CH627257A5

CH627257A5 - Method and device for the automatic optimisation of the operating point of a heating device, in particular of a heat pump

Info

Publication number: CH627257A5
Application number: CH60878A
Authority: CH
Inventors: Heinz Dipl Ing Gerbert; Adolf Kirn
Original assignee: Gerbert Heinz
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1981-12-31
Also published as: ATA41178A; DE2702489A1; DE2702489C2; AT372182B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Optimierung des Betriebspunktes einer Heizvorrichtung, insbesondere einer Wärmepumpe, bei der die Wärmeenergie des im The invention relates to a method for automatically optimizing the operating point of a heating device, in particular a heat pump, in which the thermal energy of the

Kreislauf durch einen Verbraucher strömenden Heizmediums überwiegend einem Primärenergieträger der Natur durch Unterkühlen in einem Verdampfer mittels eines im Kreislauf strömenden Zwischenmediums entzogen, das die Verdampfungswärme beinhaltende verdampfte Zwischenmedium durch Zufuhr von Hilfsenergie auf einen höheren Wärmeinhalt gebracht und danach die erhöhte Wärmeenergie des Zwischenmediums durch Verflüssigen in einem Verflüssiger an das als Sekundärenergieträger dienende Heizmedium abgegeben wird, wobei die Vorlauftemperatur des Heizmediums in Abhängigkeit von der Aussentemperatur durch entsprechende Wärmeabgabe des Zwischenmediums geändert und die Zufuhr von Hilfsenergie zum Zwischenmedium und/oder die Zufuhr von Primärenergie stufenlos oder stufenweise durchgeführt wird. Circulation through a heating medium flowing through a consumer primarily withdraws a primary energy source from nature by supercooling in an evaporator by means of an intermediate medium flowing in the circuit, which brings the evaporated intermediate medium containing the heat of vaporization to a higher heat content by supplying auxiliary energy and then the increased thermal energy of the intermediate medium by liquefaction in one Condenser is delivered to the heating medium serving as a secondary energy source, the flow temperature of the heating medium being changed as a function of the outside temperature by appropriate heat dissipation from the intermediate medium, and the supply of auxiliary energy to the intermediate medium and / or the supply of primary energy being carried out continuously or in stages.

Die Erfindung betrifft ausserdem eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung mit einem Regelgerät, das einen Eingang für einen Fühler zur Messung der Vorlauf-Ist-Temperatur des Heizmediums, einen Eingang für einen Aussentemperaturfühler zur Ermittlung der Vorlauf-Soll-Tempera-tur des Heizmediums entsprechend der festgestellten Temperaturdifferenz aufweist. The invention also relates to a device provided for carrying out this method with a control device which has an input for a sensor for measuring the actual flow temperature of the heating medium, and an input for an outside temperature sensor for determining the desired flow temperature of the heating medium of the determined temperature difference.

Bei einer bekannten Heizvorrichtung der genannten Art wird die an einen Verbraucher abzugebende Wärmeenergie überwiegend einem Primärenergieträger der Natur, beispielsweise der Sonnenenergie, der Aussenluft, dem Grundwasser oder dem Erdboden, das heisst der Erdwärme, entnommen, indem dem Primärenergieträger durch Unterkühlung in einem Verdampfer Wärme entzogen wird. Die Aufnahme der Verdampfungswärme erfolgt durch ein Zwischenmedium, das anschliessend in einem der Zufuhr von zusätzlicher Hilfsenergie dienenden Verdichter auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht wird. Danach wird dieses Zwischenmedium einem Verflüssiger zugeleitet, der die Kondensationswärme an einen Sekundärenergieträger, nämlich das Heizmedium, abführt. Das Zwischenmedium wird in flüssiger Form über ein Expansionsventil wieder dem Verdampfer zugeleitet und arbeitet so in einem Kreisprozess. In a known heating device of the type mentioned, the heat energy to be delivered to a consumer is predominantly taken from a primary energy source of nature, for example solar energy, outside air, groundwater or the ground, i.e. geothermal heat, by removing heat from the primary energy source by subcooling in an evaporator becomes. The heat of vaporization is absorbed by an intermediate medium, which is then brought to a higher pressure and temperature level in a compressor that supplies additional auxiliary energy. This intermediate medium is then fed to a condenser, which dissipates the heat of condensation to a secondary energy source, namely the heating medium. The intermediate medium is returned to the evaporator in liquid form via an expansion valve and thus works in a cycle.

Die dem Sekundärenergieträger, nämlich dem Heizmedium, zugeführte Energie ist die vom Zwischenmedium aufgenommene Verdampfungswärme des Primärenergieträgers zuzüglich dem Wärmeäquivalent der Antriebsleistung des Verdichters. Das Heizmedium fliesst ebenfalls in einem Kreislauf, d. h. es erfährt nach Wärmeabgabe an zu beheizende Räume oder Stoffe eine Abkühlung und wird danach zur Wiedererwärmung wieder dem Verflüssiger zugeleitet. The energy supplied to the secondary energy source, namely the heating medium, is the heat of vaporization of the primary energy carrier absorbed by the intermediate medium plus the heat equivalent of the drive power of the compressor. The heating medium also flows in a circuit, i. H. after heat has been given off to rooms or materials to be heated, it cools down and is then returned to the condenser for reheating.

