wird eine Kompensationsvariable Temperaturdifferenzadaption berechnet, indem der Wert der Adaptionszeitkonstante mit Hilfe einer Zeitfunktion den inversen Wert der Regelabweichung Überhitzung Verdichtereintritt annimmt. Anders ausgedrückt, die Adaptionszeitkonstante bestimmt zusammen mit der Zeitfunktion die Dauer, binnen welcher die Temperaturdifferenzadaptation der Regelabweichung nachfolgt. Auch andere Formen der Filterung rascher Änderungen der Regelabweichung, beispielsweise Tiefpassfilter, sind vorstellbar.According to the invention, this is implemented by the adaptation of the setpoint value for the evaporator outlet superheating that has been carried out. The control deviation for superheating compressor inlet, i.e. the difference between the target superheating at the compressor inlet and the actual superheating at the compressor inlet, is used as the input variable for the adaptation. With the help of an adaptation time constant as a parameter, a compensation variable temperature difference adaptation is calculated in that the value of the adaptation time constant assumes the inverse value of the control deviation overheating compressor inlet with the help of a time function. In other words, the adaptation time constant, together with the time function, determines the duration within which the temperature difference adaptation follows the control deviation. Other forms of filtering rapid changes in the control deviation, for example low-pass filters, are also conceivable.
Die Notwendigkeit der Adaption bzw. Korrektur ergibt sich beispielsweise aus Toleranzen der Nassdampfkennlinie des Kältemittels.The need for adaptation or correction arises, for example, from tolerances in the wet steam characteristic of the refrigerant.
Es kann gesehen werden, dass die Taupunkttemperatur in Abhängigkeit des Druckes für niedrigere Anteile von R32, vgl. Nassdampfkennlinie
Die Berechnung der Temperaturdifferenzadaption kann in zwei aufeinanderfolgenden Schritten erfolgen. In einem ersten Schritt wird unter Einbeziehung des im letzten Schleifendurchlauf berechneten Wertes der Temperaturdifferenz Adaption Verdampferausgangsüberhitzungssollwert zunächst ein unbegrenzter neuer Wert von Temperaturdifferenz Adaption Verdampferausgangsüberhitzungssollwert (unbegrenzt) berechnet, im zweiten Schritt wird dieser Wert auf die parametrierbare Bereichsgrenze begrenzt und dann als neu berechneter Prozesswert weiterverarbeitet. Die Temperaturdifferenz Adaption Verdampferausgangsüberhitzungssollwert wird vorzugsweise derart adaptiert, dass sie in einer festgelegten Zeit, genannt Adaptionszeitkonstante Verdampferausgangsüberhitzungssollwert, den Wert der Regelabweichung der Überhitzung am Verdichtereintritt annehmen würde.The temperature difference adaptation can be calculated in two successive steps. In a first step, taking into account the value of the temperature difference adaption evaporator output overheating target value calculated in the last loop pass, an unlimited new value of temperature difference adaption evaporator output overheating target value (unlimited) is calculated, in the second step this value is limited to the parameterizable range limit and then processed further as a newly calculated process value. The temperature difference adaptation of the evaporator output superheat setpoint is preferably adapted in such a way that it would assume the value of the control deviation of the superheat at the compressor inlet within a specified time, called the adaptation time constant for the evaporator output superheat setpoint.
Anschließend wird der Bereich der Temperaturdifferenz Adaption Verdampferausgangsüberhitzungssollwert auf den mit einem Adaptionsbereichsparameter eingestellten Bereich begrenzt, indem der zuvor berechnete Wert auf den Bereich +/- Adaptionsbereichsparameter (in Kelvin) begrenzt wird.Then the range of the temperature difference adaptation evaporator output superheat setpoint is limited to the range set with an adaptation range parameter by limiting the previously calculated value to the range +/- adaptation range parameters (in Kelvin).
In den ersten beispielhaft vier Minuten liegt keine Regelabweichung der Verdichtereintrittsüberhitzung vor, so dass sich auch keine Korrektur bzw. Adaption ergibt. In einem Zeitbereich
In einem Zeitbereich
Bei Mehrstoff - Kältemitteln mit „Temperaturgleit“, beispielsweise R454C, sind auf die Taupunkttemperatur bezogene Überhitzungen auch im negativen Bereich möglich, in Betriebspunkten, bei denen noch nicht alle Kältemittelbestandteile vollständig verdampft sind.In the case of multi-fuel refrigerants with a “temperature glide”, for example R454C, overheating related to the dew point temperature is also possible in the negative range, at operating points at which not all refrigerant components have completely evaporated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 10159892 A1 [0005]DE 10159892 A1 [0005]
- DE 102005061480 B3 [0006]DE 102005061480 B3 [0006]
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020115274.4A DE102020115274A1 (en) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Method for operating a compression refrigeration system |
EP21177574.7A EP3922931B1 (en) | 2020-06-09 | 2021-06-03 | Compression cooling system and method for operating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020115274.4A DE102020115274A1 (en) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Method for operating a compression refrigeration system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020115274A1 true DE102020115274A1 (en) | 2021-12-09 |
Family
ID=76269635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020115274.4A Pending DE102020115274A1 (en) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Method for operating a compression refrigeration system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3922931B1 (en) |
DE (1) | DE102020115274A1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3442169A1 (en) | 1984-11-17 | 1986-05-28 | Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co KG, 7000 Stuttgart | Method for regulating a refrigeration circuit process for a heat pump or a refrigerating machine and a heat pump or refrigerating machine for this |
