DE102011122163A1 - Method for operating a heat pump device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenvorrichtung, wobei das Fluid von einem Fluidspeicher (2) vorgehalten wird, ein Temperaturfühler (4) die Temperatur des Fluids erfasst, und eine Heizeinrichtung (6) das Fluid aufheizt, und infolge einer Absenkung der Temperatur des Fluids auf oder unter einen Mindestwert eine Aufheizung des Fluids auf einen Wert oberhalb des Mindestwerts, insbesondere 64°C, erfolgt. Erfindungsgemäß ist der Wert der Mindesttemperatur (8) variabel und von einem seit einer zuvor erfolgten Aufheizung vergangenen Zeitraum abhängig.The invention relates to a method for operating a heat pump device, wherein the fluid is held by a fluid reservoir (2), a temperature sensor (4) detects the temperature of the fluid, and a heater (6) heats the fluid, and due to a lowering of the temperature of the Fluid at or below a minimum value, a heating of the fluid to a value above the minimum value, in particular 64 ° C, takes place. According to the invention, the value of the minimum temperature (8) is variable and depends on a period of time which has elapsed since prior heating.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for operating a heat pump device according to the preamble of patent claim 1.
Wärmepumpenvorrichtungen werden aufgrund ihrer hohen thermischen Wirkungsgrade und der Energieeffizienz sehr wirtschaftlich eingesetzt und in hohen Stückzahlen verwendet.Heat pump devices are used very economically because of their high thermal efficiencies and energy efficiency and used in large quantities.
Die Druckschrift
Es wurde erkannt, dass Lebensdauer und Effizienz einer Wärmepumpenvorrichtung oder von deren einzelner Komponenten durch eine relativ hohe Taktfrequenz beeinträchtigt werden. Ungünstig ist beispielsweise die Häufigkeit des Ein- und Ausschaltens des Kompressors und die damit verbundenen Zustände im angeschlossenen Kältekreis. Bei der Verwendung von älteren beziehungsweise suboptimalen Speicherbehältern kann ein Unterschreiten eines Schwellenwertes oder einer Mindesttemperatur häufiger auftreten als bei optimal isolierten Warmwasserspeichern beziehungsweise optimalen Behälter-Wärmepumpenkonstellationen, wodurch im Falle suboptimaler Konstellationen die Lebensdauer des Systems sinkt.It has been recognized that the life and efficiency of a heat pump device or its individual components are affected by a relatively high clock frequency. Unfavorable is, for example, the frequency of switching on and off the compressor and the associated states in the connected refrigerant circuit. When using older or suboptimal storage containers falls below a threshold or a minimum temperature occur more frequently than optimally insulated hot water tanks or optimal container heat pump constellations, which in the case of suboptimal constellations, the life of the system decreases.
Bei nicht optimal zusammen passenden Komponenten, beispielsweise ein relativ klein bemessenes Wasservolumen im Speicher, tritt häufig ein Takten der Wärmepumpenvorrichtung auf. Oder auch bei Warmwasserspeichern, die suboptimal isoliert sind, ergeben sich schleichende Wärmeverluste. Infolge der Wärmeverluste erfolgt im Stand der Technik eine sich innerhalb kurzer Phasen wiederholende Ansteuerungen der Heizeinrichtung bzw. Wärmepumpe, wodurch deren Lebensdauer möglicherweise beeinträchtigt wird.In the case of components which do not fit together optimally, for example a relatively small volume of water in the reservoir, the heat pump device frequently cycles. Or even in hot water tanks that are suboptimal insulated, there are creeping heat losses. As a result of the heat losses in the prior art takes place within a short period repetitive controls the heater or heat pump, whereby their life may be impaired.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Wärmepumpenvorrichtung heizt in einem normalen Betriebszustand, ausgehend von einem konstanten Einschaltwert als Minimaltemperatur des Warmwasservorrats, stets das Wasser auf die Solltemperatur auf. Dadurch kommt es bei einer ungünstigen Fluidspeicher-Wärmepumpenvorrichtungs-Konstellation zu einem häufigen kurzen Betrieb mit nachfolgenden relativ kurzen Pausen. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer der Vorrichtung bzw. des Gesamtsystems.The heat pump device known from the prior art always heats the water to the setpoint temperature in a normal operating state, starting from a constant switch-on value as the minimum temperature of the hot water supply. As a result, in the case of an unfavorable fluid storage heat pump apparatus constellation, frequent short operation ensues, followed by relatively short breaks. This impairs the life of the device or of the entire system.
Jeder Start und Stop der Wärmepumpe hat ferner einen negativen Effekt auf die Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe. Jedes Mal wenn die Wärmepumpe gestartet wird dauert es nämlich eine Weile bis der Kompressor bzw. der Kältekreislauf optimal arbeitet. Um die erforderliche lange Lebensdauer zu erreichen, ist es daher generell immer ein Ziel der Anlagen-Auslegung, dass die Wärmepumpe möglichst wenig startet und lange läuft.Each start and stop of the heat pump also has a negative effect on the coefficient of performance (COP) of the heat pump. Each time the heat pump is started, it takes a while until the compressor or the refrigeration cycle works optimally. Therefore, in order to achieve the required long service life, it is generally always an objective of the system design that the heat pump starts as little as possible and runs for a long time.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung, insbesondere im Warmwasserbereitungsbetrieb, zu optimieren, insbesondere im Hinblick auf Lebensdauer und Wirkungsgrad von der gesamten Wärmepumpenvorrichtung und deren Komponenten.It is therefore an object of the present invention to optimize the operation of a heat pump device, in particular in the hot water preparation operation, in particular with regard to life and efficiency of the entire heat pump device and its components.
Die Lösung der zuvor gestellten Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenvorrichtung, insbesondere zur Warmwasserbereitung beziehungsweise zur Brauchwasserbereitung. Dabei handelt es sich bei dem Fluid insbesondere um Wasser, welches in einem Fluidspeicher, also einem Warmwasserspeicher, vorgehalten wird. In einem ersten Verfahrensschritt wird die Temperatur des Fluids durch eine Sensoreinrichtung, insbesondere einen Temperaturfühler erfasst. In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt die Aufheizung des Fluids auf eine Solltemperatur. Infolge der Absenkung der Temperatur des Fluids auf oder unter einen Mindestwert erfolgt eine Aufheizung des Fluids auf einen Wert oberhalb des Mindestwerts, insbesondere auf die Solltemperatur von bevorzugt auf 64°C.The solution of the above object is achieved by a method for operating a heat pump device, in particular for hot water or for dhw. In this case, the fluid is, in particular, water, which is stored in a fluid reservoir, that is to say a hot water storage. In a first method step, the temperature of the fluid is detected by a sensor device, in particular a temperature sensor. In a second method step, the heating of the fluid is carried out to a desired temperature. As a result of the lowering of the temperature of the fluid at or below a minimum value, the fluid is heated to a value above the minimum value, in particular to the target temperature of preferably 64 ° C.
Erfindungsgemäß ist der Wert der Mindesttemperatur variabel und von einem seit einer zuvor erfolgten Aufheizung vergangenen Zeitraum abhängig.According to the invention, the value of the minimum temperature is variable and depends on a period of time which has elapsed since prior heating.
Die Aufgabe wird somit mittels einer variablen Starttemperatur, die jedesmal bevorzugt mit einem Vorgabewert von 40°C startet, wenn die Wärmepumpe die Brauchwassererwärmung beendet, und auf die gewünschte Starttemperatur ansteigt, gelöst. Dafür sind insbesondere 56°C innerhalb eines bestimmten Zeitraums, insbesondere 6 Stunden, vorgesehen.The task is thus started by means of a variable starting temperature, which each time preferably starts with a default value of 40 ° C, when the Heat pump finished the domestic water heating, and increases to the desired starting temperature, solved. In particular 56 ° C within a certain period, in particular 6 hours, are provided.
Unabhängig von der jeweiligen Komponentenzusammenstellung der Wärmepumpenvorrichtung wird so ein variables, und an die Bedürfnisse und Eigenschaften der jeweiligen Zusammenstellung optimiertes Temperierungsverfahren bereitgestellt. Dies führt insbesondere dazu, dass das Verfahren bei optimal aufeinander abgestimmten Vorrichtungskomponenten und bei suboptimal aufeinander abgestimmten Vorrichtungskomponenten einsetzbar ist und einen möglichst großen Zeitraum zwischen Aufheizperioden – bei der Einhaltung von Komfortanforderungen – ermöglicht, wodurch sich die Funktionssicherheit und der Wirkungsgrad aller Wärmepumpenvorrichtungen jeweils auf einen jeweiligen Höchstwert einstellt.Irrespective of the respective component composition of the heat pump device, a variable temperature control method optimized to the needs and properties of the respective composition is thus provided. This leads in particular to the fact that the method can be used with optimally matched device components and with suboptimal matched device components and the largest possible period between heating periods - in compliance with comfort requirements - allows, resulting in the reliability and efficiency of all heat pump devices each on a respective Maximum value.
Somit ist zum Beispiel in einem normalen Ein- oder Zweifamilienhaus eine Ansteuerung der Wärmepumpenvorrichtungskomponenten zur Brauchwassererwärmung im Normalfall alle vier bis sechs Stunden ausreichend, wodurch sich eine deutlich reduzierte Gesamtansteuerungszahl bzw. eine deutliche Lebensdauerverlängerung ergibt.Thus, for example, in a normal single- or two-family house, activation of the heat pump device components for domestic hot water heating is normally sufficient every four to six hours, resulting in a significantly reduced overall control number or a significant service life extension.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt ausgehend von einer vorgebbaren Mindesttemperatur in konstanten Zeitabschnitten eine Erhöhung des Wertes der Mindesttemperatur. Denkbar ist dabei auch, dass die Zeitabschnitte jeweils nur eine Sekunde beziehungsweise im Wesentlichen eine Sekunde oder jede sonstige geeignete Zeitspanne umfassen. Bevorzugt erfolgt jedoch eine Berechnung der Zeitabschnitte, dies ist vorteilhaft, da die einzelnen Zeitabschnitte so optimal an die Eigenschaften der Komponenten der Wärmepumpenvorrichtung anpassbar sind.According to a further preferred embodiment of the present invention, starting from a predeterminable minimum temperature in constant time intervals, an increase in the value of the minimum temperature takes place. It is also conceivable that the time periods each comprise only one second or substantially one second or any other suitable period of time. However, a calculation of the time segments is preferably carried out, this is advantageous because the individual time segments are optimally adaptable to the properties of the components of the heat pump device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Erhöhung in vorgebbaren und bevorzugt in Abhängigkeit von den jeweiligen Wärmepumpenvorrichtungskomponenten berechneten Iterationsschritten, insbesondere um konstante Werte. Die Werte können hierbei zum Beispiel zwischen 0,01°C und 1°C und bevorzugt bei im Wesentlichen oder genau 0,1°C liegen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da sich so innerhalb eines definierten Zeitraums die Mindesttemperatur auf einen Zielwert für eine optimale Konstellation für die gesamte Anlage anheben lässt. Dadurch kann für verschiedene Wärmepumpensysteme die optimale Mindesttemperatur eingestellt werden bzw. sich einstellen.According to a further preferred embodiment of the present invention, the increase takes place in predeterminable and preferably as a function of the respective heat pump device components calculated iteration steps, in particular by constant values. The values may, for example, be between 0.01 ° C and 1 ° C, and preferably at substantially or exactly 0.1 ° C. This embodiment is advantageous because within a defined period of time, the minimum temperature can be raised to a target value for an optimal constellation for the entire system. As a result, the optimum minimum temperature can be set or adjusted for different heat pump systems.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wert der Mindesttemperatur beim Erreichen einer Solltemperatur des Fluids auf den vorgegebenen Wert zuruckgesetzt. Hierbei ist denkbar, dass der zwischen der letzten Zurücksetzung vergangene Zeitraum abgespeichert oder ausgegeben wird, wodurch eine Veränderung des Komponentenverhaltens der Wärmepumpenvorrichtung anhand von sich verändernden Zeiträumen bestimmbar ist.According to a further preferred embodiment of the present invention, the value of the minimum temperature is returned to the predetermined value upon reaching a desired temperature of the fluid. In this case, it is conceivable that the period of time passed between the last reset is stored or output, whereby a change in the component behavior of the heat pump device can be determined on the basis of changing periods.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da so eine selbsttätige und somit eine Mensch-Maschine-Interaktion vermeidende Selbsteinstellung-/Regelung durch die Wärmepumpenvorrichtung bereitgestellt wird.This embodiment is advantageous since it provides an automatic self-adjustment / control by the heat pump device which avoids human-machine interaction.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt mit der Zurücksetzung der erste Zeitabschnitt zu laufen und die Erhöhung erfolgt automatisch. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da ebenfalls automatisch eine dauerhafte und sich wiederholende Bereitstellung beziehungsweise Einleitung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert wird.According to a further preferred embodiment of the present invention, the first period of time begins with the reset and the increase takes place automatically. This embodiment is advantageous since a permanent and repetitive provision or initiation of the method according to the invention is also automatically realized.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Länge der Zeitabschnitte mittels der Division eines vorbestimmten maximalen Zeitraums (in Sekunden), in dem ausgehend von einer Mindeststarttemperatur (in °C) eine Mindestzieltemperatur (in °C) zu erreichen ist, durch den Betrag der Differenz aus einem x-fachen, insbesondere 10-fachen, der Mindestzieltemperatur und dem x-fachen, insbesondere 10-fachen, der Mindeststarttemperatur bestimmt.According to another preferred embodiment of the present invention, the length of the time segments is divided by the amount by dividing a predetermined maximum time period (in seconds) from a minimum start temperature (in ° C) to a minimum target temperature (in ° C) the difference of a x times, in particular 10 times, the minimum target temperature and the x-times, in particular 10 times, determines the minimum starting temperature.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da einfach und somit ressourcenschonend eine Bestimmung der jeweiligen beziehungsweise optimalen Werte durchführbar ist, insbesondere da die Berechnung nur eine geringe Komplexität aufweist. Weiterhin ist die einfache Ausführungsform stets äußerst funktionssicher, günstig und wartungsfreundlich.This embodiment is advantageous since a determination of the respective or optimum values can be carried out simply and thus in a manner that conserves resources, in particular since the calculation has only a low complexity. Furthermore, the simple embodiment is always extremely reliable, cheap and easy to maintain.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der vorbestimmte Zeitraum zwischen 3 und 9 Stunden bevorzugt zwischen 4 und 8 Stunden und besonders bevorzugt im Wesentlichen beziehungsweise genau 6 Stunden. Ein Zeitraum von 6 Stunden kann zum Beispiel einem Aufheizzyklus einer optimalen Wärmepumpen-Fluidspeicherkombination entsprechen und ermöglicht somit eine optimale Wirkungsgradeinstellung.According to a further preferred embodiment of the present invention, the predetermined period of time is between 3 and 9 hours, preferably between 4 and 8 hours and more preferably substantially or exactly 6 hours. For example, a 6 hour period may correspond to a heat pump optimum heat pump fluid storage combination heating cycle, thus allowing optimum efficiency adjustment.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Mindeststarttemperatur zwischen 30°C und 50°C und bevorzugt zwischen 30°C und 45°C und besonders bevorzugt im Wesentlichen oder genau 40°C. Eine Temperatur von 40°C ist besonders bevorzugt, da bei dieser Temperatur das Fluid, insbesondere Wasser, noch für eine Vielzahl von Verwendungen einsetzbar ist. So ist mit 40°C warmem Wasser beispielsweise noch eine Heizeinrichtung betreibbar oder ein Duschvorgang durchführbar.According to another preferred embodiment of the present invention, the minimum starting temperature is between 30 ° C and 50 ° C, and more preferably between 30 ° C and 45 ° C, and more particularly preferably substantially or exactly 40 ° C. A temperature of 40 ° C is particularly preferred because at this temperature the fluid, especially water, is still usable for a variety of uses. For example, with 40 ° C warm water, a heating device can still be operated or a shower process can be carried out.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Mindestzieltemperatur eine Temperatur zwischen 50°C und 70°C und bevorzugt eine Temperatur zwischen 50°C und 60°C und besonders bevorzugt beträgt die Mindestzieltemperatur im Wesentlichen oder genau 56°C. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft im Hinblick auf den üblichen, wirtschaftlichen Auslegungs- und Arbeitsbereich einer Wärmepumpe.According to another preferred embodiment of the present invention, the minimum target temperature is a temperature between 50 ° C and 70 ° C and preferably a temperature between 50 ° C and 60 ° C and more preferably the minimum target temperature is substantially or exactly 56 ° C. This embodiment is advantageous in view of the usual, economical design and work area of a heat pump.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Fluid in einer Zuführeinrichtung, wie zum Beispiel einer Leitung, insbesondere einer Rohrleitung oder einer Schlauchleitung, dem Fluidspeicher zugeführt und das Fluid wird von dem Fluidspeicher zu einem Warmwasserverbraucher beziehungsweise einer Bereitstellungseinrichtung geleitet. Als Warmwasserverbraucher kann zum Beispiel eine Zapfstelle, eine Warmwasserleitung oder ein Heizelement, wie zum Beispiel ein Heizkörper oder eine Heizleitung, angesehen werden.According to a further preferred embodiment of the present invention, the fluid in a feed device, such as a line, in particular a pipeline or a hose, the fluid reservoir is supplied and the fluid is passed from the fluid reservoir to a hot water consumer or a supply device. As hot water consumers, for example, a tap, a hot water pipe or a heating element, such as a radiator or a heating cable, are considered.
Weiterhin ist denkbar, dass eine Wärmepumpenvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie ein Verfahren gemäß den zuvor genannten Merkmalen umsetzt beziehungsweise ausführt.Furthermore, it is conceivable that a heat pump device is designed such that it implements or executes a method according to the aforementioned features.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft Wärmepumpenvorrichtungen beziehungsweise Temperaturverläufe von Wärmepumpenvorrichtungen dargestellt sind. Bauteile der Wärmepumpenvorrichtung, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile nicht in allen Figuren beziffert oder erläutert sein müssen. Es zeigt:Further advantages, objects and features of the present invention will be explained with reference to appended drawings in which heat pump devices or temperature profiles of heat pump devices are shown by way of example. Components of the heat pump device, which in the figures at least essentially coincide with regard to their function, can be identified by the same reference symbols, these components not having to be numbered or explained in all figures. It shows:
In
Bevorzugt erfolgt die Aufheizung des im Tank
Der äußere Bereich des Tanks
Die erfindungsgemäße Funktionalität ermöglicht es demgegenüber ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Aufheizen
Dies bedeutet, dass im Falle einer ungünstigen Komponentenkonstellation die Temperaturen des Fluids zeitweise etwas geringer sein können aber der Installateur muss keine Einstellungen vornehmen, da durch die variable Starttemperatur das Problem der zu häufig erfolgenden Starts zur Brauchwassererwärmung gelöst wird.This means that in the case of an unfavorable component constellation, the temperatures of the fluid can be temporarily slightly lower but the installer does not have to make any adjustments, since the variable start temperature solves the problem of too frequent launches for hot water heating.
In
Durch das Bezugszeichen
In
Die Mindesttemperatur
Im Falle suboptimal aufeinander abgestimmter Komponenten schneiden bzw. treffen sich die Verläufe der Ist-Temperatur
Bei einer jedoch nur aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Wasserbereich, in den sich die Wärme ausbreitet, und dem Wasserbereich, in den die Wärme eingeleitet wird, erfolgenden Absenkung der Ist-Temperatur
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung zum AufheizenDevice for heating
- 22
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 44
- Sensoreinrichtungsensor device
- 55
- WärmeübertragungssystemHeat transfer system
- 66
- Heizeinrichtungheater
- 77
- Ist-TemperaturActual temperature
- 88th
- Mindesttemperaturminimum temperature
- 99
- Zieltemperaturtarget temperature
- 1010
- MindeststarttemperaturMinimum starting temperature
- 1212
- MindestzieltemperaturMinimum target temperature
- 1313
- Standardzeitstandard time
- 1414
- Zuführeinrichtungfeeding
- 1616
- BereitstellungseinrichtungProviding device
- 1818
- Ventileinrichtungvalve means
- 2020
- Kompressorcompressor
- 2121
- Erster TemperaturabsinkbereichFirst temperature drop range
- 2222
- Zweiter TemperaturabsinkbereichSecond temperature drop range
- 2323
- Abszisseabscissa
- 2424
- Ordinateordinate
- 2525
- Heizverlaufheat curve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |