DE102009017423A1

DE102009017423A1 - Wasserhydraulik

Info

Publication number: DE102009017423A1
Application number: DE102009017423A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Ott; Martin Herrs; Albert Riemenschneider
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: DE102009017423B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers (1) wird eine CO-Wärmepumpe zur Erwärmung des Brauchwassers benutzt. Mit einer ersten Umwälzpumpe (12), wird bei der Warmwasserbereitung oder Raumheizung ein Fluid durch einen Primärkreis (10) gefördert. In diesem ist ein erster Wärmetauscher (11) und zweiter Wärmetauscher (21) angeordnet. Mit einer zweiten Umwälzpumpe (22) wird Wasser durch einen Sekundärkreis (20) gefördert, der mit dem zweiten Wärmetauscher (21) und dem Warmwasserschichtspeicher (1) verbunden ist. Die zweite Pumpe (22) ist abhängig von einem zweiten Parameter Pbetrieben. Der Volumenstrom $I1 durch den Sekundärkreis (20) ist von diesem zweiten Parameter Pabhängig und der zweite Parameter Pist vom Betriebspunkt der CO-Wärmepumpe (2) abhängig. Ebenfalls ist ein Heizkreis für die Raumheizung an den Primärkreis angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers mit einer Wärmepumpe.
Warmwasserschichtspeicher werden vorzugsweise mit Wasser einer gewünschten Temperatur von oben nach unten beladen. Das warme Wasser verdrängt bei der Beladung das kalte Wasser nach unten. Dort strömt das kalte Wasser zu einem Wärmetauscher aus, wo es auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird und oben wieder in den Speicher einströmt. Der Wärmetauscher ist üblicherweise mit einem Wärmeerzeuger wie einem Heizgerät oder einer anderen Wärmequelle verbunden. Mittels einer Umwälzpumpe wird das aus dem Speicher ausströmende Wasser durch den Wärmetauscher gepumpt. Mittels einer Steuereinrichtung wird die Umwälzpumpe dann in Betrieb genommen, wenn eine Beladung des Warmwasserschichtspeichers erfolgt.
Aus EP 1 950 499 A2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Solaranlage bekannt, bei der die zu erwärmende Flüssigkeit mittels einer Pumpe in einen Kreislauf zwischen einer Speichervorrichtung und mindestens einem Kollektor befördert wird, mit dem über eine Messung der Temperaturdifferenz und eine Anpassung eines vordefinierten anlagenspezifischen Startwertes ein zuverlässiger Pumpenstart und Betrieb der Solaranlage in der Anfangsphase sichergestellt wird.
Bei einer Heizeinrichtung gemäß DE 102 47 736 A1 mit einer Wärmequelle, einem Warmwasserspeicher, einem Speicherladekreislauf und einem Zirkulationskreislauf wird lediglich eine Pumpe benötigt. Hierzu verfügt der Speicherladekreislauf und der Zirkulationskreislauf über eine gemeinsame Leitungsstrecke, in der sich die Pumpe befindet. Die Durchströmung des jeweils nicht aktiven Kreislaufs wird durch Rückschlagventile oder ein Umschaltventil verhindert.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers zur Verfügung zu stellen, bei dem die Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf das Warmwasser und die Energienutzung des Wärmeerzeugers verbessert ist.
Erfindungsgemäß ist dies durch Anspruch 1 oder Anspruch 6 gelöst.
Zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers mit einer Wärmepumpe wird mit einer ersten Umwälzpumpe ein Fluid durch einen Primärkreis gefördert. Im Primärkreis befindet sich ein erster und ein zweiter Wärmetauscher. Mit einer zweiten Umwälzpumpe wird Wasser durch einen Sekundärkreis gefördert, insbesondere wenn das Wasser im Warmwasserschichtspeicher erwärmt werden soll. Der Sekundärkreis ist mit dem zweiten Wärmetauscher und dem Warmwasserschichtspeicher verbunden. In einem Verfahrensschritt wird die zweite Pumpe abhängig von einem zweiten Parameter P_sec betrieben. Der Volumenstrom (V ._sec) durch den Sekundärkreis hängt somit von diesem zweiten Parameter (P_sec) ab. Der zweite Parameter P_sec ist dabei abhängig vom Betriebspunkt der Wärmepumpe und von wenigstens einem weiteren Einflussfaktor. Insbesondere ist die Heizleistung der Wärmepumpe abhängig von der Aussentemperatur, der Luftfeuchte soweit es sich um eine Luft-Wasser-Wärmepumpe handelt. Ist die Wärmequelle eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder ein anderes Wärmeträgermedium, so hängt die Leistung insbesondere von der Temperatur und der Wärmekapazität dieses Mediums ab. Weiterhin ist die Leistung der CO₂-Wärmepumpe von der Verdichterleistung und/oder von Sollwerten abhängig, die insbesondere der Bediener eingibt. Weitere Einflussfaktoren sind somit u. a. die Solltemperatur des Brauchwassers oder die Raumsolltemperatur für die Räume eines Heizkreises. Abhängig von den genannten Einflussfaktoren liefert die Wärmepumpe eine entsprechende Heizleistung. Daher ist die Heizleistung der Wärmepumpe unter anderem ein Einflussfaktor auf den Betriebspunkt. Diese ist allerdings auch durch die Außentemperatur vorgegeben, so dass der Parameter P_sec zumindest indirekt von der Aussentemperatur abhängt. Letztlich ist die Aussentemperatur ein Maß für die Heizleistung, so dass anstelle der Heizleistung die Aussentemperatur ein äquivalentes Maß für die Heizleistung ist bei bekannten Leistungs- und Kenndaten der Wärmepumpe.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher der Verfahrensschritt vorgesehen, dass der Betriebspunkt von wenigstens einem der folgenden Parameter, wie der Heizleistung Q ., der Außentemperatur t_amb, dem Hochdruck oder dem Niederdruck des Kältemittels der Wärmepumpe abhängt.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung hängt der Parameter P_sec von der Differenz aus der Speichersolltemperatur t_Sp,soll und der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R ab.
In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Parameter P_sec mit einem zweiten Korrekturfaktor K₂ berechnet, der zweite Korrekturfaktor K₂ ergibt sich dabei aus der Differenz der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V und der Speichersolltemperatur t_Sp,soll wodurch der Volumenstrom V ._sec des Wassers durch den Sekundärkreis verkleinert wird, wenn die Speichervorlauftemperatur t_Sp,V kleiner als die Speichersolltemperatur t_Sp,soll ist, und der Volumenstrom V ._sec des Wassers durch den Sekundärkreis vergrößert wird, wenn die Speichervorlauftemperatur t_Sp,V größer als die Speichersolltemperatur t_Sp,soll ist.
In einem Ausführungsbeispiel wird mit einem ersten Parameter P_pri die erste Umwälzpumpe angesteuert, wobei der erste Parameter P_pri vom zweiten Parameter P_sec abhängig ist.
Gemäß einem Gedanken wird der erste Parameter P_pri und somit der Volumenstrom V ._pri des Fluids durch den Primärkreis von einem ersten Korrekturfaktor K₁ beeinflusst, der von den Temperaturdifferenzen am zweiten Wärmetauscher abhängt.
Dass der erste Parameter P_pri aus der Heizleistung Q . der CO₂ Wärmepumpe und der Differenz aus der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_wp,V und der Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll des Fluids berechnet ist, und der Volumenstrom V ._pri der ersten Umwälzpumpe von diesem ersten Parameter P_pri abhängig ist, wobei dieser erste Parameter P_pri weiterhin von einem ersten Korrekturfaktor K₁ und/oder dem zweiten Korrekturfaktor K₂ beeinflusst ist, entspricht einem weiteren Gedanken der Erfindung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ergibt sich der erste Korrekturfaktor K₁ aus der Differenz des Temperaturunterschiedes zwischen der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V des Fluids und der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V sowie der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R des Fluids und der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R.
Gemäß einem Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers mit einer Wärmepumpe wird mit einer ersten Umwälzpumpe, bei der Warmwassererzeugung ein Fluid durch einen Primärkreises gefördert. In diesem befindet sich ein erster und zweiter Wärmetauscher. Mit einer zweiten Umwälzpumpe wird im Betrieb Wasser durch einen Sekundärkreis gefördert, der mit dem zweiten Wärmetauscher und dem Warmwasserschichtspeicher verbunden ist. Dabei ist die erste Pumpe abhängig von dem ersten Parameter P_pri betrieben, wodurch der Volumenstrom V ._pri durch den Primärkreis vom ersten Parameter P_pri, und der erste Parameter P_pri vom Betriebspunkt der Wärmepumpe abhängt.
Der Betriebspunkt der Wärmepumpe ist bevorzugt von der Heizleistung Q ., der Außentemperatur t_amb dem Hochdruck und/oder dem Niederdruck des Kältemittels abhängig.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Parameter P_pri abhängig von der Differenz aus der Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der erste Parameter P_pri mit einem dritten Korrekturfaktor K₃ berechnet, wobei sich der dritte Korrekturfaktor K₃ aus der Differenz der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V und der Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll ergibt. Dadurch ist der Volumenstrom V ._pri des Fluids durch den Primärkreis verkleinert, wenn die Wärmepumpenvorlauftemperatur kleiner als die Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll ist, oder der Volumenstrom V ._pri des Fluids ist durch den Primärkreis vergrößert, wenn die Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V größer ist als die Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll.
Neben dem ersten Parameter P_pri mit dem die erste Umwälzpumpe angesteuert wird, ist es vorteilhaft, dass dabei der zweite Parameter P_sec abhängig vom ersten Parameter P_pri ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Parameter P_sec und somit der Volumenstrom V ._sec des Wassers durch den Sekundärkreis von einem vierten Korrekturfaktor (K₄) beeinflusst. Der vierte Korrekturfaktor ist abhängig von den Temperaturdifferenzen am zweiten Wärmetauscher.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der zweite Parameter P_sec aus der Heizleistung Q . der Wärmepumpe und der Differenz aus der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V und der Speichersolltemperatur t_Sp,soll des Wassers berechnet. Der Volumenstrom V ._sec der zweiten Umwälzpumpe ist dabei von diesem zweiten Parameter P_sec abhängig, wobei dieser zweite Parameter P_sec weiterhin von einem vierten Korrekturfaktor K₄ und/oder dem dritten Korrekturfaktor K₃ beeinflusst ist.
Dass sich der vierte Korrekturfaktor K₄ aus der Differenz des Temperaturunterschiedes zwischen der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V des Fluids und der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V sowie der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R des Fluids und der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R ergibt, entspricht einem weiteren Gedanken der Erfindung.
In einem Ausführungsbeispiel einer Wärmepumpe mit CO2 als Kältemittel ist ein Regelungsverfahren verwendet, bei dem Hochdruck und Überhitzung insbesondere gleichzeitig geregelt werden. Mittels eines elektronischen Expansionsventils wird der optimale Hochdruck eingestellt, während die Überhitzung in einem festgelegten Band pendelt. Der optimale Hochdruck ist der Druck, bei dem die maximale Leistungszahl (COP) erreicht wird (dCOP/dp = 0). Um einen hohen COP zu erreichen, ist es notwendig, die Gaskühleraustrittstemperatur in der CO₂-Wärmepumpe auf einen minimalen Wert abzusenken, was mit der hier gezeigten Wasserhydraulik erreicht wird.
Zur weiteren Verbesserung des COPs wird ein optimierter Wasserkreislauf mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis eingesetzt. Im Primärkreis ist die erste Umwälzpumpe und im Sekundärkreis ist die zweite Umwälzpumpe angeordnet. Ein Wärmetauscher verbindet den Sekundärkreis wärmetechnisch mit dem Primärkreis. Insbesondere weist der Wärmetauscher eine hohe wärmeübertragende Fläche in einem kleinen Raum auf und/oder ist als Plattenwärmeübertrager ausgeführt. Somit wird im Brauchwassererwärmungsmodus sowohl eine optimale Wärmeabgabe im Gaskühler der Wärmepumpe als auch der Betrieb eines Warmwasserschichtspeichers ermöglicht. Mit einer dritten geregelten Pumpe wird während des Raumheizungsmodus der optimale Volumenstrom eingestellt.
Anhand der folgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert:
1: Aufbau der Wasserhydraulik,
2: Verfahrensschema für Priorität zweite Pumpe,
3: Verfahrensschema für Priorität zweite Pumpe und Ansteuerung erste Pumpe,
4: Verfahrensschema für Priorität erste Pumpe,
5: Verfahrensschema für Priorität erste Pumpe und Ansteuerung zweite Pumpe.