Bei einer praktisch verwirklichten Ausführungsform einer derartigen bekannten Heizvorrichtung, bei der als Primärenergieträger die Aussenluft zur Anwendung gelangt, saugt ein entsprechend ausgelegter Ventilator über einen Schalldämpfer die Aussenluft mit festgelegter Mindestmenge und Mindesttemperatur an und drückt sie über einen Luftkühler, der als Verdampfer arbeitet, und über einen weiteren Schalldämpfer wieder ins Freie. Das im Luftkühler verdampfte Kältemittel, das als Zwischenmedium Verwendungfindet, entzieht der vorbeiströmenden Luft die Verdampfungswärme. Das dadurch unter Aufnahme der Verdampfungswärme verdampfte Kältemittel wird vom motorisch angetriebenen Verdichter auf ein höheres Druck-und Temperaturniveau gebracht. Die Verflüssigung des Kältemittels erfolgt in dem als Durchlauferwärmer ausgebildeten Verflüssiger der Heizvorrichtung. Hierbei entzieht das Heizmedium, das beispielsweise Heizwasser ist, in festgelegter Mindestmenge und Höchsttemperatur dem Kältemittel die Verflüssigungswärme, die sich aus der Verdampfungswärme einschliesslich dem Wärmeäquivalent der motorischen Antriebsleistung des Verdichters und den Verlusten zusammensetzt. Das Heizwasser erfährt beim Durchströmen durch den Durchlauferwärmer eine Temperaturerhöhung, die in den Heizungsverbrauchern durch wärmeverbrauchende Temperaturabsenkungen wieder ausgeglichen wird. In a practically implemented embodiment of such a known heating device, in which the outside air is used as the primary energy source, a suitably designed fan sucks in the outside air with a defined minimum quantity and minimum temperature and presses it via an air cooler, which works as an evaporator, and over another silencer back outside. The refrigerant evaporated in the air cooler, which is used as an intermediate medium, extracts the heat of vaporization from the air flowing past. The refrigerant thus evaporated while absorbing the heat of vaporization is brought to a higher pressure and temperature level by the motor-driven compressor. The refrigerant is liquefied in the condenser of the heating device, which is designed as a continuous flow heater. Here, the heating medium, which is, for example, heating water, extracts the condensing heat from the refrigerant in a defined minimum quantity and maximum temperature, which is composed of the heat of vaporization including the heat equivalent of the motor drive power of the compressor and the losses. The heating water experiences a temperature increase as it flows through the continuous-flow heater, which is compensated for again by heat-consuming temperature drops in the heating consumers.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

627 257 627 257

Anstelle von Heizwasser kann als Heizmedium selbstverständlich auch Luft zur Anwendung gelangen, die im Verflüssiger durch das hierin kondensierende Zwischenmedium erwärmt wird. Es kann daher hierbei die durch einen Ventilator umgewälzte Heizùngsluft ërwârmt und den zu beheizenden Räumen zum Wärmeentzug zugeführt sowie im Kreislauf dem Verflüssiger wieder zur Wiederaufwärmung erneut zugeführt werden. Instead of heating water, air can of course also be used as the heating medium, which is heated in the condenser by the intermediate medium condensing therein. The heating air circulated by a fan can therefore be warmed and fed to the rooms to be heated for heat removal and can be fed back to the condenser for reheating again in the circuit.

Im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Betrieb derartier Heizvorrichtungen kommt es darauf an, ein optimales Verhältnis zwischen der jeweiligen Aussentemperatur und der Vorlauftemperatur des Heizmediums einzustellen bzw. die Hilfsenergieko-sten, die hauptsächlich durch die Arbeit des Verdichters für das Zwischenmedium verursacht werden, so gering wie möglich zu halten. Die Bewertung des jeweiligen Betriebspunktes der Heizvorrichtung kann mit der Leistungsziffer e erfolgen, die entsprechend ihrer nachstehend aufgeführten Definition möglichst hoch sein soll: With regard to the economic operation of such heating devices, it is important to set an optimal relationship between the respective outside temperature and the flow temperature of the heating medium, or to minimize the auxiliary energy costs, which are mainly caused by the work of the compressor for the intermediate medium to keep. The respective operating point of the heating device can be evaluated with the performance figure e, which should be as high as possible in accordance with the definition given below:

e = aufgenommene Primärenergie + Hilfsenergie Hilfsenergie e = absorbed primary energy + auxiliary energy auxiliary energy

Hieraus ergibt sich, dass die aufzuwendenden Heizkosten um so geringer sind, je grösser die Leistungsziffer wird, wobei die aufzuwendende Hilfsenergie um so kleiner ist, je kleiner auch die Temperaturdifferenz zwischen Primärmedium und Sekundärmedium ist. It follows from this that the heating costs to be used are lower, the greater the power factor, the smaller the temperature difference between the primary medium and the secondary medium, the smaller the auxiliary energy to be used.

Bei den bisher bekannten Verfahren zum Betrieb der genannten Heizvorrichtungen wird die Vorlauftemperatur des Sekundärmediums, d. h. des Heizmediums , konstant gehalten und die Leistungsregelung durch B eimischen von abgekühltem und aus dem Rücklaufstrang entnommenen Heizmedium in das auf konstante Temperatur erwärmte Heizmedium vorgenommen. Die Steuerung der Mischung erfolgt hier meist durch eine Regeleinrichtung, die z. B. bei einer Raumheizung aufgrund der jeweils herrschenden Aussentemperatur, die dazugehörige Mischtemperatur herbeiführt. In the previously known methods for operating the heating devices mentioned, the flow temperature of the secondary medium, ie. H. of the heating medium, kept constant and the power control carried out by admixing the cooled heating medium and the heating medium removed from the return line into the heating medium heated to a constant temperature. The mixture is usually controlled by a control device which, for. B. in a room heating due to the prevailing outside temperature, which brings about the associated mixing temperature.

Bei diesem Verfahren wird die Verflüssigungstemperatur des Zwischenmediums während der gesamten Dauer der Beimischung unnötig hoch gehalten und dadurch auch die Leistungsziffer erniedrigt. Eine anhaltend hohe Verflüssigungstemperatur ist jedoch gleichbedeutend mit hohem Verschleiss und geringer Lebensdauer des Verdichters. Ausserdem muss für den Regelmotor und zur Überwindung des Strömungswiderstandes im Mischer Hilfsenergie aufgebracht werden, welche die Gesamtleistungsziffer weiter vermindert. In this process, the condensing temperature of the intermediate medium is kept unnecessarily high for the entire duration of the admixture, and the power factor is thereby also reduced. However, a persistently high condensing temperature is synonymous with high wear and a short compressor life. In addition, auxiliary energy must be applied for the control motor and to overcome the flow resistance in the mixer, which further reduces the total power figure.

Da bei dem bekannten Verfahren die Heizvorrichtung mit einer konstanten Vorlauftemperatur betrieben und diese über aussentemperaturabhängige motorbetriebene Mischvorrichtungen im Wege der Rücklaufbeimischung heruntergemischt wird, wird zwar eine aussentemperaturabhängige Regelanpassung der Heizvorrichtung erreicht, die Leistungsziffer jedoch nicht optimiert, da, wie erwähnt, zusätzliche Hilfsenergien erforderlich sind. Da ausserdem die Vorlauftemperatur des Heizmediums auf die maximale Heizleistung ausgelegt sein muss, bedeutet das maximale Kompressorarbeit und hohen Verschleiss des Verdichters mit geringerer Lebensdauer. Since, in the known method, the heating device is operated at a constant flow temperature and this is mixed down by means of the return flow admixture via outside-temperature-dependent motor-driven mixing devices, an outside-temperature-dependent control adaptation of the heating device is achieved, but the performance figure is not optimized since, as mentioned, additional auxiliary energy is required. In addition, since the flow temperature of the heating medium must be designed for the maximum heating output, this means maximum compressor work and high wear on the compressor with a shorter service life.

Zur Vermeidung dieser Nachteile liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betrieb der genannten Heizvorrichtung zu schaffen, mittels denen automatisch der Betriebspunkt der Heizvorrichtung direkt optimiert wird und gleichzeitig ausser den erforderlichen Hilfs-energiekosten auch die Anlagekosten reduziert sind. To avoid these disadvantages, the invention is therefore based on the object of providing a method and a device for operating the heating device by means of which the operating point of the heating device is automatically optimized directly and, at the same time, the system costs are reduced in addition to the required auxiliary energy costs.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindungen ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2. The features of the inventions created to achieve this object result from independent claims 1 and 2.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Heizvorrichtung derart zu betreiben, dass anstelle der Leistungsregelung mittels prundsät7lich verlustreicher Beimischung direkt der The invention is based on the idea of operating the heating device in such a way that instead of the power control by means of a fundamentally lossy admixture, the

25 25th

Betriebspunkt der Heizvorrichtung stetig oder intermittierend optimiert wird, d. h. dass beispielsweise bei einer Raumheizung die Vorlauftemperatur des Heizmediums jeweils nur auf einen solchen Wert gebracht wird, wie er bei der jeweils herrschenden 5 Aussentemperatur die Vorlauftemperatur des Heizmediums entsprechend dem jeweiligen Bedarf verändert, so dass auch eine der notwendigen Heizleistung entsprechend optimale Leistungsziffer erzielt wird. Operating point of the heating device is continuously or intermittently optimized, d. H. that, for example, in a room heating system, the flow temperature of the heating medium is only brought to such a value as it changes the flow temperature of the heating medium in accordance with the respective demand at the prevailing 5 outside temperature, so that an optimal performance figure corresponding to the necessary heating output is also achieved.

Praktisch erfolgt dies dadurch, dass ein Regelgerät mit angele schlossenen Fühlern für Aussentemperatur und Vorlauftemperatur des Heizmediums bei Abweichen der Vorlauftemperatur vom jeweils zugeordneten Sollwert ein stetiges oder stufiges Signal liefert, das den Betrieb der Heizvorrichtung beeinflusst. Diese Beeinflussung kann — einzeln oder in wahlweiser Kombination is miteinander — entweder direkt auf die Einschaltdauer des Verdichters ausgeübt werden und/oder eine Veränderung des maximalzulässigen Verflüssigungsdrucks bzw. der maximal zulässigen Verflüssigungstemperatur des Zwischenmediums bewirken und/oder zur Änderung des Volumenstroms des Heizmediums 20 durch den Verflüssiger herangezogen werden. Gleichzeitig ist es möglich, durch das Signal des Regelgerätes ein im Kreislauf des Primärenergieträgers vorgesehenes Förderaggregat zu beeinflussen, um dadurch die jeweils benötigte Menge der Primärenergie in Abhängigkeit von der Aussentemperatur durch gegenläufige Leistungsregelung des Förderaggregates optimal anzupassen. Das vom Regelgerät gelieferte Ausgangssignal kann auch zur Steuerung von Zusatzheizungen bei bestimmten Aussentempe-raturspitzenwerten verwendet werden. In practice, this is done in that a control device with closed sensors for outside temperature and flow temperature of the heating medium, if the flow temperature deviates from the respectively assigned setpoint, delivers a steady or step signal that influences the operation of the heating device. This influence can - individually or in combination with one another - either be exerted directly on the duty cycle of the compressor and / or cause a change in the maximum permissible condensing pressure or the maximum permissible condensing temperature of the intermediate medium and / or to change the volume flow of the heating medium 20 through the Condensers are used. At the same time, it is possible to influence a delivery unit provided in the circuit of the primary energy source by means of the signal from the control device, in order to optimally adapt the amount of primary energy required in each case as a function of the outside temperature by opposing output control of the delivery unit. The output signal supplied by the control device can also be used to control additional heaters at certain outside temperature peaks.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird im 30 einzelnen die Vorlauftemperatur des Heizmediums aussentem-peraturabhängig zwischen einer höchsten und einer niedrigsten Vorlauftemperatur durch stufenlose oder stufige Umschâltung über einen Aussentemperaturfühler mittels eines Temperaturregelgerätes geändert, indem dieses auf einen durch einen mit 35 Hilfskraft angetriebenen, stufenlos oder stufig arbeitenden Temperatur- oder Druckregler wirkt, so dass dadurch mittels des entsprechend gesteuerten Verdichters der Verflüssigungsdruck bzw. die Verflüssigungstemperatur des Zwischenmediums optimal an die Vorlauftemperatur des Heizmediums angepasst wer-40 den. Mit steigender Aussentemperatur wird die Vorlauftemperatur des Heizmediums herabgesetzt und dementsprechend die jeweils erforderliche Verdichterarbeit bzw. der geförderte Primärenergiestrom sowie die gesamte Hilfsenergiezufuhr verringert, was eine Erhöhung der Leistungsziffer, eine Vergrösserung 45 der Wartungszeiträume und eine Verlängerung der Lebensdauer des Verdichters zur Folge hat. Die Heizkosten erreichen durch dieses Verfahren einen minimalen Wert. In preferred embodiments of the invention, the flow temperature of the heating medium is changed, depending on the outside temperature, between a highest and a lowest flow temperature by means of a stepless or stepped changeover via an outside temperature sensor by means of a temperature control device, by means of a temperature control device which is steplessly or stepped by a 35 auxiliary worker Working temperature or pressure regulator acts, so that the condensing pressure or the condensing temperature of the intermediate medium are optimally adapted to the flow temperature of the heating medium by means of the appropriately controlled compressor. As the outside temperature rises, the flow temperature of the heating medium is reduced and, accordingly, the compressor work required or the supported primary energy flow as well as the total supply of auxiliary energy are reduced, which results in an increase in the performance figure, an increase in the 45 maintenance periods and an extension of the life of the compressor. The heating costs reach a minimum value through this process.

Die Anwendung eines in seinen Schaltpunkten stufig fest eingestellten Temperatur- oder Druckreglers für den Verdichter 50 kann im übrigen gegenüber der Verwendung eines motorisch angetriebenen Druckreglers Preis- und Wartungsvorteile haben. The use of a temperature or pressure regulator for the compressor 50, which is set in a staged manner in its switching points, can also have price and maintenance advantages over the use of a motor-driven pressure regulator.

Da die erfindungsgemässe Heizvorrichtung ihre Leistung in Abhängigkeit von der Aussentemperatur verändert und die mengenmässig geringste Leistung bei den niedrigsten Aussen-55 temperaturen abgegeben wird, kann die Heiz Vorrichtung entwê-der mit einer regelbaren Fördereinrichtung für die Primärenergie ausgestattet sein und/oder es von Vorteil sein, die Heizvorrichtung nicht für die volle Heizleistung auszulegen, sondern nur für eine bestimmte Teilheizleistung. In den wenigen Zeiträumen, in 60 denen höhere Heizleistungen gefordert werden und die in Mitteleuropa etwa 2 bis 8 % der Jahresheizzeit betragen, kann die Heizvorrichtung mit Zusatzheizungen ausgerüstet werden, die so ausgelegt sind, dass der Gesamtwärmebedarf gedeckt werden kann. Diese Zusatzheizungen können als Direktheizung oder als 65 Speicherheizung, vorzugsweise in Kombination miteinander, arbeiten. Hierdurch werden mit Sicherheit ein Minimum an Anlagekosten und eine volle Ausnützung der Heizleistung erreicht. Since the heating device according to the invention changes its output as a function of the outside temperature and the lowest quantity in terms of quantity is delivered at the lowest outside temperatures, the heating device can either be equipped with a controllable conveying device for the primary energy and / or it can be advantageous not to design the heating device for the full heating power, but only for a certain partial heating power. In the few periods in which higher heating outputs are required and which in Central Europe are around 2 to 8% of the annual heating time, the heating device can be equipped with additional heaters that are designed so that the total heat requirement can be covered. These additional heaters can work as direct heating or as storage heating, preferably in combination with one another. As a result, a minimum of system costs and a full utilization of the heating capacity are achieved.

627 257 627 257

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in: The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. This shows in:

Fig. 1 schematisch die automatische Optimierung einer Heizvorrichtung mittels Regelung der Einschaltdauer des Verdichters und/oder mittels Leistungsregulierung des Primärenergieförder- 5 aggregates; 1 shows schematically the automatic optimization of a heating device by regulating the duty cycle of the compressor and / or by regulating the power of the primary energy delivery unit;

Fig. 2 die Heizvorrichtung mit einem vom Regelgerät beein-flussten Verflüssigungsdruck- oder -temperaturregier für den Verdichter; 2 shows the heating device with a condensing pressure or temperature regulator for the compressor which is influenced by the control device;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungs- 10 form, bei welcher der Verflüssigungsdruck- oder -temperaturreg-ler in Abhängigkeit von der Aussentemperatur verstellbar ist; FIG. 3 shows an embodiment modified from FIG. 2, in which the condensing pressure or temperature regulator is adjustable as a function of the outside temperature;

Fig. 4 schematisch die Optimierung der Heizvorrichtung mittels Änderung des Volumenstroms des Heizmediums; 4 schematically shows the optimization of the heating device by changing the volume flow of the heating medium;

Fig. 5 im Diagramm die Leistungsziffer in Abhängigkeit von 15 der Aussentemperatur bei stufenloser Regelung der erfindungs-gemässen Heizvorrichtung im Vergleich zur Leistungsziffer der üblichen Heizvorrichtüng; 5 shows in the diagram the power figure as a function of 15 the outside temperature with stepless regulation of the heating device according to the invention in comparison with the power figure of the conventional heating device;

Fig. 6 eine Gegenüberstellung der Heizkosten einer bei konstanter Leistungsziffer arbeitenden bekannten Heizvorrichtung 20 und der bei optimierter Leistungsziffer arbeitenden erfindungs-gemässen Heizvorrichtung, und 6 shows a comparison of the heating costs of a known heating device 20 operating at a constant power figure and the heating device according to the invention working at an optimized power figure, and

Fig. 7 im Diagramm die Leistungsziffer sowie der Jahreswärmebedarf in Abhängigkeit von der Aussentemperatur bei stufiger Regelung. Fig. 7 in the diagram, the performance figure and the annual heat requirement depending on the outside temperature with step control.

Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich, weist die jeweils dargestellte Heizvorrichtung als Baubestandteile einen Verdampfer 1, einen Verdichter 2, einen Verflüssiger 3 sowie ein Expansionsventil 4 auf. Die einzelnen Wärmeträger sind der Primärenergieträger 5, ein Zwischenmedium 6 sowie das Heizmedium 7, das mittels eines Förderaggregates 8, beispielsweise einer Pumpe öder eines Ventilators, im Kreislauf vom Verflüssiger 3 über als Wärmetauscher 9 ausgebildete Verbraucher transportiert wird. Das Zwischenmedium 6 wird ebenfalls im Kreislauf mittels des Verdichters 2 vom Verdampfer 1 über den Verflüssiger 3 und das Expansionsventil-4 geleitet. As can be seen from FIGS. 1 to 4, the heating device shown in each case has as components an evaporator 1, a compressor 2, a condenser 3 and an expansion valve 4. The individual heat carriers are the primary energy carrier 5, an intermediate medium 6 and the heating medium 7, which is transported by means of a delivery unit 8, for example a pump or a fan, in a circuit from the condenser 3 via consumers designed as heat exchangers 9. The intermediate medium 6 is also conducted in the circuit by means of the compressor 2 from the evaporator 1 via the condenser 3 and the expansion valve 4.

Ein Regelgerät R vergleicht die von einem Temperaturfühler f2 mit Vorlaufstrang des Heizmediums 7 gemessene Vorlauf-Ist-Temperatur mit einer Vorlauf-Soll-Temperatur, die im Regelgerät R entsprechend der mittels einem Temperaturfühler fl gemessenen Aussentemperatur ermittelt bzw. vorgegeben wird. Bei Abweichung des Vorlauf-Ist-Temperaturwertes vom Sollwert über eine gewünschte Toleranz hinaus liefert das Regelgerät R ein Signal an den Verdichter 2 im Sinne dessen Ein- und Ausschaltens, so dass dadurch die Einschaltdauer des Verdichters 2 gesteuert und damit auch unmittelbar über die hierdurch dem Zwischenmedium 6 zusätzlich zugeführte Wärmeenergie die Vorlauftemperatur des Heizmediums 7 beeinflusst wird. A control unit R compares the actual flow temperature measured by a temperature sensor f2 with the flow line of the heating medium 7 with a desired flow temperature, which is determined or specified in the control unit R in accordance with the outside temperature measured by means of a temperature sensor fl. If the actual flow temperature value deviates from the desired value beyond a desired tolerance, the control device R sends a signal to the compressor 2 in the sense of switching it on and off, so that the duty cycle of the compressor 2 is thereby controlled and thus also directly via the resulting Intermediate medium 6 additionally supplied thermal energy, the flow temperature of the heating medium 7 is influenced.

Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen — jedoch lediglich dargestellt in Fig. 1 — wird im übrigen der Primärener- 50 gieträger5 durch*ein Förderaggregat 10, beispielsweise eine Pumpe oder einen Ventilator, dem Verdampfer 1 zugeleitet, In all of the described embodiments - but only shown in FIG. 1 - the primary energy carrier 5 is supplied to the evaporator 1 by * a delivery unit 10, for example a pump or a fan,

wobei dieses Föräeraggregat 10 in seiner Leistung verstellbar ausgestaltet und,"wie in Fig. 1 angedeutet, ebenfalls durch das Aijsgangssignal des Regelgerätes R derart beeinflusst werden kann, dass in Abhängigkeit von der Aussentemperatur der Volumenstrom dès jeweils dem Verdampfer 1 zugeführten Primärenergieträgers 5 geändert, d. h. bei sich absenkender Aussentemperatur gesteigert und bei ansteigender Aussentemperatur verringert wird. whereby this feed unit 10 is designed to be adjustable in its output and, "as indicated in FIG. 1, can also be influenced by the output signal of the control device R in such a way that, depending on the outside temperature, the volume flow of the primary energy source 5 supplied to the evaporator 1 is changed, ie increases as the outside temperature drops and decreases as the outside temperature increases.

Ein weiteresÄusgangssignal des Regelgerätes R kann bei Auftreten von vorgegebenen Aussentemperaturspitzenwerten eine Zusatzheizung Z stetig oder stufig beeinflussen. Hierbei ist es von Vorteil, diese Zusatzheizung Z innerhalb eines Speichers 11 vorzusehen, der den Zweck erfüllt, die Gesamtmenge, bei- 65 spielsweise Gesamtwassermenge, des Heizmediums 7 zu erhöhen, um dadurch beispielsweise beim Aufbringen der erforderlichen Hilfsenergie den billigeren Nachtstrom ausnutzen zu kön25 A further output signal from the control device R can influence an additional heating Z continuously or in stages if predetermined external temperature peak values occur. It is advantageous here to provide this additional heater Z within a store 11, which serves the purpose of increasing the total amount, for example total amount of water, of the heating medium 7, in order thereby to be able to utilize the cheaper night-time electricity, for example when applying the required auxiliary energy

30 30th

35 35

40 40

45 45

55 55

60 60

nen, die Einschalthäufigkeit des Verdichters 2 oder des Förderaggregates 10 verringern zu können und den Tagesenergiespit-zenverbrauch bzw. die zu den betreffenden Tageszeiten gegebenenfalls stattfindenden Abschaltungen vermeiden zu können. NEN, to be able to reduce the switch-on frequency of the compressor 2 or of the delivery unit 10 and to be able to avoid the daily energy peak consumption or the shutdowns which may occur at the relevant times of the day.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 wird die Einschaltdauer des Verdichters 2 durch einen Verflüssigungsdruckregler P] bestimmt, auf dessen stufenlos oder stufig einstellbaren Schaltpunkt das Regelgerät R einwirkt. Statt dessen kann mit Vorteil auch ein Verflüssigungstemperaturregler T1 zur Anwendung gelangen, der nicht nur billiger als ein Verflüssigungsdruckregler ist, sondern auch in seiner Ansprechgenauigkeit — wie erwünscht — eine grössere Bandbreite aufweist, so dass in Heizungsübergangsperioden das Einschalten des Verdichters 2 nicht allzu häufig erfolgt. Im übrigen kann bei einem solchen Verflüssigungstemperaturregler Tj die jeweilige Schwankungsbreite der Ansprechgenauigkeit einfacher als bei einem Verflüssigungsdruckregler vorgewählt werden, unabhängig davon, ob die Schwankungsbreite der Temperaturdifferenz, innerhalb der kein Ansprechen erfolgen soll, 6° oder 1°C betragen soll. Im übrigen kann aus Sicherheitsgründen einem derartigen Regelungssystem ein Druckwächter übergeordnet sein. In the embodiment according to FIG. 2, the duty cycle of the compressor 2 is determined by a condensing pressure regulator P], on the infinitely or steplessly adjustable switching point of which the control device R acts. Instead, a condensing temperature controller T1 can also be used with advantage, which is not only cheaper than a condensing pressure controller, but also - as desired - has a wider bandwidth in terms of its response accuracy, so that the compressor 2 is not switched on too often in heating transition periods. In addition, with such a condensing temperature controller Tj, the respective fluctuation range of the response accuracy can be preselected more easily than with a condensing pressure controller, regardless of whether the fluctuation range of the temperature difference within which no response should take place should be 6 ° or 1 ° C. For safety reasons, a pressure monitor can also be superordinate to such a control system.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist ebenfalls wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 eine Regelung über den Verflüssigungsdruck-bzw.-temperaturregier vorgesehen, In the embodiment according to FIG. 3, as with the embodiment according to FIG. 2, regulation via the condensing pressure or temperature regulator is provided,

jedoch wird hier die Veränderung des jeweils vorzusehenden Schaltpunktes des vorgesehenen Verflüssigungsdruckreglers P2 oder des vorgesehenen Verflüssigungstemperaturreglers T2 ohne Hilfskraft mittels eines in Abhängigkeit von der Aussentemperatur arbeitenden Dehnstoffühlers f3 bewirkt. However, here the change of the switching point to be provided for the intended condensing pressure regulator P2 or the intended condensing temperature regulator T2 is effected without an auxiliary force by means of an expansion substance sensor f3 which works as a function of the outside temperature.

Bei der Ausführungform gemäss Fig. 4 wird das Ausgangssignal des Regelgerätes R zur Veränderung des Volumenstroms des Heizmediums 7 verwendet. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Regelgerätes R mit dem regelbar ausgestalteten Förderaggregat 8 für das Heizmedium 7 oder, wie gestrichelt angedeutet, mit einem motorbetätigten Drosselventil MV für das Heizmedium 7 verbunden. 4, the output signal of the control device R is used to change the volume flow of the heating medium 7. For this purpose, the output of the control device R is connected to the controllably designed delivery unit 8 for the heating medium 7 or, as indicated by dashed lines, to a motor-operated throttle valve MV for the heating medium 7.

Aus dem Diagramm gemäss Fig. 5, bei dem die Leistungsziffer ^normal einer bekannten Heizvorrichtung sowie die Leistungsziffer 8opt. einer der beschriebenen Heizvorrichtungen gemäss Fig. 1 bis 4 in Abhängigkeit von der Aussentemperatur aufgetragen sind, ergibt sich deutlich, welches Ausmass an Optimierung erreicht werden kann und welcher wirtschaftliche Erfolg hiermit verbunden ist. Hierbei entspricht die zwischen der Kurve eopt. und der Kurve enormai senkrecht gestrichelte Fläche der durch die optimierte Heizvorrichtung zusätzlich aufgebrachten Heizenergie, wobei die Kurve eopt. einer stufenlosen oder stetigen Optimierung entspricht, die hier beispielsweise mit der Heizvorrichtung gemäss Fig. 1 oder 4 erreicht wird. 5, in which the performance figure ^ normal of a known heating device and the performance figure 8opt. 1 to 4 as a function of the outside temperature, it is clear what degree of optimization can be achieved and which economic success is associated with this. Here corresponds to the between the curve eopt. and the curve enormously vertically dashed area of the additional heating energy applied by the optimized heating device, the curve eopt. corresponds to a continuous or continuous optimization, which is achieved here, for example, with the heating device according to FIG. 1 or 4.

Anhand der Heizkostengegenüberstellung gemäss Fig. 6, bei der die Heizkosten einer mit e = konstant betriebenen bekannten Heizvorrichtung mit 100% angesetzt sind, ergibt sich weiterhin, dass mittels der durch das beschriebene Verfahren optimierten Heizvorrichtung23,75 % Heizkosten, bezogen auf die lang j ährigen Jahresmitteltemperaturen, eingespart werden können. Based on the comparison of heating costs according to FIG. 6, in which the heating costs of a known heating device operated with e = constant are set at 100%, it further emerges that by means of the heating device optimized by the described method 23.75% heating costs, based on the long years Annual mean temperatures can be saved.

Anhand von Fig. 7 ergibt sich weiterhin deutlich der Verlauf der optimierten Leistungsziffer in Abhängigkeit von der Aussentemperatur bei stufig arbeitenden Reglern. Diese Darstellung zeigt in besonderem Mass, dass sich gerade in demjenigen Bereich der Aussentemperaturen, die überwiegend in Mitteleuropa herrschen, eine besonders günstige Wirtschaftlichkeit aufgrund der jeweils optimierten Leistungsziffer in Verbindung mit der langen Laufzeit der einzelnen Bauteile der Heizvorrichtung ergibt. Das bedeutet, anders ausgedrückt, dass die im Bereich von —15 bis — 5° C Aussentemperatur auftretende niedrige Leistungsziffer nur etwa 3,2 % des Jahresheizungswärmebedarfs ausmacht, während, wie anhand der gestrichelten Jahreswärmebedarfskurve ersichtlich, die stufig optimierte Leistungsziffer sopt. With reference to FIG. 7, the course of the optimized power figure as a function of the outside temperature in the case of step-by-step controllers is also clearly shown. This illustration shows in particular that, particularly in the area of the outside temperatures that predominate in Central Europe, there is a particularly favorable economy due to the optimized performance figure in connection with the long running time of the individual components of the heating device. In other words, the low power figure in the range of -15 to -5 ° C outside temperature only accounts for about 3.2% of the annual heating requirement, while, as can be seen from the dashed annual heat demand curve, the step-optimized power figure sopt.

im grössten Bereich des Jahres Wärmebedarfs auftritt. Hieraus erklärt sich, dass aufgrund der Optimierung der Leistungsziffer bei Verwendung gleicher Grundgeräte ausserordentlich grosse Heizkosteneinsparungen erzielt werden können. Anhand der D arstellung von Fig. 7 kann auch gefolgert werden, dass mit dem beschriebenen Optimierungsverfahren aufgrund der erzielten höheren Leistungsziffern auch eine höhere Wärmeleistung der Heizvorrichtung erreicht wird, so dass diese in ihrer maximalen heat demand occurs in the largest area of the year. This explains that, thanks to the optimization of the performance figure when using the same basic units, extraordinarily large heating cost savings can be achieved. Based on the representation of FIG. 7, it can also be concluded that the described optimization method also achieves a higher thermal output of the heating device due to the higher performance figures achieved, so that the heating device is at its maximum

5 627 257 5 627 257

Bemessung kleiner dimensioniert und installiert werden kann als eine bekannte Heizvorrichtung, die nach dem gleichen Prinzip, jedoch ohne die beschriebene Optimierung arbeitet. Dimensioning can be dimensioned smaller and installed than a known heating device that works on the same principle, but without the optimization described.

5 Im übrigen ist es auch selbstverständlich möglich, sämtliche der beschriebenen Ausführungsformen — sei es nun Verfahren oder Vorrichtung — wahlweise einzeln oder insgesamt miteinander zu kombinieren. 5 Furthermore, it is of course also possible to combine all of the described embodiments - be it the method or the device - either individually or in total.

M M

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

627 257 PATENT CLAIMS

1.A method for automatically optimizing the operating point of a heating device, in particular a heat pump, in which the thermal energy of the heating medium flowing in the circuit through a consumer is predominantly extracted from a primary energy source of nature by supercooling in an evaporator by means of an intermediate medium flowing in the circuit which evaporates the heat of vaporization The intermediate medium is brought to a higher heat content by supplying auxiliary energy and then the increased thermal energy of the intermediate medium is transferred to the heating medium serving as a secondary energy source by liquefaction in a condenser, the flow temperature of the heating medium being changed as a function of the outside temperature by appropriate heat emission from the intermediate medium and the supply of auxiliary energy to the intermediate medium and / or the supply of primary energy is carried out continuously or in stages, characterized in that for controlling the auxiliary energy supply For the intermediate medium, the maximum permissible condensing pressure or the maximum permissible condensing temperature of the compressor is changed over the duty cycle of the compressor or the volume flow of the heating medium through the condenser is varied.

2. Device for performing the method according to claim 1, with a control device having an input for a sensor for measuring the actual flow temperature of the heating medium, an input for an outside temperature sensor for determining the desired flow temperature of the heating medium and an output for influencing the flow temperature of the heating medium according to the determined temperature difference, characterized in that for direct change of the flow temperature of the heating medium (7) according to the output signal of the control device (R), the output of which is connected to the compressor (2) via a condensing pressure controller (P !, P2) "or condensing temperature controller (Tj, T2).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the condensing pressure regulator (P !, P2) or condensing temperature regulator (Tj, T2) is designed with switching points which can be adjusted in stages.

4. The device according to claim 3, characterized in that the condensing pressure controller (P2) or condensing temperature controller (T2) can be changed in its switching points without auxiliary energy by means of a temperature sensor (f3) which operates as a function of the outside temperature.

5. The device according to claim 2, characterized in that the output of the control device (R) for changing the volume flow of the heating medium (7) through the condenser (3) with a motor-operated valve (MV) in the return line of the heating medium (7) is connected.

6. The device according to claim 2, characterized in that the output of the control device (R) for changing the volume flow of the heating medium (7) through the condenser (3) with a controllable feed pump (8) in the flow line of the heating medium (7) is connected.

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that a second output of the control device (R) for increasing the flow temperature of the heating medium (7) is connected in a predetermined outside temperature peak range with an additional heater (Z) which is a direct heater and / or a storage heater (11).