DE102011001476B4 - Verfahren zum Betreiben einer Sorptionskältemaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben, insbesondere zur Leistungsregelung, einer Sorptionskältemaschine oder -wärmepumpe, vorzugsweise einer Adsorptionsmaschine, bei der die Wärmeabgabe über eine Wärmesenke oder die Wärmeaufnahme über eine Wärmequelle mit Arbeits- oder Antriebsmaschinen realisiert wird, deren Betriebsweise durch eine an der Sorptionskältemaschine oder -wärmepumpe befindlichen Regelungsvorrichtung derart beeinflusst werden kann, dass stets die elektroenergetisch optimale Betriebsweise gewählt wird, wobei im Falle einer Adsorptionsmaschine im Kaltwasserkreislauf des Verdampfers oder im Rückkühlwasserkreislauf von Kondensator und adsorbierendem Adsorber eine Betriebsparameterbestimmung erfolgt, bis das Arbeitsmittel einen vorgebenden Betriebsparameter erreicht hat.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sorptionskältemaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Sorptionskältemaschinen sind seit einiger Zeit bekannt und werden zum Klimatisieren, in Kombination mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungen und für sonstige Kühl- und Temperieranwendungen, unter anderem auch in der Industrie angewandt. Hierbei wird üblicherweise in einem ersten Schritt ein Adsorbens, beispielsweise Zeolith oder Silikagel, durch Wärmezufuhr getrocknet, wobei das Kältemittel, beispielsweise Wasser, verdampft und in einem Rückkühlbehälter kondensiert wird. Das getrocknete Adsorbens steht sodann für eine erneute Aufnahme von abgekühltem verdampfenden Kältemittel zur Verfügung, wobei durch die Verdampfung eine Abkühlung des Kältemittels erreicht wird, die zur Klimatisierung und zur Temperierung nutzbar ist. Für eine kontinuierliche Erzeugung von Kälte, werden üblicherweise zwei Adsorber gleichzeitig und wechselweise betrieben, wobei während eines Desorptionsschritts eines Adsorbers, der andere Adsorber einen Adsorptionsschritt durchläuft und hierbei Kälte erzeugt.
• Gewöhnlich werden Sorptionskältemaschinen eingesetzt um kontinuierlich Kälte aus Wärme zu transformieren. Die Wärmetransformation erfolgt mit Ad- bzw. Absorptionskältemaschinen, die dabei notwendige Wärmeabgabe wird mit einem trockenen Rückkühler, Nasskühlturm durch direkte Wasserverdunstung oder durch ein kombiniertes System (Hybridrückkühler) trockener Rückkühlung mit Wasserbesprühung realisiert. Die Regelung der Sorptionskältemaschinen erfolgt normalerweise auf die Kaltwasseraustrittstemperatur. Diese Maschinen reagieren mit der Veränderung interner Teilprozesse auf unterschiedliches Lastverhalten des Kaltwasserkreislaufs.
• Die herkömmliche Betriebsweise von Sorptionskältemaschinen besteht darin, dass zu einer bestimmten einstellbaren Temperatur, beispielsweise der Temperatur am Kaltwasseraustritt aus einem Kondensator, ein interner Betriebs-parameter berechnet und eingestellt wird. Durch die Absenkung der Kaltwassereintrittstemperatur wird eine geringere Leistung im Kaltwasserkreislauf benötigt. Die gebräuchlichen Regelungen von Sorptionskältemaschinen reagieren auf diese Leistungsminderung mit einer Anpassung interner Teilprozesse. So wird bei einer Absorptionskältemaschine beispielsweise eine Verringerung von Volumenströmen interner Prozesskreislaufe bewirkt und bei einer Adsorptionskältemaschine werden üblicherweise Prozesszeiten einzelner Teilprozesse verlängert. Dazu erfolgen die Erfassung der Temperatur am Kaltwasseraustritt und eine fortlaufende Berechnung interner Prozessparameter. Aus dem Vergleich der Prozessparameter mit einem vorgegebenen Sollwert resultiert eine Anpassung interner Teilprozesse. Dieses bislang übliche herkömmliche Regelungskonzept hat in nachteiliger Weise kaum Einflussmöglichkeiten auf den Verbrauch von elektrischer Energie. So entstehen durch den fortlaufenden hohen Energieverbrauch höhere Betriebskosten wodurch die Effizienz des gesamten Systems sinkt. Darüber hinaus wird die maximale Betriebszeit, respektive Lebensdauer, der eingesetzten Komponenten durch die ständige hohe Betriebsbelastung erheblich abgesenkt. Ein weiterer Nachteil ist die ständig hohe Lärmbelastung für Natur und Mensch, insbesondere auch im Teillastbereich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde unter Vermeidung oben genannter Nachteile ein Regelungskonzept für eine Prozessoptimierung einer Sorptionskältemaschine zur kontinuierlichen Kältetransformation zur Verfügung zu stellen, wobei gegenüber einer herkömmlichen Prozessführung einer herkömmlichen Sorptionskältemaschine elektrische Energie eingespart wird ohne einen Kühlungseffekt zu vermindern.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.
• Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben, insbesondere zur Leistungsregelung, einer Sorptionskältemaschine oder -wärmepumpe, vorzugsweise einer Adsorptionsmaschine, gelöst, bei der die Wärmeabgabe über eine Wärmesenke oder die Wärmeaufnahme über eine Wärmequelle mit Arbeits- oder Antriebsmaschinen realisiert wird, deren Betriebsweise durch eine an der Sorptionskältemaschine oder -wärmepumpe befindlichen Regelungsvorrichtung derart beeinflusst werden kann, dass stets die elektroenergetisch optimale Betriebsweise gewählt wird, wobei im Falle einer Adsorptionsmaschine im Kaltwasserkreislauf des Verdampfers oder im Rückkühlwasserkreislauf von Kondensator und adsorbierendem Adsorber eine Betriebsparameterbestimmung erfolgt, bis das Arbeitsmittel einen vorgebenden Betriebsparameter erreicht hat.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wärmesenke gekennzeichnet durch eine Wärmeabgabe mittels eines trockenen Rückkühlers mit einem oder mehreren Lüftern, mittels Nasskühlturm oder mittels eines kombinierten Systems, nämlich mittels eines Hybridrückkühlers mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung anderseits, oder mittels fluiddurchströmten Solar- oder Erdkollektoren. Ferner ist die Wärmequelle gekennzeichnet durch eine Wärmeaufnahme mittels eines trockenen Rückkühlers mit einem oder mehreren Lüftern oder mittels fluiddurchströmten Solar- oder Erdkollektoren.
• Des Weiteren wird die elektrische Leistung der Arbeits- oder Antriebsmaschinen erfindungsgemäß in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einem Betriebsparameter im Kaltwasserkreislauf des Verdampfers oder im gemeinsamen Rückkühlwasserkreislauf von Kondensator und adsorbierendem Adsorber und einem vorgegebenen Betriebsparameter, insbesondere durch eine Regelung einer Drehzahl über das Motor-Management geregelt.
• Im Übrigen wird die Leistung des Rückkühlers erfindungsgemäß bevorzugt mit einem oder mehreren Lüften in Abhängigkeit, insbesondere in Co-Abhängigkeit, eines Betriebsparameter des im Verdampfer oder im Rückkühlkreislauf befindlichen Arbeitsmittels und insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt wird, wobei die Temperatur des im Verdampfer oder im Rückkühlkreislauf befindlichen Arbeitsmittels vorzugsweise mittels eines Austrittstemperatursensor gemessen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist ausführbar mit einer Sorptionsanlage, vorzugsweise einer Adsorptionsmaschine, mit einem ersten Adsorber und einem zweiten Adsorber und einem dem ersten Adsorber und dem zweiten Adsorber zugeordneten und mit einem Arbeitsmittel umströmten Kondensator und Verdampfer, wobei die Adsorber mittels einer schaltbaren Ventileinrichtung mit Wärme wechselbeaufschlagbar sind, wobei im Verdampferkreislauf und in dem Kreislauf des Kondensator und des adsorbierenden Adsorbers eine Betriebsparametermesseinrichtung vorgesehen und der Kondensator sowie der adsorbierende Adsorber oder Verdampfer mittels einer regelbaren Einrichtung kühlbar oder erwärmbar ist.
• Es ist möglich, dass die Einrichtung als Trockenrückkühler, insbesondere als eines oder mehrerer Lüfter, oder als Nasskühler, insbesondere als Nasskühlturm oder als kombiniertes Hybridrückkühlsystem mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung anderseits oder als Kollektoren und Pumpen, ausgebildet ist.
• In der thermischen Antriebsquelle ist ein Heißwasserspeicher-Temperaturfühler und in dem Kaltwasserspeicher oder zu kühlenden Raum ein Temperatursensor vorgesehen. Ferner schaltet die Steuereinrichtung, die Maschine für die Abschaltung entsprechend eines aktuellen Adsorptions- und Desorptionsprozesses in einen anschließenden Wärmerückgewinnungsprozess, wobei die Maschine erst nach der Beendigung in den Standby-Betrieb geschaltet wird.
• Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines vordefinierten Verfahrens zum Betreiben, insbesondere zur Leistungsregelung, einer Sorptionskälteanlage, vorzugsweise einer Adsorptionskältemaschine, allgemein beschrieben, wobei die Sorptionskälteanlage einen ersten Adsorber und einen zweiten Adsorber und einen dem ersten Adsorber und dem zweiten Adsorber zugeordneten und mit einem Kältemittel durchströmten Kondensator und Verdampfer aufweist, wobei die Adsorber mittels einer schaltbaren Ventileinrichtung wechselbeaufschlagt werden und in einem Vier-Phasen-Prozess während einer ersten Phase eine Adsorption am ersten Adsorber mit einer Aufnahme von Kältemittel aus dem Verdampfer und eine Desorption am zweiten Adsorber mit einer Kondensation von Kältemittel in den Kondensator erfolgt, während einer zweiten Phase eine Wärmerückgewinnung mit dem desorbierten Adsorber erfolgt, während einer dritten Phase eine Desorption am ersten Adsorber mit einer Kondensation von Kältemittel in den Kondensator erfolgt und eine Adsorption am zweiten Adsorber mit einer Aufnahme von Kältemittel aus dem Verdampfer erfolgt, während einer vierten Phase eine Wärmerückgewinnung mit dem desorbierten Adsorber erfolgt, fortlaufend wird in den Phasen 1 bis 4 eine Temperaturmessung an einem Kaltwasseraustritt des Verdampfer und eine Rückkühlung des adsorbierenden Adsorbers sowie des Kältemittels im Kondensator, bis eine Temperatur des Kältemittels einen Temperatur-Sollwert (T_Set) erreicht hat.
• Die Rückkühlung wird hierbei, wie vorerwähnt, mittels eines trockenen Rückkühlers, insbesondere einem Lüfter, oder mittels eines Nasskühlturms, insbesondere durch direkte Wasserverdunstung, oder mittels eines kombinierten Systems, nämlich mittels eines Hybridrückkühlers mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung andererseits, durchgeführt, wobei die Leistung des Rückkühlers, insbesondere eines Lüfters oder mehrerer Lüfter, in Abhängigkeit einer Differenz zwischen der Temperatur des Kältemittels am Kaltwasseraustritt des Kondensators und dem gewünschten Temperatur-Sollwert (T_Set) des Kältemittels, insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt wird.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Leistung des Rückkühlers, insbesondere eines Lüfters oder mehrerer Lüfter, in Anhängigkeit, ferner insbesondere in Co-Abhängigkeit, einer Temperatur des in dem Kondensator kondensierten Kältemittels, insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt, wobei die Temperatur des in dem Kondensator kondensierten Kältemittels vorzugsweise mittels eines Kondensator-Temperaturfühlers gemessen wird.
• Alternativ oder ergänzend wird die Leistung des Rückkühlers, insbesondere eines Lüfters, erfindungsgemäß in Anhängigkeit, insbesondere in Co-Abhängigkeit, einer Temperatur des in dem Verdampfer vorhandenen Kältemittels, insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt wird, wobei die Temperatur des in dem Verdampfer vorhandenen Kältemittels vorzugsweise mittels eines Verdampfer-Temperaturfühlers gemessen.
• Ferner ist die Sorptionskälteanlage, vorzugsweise Adsorptionskältemaschine, mit einem ersten Adsorber und einem zweiten Adsorber und einem dem ersten Adsorber und dem zweiten Adsorber zugeordneten und mit einem Kältemittel durchströmten Kondensator und Verdampfer versehen, wobei die Adsorber mittels einer schaltbaren Ventileinrichtung wechselbeaufschlagbar sind, wobei an einem Kaltwasseraustritt des Verdampfer eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen und der Kondensator mittels einer regelbaren Rückkühleinrichtung kühlbar ist, die beispielsweise als Trockenrückkühler, insbesondere als Lüfter, oder als Nasskühler, insbesondere als Nasskühlturm, oder als kombiniertes Hybridrückkühlsystem mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung andererseits, ausgebildet ist.
• Ferner ist in dem Kondensator vorteilhafterweise ein Mitteltemperatur-Temperaturfühlers und in dem Verdampfer ein Kaltwasser- Temperaturfühlers vorgesehen.