Gemäß 1 ist als Ausführungsbeispiel einer Heizungsanlage eine Wärmepumpe 2 als Wärmeerzeuger vorgesehen. Mit der Wärmepumpe 2 ist ein Primärkreis 10 und ein Raumheizungskreis 30 verbunden. In der Wärmepumpe 2 befindet sich ein erster Wärmetauscher 11, der mit dem Primärkreis 10 verbunden ist und Wärme auf ein Fluid, welches im Primärkreis 10 strömt, überträgt. Der Primärkreis 10 weist weiterhin einen zweiten Wärmetauscher 21 und eine erste Umwälzpumpe 12 auf. Im Ausführungsbeispiel ist in einer Vorlaufleitung 15 ein Temperaturfühler 13 zur Erfassung der Vorlauftemperatur des aus der Wärmepumpe 2 strömenden erwärmten Fluids. Im Aussenbereich des zweiten Wärmetauschers 21 ist ein Temperaturfühler 14 in einer Rücklaufleitung 16 zur Erfassung des aus dem zweiten Wärmetauscher 21 austretenden abgekühlten Fluids.
Mit dem ersten Wärmetauscher 11 der Wärmepumpe 2 ist weiterhin der Raumheizungskreis 30 verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Raumheizungskreis 30 an die Vorlaufleitung 15 und die Rücklaufleitung 16 angebunden. Der Raumheizungskreis 30 weist eine dritte Umwälzpumpe 31 auf, mit der das Fluid zu einer Wärmesenke, insbesondere einer Heizungseinrichtung 32 eines Gebäudes geführt wird. Je nachdem, ob die erste Umwälzpumpe 12 und/oder die dritte Umwälzpumpe 31 in Betrieb ist, wird das Fluid entweder zum zweiten Wärmetauscher 21 oder zur Heizungseinrichtung 32 gepumpt. Vorzugsweise ist entweder die erste Umwälzpumpe 12 oder die dritte Umwälzpumpe 31 in Betrieb. Insbesondere in einem Modus zur Warmwasserbereitung ist es vorteilhaft, wenn dann die erste Umwälzpumpe 12 und die zweite Umwälzpumpe 22 in Betrieb ist, da im Warmwasserbetrieb üblicherweise höhere Temperaturen gewünscht sind als im Vorlauf in einem Modus Heizungsbetrieb. Anstelle der ersten Umwälzpumpe 12 und der dritten Umwälzpumpe 31 kann auch ein entsprechendes Umschaltventil verwendet werden. Dann ist es vorteilhaft, eine Umwälzpumpe im Bereich des Wärmetauschers 11 vor der Abzweigung des Raumheizungskreises 30 von der Vorlaufleitung 15 anzuordnen. Das Umschaltventil ist an der Abzweigung des Raumheizungskreises 30 von der Vorlaufleitung 15 oder an der Rückführung des Raumheizungskreises 30 an die Rücklaufleitung 16 anzuordnen Je nachdem, ob das Fluid durch den zweiten Wärmetauscher 21 oder durch den Raumheizungskreis 30 gepumpt werden soll, wird ein Umschaltventil gesteuert. Anstelle eines Dreiwegeventils können auch nur einzelne Ventile verwendet werden, von denen eines im Primärkreis 10 und eines im Raumheizungskreislauf 30 ist. Ein Rückschlagventil 17 verhindert, dass eine Zirkulation im zweiten Wärmetauscher 21 erfolgt, insbesondere wenn die erste Umwälzpumpe 12 ausgeschaltet ist. Hiermit wird vermieden, dass durch Konvektion im zweiten Wärmetauscher 21 eine Entladung eines Warmwasserschichtspeichers 1 erfolgt. Ebenso ist ein Rückschlagventil 33 im Raumheizungskreis 30 angeordnet. Mit dem Temperaturfühler 13 wird die Vorlauftemperatur des von der Wärmepumpe kommenden Fluids t_Wp,V, und mit dem Temperaturfühler 14 die Rücklauftemperatur t_Wp,R des aus dem zweiten Wärmetauscher 21 austretenden Fluids gemessen.
Mit dem zweiten Wärmetauscher 21 ist weiterhin ein Sekundärkreis 20 verbunden, in dem die zweite Umwälzpumpe 22 zur Umwälzung von Brauchwasser angeordnet ist. Das Brauchwasser strömt über eine Leitung 27 zum zweiten Wärmetauscher 21. Im Sekundärkreis 20 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein Temperaturfühler 24 angeordnet, der die Brauchwassertemperatur t_Sp,R des aus dem Warmwasserschichtspeicher 1 ausfließenden kalten Brauchwassers erfasst. Vorzugsweise in der Nähe des zweiten Wärmetauschers 21 wird auch die Vorlauftemperatur t_Sp,V des in dem Warmwasserschichtspeicher 1 fließenden warmen Wassers mit einem in einer Leitung 28 angeordneten Temperaturfühler 23 gemessen. Der Warmwasserschichtspeicher 1 weist weiterhin einen Kaltwasserzulauf 25 und einen Warmwasserablauf 26 auf. Ein Rückschlagventil 29 verhindert, dass eine Zirkulation im zweiten Wärmetauscher 21 erfolgt, insbesondere wenn die zweite Umwälzpumpe 22 ausgeschaltet ist. Hiermit wird vermieden, dass durch Konvektion im zweiten Wärmetauscher 21 eine Entladung eines Warmwasserschichtspeichers 1 erfolgt.
