DE102012109198B4 - Process for controlling the defrosting of a refrigerant evaporator - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung des Abtauens eines Verdampfers (4) eines Kältemittelkreislaufes, wobei es vom Verdampfungsdruck oder von der Verdampfungstemperatur abhängig gemacht wird, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, und wobei ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, wenn die Differenz zwischen einer Start-Verdampfungstemperatur und der aktuellen Verdampfungstemperatur, oder die Differenz zwischen einem Start-Verdampfungsdruck und dem aktuellen Verdampfungsdruck einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet,dadurch gekennzeichnet, dass es von dem über eine bestimmte vorangehende Zeitdauer gemittelten Verdampfungsdruck oder von der über eine bestimmte vorangehende Zeitdauer gemittelten Verdampfungstemperatur abhängig gemacht wird, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird.Method for controlling the defrosting of an evaporator (4) of a refrigerant circuit, whereby it is made dependent on the evaporation pressure or the evaporation temperature, when a respective defrosting process is started, and wherein a respective defrosting process is started when the difference between a starting evaporating temperature and the current evaporation temperature, or the difference between a start evaporation pressure and the current evaporation pressure exceeds a predetermined threshold value, characterized in that it is made dependent on the evaporation pressure averaged over a certain preceding time period or on the evaporation temperature averaged over a certain previous time period defrosting is started.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 2, 9 und 11, d.h. ein Verfahren zur Steuerung des Abtauens eines Verdampfers eines Kältemittelkreislaufes.The present invention relates to a method according to the preamble of
Ein Kältemittelkreislauf kommt beispielsweise, aber nicht ausschließlich in Wärmepumpenheizsystemen zum Einsatz. Solche Wärmepumpenheizsysteme können zum Beispiel zur Erwärmung von Heizwasser und/oder Brauchwasser, aber auch von beliebigen anderen Medien verwendet werden. Die zur Erwärmung des zu erwärmenden Mediums benötigte Energie kann dabei der Luft entnommen werden, die dem Wärmepumpenheizsystem zugeführt wird. Solche Wärmepumpenheizsysteme werden als Luft/Wasser-Wärmepumpenheizsysteme bezeichnet und sind zur Beheizung von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung weit verbreitet.A refrigerant circuit is used, for example, but not exclusively in heat pump heating systems. Such heat pump heating systems can be used, for example, for heating heating water and / or process water, but also for any other media. The energy required to heat the medium to be heated can be taken from the air that is fed to the heat pump heating system. Such heat pump heating systems are referred to as air / water heat pump heating systems and are widely used for heating buildings and for heating water.
Der prinzipielle Aufbau eines solchen Wärmepumpenheizsystems ist in
Das in der
Der Vollständigkeit halber sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier nur die vorliegend besonders interessierenden Komponenten des Wärmepumpenheizsystems gezeigt sind und beschrieben werden. Wärmepumpenheizsysteme enthalten üblicherweise eine ganze Reihe weiterer Komponenten wie beispielsweise diverse Temperatur- und/oder Drucksensoren, Druckschalter, eine Kondensatwanne, eine Kondensatwannenheizung, etc..For the sake of completeness, it should already be pointed out here that only the components of the heat pump heating system that are of particular interest here are shown and described. Heat pump heating systems usually contain a whole range of other components such as various temperature and / or pressure sensors, pressure switches, a condensate pan, a condensate pan heater, etc.
Das beim Verdichter
Die Steuereinrichtung
Während des Betriebes des Wärmepumpenheizsystems bildet sich auf dem Verdampfer
Die sich auf dem Verdampfer
Deshalb muss das sich am Verdampfer
Das in der
Es existieren zwei verschiedene Einstellmöglichkeiten, wobei die sich bei der ersten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils
Die Verbindungen, die sich bei der ersten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils
Die Verbindungen, die sich bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils
Ein derartiges Abtauen des Verdampfers
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Abtauung des Verdampfers
Weiterer Stand der Technik ist aus der
Unabhängig davon, auf welche Art und Weise das Abtauen des Verdampfers erfolgt, sinken die mittlere Heizleistung und Effizienz des Wärmepumpenheizsystems zusätzlich auch dadurch, dass das Abtauen nicht bedarfsgerecht erfolgt, also zu früh oder zu spät begonnen wird und/oder zu früh oder zu spät beendet wird.Regardless of how the evaporator is defrosted, the average heating output and efficiency of the Heat pump heating system also because defrosting does not take place as required, i.e. it starts too early or too late and / or ends too early or too late.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, durch welche sich die mittlere Heizleistung und Effizienz des Wärmepumpenheizsystems verbessern lässt.The present invention is therefore based on the object of finding a way by which the average heating power and efficiency of the heat pump heating system can be improved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1, 2, 9 und 11 beanspruchten Verfahren gelöst.This object is achieved according to the invention by the methods claimed in
Diese Verfahren ermöglichen ein exakt auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmtes Abtauen. Genauer gesagt ist es durch die Verwendung der beanspruchten Kriterien für den Beginn und das Ende der jeweiligen Abtauvorgänge möglich, dass ein jeweiliger Abtauvorgang immer genau dann eingeleitet wird, wenn es aufgrund der vorhandenen Eisbildung tatsächlich erforderlich ist, und dass ein jeweiliger Abtauvorgang immer genau dann beendet wird, sobald sich auf dem Verdampfer kein Eis mehr befindet. Damit lassen sich sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer der Abtauvorgänge, also die Zeiten, während welcher der Kältekreislauf nicht für seinen eigentlichen Zweck verwendet werden kann, auf ein Minimum reduzieren. Gleichzeitig befindet sich auf dem Verdampfer nie so viel Eis, dass der Kältemittelkreislauf nicht mehr effizient betrieben werden kann. Im Ergebnis steigen damit die mittlere Heizleistung und die Effizienz des den Kältemittelkreislauf enthaltenden Systems.These processes enable defrosting that is precisely tailored to actual needs. More specifically, by using the claimed criteria for the beginning and the end of the respective defrosting processes, it is possible that a respective defrosting process is always started exactly when it is actually necessary due to the existing ice formation, and that a respective defrosting process always ends exactly then as soon as there is no more ice on the evaporator. This means that both the frequency and the duration of the defrosting process, i.e. the times during which the refrigeration cycle cannot be used for its actual purpose, can be reduced to a minimum. At the same time, there is never so much ice on the evaporator that the refrigerant circuit can no longer be operated efficiently. As a result, the average heating output and the efficiency of the system containing the refrigerant circuit increase.
Der hierfür in Kauf zu nehmende zusätzliche technische Aufwand ist im Verhältnis zu den dadurch erzielbaren Vorteilen vernachlässigbar gering.The additional technical effort to be accepted for this is negligible in relation to the advantages that can be achieved thereby.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung, und den Figuren entnehmbar.Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims, the following description and the figures.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 den prinzipiellen Aufbau eines herkömmlichen Wärmepumpenheizsystems, -
2A den prinzipiellen Aufbau eines herkömmlichen Wärmepumpenheizsystems, bei welchem bei Bedarf eine Kreislaufumkehr erfolgen kann, -
2B die sich zwischen den Komponenten des in der2A gezeigten Wärmepumpenheizsystems einstellenden Verbindungen, wenn sich das Wärmepumpenheizsystem in der Heiz-Betriebsart befindet, -
2C die sich zwischen den Komponenten des in der2A gezeigten Wärmepumpenheizsystems einstellenden Verbindungen, wenn sich das Wärmepumpenheizsystem in der Abtau-Betriebsart befindet, und -
3 den prinzipiellen Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchen die im Folgenden näher beschriebenen Abtauverfahren durchgeführt werden können.
-
1 the basic structure of a conventional heat pump heating system, -
2A the basic structure of a conventional heat pump heating system, in which a cycle reversal can be carried out if necessary, -
2 B which is between the components of the in the2A connections shown in the heat pump heating system when the heat pump heating system is in the heating mode, -
2C which is between the components of the in the2A shown heat pump heating system setting connections when the heat pump heating system is in the defrost mode, and -
3rd the basic structure of a heat pump heating system, in which the defrosting process described in more detail below can be carried out.
Die hier vorgestellten Verfahren kommen im betrachteten Beispiel beim Kältemittelkreislauf eines Wärmepumpenheizsystems, genauer gesagt eines Luft/Wasser-Wärmepumpenheizsystems zum Einsatz. Es sei jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hierauf keine Einschränkung besteht. Die hier vorgestellten Verfahren können bei beliebigen Kältemittelkreisläufen zum Einsatz kommen, bei welchen ein mehr oder weniger häufiges Abtauen des Verdampfers erforderlich oder vorteilhaft ist.The methods presented here are used in the example considered in the refrigerant circuit of a heat pump heating system, more precisely an air / water heat pump heating system. At this point, however, it should be pointed out that there is no restriction. The methods presented here can be used in any refrigerant circuits in which a more or less frequent defrosting of the evaporator is necessary or advantageous.