DE19925744A1 (en) | 1999-06-05 | 2000-12-07 | Mannesmann Vdo Ag | Electrically driven compression refrigeration system with supercritical process |
DE10157461A1 (en) | 2001-11-20 | 2003-05-28 | Daimler Chrysler Ag | Operating coolant circuit, especially for motor vehicle air conditioning system, involves approximately completely liquefying coolant in coolant circuit before choke arrangement |
DE10159892A1 (en) | 2001-12-06 | 2003-06-26 | Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg | A heat pump circuit has a compressor temperture control system which automatically reduces the operating temperature when the outside temperature reaches abnormally low values. |
DE102005061480B3 (en) | 2005-12-22 | 2007-04-05 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | Heat pump system e.g. air/water-heat pump, for warming heater water, has one of heat exchangers interconnected in cooling medium circuit, so that exchanger is operated as reverse current- exchanger in cooling and heating operation modes |
DE60118588T2 (en) | 2000-10-12 | 2007-04-26 | Valeo Systemes Thermiques | VEHICLE AIR CONDITIONING USING AN OVERCRITICAL CIRCULATION |
DE102009032869A1 (en) | 2008-07-30 | 2010-02-04 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Refrigeration cycle device |
US20100205987A1 (en) | 2007-11-30 | 2010-08-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Refrigeration cycle apparatus |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000179960A (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-30 | Sanden Corp | Vapor compression type refrigeration cycle |
JP4202505B2 (en) * | 1999-01-11 | 2008-12-24 | サンデン株式会社 | Vapor compression refrigeration cycle |
JP2017088137A (en) * | 2015-11-17 | 2017-05-25 | 株式会社ヴァレオジャパン | Refrigeration cycle of vehicular air conditioner and vehicle mounted with the same |
-
2020
- 2020-06-09 DE DE102020115274.4A patent/DE102020115274A1/en active Pending
-
2021
- 2021-06-03 EP EP21177574.7A patent/EP3922931B1/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3442169A1 (en) | 1984-11-17 | 1986-05-28 | Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co KG, 7000 Stuttgart | Method for regulating a refrigeration circuit process for a heat pump or a refrigerating machine and a heat pump or refrigerating machine for this |
DE19925744A1 (en) | 1999-06-05 | 2000-12-07 | Mannesmann Vdo Ag | Electrically driven compression refrigeration system with supercritical process |
DE60118588T2 (en) | 2000-10-12 | 2007-04-26 | Valeo Systemes Thermiques | VEHICLE AIR CONDITIONING USING AN OVERCRITICAL CIRCULATION |
DE10157461A1 (en) | 2001-11-20 | 2003-05-28 | Daimler Chrysler Ag | Operating coolant circuit, especially for motor vehicle air conditioning system, involves approximately completely liquefying coolant in coolant circuit before choke arrangement |
DE10159892A1 (en) | 2001-12-06 | 2003-06-26 | Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg | A heat pump circuit has a compressor temperture control system which automatically reduces the operating temperature when the outside temperature reaches abnormally low values. |
DE102005061480B3 (en) | 2005-12-22 | 2007-04-05 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | Heat pump system e.g. air/water-heat pump, for warming heater water, has one of heat exchangers interconnected in cooling medium circuit, so that exchanger is operated as reverse current- exchanger in cooling and heating operation modes |
US20100205987A1 (en) | 2007-11-30 | 2010-08-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Refrigeration cycle apparatus |
DE102009032869A1 (en) | 2008-07-30 | 2010-02-04 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Refrigeration cycle device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3922931B1 (en) | 2024-04-10 |
EP3922931A1 (en) | 2021-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3730873A2 (en) | Method for operating a heat pump with a vapour compression system | |
WO2021104864A1 (en) | Refrigeration appliance with compartment which can be used in a variable manner | |
EP2526353B1 (en) | Method for controlling and regulating heat pumps and cooling systems | |
AT522875B1 (en) | Method for controlling an expansion valve | |
DE102007010645A1 (en) | A method of controlling a compression refrigeration system and a compression refrigeration system | |
DE102020115270A1 (en) | Method and device for regulating a refrigeration cycle | |
DE202007017723U1 (en) | Plant for refrigeration, heating or air conditioning, in particular refrigeration system | |
EP3922925A1 (en) | Compression cooling system and method for operating a compression cooling system | |
EP1355207A1 (en) | Operating method for a compression refrigeration system and compression refrigeration system | |
EP3922926B1 (en) | Method for controlling a defrosting process of an evaporator of a compression cooling system and compression cooling system | |
EP3922931B1 (en) | Compression cooling system and method for operating the same | |
EP3922932B1 (en) | Compression cooling system and method for operating a compression cooling system | |
EP3922933B1 (en) | Compression cooling system and method for regulating a compression cooling system | |
EP3922924B1 (en) | Compression cooling system and method for operating a compression cooling system | |
EP3922929B1 (en) | Compression cooling system and method for regulating a compression cooling system | |
DE102020115264A1 (en) | Method for operating a compression refrigeration system and associated compression refrigeration system | |
DE102019119751B3 (en) | Method for operating a refrigeration cycle of a motor vehicle and refrigeration cycle | |
EP3922930B1 (en) | Compression cooling system and method for operating a compression cooling system | |
DE102020123960B4 (en) | Method for operating a heat pump and heat pump | |
WO2005073645A1 (en) | Highly efficient evaporation in refrigerating installations and corresponding method for obtaining stable conditions with minimal and/or desired temperature differences of the media to be cooled in relation to the evaporation temperature | |
WO2011097748A2 (en) | Heat pump | |
EP2827081B1 (en) | Method for controlling a heat pump | |
DE10303782B4 (en) | Injection control on the refrigerant evaporator | |
EP3640565A1 (en) | Cop-optimal power control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed |