DE3407795C1

DE3407795C1 - Heizungsanlage mit Waermepumpe

Info

Publication number: DE3407795C1
Application number: DE3407795A
Authority: DE
Inventors: Poul Soenderborg Neldeberg; Steen Hornsleth Nordborg Olsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1988-06-16
Also published as: DK74685D0; FR2560671A1; JPH0332691B2; JPS60205135A; US4576332A; CA1235103A; FR2560671B1; DK74685A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage mit Wärmepumpe, Ventile aufweisenden Heizkörpern und einem Steuergerät mit einem Sollwertgeber für die Vorlauftemperatur, der einen in Abhängigkeit von einer Führungsgröße, wie Außentemperatur und/oder Bezugsraumtemperatur, geführten Sollwert als wirksamen Sollwert abgibt.

Bei einer bekannten Heizungsanlage dieser Art (DANFOSS-Manual »Heat pump control type ECA 5156« vom Februar 1983, Seiten 4 und 5) kann die Wärmepumpe bei geringer Belastung und ein ölbefeuerter Heizkessel bei stärkerer Belastung der Heizungsanlage wirksam gemacht werden. Die Heizkörper sind mit Thermostatventilen versehen. Der wirksame Sollwert der Vorlauftemperatur ist eine Funktion der Außentemperatur und kann durch eine Bezugsraumtemperatur zusätzlich beeinflußt werden. Die Wärmepumpe wird abgeschaltet, wenn die Rücklauftemperatur einen vorgegebenen Maximalwert, der insbesondere auf 50 bis 55° C eingestellt wird, überschreitet. Bei derartig hohen Rücklauftemperaturen ist die den Kondensator der Wärmepumpe durchströmende Wassermenge gering und die Kondensatorvortemperatur nimmt hohe Werte an, wodurch der Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Wärmepumpe beeinträchtigt werden. Dies ergibt sich insbesondere, wenn einerseits eine höhere Vorlauftemperatur gefordert wird, sei es wegen einer tiefen Außentemperatur oder wegen eines zu kalten Bezugsraumes, andererseits die Ventile aber an den Heizkörpern ganz oder weitgehend geschlossen sind, sei es aufgrund von Sonneneinfall oder anderer »Gratiswärme«, aufgrund einer gewünschten Nachtabsenkung oder aufgrund einer falschen Einstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der Wirkungsgrad und Lebensdauer der Wärmepumpe verbessert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuergerät einen Vergleicher aufweist, der den geführten Sollwert mit einem variablen Grenzwert vergleicht, welcher um eine vorgegebene Temperaturdifferenz über der Rücklauf tempera tür liegt, und daß der Sollwertgeber den wirksamen Sollwert mindestens bis auf den variablen Grenzwert reduziert, wenn dieser vom geführten Sollwert überschritten wird.

Wenn wegen ganz oder weitgehend geschlossener Ventile die in der Heizungsanlage umgewälzte Warmwassermenge gering ist, erfolgt eine entsprechend große Abkühlung, so daß die Rücklauftemperatur niedrig ist. Große Unterschiede zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur kennzeichnen daher eine kleine umlaufende Warmwassermenge. Wenn der Unterschied zwischen dem geführten, also dem gewünschten Sollwert der Vorlauftemperatur, und dem Istwert der Rücklauftemperatur größer ist als die zur Grenzwertbildung herangezogene Temperaturdifferenz, wird der wirksame Sollwert reduziert. Bei der gegebenen Ventileinstellung erhalten daher die einzelnen Räume weniger Wärme als bisher. Die Folge davon ist, daß die Ventile automatisch, wenn es sich um Thermostatventile handelt, oder von Hand, wenn die Bewohner die Raumtemperaturabsenkung feststellen, weiter geöffnet werden. Infolgedessen steigt die umgewälzte Warmwassermenge und die Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur sinkt. Da der Kondensator der Wärmepumpe von größeren Wassermengen durchströmt wird, sinkt dessen Differenztemperatur und damit die aktuelle Vorlauftemperatur. Wirkungsgrad und Lebensdauer steigen an. Insgesamt kann daher die Vorlauftemperatur nie größer werden als es dem geführten Sollwert entspricht.

Wenn aber die Strömung zu gering wird, wird der wirksame Sollwert so weit herabgesetzt, daß die Kondensatortemperatur durch Zufuhr einer ausreichenden Wassermenge niedrig gehalten werden kann.
Der Sollwertgeber kann den wirksamen Sollwert um so stärker unter den Grenzwert absenken, je mehr der geführte Sollwert den Grenzwert übersteigt.