Der prinzipielle Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchem die hier vorgestellten Verfahren zum Einsatz kommen können, ist in
Das in der
Der Drucksensor
Der Drucksensor
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass in der
Unabhängig hiervon sind die im gezeigten Kältemittelkreislauf enthaltenen Komponenten in der Praxis zumindest teilweise unterschiedlich realisierbar. Beispielsweise kann das Expansionsventil
Wenn die Außenlufttemperatur unter einen bestimmten Wert sinkt, bildet sich während des normalen Betriebes, also während der Verwendung des Kältemittelkreislaufes zum Heizen auf dem Verdampfer
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kriterien, die erfüllt sein müssen, damit ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet bzw. beendet wird.The present invention relates to the criteria that must be met in order for a respective defrosting process to be started or ended.
Das Abtauen des Verdampfers
Das Abtauen des Verdampfers
Es wird nun zunächst beschrieben, welche Bedingungen für den Start eines jeweiligen Abtauvorganges erfüllt sein müssen.It is first described which conditions must be fulfilled for the start of a particular defrosting process.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird es vom Verdampfungsdruck oder von der Verdampfungstemperatur abhängig gemacht, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird.In the method presented here, it is made dependent on the evaporation pressure or the evaporation temperature when a respective defrosting process is started.
Bei dem im Folgenden beschriebenen Beispiel wird so vorgegangen, dass durch den Sensor
Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Umrechnung des Verdampfungsdruckes in die Verdampfungstemperatur nicht zwingend erforderlich ist. Es könnte auch gleich von dem durch den Sensor
Da der Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur unter Verwendung der Dampfdruckkurve oder dergleichen ineinander umrechenbar sind, handelt es sich um einander entsprechende Größen, die gegenseitig ersetzbar sind. Das heißt, der Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur sind quasi als Äquivalente anzusehen.Since the evaporation pressure and the evaporation temperature can be converted into one another using the vapor pressure curve or the like, these are mutually corresponding variables which are mutually replaceable. This means that the evaporation pressure and the evaporation temperature are to be regarded as equivalents.
Vorzugsweise wird es nicht allein von der aktuellen Verdampfungstemperatur abhängig gemacht, ob ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, sondern von der Größe der Differenz Diff zwischen einem Startwert t0 Start und dem aktuellen Wert t0 Zyklus der Verdampfungstemperatur, wobei gilt:
Genauer gesagt wird ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet, wenn die Differenz Diff größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.More specifically, a respective defrosting process is started when the difference Diff is greater than a predetermined threshold value.
Die Starttemperatur t0 Start ist die Verdampfungstemperatur, die sich einstellt, sobald nach dem Start eines Heizzyklus im Verdampfer
Die Start-Verdampfungstemperatur t0 Start wird in jedem Heizzyklus neu ermittelt, wird aber nur ein einziges Mal pro Heizzyklus ermittelt.The start evaporation temperature t0 Start is determined again in each heating cycle, but is only determined once per heating cycle.
Im betrachteten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die stabile Überhitzung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Start eines Heizzyklus erreicht ist. Genauer gesagt wird die Start-Verdampfungstemperatur t0 Start im betrachteten Beispiel 8 Minuten nach dem Beginn des Heizzyklus ermittelt. Die genannten 8 Minuten sind nur als ein Beispiel zu verstehen. Die Zeit, die bis zum Erreichen einer stabilen Überhitzung vergeht, kann für verschiedene Kältemittelkreisläufe unterschiedlich groß sein. In the example considered, it is assumed that the stable overheating has been reached after a predetermined time after the start of a heating cycle. More specifically, the start evaporation temperature t0 Start is determined 8 minutes after the start of the heating cycle in the example considered. The 8 minutes mentioned are only an example. The time it takes to reach stable overheating can vary for different refrigerant circuits.
Um nicht von kurzzeitigen Schwankungen abhängig zu sein, werden für t0 Start und/oder t0 Zyklus vorzugsweise über einen gewissen Zeitraum gemittelte Temperaturen verwendet.In order not to be dependent on short-term fluctuations, temperatures averaged over a certain period of time are preferably used for t0 start and / or t0 cycle.
Im betrachteten Beispiel wird die gemittelte Temperatur t0 Start dadurch ermittelt, dass mit der Messung wie schon erwähnt 8 Minuten nach dem Start des Heizzyklus begonnen wird, und das Messergebnis dann über einen Zeitraum von 8 Minuten gemittelt wird, so dass die gemittelte Start-Verdampfungstemperatur t0 Start also 16 Minuten nach dem Einschalten des Wärmepumpenheizsystems zur Verfügung steht.In the example under consideration, the averaged temperature t0 Start is determined by starting the
Die gemittelte Temperatur t0 Zyklus wird im betrachteten Beispiel über 2 Minuten gemittelt. Genauer gesagt ist es so, dass die gemittelte Temperatur t0 Zyklus kontinuierlich oder wiederholt in kurzen zeitlichen Abständen ermittelt wird und die ermittelten Werte für t0 Zyklus jeweils den Mittelwert der jeweils vorangehenden 2 Minuten darstellen.The average temperature t0 cycle is averaged over 2 minutes in the example considered. More precisely, it is the case that the averaged temperature t0 cycle is determined continuously or repeatedly at short time intervals and the determined values for t0 cycle each represent the mean value of the preceding 2 minutes.
Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, erfolgt die Ermittlung der Verdampfungstemperaturen t0 Start und t0 Zyklus durch eine Ermittlung der Verdampfungsdrücke (unter Verwendung des Sensors
Obgleich sich die Verwendung von gemittelten Verdampfungstemperaturen bzw. gemittelten Verdampfungsdrücken in vielen Fällen als vorteilhaft erweist, besteht keine zwingende Notwendigkeit gemittelte Werte zu verwenden. Falls für t0 Start und t0 Zyklus gemittelte Werte verwendet werden, sind die Zeiten, über welche die Werte gemittelt werden, nicht auf die vorstehend genannten Zeiten beschränkt. Die Zeiten können unabhängig voneinander beliebig groß sein.Although the use of averaged evaporation temperatures or averaged evaporation pressures proves to be advantageous in many cases, there is no imperative to use averaged values. If averaged values are used for t0 start and t0 cycle, the times over which the values are averaged are not limited to the times mentioned above. The times can be of any length independently of one another.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Schwellenwert, den die Differenz Diff überschreiten muss, damit ein Abtauvorgang gestartet wird, nicht ein konstanter Wert ist, sondern ein statisch oder dynamisch an sich ändernde Verhältnisse anpassbarer Wert ist. Von dieser Möglichkeit wird auch beim betrachteten Beispiel Gebrauch gemacht. Genauer gesagt wird im betrachteten Beispiel ein Schwellenwert verwendet, dessen Größe sich in Abhängigkeit von der Zeit, die seit dem Beginn des aktuellen Heizzyklus vergangen ist, verändert. Der Schwellenwert nimmt dabei mit fortschreitender Dauer des aktuellen Heizzyklus ab, wobei die Abnahme einer Hyperbelfunktion folgt.It proves to be advantageous if the threshold value, which the difference Diff must exceed, so that a defrosting process is started, is not a constant value, but is a statically or dynamically adaptable value. This option is also used in the example considered. More precisely, a threshold value is used in the example under consideration, the size of which changes as a function of the time that has elapsed since the start of the current heating cycle. The threshold value decreases as the duration of the current heating cycle progresses, the decrease following a hyperbolic function.
Der verwendete Schwellenwert berechnet sich im betrachteten Beispiel wie folgt:
Das Ergebnis dieser Schwellenwertanpassung ist, dass die Empfindlichkeit der Abtaueinleitung zunimmt.The result of this threshold adjustment is that the sensitivity of the defrost initiation increases.
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass die angegebene Gleichung zur Berechnung des jeweils aktuellen Schwellenwertes nur als ein Beispiel anzusehen ist, und verschiedene Kältemittelkreisläufe und/oder verschiedene Verwendungen und/oder verschiedene Einsatzbedingungen entsprechende Anpassungen erfordern können.It should be obvious and requires no further explanation that the equation given for calculating the current threshold value is only to be regarded as an example and that different refrigerant circuits and / or different uses and / or different operating conditions may require corresponding adjustments.
Obgleich es vorteilhaft ist, den Schwellenwert wie beschrieben oder anders dynamisch an die gegebenen Verhältnisse anzupassen, liefert auch die Verwendung eines nicht wie beschrieben dynamisch an die gegebenen Verhältnisse angepassten, konstanten Schwellenwertes oder einer „nur“ statisch an die gegebenen Verhältnisse angepassten Schwellenwertes ein gut geeignetes Kriterium für den Beginn eines Abtauvorganges.Although it is advantageous to adapt the threshold value dynamically to the given conditions as described or in another way, the use of a constant threshold value which is not dynamically adapted to the given conditions as described or a threshold value which is “only” statically adapted to the given conditions also provides a suitable one Criterion for the start of a defrost process.
Vorzugsweise wird der Schwellenwert zusätzlich einer Korrektur unterzogen, durch welche während des Heizzyklus auftretende Arbeitspunktverschiebungen berücksichtigt werden. Im betrachteten Beispiel erfolgt dies dadurch, dass der Schwellenwert abhängig von sich während des Betriebes des Wärmepumpenheizsystems verändernden Parametern korrigiert wird, und zwar derart, dass durch die Korrektur die Veränderungen des Verdampfungsdruckes oder der Verdampfungstemperatur eliminiert werden, die durch die sich verändernden Parameter verursacht werden. Die sich verändernden Parameter, unter Berücksichtigung welcher die Korrektur des Schwellenwertes erfolgt, sind zum einen die Temperatur der Luft, mit welcher der Verdampfer
Die Ermittlung des Korrekturwertes erfolgt im betrachteten Beispiel unter Verwendung einer Matrix, in welcher hinterlegt ist, wie hoch bei einer jeweiligen Lufttemperatur (erste Matrix-Eingangsgröße) und einer jeweiligen Kondensationstemperatur (zweite Matrix-Eingangsgröße) bei eisfreiem Verdampfer
Der gesuchte Korrekturwert ist dann jeweils die Differenz zwischen der unter Berücksichtigung der aktuellen Lufttemperatur und der aktuellen Kondensationstemperatur aus der Matrix ermittelten Verdampfungstemperatur und einer mehr oder weniger lange vorher auf die selbe Art und Weise aus der Matrix ermittelten Verdampfungstemperatur. Um diese Verdampfungstemperatur-Differenz wird schließlich der Schwellenwert erhöht oder verringert. Dadurch kann verhindert werden, dass Veränderungen der Verdampfungstemperatur t0 Zyklus oder des zugehörigen Verdampfungsdruckes, die nur aufgrund einer Veränderung der Lufttemperatur oder einer Veränderung der Kondensationstemperatur, oder einer Änderung der Heizwassertemperatur erfolgen, einen Einfluss auf den Start eines jeweiligen Abtauvorganges haben.The correction value sought is then in each case the difference between the evaporation temperature determined from the matrix taking into account the current air temperature and the current condensation temperature and a more or less long previously determined evaporation temperature from the matrix in the same way. Finally, the threshold value is increased or decreased by this evaporation temperature difference. This can prevent changes in the evaporation temperature t0 cycle or the associated evaporation pressure, which only occur due to a change in the air temperature or a change in the condensation temperature, or a change in the heating water temperature, having an influence on the start of a respective defrosting process.
Bei der Ermittlung der jeweiligen Korrekturwerte wird im betrachteten Beispiel wie folgt vorgegangen: Zu Beginn eines jeden Heizzyklus wird unter Verwendung der aktuellen Lufttemperatur und der aktuellen Kondensationstemperatur aus der Matrix eine erste Verdampfungstemperatur ausgelesen. Im betrachteten Beispiel wird mit der Ermittlung dieser ersten Verdampfungstemperatur wie bei der vorstehend beschriebenen Ermittlung der tatsächlichen Verdampfungstemperatur t0 Start 8 Minuten nach dem Beginn eines jeweiligen Heizzyklus begonnen. Dabei werden zunächst über 8 Minuten gemittelte Werte für die Lufttemperatur und die Kondensationstemperatur ermittelt, und anschließend, also 16 Minuten nach dem Beginn des betreffenden Heizzyklus, unter Verwendung dieser gemittelten Temperaturen die zugeordnete (erste) Verdampfungstemperatur aus der Matrix ausgelesen. Anschließend werden in mehr oder weniger großen zeitlichen Abständen unter Verwendung von jeweils neu ermittelten Werten für die Lufttemperatur und die Kondensationstemperatur weitere Verdampfungstemperaturen aus der Matrix ausgelesen. Die neu ermittelten Werte für die Lufttemperatur und die Kondensationstemperatur sind vorzugsweise ebenfalls gemittelte Werte. Im betrachteten Beispiel sind die verwendeten Werte jeweils über die zwei vorangehenden Minuten gemittelte Werte.In the example under consideration, the respective correction values are determined as follows: At the beginning of each heating cycle, a first evaporation temperature is read from the matrix using the current air temperature and the current condensation temperature. In the example considered, the determination of this first evaporation temperature begins as in the determination of the actual evaporation temperature t0 start described 8 minutes after the start of a respective heating cycle. First, the air temperature and the condensation temperature are averaged over 8 minutes, and then, 16 minutes after the start of the heating cycle in question, the assigned (first) evaporation temperature is read from the matrix using these averaged temperatures. Subsequently, further evaporation temperatures are read out from the matrix at more or less large time intervals using newly determined values for the air temperature and the condensation temperature. The newly determined values for the air temperature and the condensation temperature are preferably also averaged values. In the example considered, the values used are values averaged over the two preceding minutes.
Der jeweils aktuelle Korrekturwert wird dann durch Bildung der Differenz zwischen der zuletzt aus der Matrix ausgelesenen Verdampfungstemperatur und der zu Beginn des betreffenden Heizzyklus aus der Matrix ausgelesenen ersten Verdampfungstemperatur ermittelt.The current correction value is then determined by forming the difference between the evaporation temperature last read out of the matrix and the first evaporation temperature read out of the matrix at the beginning of the heating cycle in question.
Alternativ könnte vorgesehen werden, mit einer Matrix zu arbeiten, aus welcher gleich der jeweils aktuelle Korrekturwert ausgelesen werden kann. Eine solche Matrix hätte dann allerdings vier verschiedene Eingangsgrößen, nämlich die gemittelten Werte für die Lufttemperatur und die Kondensationstemperatur, unter Verwendung welcher beim vorstehend beschriebenen Beispiel die erste Verdampfungstemperatur aus der Matrix ausgelesen wurde, und die jeweils aktuellen Werte für die Lufttemperatur und die Kondensationstemperatur, unter Verwendung welcher beim vorstehend beschriebenen Beispiel die weiteren Verdampfungstemperaturen aus der Matrix ausgelesen wurden.Alternatively, it could be provided to work with a matrix from which the current correction value can be read out immediately. However, such a matrix would then have four different input variables, namely the averaged values for the air temperature and the condensation temperature, using which the first evaporation temperature was read from the matrix in the example described above, and the respective current values for the air temperature and the condensation temperature, below Use which the further evaporation temperatures were read from the matrix in the example described above.
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass zur Durchführung der beschriebenen Korrektur nicht zwingend unter Verwendung der erwähnten Matrix erfolgen muss. Die im vorstehend beschriebenen Beispiel aus der Matrix ausgelesenen Verdampfungstemperaturen können auch auf andere Art und Weise ermittelt werden, beispielsweise durch eine entsprechende Funktionsgleichung.It should be obvious and requires no further explanation that the correction described does not necessarily have to be carried out using the matrix mentioned. The evaporation temperatures read from the matrix in the example described above can also be determined in another way, for example by means of a corresponding functional equation.
Selbstverständlich kann bei der Korrektur des Schwellenwertes statt mit Verdampfungstemperaturen bzw. Verdampfungstemperatur-Differenzen mit Verdampfungsdrücken bzw. Verdampfungsdruck-Differenzen gearbeitet werden. Unabhängig hiervon besteht keine zwingende Notwendigkeit, die Korrektur in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und der Verdampfungstemperatur durchzuführen. Bei der Korrektur können zusätzlich oder alternativ beliebige andere Parameter berücksichtigt werden, die sich während eines Heizzyklus ändern oder ändern können. Prinzipiell gibt es weder in Bezug auf die Auswahl noch in Bezug auf die Anzahl der zu berücksichtigenden Parameter eine Einschränkung.Of course, instead of using evaporation temperatures or evaporation temperature differences, it is possible to work with evaporation pressures or evaporation pressure differences when correcting the threshold value. Regardless of this, there is no imperative to make the correction depending on the air temperature and the evaporation temperature. In addition, or alternatively, any other parameters that can change or change during a heating cycle can be taken into account in the correction. In principle, there is no restriction regarding the selection or the number of parameters to be considered.
Auf die vorstehend beschriebene Art und Weise ist es möglich, einen jeweiligen Abtauvorgang genau dann zu starten, wenn es tatsächlich erforderlich ist. Die Ermittlung, wann ein jeweiliger Abtauvorgang zu starten ist, erfolgt dabei stets mit höchster Präzision. Die Präzision wird auch nicht durch Sensorfehler aufgrund von in der Praxis kaum vermeidbaren Langzeitdrifts negativ beeinflusst, weil der erwähnte Schwellenwert nicht mit dem aktuellen absoluten Verdampfungsdruck / der aktuellen absoluten Verdampfungstemperatur verglichen wird, sondern mit einer Verdampfungstemperaturdifferenz oder einer Verdampfungsdruckdifferenz, und weil auch bei der Korrektur des Schwellenwertes mit Differenzen gearbeitet wird. Durch das Arbeiten mit Differenzen eliminieren sich die Sensorfehler weitestgehend und haben damit im Ergebnis keinen oder allenfalls einen vernachlässigbar geringen Einfluss auf den Start eines jeweiligen Abtauvorganges.In the manner described above, it is possible to start a respective defrosting process exactly when it is actually necessary. The determination of when to start a defrost process is always carried out with the greatest precision. The precision is also not negatively influenced by sensor errors due to long-term drifts that are hardly avoidable in practice, because the mentioned threshold value is not compared with the current absolute evaporation pressure / the current absolute evaporation temperature, but with an evaporation temperature difference or an evaporation pressure difference, and also because of the correction of the threshold is worked with differences. By working with differences, the sensor errors are largely eliminated and, as a result, have no or at most one negligible influence on the start of each defrosting process.
Es besteht jedoch keine zwingende Notwendigkeit, mit Differenzen zu arbeiten. Insbesondere wenn die erwähnten Sensoren keinen oder nur einen sehr geringen Langzeitdrift aufweisen, oder wenn der Langzeitdrift anderweitig kompensiert wird, könnte bei der Ermittlung, wann ein jeweiliger Abtauvorgang zu starten ist, auch mit absoluten Temperatur- oder Druckwerten gearbeitet werden. Genauer gesagt könnte beispielsweise vorgesehen werden, dass ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, wenn die Differenz zwischen der aktuellen absoluten Verdampfungstemperatur und der aktuellen absoluten Lufttemperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wobei auch dieser Schwellenwert bei Bedarf an während des Betriebes auftretende Veränderungen angepasst werden kann, beispielsweise in Abhängigkeit von der aktuellen Dauer des momentanen Heizzyklus dynamisch verändert werden kann.However, there is no imperative to work with differences. In particular, if the sensors mentioned have no or only a very slight long-term drift, or if the long-term drift is compensated for in some other way, it would also be possible to work with absolute temperature or pressure values when determining when a respective defrosting process should be started. More precisely, it could be provided, for example, that a respective defrosting process is started when the difference between the current absolute evaporation temperature and the current absolute air temperature exceeds a predetermined threshold value, this threshold value also being able to be adapted to changes occurring during operation, for example in Depending on the current duration of the current heating cycle can be changed dynamically.
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, ist es ebenso wichtig, dass der Abtauvorgang genau dann beendet wird, wenn sich kein Eis mehr auf dem Verdampfer
Im Folgenden werden daher nun die Bedingungen beschrieben, die erfüllt sein müssen, damit ein jeweiliger Kreislaufumkehr-Abtauvorgang beendet wird, also der Kältemittelkreislauf wieder zum Heizen zur Verfügung steht.The following describes the conditions that must be met in order for a respective reverse cycle defrosting process to be ended, that is to say the refrigerant circuit is available again for heating.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird es vom Kondensationsdruck oder von der Kondensationstemperatur abhängig gemacht, wann ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird.In the method presented here, it is made dependent on the condensation pressure or the condensation temperature when a particular defrosting process is ended.
Beim betrachteten Beispiel wird so vorgegangen, dass durch den Sensor
Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Umrechnung des Kondensationsdruckes in die Kondensationstemperatur nicht zwingend erforderlich ist. Es könnte auch gleich von dem durch den Sensor
Da der Kondensationsdruck und die Kondensationstemperatur unter Verwendung der Dampfdruckkurve oder dergleichen ineinander umrechenbar sind, handelt es sich um einander entsprechende Größen, die gegenseitig ersetzbar sind. Das heißt, der Kondensationsdruck und die Kondensationstemperatur sind quasi als Äquivalente anzusehen.Since the condensation pressure and the condensation temperature can be converted into one another using the vapor pressure curve or the like, these are mutually corresponding variables that can be replaced. This means that the condensation pressure and the condensation temperature are to be regarded as equivalents.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird es nicht allein von der aktuellen Kondensationstemperatur abhängig gemacht, ob ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird, sondern zumindest teilweise auch zusätzlich von der Dauer, während welcher eine bestimmte Kondensationstemperatur vorhanden ist.In the method presented here, it is not only dependent on the current condensation temperature whether a respective defrosting process is ended, but at least partly also on the duration during which a specific condensation temperature is present.
Genauer gesagt ist es beim betrachteten Beispiel so, dass der Abtauvorgang spätestens dann beendet wird, wenn die Kondensationstemperatur 42°C oder mehr erreicht hat, wobei es in diesem Fall keine Rolle spielt, wie lange dieser Zustand andauert (Überprüfung
Ein jeweiliger Abtauvorgang kann aber auch schon vor Erreichen dieser Kondensationstemperatur beendet werden. Genauer gesagt wird im betrachteten Beispiel ein jeweiliger Abtauvorgang bereits dann beendet, wenn eine niedrigere Kondensationstemperatur für eine temperaturabhängige Mindestdauer vorhanden ist. Im betrachteten Beispiel wird ein Abtauvorgang also auch schon beendet,
- - wenn die
Kondensationstemperatur mindestens 1 Minute lang mindestens 40°C beträgt (Überprüfung2 ), oder - - wenn die
Kondensationstemperatur mindestens 2 Minuten lang mindestens 36°C beträgt (Überprüfung3 ), oder - - wenn die
Kondensationstemperatur mindestens 3 Minuten lang mindestens 30°C beträgt (Überprüfung4 ).