• Somit wird die Aufgabe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch ein Verfahren zum Betreiben, insbesondere zur Leistungsregelung, einer Sorptionskälteanlage, vorzugsweise einer Adsorptionskältemaschine, mit einem ersten Adsorber und einem zweiten Adsorber und einem dem ersten Adsorber und dem zweiten Adsorber zugeordneten und mit einem Kältemittel durchströmten Kondensator und Verdampfer, gelöst, wobei die Adsorber mittels einer schaltbaren Ventileinrichtung wechselbeaufschlagt werden und in einem Vier-Phasen-Prozess während einer ersten Phase eine Adsorption am ersten Adsorber mit einer Aufnahme von Kältemittel aus dem Verdampfer und eine Desorption am zweiten Adsorber mit einer Kondensation von Kältemittel in den Kondensator erfolgt, während einer zweiten Phase eine Wärmerückgewinnung mit dem desorbierten Adsorber erfolgt, während einer dritten Phase eine Desorption am ersten Adsorber mit einer Kondensation von Kältemittel in den Kondensator erfolgt und eine Adsorption am zweiten Adsorber mit einer Aufnahme von Kältemittel aus dem Verdampfer erfolgt, während einer vierten Phase eine Wärmerückgewinnung mit dem desorbierten Adsorber erfolgt, fortlaufend wird in den Phasen 1 bis 4 eine Temperaturmessung an einem Kaltwasseraustritt des Verdampfer und eine Rückkühlung des adsorbierenden Adsorbers sowie des Kältemittels im Kondensator, bis eine Temperatur des Kältemittels einen Temperatur-Sollwert (T_Set) erreicht hat.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rückkühlung mittels eines trockenen Rückkühlers, insbesondere einem Lüfter oder mehreren Lüftern, oder mittels eines Nasskühlturms, insbesondere durch direkte Wasserverdunstung, oder mittels eines kombinierten Systems, nämlich mittels eines Hybridrückkühlers mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung andererseits, durchgeführt, wobei in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß die Leistung des Rückkühlers, insbesondere eines Lüfters, in Abhängigkeit einer Differenz zwischen der Temperatur des Kältemittels am Kaltwasseraustritt des Verdampfer und dem gewünschten Temperatur-Sollwert (T_Set) des Kältemittels, insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt wird.
• Durch die Erfindung wird ein Regelungskonzept zur Verfügung gestellt, mit dem die Betriebsweise einer Sorptionskältemaschine und mittels eines trockenen Rückkühlers, Nasskühlturms oder Hybridrückkühlers einfach und kostengünstig optimiert wird. Mit dem Regelungskonzept werden somit in vorteilhafter Weise externe Teilprozesse, nämlich eine Wärmeregulierung des Kondensators und des adsorbierenden Adsorbers durch eine einfache Regelung des Rückkühlsystems, auf einen optimalen Betrieb der Sorptionskältemaschine angepasst, so dass mit minimalem und gegenüber bisherigen herkömmlichen Kältemaschinen geringeren elektrischen Aufwand eine Einstellung der Nutzzielgröße, nämlich der Temperatur am Kaltwasseraustritt aus dem Verdampfer erreicht wird. Der externe Teilprozess ist die Wärmeabgabe an die Umgebung mit vorerwähnten Rückkühlsystemen, nämlich trockenen Rückkühlern, Nasskühltürmen oder Hybridrückkühlern, bei welchen regelbare Ventilatoren verwendet werden.
• Mit der neuentwickelten Regelung können Kaltwasseraustrittstemperaturen ohne eine Anpassung interner Teilprozesse und ohne eine Verringerung von Volumenströmen interner Prozesskreislaufe in vorteilhafter Weise einfach variiert und festgelegt werden. Durch die Einbeziehung eines Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktors als Betriebsparameter gelingt es ferner die Reaktionszeit des Systems genau festzulegen. Eine maximale Effizienz wird somit mit minimaler aufgewandter elektrischer Energie erreicht.
• Weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Regelung besteht in einer, gegenüber herkömmlichen Sorptionskältemaschinen, deutlich geringen Lärmbelastung, insbesondere im Teillastbetrieb der Anlage.
• Ferner wurde in bisherigen Betrachtungen nicht berücksichtigt, dass sich eine thermische Kühlung in der Regel aus der Einsparung von Elektroenergie gegenüber konventionellen Kälteerzeugungsmechanismen rechtfertigt. Bei dieser Betrachtung müssen jedoch neben der vernachlässigbaren Leistungsaufnahme einer Sorptionskältemaschine selbst auch alle weiteren systeminternen Stromkonsumenten berücksichtigt werden. Den größten Anteil hat hierbei der Rückkühler (RCS) im Falle einer trockenen Rückkühlung gegen die Umgebungsluft, was bei der Auslegung bisheriger Sorptionskältemaschinen allerdings bislang außer Acht gelassen wurde.
• Die Drehzahlregelung der erfindungsgemäßen Sorptionskältemaschine lässt sich wie folgt darstellen: $$\text{Drehzahl Ventilator Zukunft}=\text{Drehzahl Ventilator Vergangenheit}+\Delta \text{U\_RC}$$