Während des Raumheizungsbetriebs wird die dritte Umwälzpumpe 31 genutzt, um einen für die Wärmeabgabe im als Gaskühler ausgeführten ersten Wärmetauscher 11 und für die Raumheizung optimalen Volumenstrom einzustellen.
Wird die CO₂-Wärmepumpe 2 in einem Ausführungsbeispiel im Brauchwasserbereitungsmodus betrieben, ermöglicht die erste volumenstromgeregelte Pumpe 12 und die zweite volumenstromgeregelte Pumpe 22 und insbesondere der als Plattenwärmeübertrager ausgestaltete zweite Wärmetauscher 21 sowohl die optimale Wärmeabgabe im ersten Wärmetauscher 11 der Wärmepumpe als auch eine Schichtladung des Warmwasserschichtspeichers 1. Der externe Wärmetauscher 11 gewährleistet niedrige Gaskühleraustrittstemperaturen, solange der Warmwasserschichtspeicher 1 kaltes Wasser enthält, sowie eine einfache Adaptierbarkeit an unterschiedliche Warmwasserschichtspeicher 1. Mit dem Verfahren zur Ladungssteuerung des Warmwasserschichtspeichers 1 werden die Wasservolumenströme im Primärkreis 10 zwischen der CO₂-Wärmepumpe und dem zweiten Wärmetauscher 21, und im Sekundärkreis 20 zwischen dem Wärmetauscher 21 und dem Warmwasserschichtspeicher 1 so geregelt, dass eine optimale Wärmeabgabe im Gaskühler (erster Wärmetauscher 11) der CO₂-Wärmepumpe 2 stattfindet und insbesondere das Wasser des Warmwasserschichtspeicher 1 in einem Durchlauf auf die gewünschte Speichertemperatur erwärmt wird.
Im ersten Schritt wird gemäß 2 aus der Heizleistung Q . der Wärmepumpe sowie der gewünschten Speichertemperatur t_Sp,V und der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R der Sollvolumenstrom V ._soll errechnet.
Der Volumenstrom V ._sec,soll ist insbesondere mittels eines PID-Reglers korrigiert, der dafür sorgt, dass die Speichervorlauftemperatur t_Sp,V der gewünschten Speichertemperatur t_Sp,soll entspricht. Mittels eines Korrekturfaktors K₂, der sich aus der Speichersolltemperatur t_Sp,soll und der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V errechnet, wird V ._sec,soll korrigiert. Der so korrigierte Wert V ._sec,soll,K2 wird dann über eine Volumenstrom-Pumpenleistungskennlinie in ein Pumpensteuersignal für die zweite Umwälzpumpe P_sec – auch Sekundärkreispumpe genannt – umgewandelt, so dass sich der Volumenstrom V ._sec im Sekundärkreis 20 ergibt.
Der Volumenstrom V ._pri,soll des Primärkreises 10 wird mit einem PID-Regler so eingestellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V und der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V sowie zwischen der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R gleich groß ist. tWp,V – tSp,V = tWp,R – tSp,R
Abhängig von dieser Bedingung wird ein Korrekturfaktor K₁ ermittelt. Mittels des Korrekturfaktors K₁ wird der Volumenstrom V ._pri,soll korrigiert, woraus sich V ._pri,soll,K1 ergibt. Auch V ._pri,soll,K1 wird über eine Kennlinie in ein Pumpensteuersignal umgesetzt und es ergibt sich der Volumenstrom V ._pri im Primärkreis.
Gemäß 3 wird ein Sollvolumenstrom V ._sec,soll für den Sekundärkreis 20 wie folgt berechnet:
Dieser Volumenstrom V ._sec,soll wird mit dem Korrekturfaktor K₂ korrigiert, wie es bereits zu 2 beschrieben ist.
