DE102004042972A1 - Thermal solar system regulating method, involves predicting solar output of solar system to optimize supply sequence of solar output during different consumptions, and determining best variant by technical parameter of heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
Mit dem sinkenden Wärmebedarf von Häusern, den steigenden Betriebskosten für konventionelle Heizungen sowie der neuen Energieeinsparverordnung werden auch in Deutschland die Randbedingungen für den Einsatz von Wärmepumpen zur Hausheizung immer besser. Viele Bauherren entscheiden sich jedoch nicht nur für eine Wärmepumpenheizung, sondern zusätzlich auch für eine thermische Solaranlage. Außer Umweltschutzgedanken und technischem Interesse hat das auch sehr praktische Gründe:
- • Die Warmwasserbereitung mittels Solaranlage ist mit höheren Temperaturen möglich (Legionellenbekämpfung und Komfort)
- • Der Wärmebedarf eines Hauses geht immer weiter zurück, so daß die Warmwasserbereitung einen immer höheren Anteil einnimmt. Diese Warmwasserbereitung erfolgt bei Wärmepumpenheizungen durch die höheren Temperaturanforderungen mit schlechteren Leistungszahlen als die Gebäudeheizung.
- • Große thermische Solaranlagen können zusätzlich dazu verwendet werden, solare Erträge direkt in die Heizung einzuspeisen bzw. der Wärmepumpe als Quelle zu dienen. Das bietet folgende Vorteile: – Überhitzungsschutz für den thermischen Kollektor – Speicherung von Solarwärme bei geeigneten Untergrundverhältnissen – Erhöhung der Quellentemperatur beim Wärmepumpenbetrieb, um durch die höhere Quellentemperatur die Leistungszahl sowie die thermische Abgabeleistung zu verbessern – Erdabsorber auf kleinen Grundstücken können wieder regeneriert werden, um einer zunehmenden Vereisung entgegenzuwirken
- • Hot water preparation by means of a solar system is possible with higher temperatures (combating legionella and comfort)
- • The heat requirement of a house goes back and forth, so that the hot water preparation occupies an ever higher proportion. This hot water preparation takes place in heat pump heating by the higher temperature requirements with poorer performance than the building heating.
- • Large solar thermal systems can also be used to feed solar energy directly into the heating system or as a source for the heat pump. This offers the following advantages: - Overheating protection for the thermal collector - Storage of solar heat in suitable substrate conditions - Increase the source temperature during heat pump operation to improve the coefficient of performance and thermal output through the higher source temperature - Earth absorber on small plots can be regenerated to a to counteract increasing icing
Der solare Ertrag von Sonnenkollektoren ist bei niedrigen Temperaturen im Kollektor wesentlich höher. Dadurch ist es möglich, Kollektoren mit sehr hohen Erträgen zu betreiben (z.B. bei 10°C Kollektortemperatur) und diese Erträge der Wärmepumpe als günstige Energiequelle zuzuführen.Of the Solar yield of solar panels is at low temperatures much higher in the collector. This makes it possible Collectors with very high yields to operate (e.g., at 10 ° C Collector temperature) and these yields of the heat pump as a cheap source of energy supply.
Wärmepumpen und Solaranlagen passen deshalb sehr gut zusammen.Heat pumps and solar systems therefore fit together very well.
Für diese
Kombination sind jedoch keine geeigneten Regelungen erhältlich. Üblicherweise
wird folgendermaßen
verfahren:
Die Regelungen für
Heizung und Solaranlage funktionieren unabhängig voneinander:
Temperaturdifferenzregelungen
schalten die Solarumwälzpumpe
an, wenn im Kollektor höhere
Temperaturen als im betrachteten Verbraucher erzielt werden. Hierbei
werden Prioritäten
voreingestellt, welcher Verbraucher vorrangig bedient werden soll.For this combination, however, no suitable regulations are available. The usual procedure is as follows:
The regulations for heating and solar system work independently of each other:
Temperature difference controls switch on the solar circulation pump when higher temperatures are achieved in the collector than in the considered consumer. Here, priorities are preset, which consumer should be served as a priority.
Wenn die Temperatur für den ersten Verbraucher, z.B. die Warmwasserbereitung, nicht ausreicht, wird ein anderer Verbraucher bedient, z.B. die Heizung, ein Schwimmbad oder der Erdabsorber. Prinzipiell wird nicht entschieden, welche Reihenfolge energetisch sinnvoller ist. Aber damit verschenkt man wesentliche Energieeinsparpotentiale.If the temperature for the first consumer, e.g. the hot water, not enough, if another consumer is being served, e.g. the heating, a swimming pool or the earth absorber. In principle, it is not decided which Order is energetically more meaningful. But you give it away significant energy savings potential.
Häufig ermitteln die Regelungen zudem durch Probebetrieb, inwieweit momentan höhere Temperaturen erreichbar sind.Frequently determine the regulations also by trial operation, to what extent currently higher temperatures are reachable.
Patent
Außerdem wird die Einstrahlung als Rechengröße verwendet, so dass ein entsprechender Fühler notwendig ist. Die Kollektordaten (Kennlinie) müssen bekannt sein und können von der Regelung nicht bestimmt werden.In addition, will the irradiation is used as an arithmetic variable, so that a corresponding sensor necessary is. The collector data (characteristic) must be known and can be from the scheme can not be determined.
Das erfundene Regelungsprinzip zieht aus Kollektortemperatur und Wärmemenge Schlußfolgerungen auf die Wärmemenge bei anderen Temperaturen. Damit kann prognostisch festgestellt werden, ob die angestrebten höheren Temperaturen überhaupt realisierbar sind. Damit entfällt der sonst übliche Probebetrieb. Außerdem kann so die optimale Reihenfolge zur Nutzung der Solarenergie festgestellt werden.The invented control principle draws from collector temperature and heat quantity Conclusions on the amount of heat at other temperatures. This can be determined by prognosis, whether the aspired higher ones Temperatures at all are feasible. This is eliminated the usual one Trial run. Furthermore can thus determine the optimal order for the use of solar energy become.
Es konnte gezeigt werden, dass durch die optimierte Regelung die Kombination Wärmepumpe/ Solaranlage energetisch günstiger betrieben werden kann und damit der Stromeinsatz sinkt.It could be shown that through the optimized scheme the combination Heat pump / solar system energetically cheaper can be operated and thus the power consumption decreases.
Die effiziente Kombination von Solaranlagen und Wärmepumpen verbessert nicht nur den Wirkungsgrad der einzelnen Anlagen, sondern gleichzeitig erhöht sich auch die Akzeptanz der Bauherren durch noch geringere Betriebskosten. Der Anteil von Strom als Hilfsenergie sinkt und die Umwelt wird so entlastet.The efficient combination of solar systems and heat pumps does not improve only the efficiency of each plant, but at the same time elevated also the acceptance of the builders by even lower operating costs. The share of electricity as auxiliary energy decreases and the environment becomes so relieved.
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
Durch die fest in der Regelung eingetragenen oder messtechnisch vom Regler selbst ermittelten Parameter der Wirkungsgradkennlinie des Kollektors und der Leistungsdaten der Wärmepumpe kann durch Messung von Temperaturen und Wärmemenge prognostiziert werden, welche Wärmemengen bei anderen Temperaturen erzielt werden können.By permanently registered in the control or metrologically determined by the controller itself parameters of the efficiency characteristic of the collector and the performance of the heat pump can be predicted by measuring temperatures and heat amount, which heat conditions at other temperatures can be achieved.
Das
messtechnische Herangehen zur Ermittlung der Wirkungsgradkennlinie
ist dabei folgendes:
Die solar erzeugte Wärmemenge QS bei der Kollektortemperatur
TK und der Außentemperatur
TA werden in einer Startfunktion gemessen.
- k, k2
- übliche Kollektorkonstanten
The solar generated heat quantity QS at the collector temperature TK and the outside temperature TA are measured in a start function.
- k, k2
- usual collector constants
Da die solare Einstrahlung wechseln kann und keine Meßgröße sein soll, muß die Bestimmung der Startparameter in einem relativ kleinen Zeitfenster erfolgen, damit die solare Einstrahlung als konstant angenommen werden kann. Aus diesem Grund wird für die Startfunktion auch TA als konstant angenommen. Dieser Sachverhalt wird von der Regelung bzw. vom Anwender geprüft.There the solar irradiation can change and be no measurable variable should, must Determination of the start parameters in a relatively small time window done so that the solar radiation is assumed to be constant can be. For this reason, for the start function also TA assumed to be constant. This situation is governed by the scheme or checked by the user.
Es sind mindestens 3 Wertegruppen erforderlich, um die beiden Koeffizienten k und k2 zu bestimmen.It At least 3 value groups are required to calculate the two coefficients k and k2 determine.
Bekannte Koeffizienten der Wirkungsgradfunktion können bei dieser Regelung auch gleich per Hand eingegeben werden.Known Coefficients of efficiency can also be used in this scheme be entered immediately by hand.
Diese
Startwerte dienen der Bestimmung der Kurve für das prognostische Verhalten.
- TK1
- derzeitige Temperatur im Kollektor
- TK2
- angestrebte Temperatur im Kollektor
- TK1
- current temperature in the collector
- TK2
- desired temperature in the collector
Entsprechend der bilanzierten Wärmemenge wird danach entschieden, ob es sinnvoller ist, die Solarwärme direkt in die Heizung bzw. Warmwasserbereitung einzuspeisen oder bei der Wärmepumpe durch eine höhere Quellentemperatur die Leistungszahl zu verbessern.Corresponding the amount of heat accounted for After that decided whether it makes more sense, the solar heat directly to feed into the heating or water heating or at the Heat pump through a higher one Source temperature to improve the coefficient of performance.
Hierbei müssen auch die technischen Parameter der Wärmepumpe betrachtet werden. Auch hier kann der Anwender sich entscheiden, die Abhängigkeit von Quellen- und Heizwassertemperatur, thermischer Abgabeleistung und Stromverbrauch in einer Startfunktion selbst messtechnisch zu erfassen oder aber bekannte technische Daten manuell über die Tastatur einzugeben.in this connection have to also consider the technical parameters of the heat pump. Again, the user can decide the dependence of source and heating water temperature, thermal output and power consumption in a startup function itself metrologically too capture or manually known technical data on the Keyboard input.
In mehreren Rechengängen wird der Stromverbrauch des Gesamtsystems bei den verschiedenen möglichen Einspeisereihenfolgen ermittelt. Anschließend wird die Variante mit dem geringsten Stromverbrauch ausgewählt und die Priorität hierfür eingestellt.In several calculations is the power consumption of the entire system at the various potential Feed orders determined. Subsequently, the variant with selected the lowest power consumption and set the priority for this.
Durch die Möglichkeit der messtechnischen Ermittlung der Startparameter ist die Regelung unabhängig vom Typ des Kollektors und der Wärmepumpe.By the possibility the metrological determination of the starting parameters is the regulation independently the type of collector and heat pump.
Erschwerend kommt bei Wärmepumpenheizungen hinzu, daß sie meist mit Sondertarifen der Energieversorger betrieben werden, die Sperrzeiten enthalten, die natürlich im Regelverhalten anders berücksichtigt werden müssen. Während der Sperrzeit ist es nur sinnvoll, die solaren Erträge zur Quellenerhöhung zu verwenden, wenn die anderen Verbraucher bereits bedient worden sind.aggravating comes with heat pump heaters to add that Most are operated with special tariffs of the energy suppliers who Locking periods included, of course considered differently in the control behavior Need to become. While In the blocking period, it only makes sense to increase the solar yields to increase the source use if the other consumers have already been served.
Da die Quellentemperaturerhöhung nicht immer sinnvoll ist (z.B. Austrockung des Erdreichs im Sommer bei zu hohen Bodentemperaturen) können hierfür noch zusätzliche Randbedingungen festgelegt werden.There the source temperature increase not always meaningful (for example, drying out of the soil in the summer if the floor temperatures are too high), additional constraints can be set for this become.
Wie bei anderen Solarregelungen ist es auch weiterhin möglich, Prioritäten manuell einzustellen, um bei anderen Randbedingungen (z.B. kein Warmwasserbedarf während des Urlaubs) das System energetisch günstig betreiben zu können.As with other solar regulations, it is still possible to set priorities manually in other conditions (e.g., no hot water demand while vacation) to operate the system energetically favorable.
Der Formalismus der Optimierung der Reihenfolge ist prinzipiell auch bei anderen Heizsystemen als der Wärmepumpe verwendbar. Er kann auch nur dazu verwendet werden, Warmwasserbereitung und Heizung solarertragsoptimiert zu betreiben.Of the Formalism of order optimization is in principle also usable in heating systems other than the heat pump. He can Also only be used for hot water and heating operate optimally solar yield.
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DE (1) | DE102004042972A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021111197B3 (en) | 2021-04-30 | 2022-05-05 | Viessmann Climate Solutions Se | Process for operating a thermotechnical system |
-
2004
- 2004-09-06 DE DE102004042972A patent/DE102004042972A1/en not_active Withdrawn
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DE102021111197B3 (en) | 2021-04-30 | 2022-05-05 | Viessmann Climate Solutions Se | Process for operating a thermotechnical system |
EP4083520A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-11-02 | Viessmann Climate Solutions SE | Method for operating a thermal engineering system |
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