Die vorgegebene Temperaturdifferenz kann eine Funktion der Rücklauftemperatur sein. Besonders einfach ist die Anlage jedoch, wenn die vorgegebene Temperaturdifferenz auf einen festen Wert einstellbar ist.

Günstig ist auch eine Abschaltvorrichtung, die anspricht, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Auf diese Weise kann die Wärmepumpe abgeschaltet werden, wenn sich trotz der Grenzwertsteuerung eine zu hohe Vorlauftemperatur ergibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltschema einer bivalenten Heizungsanlage gemäß der Erfindung und

F i g. 2 das Schaltbild eines hierfür geeigneten Steuergeräts.
Die Heizungsanlage nach F i g. 1 weist mehrere Heizkörper 1,2 auf, die je über ein Thermostatventil 3,4 mit einer Vorlaufleitung 5 verbunden sind und eine gemeinsame Rücklaufleitung 6 aufweisen. Als Wärmequelle dient eine Wärmepumpe 7, von der lediglich der Kon-

densator 8 näher veranschaulicht ist, und ein ölbefeuerter Heizkessel 9, dessen Wärmetauscher 10 näher veranschaulicht ist. Ferner gibt es eine Umwälzpumpe 11, ein Dreiwege-Mischventil 12 und ein Bypaßventil 13.

Ein Vorlauftemperaturfühler 14 mißt die Vorlauftemperatur T_v der Wärmepumpe, ein Rücklauftemperaturfühler 15 die Rücklauftemperatur T_r der Anlage. Ein Außentemperaturfühler 16 mißt die Außentemperatur T_a und ein Raumtemperaturfühler 17 die Raumtemperatur 7} eines Bezugsraumes. Ein Steuergerät 18 dient dem Ein- und Ausschalten der Wärmepumpe 7 und des Brenners des Heizkessels 9 über entsprechende Steuerleitungen 19 bzw. 20.

Die Meßwerte der Temperaturfühler 14 bis 17 werden dem Steuergerät 18 über Signalleitungen 21 bis 24 übermittelt. Ferner besitzt das Steuergerät Eingänge 25 bis 30, um einstellbare Größen zuführen zu können.

Wie F i g. 2 näher zeigt, ist den Temperaturfühlern 14 bis 17 je eine Meßbrücke 31 bis 34 zugeordnet. Jeder Einstelleingang ist mit einer Einstellvorrichtung in der Form eines Potentiometers 35 bis 40 verbunden. Mit diesen Potentiometern werden die folgenden Werte eingestellt: Mit Potentiometer 35 eine minimale Außentemperatur Tamin, mit Potentiometer 36 die Neigung K der Steuerkennlinie, mit Potentiometer 37 ein Raumtemperatur-Sollwert T,_s eines Bezugsraumes, mit Potentiometer 38 eine Temperaturdifferenz AT, mit Potentiometer 39 eine untere Raumtemperatur T_n, und mit Potentiometer 40 eine maximale Vorlauftemperatur T_vmax.

Die einzelnen Elemente wirken in folgender Weise zusammen: Ein Vergleicher 41 vergleicht die gemessene Außentemperatur T_a mit der eingestellten minimalen Außentemperatur T_am\„ und gibt über seinen Ausgang 42 einen Abschaltbefehl S an die Wärmepumpe 7, wenn die Außentemperatur den eingestellten Minimalwert unterschreitet, bei dem die Wärmepumpe nicht mehr arbeiten kann. Der Minimalwert liegt beispielsweise bei Wärmepumpen, deren Verdampfer der Außenluft oder Wasser ausgesetzt ist, bei etwa -3⁰C.

Mit Hilfe des Neigungsfaktors K und der Außentemperatur T_a wird in einer Steuerschaltung 43 eine gewünschte Vorlauftemperatur T_vg erzeugt, die mit sinkender Außentemperatur zunimmt und bei sehr geringen Außentemperaturen einen konstanten oberen Wert beibehält. Dieser gewünschte Vorlauftemperaturwert T_Vg wird in einer Korrekturvorrichtung 44 mit Hilfe der Regelabweichung zwischen der Raumtemperatur T₁ und dem eingestellten Sollwert T₁₅ korrigiert, so daß sich ein geführter Sollwert T_V5 der Vorlauftemperatur ergibt. Dieser wird über einen Sollwertgeber 45 normalerweise als wirksamer Sollwert T'_vs abgegeben.