Bezüglich des primären Volumenstromes erfolgt zunächst eine Berechnung von V ._pri,soll wie folgt:
Der Wert V ._pri,soll wird in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens mit dem Korrekturfaktor K₁ korrigiert. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel, wird der Wert mit dem Korrekturfaktor K₁ und dem Korrekturfaktor K₂ korrigiert und daraus der Wert V ._pri,soll,K ermittelt und über eine Kennlinie in ein Pumpensteuersignal umgesetzt und es ergibt sich der Volumenstrom V ._pri im Primärkreis auf.
Gemäß 4 erfolgt zunächst eine Ermittlung des primären Volumenstromes V ._pri von dem abhängig der sekundäre Volumenstrom V ._sec, eingestellt wird:
Mittels eines Korrekturfaktors K₃, der sich aus der Wärmepumpensolltemperatur t_Sp,soll und der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V errechnet, wird V ._pri,soll korrigiert. Der so korrigierte Wert V ._pri,soll,K3 wird dann über eine Volumenstrom-Pumpenleistungskennlinie in ein Pumpensteuersignal für die erste Umwälzpumpe 12 – auch Primärkreispumpe genannt – umgewandelt, so dass sich der Volumenstrom V ._pri im Primärkreis 20 ergibt.
Der Volumenstrom V ._sec,soll des Sekundärkreises 20 wird mit einem PID-Regler so eingestellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V und der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Sp,V sowie zwischen der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R gleich groß ist. tWp,V – tSp,V = tWp,R – tSp,R
Abhängig von dieser Bedingung wird ein Korrekturfaktor K₄ ermittelt. Mittels des Korrekturfaktors K₄ wird der Volumenstrom V ._pri,soll korrigiert, woraus sich V ._sec,soll,K4 ergibt. Auch V ._sec,soll,K4 wird über eine Kennlinie in ein Pumpensteuersignal umgesetzt und es ergibt sich der Volumenstrom V ._sec im Primärkreis 10.
Gemäß 5 erfolgt eine Berechnung des primären Volumenstromes V ._pri wie in 4 beschrieben. Allerdings wird der sekundäre Sollvolumenstrom V ._sec,soll nicht direkt aus dem primären Sollvolumenstrom V ._pri,soll ermittelt, es wird vielmehr zunächst eine Ermittlung von V ._sec,soll wie folgt durchgeführt:
Dieser Wert V ._sec,soll wird dann mit dem Korrekturfaktor K₄ und/oder dem Korrekturfaktor K₃ korrigiert, wodurch das Signal V ._sec,soll,K generiert und über eine Kennlinie in ein Pumpensteuersignal umgesetzt wird, und es ergibt sich der Volumenstrom V ._sec im Primärkreis 10.
Bei einem vorteilhaften Verfahren, analog zum Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers, zur Regelung der Raumheizung (32) mit einer Wärmepumpe (2), insbesondere CO₂-Wärmepumpe, wird mit einer ersten Umwälzpumpe (31) ein Fluid durch einen Raumheizungskreis (30) gefördert, in welchem sich ein erster Wärmetauscher (11) und eine Raumheizung (32) befindet. Die Umwälzpumpe (31) wird abhängig von einem Parameter P_RH betrieben, wodurch der Volumenstron V ._RH durch den Raumheizungskreis (30) von diesem Parameter P_RH abhängt und der Parameter P_RH vom Betriebspunkt der Wärmepumpe abhängt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Betriebspunkt durch wenigstens einen der folgenden Parameter, wie der Heizleistung Q ., der Außentemperatur t_amb, des Hochdrucks oder des Niederdrucks des Kältemittels der Wärmepumpe bestimmt.