  

  was der Formel U_neu -= U_alt + ΔU_RC entspricht, wobei U für die elektrische Spannung steht.
• 1 veranschaulicht die erfindungsgemäße Regelung. Demgemäß wird die Regeldifferenz e aus der Differenz zwischen der Führungsgröße Sollwert w (T_Set) und der Regelgröße Kalt- bzw. Nutzwasseraustritt (T_LT_OUT_AVG) errechnet. Die vom Regler ermittelte Stellwertdifferenz Drehzahländerung u (ΔU_RC) wirkt auf die Strecke und damit wiederum auf die Regelgröße ein. Störgrößen, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur oder die Heißwassereintrittstemperatur dverursachen eine Veränderung der Regelgröße, die nicht gewünscht ist und jedoch erfindungsgemäß durch Variation der Lüfterdrehzahl leicht gemäß nachfolgender Formel kompensiert werden kann. $$\Delta \text{U\_RC}=\text{f}\left\{\left(\text{T\_Set-T\_OUT\_AVG}\right)*\text{GAIN*OFFSET}\right\}$$

  
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Leistung des Rückkühlers, insbesondere eines Lüfters oder mehrere Lüfter, in Anhängigkeit, insbesondere in Co-Abhängigkeit, einer Temperatur des adsorbierenden Adsorbers sowie in dem Kondensator kondensierten Kältemittels, insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt, wobei die Temperatur des adsorbierenden Adsorbers sowie im Kondensatorkondensierten Kältemittels vorzugsweise mittels eines Temperaturfühlers gemessen wird.
• Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß ferner vorgesehen, dass die Leistung des Rückkühlers, insbesondere eines Lüfters oder mehrere Lüfter, in Anhängigkeit, insbesondere in Co-Abhängigkeit, einer Temperatur des in dem Verdampfer vorhandenen Kältemittels, insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt wird, wobei die Temperatur des in dem Verdampfer vorhandenen Kältemittels vorzugsweise mittels eines Temperaturfühlers gemessen wird.
• Unter oben genannter Co-Abhängigkeit ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass eine Regelung einer Lüfterdrehzahl jeweils basierend auf einer beliebigen Kombination der oben genannten Faktoren, nämlich der Differenz zwischen der Temperatur des Kältemittels am Kaltwasseraustritt des Verdampfer und dem gewünschten Temperatur-Sollwert (T_Set) des Kältemittels oder der Temperatur des adsorbierenden Adsorbers sowie im Kondensator kondensierten Kältemittels und dem gewünschten Temperatur-Sollwert (T_Set) erfolgen kann.
• Die Integration von zwei externen Sensoren in dem gesamten System ermöglicht es diese Temperatursensoren für die Steuerung der individuellen Betriebsweise der Sorptionskältemaschine heranzuziehen. Die Auswertung der Temperaturfühler erfolgt in einem Controller der Sorptionskältemaschine.
• Erfindungsgemäß erfasst ein im Heißwasserspeicher integrierter Temperaturfühler T_HT_ext dort die Speichertemperatur. Wird infolge einer Temperaurabsenkung im Heißwasserspeicher der Sollwert HT_ext_min im Controller der Sorptionskältemaschine unterschritten wird die Sorptionskältemaschine abgeschaltet. Die Maschine verweilt in der Stand-by Phase. Das Einschalten der Sorptionskältemaschine erfolgt, sobald die minimale Speichertemperatur plus Hysterese überschritten wird. $$\text{Vergleichsfunktion:T\_HT\_ext}\left(\text{Messwert}\right)<\text{HT\_ext\_min}\left(\text{Sollwert}\right)$$

  
• Entsprechend ist es erfindungsgemäß möglich, dass im Kaltwasserspeicher oder in einem zu kühlenden Raum die Temperatur über den Sensor T_LT ext erfasst und für die Regelung der Sorptionskältemaschine zur Verfügung gestellt wird. Wird infolge einer Temperaturabsenkung im Kaltwasserspeicher oder einer Raumtemperaturabsenkung der Wert T_LT_min im Controller der Sorptionskältemaschine unterschritten, so wird die Sorptionskältemaschine abgeschaltet. Das Einschalten der Sorptionskältemaschine erfolgt, sobald die minimale Speicher- oder Raumtemperatur, jeweils plus Hysterese überschritten wird. $$\text{Vergleichsfunktion:T\_LT\_ext}\left(\text{Messwert}\right)<\text{LT\_ext\_min}\left(\text{Sollwert}\right)$$

  
• Zur Vereinfachung des externen Installations- und Regelungsaufwands besteht somit erfindungsgemäß die Möglichkeit die beiden Sensoren T_HT_ext und T_LT_ext anzuschließen.
• Mit T_HT_ext kann die Kältemaschine in Abhängigkeit der HT-Speichertemperatur ab- und wieder zugeschaltet werden. Wird also eine minimale und einsteilbare Speichertemperatur unterschritten, wird die weitere Verwendung von Heißwasser zum Betrieb der Kältemaschine unterbunden. Erst nach Überschreiten eines ebenfalls einstellbaren Sollwerts wird die thermische Kühlung fortgesetzt. Somit entzieht die Sorptionskältemaschine keine, eigentlich für Brauchwasser- oder sonstige Zwecke vorgesehene Wärme.
• Analog verhält es sich mit dem optional anzuschließenden Temperatursensor T_LT_ext. Mit ihm können die Einsatzgrenzen der Sorptionskältemaschine in Bezug auf eine minimale Kaltwassertemperatur festgelegt und eingehalten werden. Ein energetisch unerwünschtes oder zur Vermeidung einer Taupunktunterschreitung unzulässiges Auskühlen eines Kaltwasserspeichers kann somit unterbunden bzw. eine Raumtemperatur auf einfache Art und Weise geregelt werden.
• Weiterhin bietet die beschriebene Sorptionskältemaschine die Möglichkeit, bewusst eine elektroenergiesparende Kühlung („ECON-Modus“) zu wählen. Hierbei wird die maximale Lüfterspannung der Rückkühlung eingedrosselt und somit ca. 50 % der von dem Rückkühlungslüfter konsumierten Elektroenergie gespart. Sinnvoll ist es, die Sorptionskältemaschine immer dann in den „ECON-Modus“ zu versetzen, wenn beispielsweise:
• - eine gegenüber der Systemauslegung deutlich reduzierte Kältelast zu erwarten ist (einzelne Kühlkreise werden nicht benötigt, geringerer Wärmeeintrag, etc.), oder
• - geringere Komfortansprüche hinsichtlich der Raumtemperatur gegeben sind, z.B. in selten genutzten Räumen
• Mit der Aktivierung des Econ-Modus wird somit die maximale Drehzahl des Rückkühlerlüfters herabgesetzt. Diese Reduzierung der Drehzahl hat eine Verringerung der elektrischen Leistungsaufnahme des Rückkühlers zur Folge, wodurch der elektrische Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Sorptionskältemaschine steigt. Weiterhin bewirkt diese Drehzahlreduzierung eine Abnahme der thermischen Effizienz des Rückkühlers und somit eine bewusste Verringerung des thermischen Wirkungsgrads. Das Ergebnis ist eine stufenlose Leistungsmodulation, wenn die Kältelast geringer ist als die bereitstellbare maximale Kälteleistung. Der Vorteil hierbei ist eine um bis zu 50% reduzierte Leistungsaufnahme des thermischen Kühlsystems und eine deutlich erhöhte Jahresarbeitszahl.
• Ergänzend wird verweisen auf eine Sorptionskälteanlage, vorzugsweise eine Adsorptionskältemaschine, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, mit einem ersten Adsorber und einem zweiten Adsorber und einem dem ersten Adsorber und dem zweiten Adsorber zugeordneten und mit einem Kältemittel durch-strömten Kondensator und Verdampfer gelöst, wobei die Adsorber und mittels einer schaltbaren Ventileinrichtung wechselbeaufschlagbar sind, wobei an einem Kaltwasseraustritt des Kondensators eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen und der Kondensator mittels einer stufenlos regelbaren Rückkühleinrichtung kühlbar ist.
• Die Rückkühleinrichtung ist als Trockenrückkühler, insbesondere als Lüfter, oder als Nasskühler, insbesondere als Nasskühlturm, oder als kombiniertes Hybridrückkühlsystem mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung andererseits, ausgebildet.
• Ferner kann ein Heißwasserspeicher-Temperaturfühlers und ein Kaltwasserspeicher-Temperaturfühlers vorgesehen sein.
• Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen näher beschrieben werden. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten 1 bis 3.
• Es zeigen:
• Fig, 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Drehzahlregelung eines Rückkühllüfters;
• 2 ein Diagramm einer beispielhaften Kaltwassersteuerung und
• 3 ein beispielhaftes Diagramm einer elektrischen Leistungsaufnahme eines Rückkühlers.
• 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Drehzahlregelung eines Rückkühllüfters. Demgemäß wird die Regeldifferenz e aus der Differenz zwischen der Führungsgröße Sollwert w (T_Set) und der Regelgröße Kalt- bzw. Nutzwasseraustritt (T_LT_OUT_AVG) errechnet. Die vom Regler ermittelte Stellwertdifferenz Drehzahländerung u (ΔU_RC) wirkt auf die Strecke und damit wiederum auf die Regelgröße ein. Störgrößen, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur oder die Heißwassereintrittstemperatur d verursachen eine Veränderung der Regelgröße, die nicht gewünscht ist und jedoch erfindungsgemäß durch Variation der Lüfterdrehzahl leicht kompensiert werden kann.
• 2 zeigt, dass auch bei sehr variablen Außentemperaturen durch eine stetige Drehzahlanpassung der Ventilatoren von Rückkühlwerken effektiv rückgekühlt werden kann. Dieses Regelungskonzept erreicht das Ziel, eine Steigerung der Effizienz des gesamten Systems zu bewirken. Die stetige Regelung erfasst die Austrittstemperatur im Kaltwasserkreislauf der Kältemaschine. Überschreitet die Regelgröße (Kaltwasseraustritt T_LT_OUT_AVG) eine vorgegebene Führungsgröße (Sollwert T_Set), wird entweder die negative oder positive Differenz mit einer Verstärkung zum dem früheren Spannungswert addiert. Die Regelung agiert somit stetig auf einen großen Anteil von Störgrößen (z. B.: eine Änderung der Umgebungstemperatur). Die Kaltwasseraustrittstemperatur (T_LT_OUT_AVG) bleibt im Teillastbereich sowie Volllastbereich konstant. Durch die einsetzende Steigerung oder Absenkung der Drehzahl der Ventilatoren des, beispielsweise trockenen Rückkühlers, Nasskühlturms oder Hybridrückkühlers, wird in den Teillastbereich bewirkt, dass nur mit notwendigstem Aufwand an elektrischer Energie die Kaltwasseraustrittstemperatur konstant eines vorgegeben Sollwertes bleibt.
• Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn eine kontinuierliche Kälteerzeugung vorliegt, wie sie beispielsweise bei periodisch arbeitenden Adsorptionskältemaschinen üblich ist. Dazu wird der Rückkühler mit seinen Ventilatoren stetig auf den Kaltwasseraustritt geregelt.
• 3 zeigt hierzu den Verlauf der elektrischen Leistungsaufnahme eines Rückkühlers mit der stetigen Regelung auf den Kaltwasseraustritt. Die stetige Regelung auf den Kaltwasseraustritt hat vor allem ihre Vorteile im Teillastbereich, geringere Leistungsaufnahme und zudem eine geringe Lärmbelästigung.
• Bezugszeichenliste

T_Set

Kaltwasser-Temperatur-Sollwert

U

elektrische Spannung

e

Regeldifferenz

w, T_Set

Kaltwasser-Sollwert

T_LT_OUT_AVG

Regelgröße Kalt- bzw. Nutzwasseraustritt

ΔU_RC

Spannung für Drehzahländerung

d

Heißwassereintrittstemperatur

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben, insbesondere zur Leistungsregelung, einer Sorptionskältemaschine oder -wärmepumpe, vorzugsweise einer Adsorptionsmaschine, bei der die Wärmeabgabe über eine Wärmesenke oder die Wärmeaufnahme über eine Wärmequelle mit Arbeits- oder Antriebsmaschinen realisiert wird, deren Betriebsweise durch eine an der Sorptionskältemaschine oder -wärmepumpe befindlichen Regelungsvorrichtung derart beeinflusst werden kann, dass stets die elektroenergetisch optimale Betriebsweise gewählt wird, wobei im Falle einer Adsorptionsmaschine im Kaltwasserkreislauf des Verdampfers oder im Rückkühlwasserkreislauf von Kondensator und adsorbierendem Adsorber eine Betriebsparameterbestimmung erfolgt, bis das Arbeitsmittel einen vorgebenden Betriebsparameter erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke gekennzeichnet ist durch eine Wärmeabgabe mittels eines trockenen Rückkühlers mit einem oder mehreren Lüftern, mittels Nasskühlturm oder mittels eines kombinierten Systems, nämlich mittels eines Hybridrückkühlers mit trockener Rückkühlung einerseits und zumindest temporärer Wasserbesprühung anderseits, oder mittels fluid-durchströmten Solar- oder Erdkollektoren.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle gekennzeichnet ist durch eine Wärmeaufnahme mittels eines trockenen Rückkühlers mit einem oder mehreren Lüftern oder mittels fluiddurchströmten Solar- oder Erdkollektoren.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung der Arbeits- oder Antriebsmaschinen in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einem Betriebsparameter im Kaltwasserkreislauf des Verdampfers oder im gemeinsamen Rückkühlwasserkreislauf von Kondensator und adsorbierendem Adsorber und einem vorgegebenen Betriebsparameter, insbesondere durch eine Regelung einer Drehzahl über das Motor-Management geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Rückkühlers mit einem oder mehreren Lüften in Abhängigkeit, insbesondere in Co-Abhängigkeit, eines Betriebsparameter des im Verdampfer oder im Rückkühlkreislauf befindlichen Arbeitsmittels und insbesondere durch eine Regelung einer Lüfterdrehzahl, geregelt wird, wobei die Temperatur des im Verdampfer oder im Rückkühlkreislauf befindlichen Arbeitsmittels vorzugsweise mittels eines Austrittstemperatursensor gemessen wird.

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