In einer Additionsschaltung 46 wird der Rücklauftemperatur Tr eine Temperaturdifferenz AT hinzugefügt, woraus sich ein Grenzwert G ergibt. Dieser Grenzwert wird in einem Vergleicher 47 mit dem geführten Sollwert Tvs verglichen. Wenn dieser den Grenzwert G überschreitet, wird der Sollwertgeber 45 derart angesteuert, daß der wirksame Sollwert T'_vs gleich dem Grenzwert G oder kleiner gehalten wird.

Der über den Ausgang 48 abgenommene wirksame Sollwert T_vs wird einem Regler 49 zugeführt und dort mit dem Istwert T_v der Vorlauf temperatur verglichen, so daß ein — entsprechendes Regelsignal R zum Betrieb der Wärmepumpe am Ausgang 50 abgenommen werden kann.

Ein Vergleicher 51 stellt fest, ob der Istwert T_v den wirksamen Sollwert T'_vs erreicht. Ist für längere Zeit, z. B. 45 min., die mit Hilfe eines Zeitgebers 52 festgestellt wird, nicht der Fall, wird ein Umschalten 53 betätigt, der vom alleinigen Wärmepumpenbetrieb auf den Parallelbetrieb von Wärmepumpe und alternativer Wärmequelle, also dem Heizkessel 9, umschaltet. Die gleiche Umschaltung erfolgt auch, wenn der Istwert 7} der Bezugsraumtemperatur für längere Zeit einen unteren Raumtemperaturwert T,_u unterschreitet, was mit Hilfe eines Vergleichers 54 feststellbar ist. Vielfach ist es günstig, die beiden vorgenannten Umschaltbedingungen nicht im Sinne einer ODER-Funktion sondern im Sinne einer UND-Funktiori fniteinander zu verknüpfen.

Ein weiterer Vergleicher 55 gibt über seinen Ausgang 56 ein Abschaltsignal Q ab, wenn der Istwert T_v der Vorlauftemperatur einen eingestellten Maximalwert Tvmax überschreitet. Die einzelnen Schaltzustände können durch Signale, insbesondere Lichtsignale angezeigt werden.

Bei einer solchen Anlage ist sichergestellt, daß die Vorlauftemperatur nicht höher als unbedingt notwendig ist, d. h. daß nicht mehr Wärme produziert wird als auch abgegeben werden kann. Wenn bei höheren Vorlauftemperaturen die Strömung absinkt, beispielsweise durch teilweises Schließen der Heizkörperventile, sinkt auch die Rücklauftemperatur T_r und damit der Grenzwert G. Der wirksame Sollwert T'_vs der Vorlauftemperatur wird gegenüber dem geführten Sollwert T_vs reduziert. Dies kann erwünscht sein, beispielsweise für eine Nachtabsenkung. Es ist aber nicht möglich, daß ein Verbraucher auf diese Weise spart, weil die Raumtemperatur absinkt. Wünscht er die Beibehaltung der Raumtemperatur, muß er das Heizkörperveritil stärker öffnen. Dadurch ergibt sich eine größere Strömung und eine geringe Kondensatörtemperatur in der Wärmepumpe, also ein höherer Wirkungsgrad,

Ein günstiger Wert für die Einstellung der Temperaturdifferenz AT ist etwa 15⁰C. Je nach Rücklauftemperatur liegt dann der variable Grenzwert G zwischen etwa 35 und 45⁰C. Durch Reduzierung des wirksamen Sollwerts kann der Unterschied zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur auch auf kleinere Werte als 15⁰C gebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Heizungsanlage mit Wärmepumpe, Thermostat-Ventile aufweisenden Heizkörpern und einem Steuergerät mit einem Sollwertgeber für die Vorlauftemperatur, der einen in Abhängigkeit von einer Führungsgröße, wie Außentemperatur und/oder Bezugsraumtemperatur, geführten Sollwert als wirksamen Sollwert abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (18) einen Vergleicher (47) aufweist, der den geführten Sollwert (T_vs) mit einem variablen Grenzwert (G) vergleicht, welcher um eine vorgegebene Temperaturdifferenz (AT) über der Rücklauftemperatur (T_r) liegt, und daß der Sollwertgeber (45) den wirksamen Sollwert (T'_vs) mindestens bis auf den variablen Grenzwert reduziert, wenn dieser vom geführten Sollwert überschritten wird.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (45) den wirksamen Sollwert (T'_vs) um so stärker unter den Grenzwert (G) absenkt, je mehr der geführte Sollwert (Tvs) den Grenzwert übersteigt.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Temperaturdifferenz (AT) auf einen festen Wert einstellbar ist.

4. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Abschaltvorrichtung (55), die anspricht, wenn der Istwert (T_v) der Vorlauftemperatur einen vorgegebenen Maximalwert (Tvmax) überschreitet.