Vorteilhaft ist es, wenn der Parameter P_RH von der Differenz aus der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V gemessen mit einem Temperaturfühler (34) und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R, gemessen mit einem Temperaturfühler (35), abhängt.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird in einem Verfahrensschritt der Parameter P_pri mit einem fünften Korrekturfaktor K₅ berechnet. Der fünfte Korrekturfaktor K₅ ergibt sich aus der Temperaturdifferenz dt_RH der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R. Der Volumenstrom V ._RH des Fluids durch den Raumheizungskreis (30) wird dann verkleinert, wenn die Temperaturdifferenz dt_RH kleiner als die Solltemperaturdifferenz dt_RH,soll. Der Volumenstrom V ._RH des Fluids durch den Raumheizungskreis (30) wird vergrößert, wenn die Temperaturdifferenz dt_RH größer als die als die Solltemperaturdifferenz dt_RH,soll ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1950499 A2 [0003]
- DE 10247736 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers (1) mit einer Wärmepumpe (2), mit einer ersten Umwälzpumpe (12), mit der im Betrieb ein Fluid durch einen Primärkreises (10) gefördert wird, in welchem sich ein erster Wärmetauscher (11) und zweiter Wärmetauscher (21) befindet, mit einer zweiten Umwälzpumpe (22), mit der im Betrieb Wasser durch einen Sekundärkreis (20) gefördert wird, der mit dem zweiten Wärmetauscher (21) und dem Warmwasserschichtspeichers (1) verbunden ist, enthaltend die Verfahrensschritte, dass die zweite Umwälzpumpe 22 abhängig von einem zweiten Parameter P_sec betrieben wird, wodurch der Volumenstrom V ._sec durch den Sekundärkreis (20) von diesem zweiten Parameter P_sec abhängt und der zweite Parameter P_sec vom Betriebspunkt der Wärmepumpe (2) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Betriebspunkt durch wenigstens einen der folgenden Parameter, wie der Heizleistung Q ., der Außentemperatur t_amb, des Hochdrucks oder des Niederdrucks des Kältemittels der Wärmepumpe gekennzeichnet ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Parameter P_sec abhängig von der Differenz aus der Speichersolltemperatur t_Sp,soll und der Speicherrücklauflauftemperatur t_Sp,R ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der zweite Parameter P_sec mit einem zweiten Korrekturfaktor K₂ berechnet ist, der zweite Korrekturfaktor K₂ sich aus der Differenz der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V und der Speichersolltemperatur t_Sp,soll ergibt, der Volumenstrom V ._sec des Wassers durch den Sekundärkreis (20) verkleinert wird, wenn die Speichervorlauftemperatur t_Sp,V kleiner als die Speichersolltemperatur t_Sp,soll ist, der Volumenstrom V ._sec des Wassers durch den Sekundärkreis (20) vergrößert wird, wenn die Speichervorlauftemperatur t_Sp,V größer als die Speichersolltemperatur t_Sp,soll ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass mit einem ersten Parameter P_pri die erste Umwälzpumpe (12) angesteuert wird, wobei der erste Parameter P_pri abhängig vom zweiten Parameter P_sec ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der erste Parameter P_pri und somit der Volumenstrom V ._pri des Fluids durch den Primärkreis (10) von einem ersten Korrekturfaktor K₁ beeinflusst ist, wobei der erste Korrekturfaktor K₁ abhängig von den Temperaturdifferenzen am zweiten Wärmetauscher (21) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der erste Parameter P_pri aus der Heizleistung Q . der Wärmepumpe (2) und der Differenz aus der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V des Fluids und der Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll des Fluids berechnet wird und der Volumenstrom V ._pri der ersten Umwälzpumpe (12) von diesem ersten Parameter P_pri abhängig ist, wobei dieser erste Parameter P_pri weiterhin von einem ersten Korrekturfaktor K₁ und/oder dem zweiten Korrekturfaktor K₂ beeinflusst ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, enthaltend den Verfahrensschritt, dass sich der erste Korrekturfaktor K₁ aus der Differenz des Temperaturunterschiedes zwischen der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V des Fluids und der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V sowie der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R des Fluids und der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R ergibt.
Verfahren zur Ladungssteuerung eines Warmwasserschichtspeichers (1) mit einer Wärmepumpe (2) mit einer ersten Umwälzpumpe (12), mit der im Betrieb ein Fluid durch einen Primärkreises (10) gefördert wird, in welchem sich ein erster Wärmetauscher (11) und ein zweiter Wärmetauscher (21) befindet, mit einer zweiten Umwälzpumpe (22) mit der im Betrieb Wasser durch einen Sekundärkreis (20) gefördert wird, der mit dem zweiten Wärmetauscher (21) und dem Warmwasserschichtspeicher (1) verbunden ist, enthaltend die Verfahrensschritte, dass die erste Pumpe 12 abhängig von einem ersten Parameter P_pri betrieben wird, wodurch der Volumenstrom V ._pri durch den Primärkreis (10) vom ersten Parameter P_pri abhängt, der erste Parameter P_pri vom Betriebspunkt der Wärmepumpe (2) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 9, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Betriebspunkt durch die Heizleistung Q ., der Außentemperatur t_amb, des Hochdrucks oder des Niederdrucks des Kältemittels der Wärmepumpe gekennzeichnet ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Parameter P_pri abhängig von der Differenz aus der Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9, 10 oder 11, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der erste Parameter P_pri mit einem dritten Korrekturfaktor K₃ berechnet ist, der dritte Korrekturfaktor K₃ sich aus der Differenz der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V und der Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll ergibt, der Volumenstrom V ._pri des Fluids durch den Primärkreis (10) verkleinert wird, wenn die Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V kleiner als die Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll ist, der Volumenstrom V ._pri des Fluids durch den Primärkreis (10) vergrößert wird, wenn die Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V größer als die Wärmepumpensolltemperatur t_Wp,soll ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9, 10, 11 oder 12, enthaltend den Verfahrensschritt, dass mit dem ersten Parameter P_pri die erste Umwälzpumpe (12) angesteuert wird, wobei der zweite Parameter P_sec abhängig vom ersten Parameter P_pri ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9, 10, 11, 12 oder 13, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der zweite Parameter P_sec und somit der Volumenstrom V ._sec des Wassers durch den Sekundärkreis (20) von einem vierten Korrekturfaktor K₄ beeinflusst ist, wobei der vierte Korrekturfaktor K₄ abhängig von den Temperaturdifferenzen am zweiten Wärmetauscher (21) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der zweite Parameter P_sec aus der Heizleistung der Wärmepumpe (2) und der Differenz aus der Speichervorlauftemperatur t_sp,V des Wassers und der Speichersolltemperatur t_Sp,soll des Wassers berechnet wird, und der Volumenstrom V ._sec der zweiten Umwälzpumpe (22) von diesem zweiten Parameter P_sec abhängig ist, wobei dieser zweite Parameter P_sec weiterhin von einem vierten Korrekturfaktor K₄ und/oder dem dritten Korrekturfaktor K₃ beeinflusst ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, enthaltend den Verfahrensschritt, dass sich der vierte Korrekturfaktor K₄ aus der Differenz des Temperaturunterschiedes zwischen der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V des Fluids und der Speichervorlauftemperatur t_Sp,V sowie der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R des Fluids und der Speicherrücklauftemperatur t_Sp,R ergibt.
Verfahren zur Regelung einer Raumheizung (32) mit einer Wärmepumpe (2), mit einer ersten Umwälzpumpe (31) mit der im Betrieb ein Fluid durch einen Raumheizungskreis (30) gefördert wird, in welchem sich ein erster Wärmetauscher (11) und eine Raumheizung (32) befindet, enthaltend den Verfahrensschritt, dass die Umwälzpumpe (31) abhängig von einem Parameter P_RH betrieben wird, wodurch der Volumenstrom V ._RH durch den Raumheizungskreis (30) von diesem Parameter P_RH abhängt und der Parameter P_RH vom Betriebspunkt der Wärmepumpe abhängt.
Verfahren nach Anspruch 17, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Betriebspunkt durch wenigstens einen der folgenden Parameter, wie der Heizleistung Q ., der Außentemperatur t_amb, des Hochdrucks oder des Niederdrucks des Kältemittels der Wärmepumpe bestimmt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 oder 18, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Parameter P_RH abhängig von der Differenz aus der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17, 18 oder 19, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der Parameter P_pri mit einem fünften Korrekturfaktor K₅ berechnet ist, der fünfte Korrekturfaktor K₅ sich aus der Temperaturdifferenz dt_RH der Wärmepumpenvorlauftemperatur t_Wp,V und der Wärmepumpenrücklauftemperatur t_Wp,R ergibt, der Volumenstrom V ._RH des Fluids durch den Raumheizungskreis (30) verkleinert wird, wenn die Temperaturdifferenz dt_RH kleiner als die Solltemperaturdifferenz dt_RH,soll ist, der Volumenstrom V ._RH des Fluids durch den Raumheizungskreis (30) vergrößert wird, wenn die Temperaturdifferenz dt_RH größer als die Solltemperaturdifferenz dt_RH,soll ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 17, 18 oder 19, 20 enthaltend den Verfahrensschritt, dass die Temperaturdifferenz dt_RH so gewählt ist, dass die Wärmeübertragung in einem ersten Wärmetauscher und/oder der Raumheizung maximal ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass ein oder mehrere Wärmetauscher (11), (21) Plattenwärmetauscher oder Koaxialwärmetauscher sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass das Kältemittel CO₂ ist.