- - if the condensation temperature is at least 40 ° C for at least 1 minute (check
2nd ), or - - if the condensation temperature is at least 36 ° C for at least 2 minutes (check
3rd ), or - - if the condensation temperature is at least 30 ° C for at least 3 minutes (check
4th ).
Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass die genannten Temperaturen und Zeitdauern vorzugsweise empirisch ermittelte gerätespezifische Werte sind und bei verschiedenen Kältemittelkreislaufen unterschiedlich groß sein können und auch von den Einsatzbedingungen und sonstigen Parametern abhängen können. Bei der Ermittlung der verwendeten Temperatur / Zeitdauerkombinationen wird so vorgegangen, dass zunächst ermittelt wird, wie lange die Kondensationstemperatur mindestens einen bestimmte Wert aufweisen muss, bis das am Verdampfer
Es dürfte ferner einleuchten, und bedarf keiner näheren Erläuterungen, dass anstelle der genannten Temperaturen 30°C, 36°C, 40°C, und 42°C auch beliebige andere Temperaturen verwendet werden können. Ein jeweiliger Abtauvorgang kann auch beendet werden, wenn die Kondensationstemperatur einen anderen Wert, beispielsweise 38°C oder einen beliebigen anderen Wert erreicht hat und diesen für eine zugeordnete Zeitdauer nicht mehr unterschreitet.It should also be clear, and requires no further explanation that 30 ° C, 36 ° C, 40 ° C, and 42 ° C can be used instead of the temperatures mentioned any other temperatures. A respective defrosting process can also be ended when the condensation temperature has reached another value, for example 38 ° C. or any other value and no longer falls below this for an assigned period of time.
Darüber hinaus können auch mehr oder weniger als die genannten
Die verschiedenen, im betrachteten Beispiel die vier verschiedenen Überprüfungen (Überprüfung
Auf die beschriebene Art und Weise kann zuverlässig erreicht werden, dass ein jeweiliger Abtauvorgang genau dann beendet wird, wenn sich kein Eis mehr auf dem Verdampfer befindet.In the manner described, it can be reliably achieved that a respective defrosting process is ended exactly when there is no more ice on the evaporator.
Die Einleitung und die Beendigung eines jeweiligen Abtauvorganges sowie die Überprüfungen und Festlegungen, wann ein jeweiliger Abtauvorgang zu starten oder zu beenden ist, erfolgt durch die Steuereinrichtung
Die vorstehend beschriebenen Verfahren erweisen sich unabhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung als vorteilhaft. Durch sie ist ein exakt am tatsächlichen Bedarf ausgerichtetes Abtauen des Verdampfers möglich. Das heißt, ein jeweiliger Abtauvorgang wird zuverlässig immer genau dann gestartet, wenn es tatsächlich erforderlich ist, und der jeweilige Abtauvorgang wird zuverlässig genau dann beendet, wenn das auf dem Verdampfer befindliche Eis vollständig von diesem entfernt ist. Im Ergebnis werden damit sowohl die zeitlichen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Abtauvorgängen als auch die Dauern der Abtauvorgänge optimal an den gegebenen Verhältnissen ausgerichtet, und folglich die mittlere Heizleistung und die Effizienz des Wärmepumpenheizsystems maximiert.The methods described above prove to be advantageous regardless of the details of the practical implementation. They allow the evaporator to be defrosted precisely according to actual needs. This means that a respective defrosting process is reliably started exactly when it is actually required, and the respective defrosting process is reliably ended exactly when the ice on the evaporator is completely removed from it. As a result, both the time intervals between successive defrosting processes and the duration of the defrosting processes are optimally adjusted to the given conditions, and consequently the average heating output and the efficiency of the heat pump heating system are maximized.
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Verdichtercompressor
- 22nd
- VerflüssigerCondenser
- 33rd
- ExpansionsventilExpansion valve
- 44th
- VerdampferEvaporator
- 55
- Ventilatorfan
- 66
- SteuereinrichtungControl device
- 77
- VierwegeventilFour-way valve
- 88th
- NiederdrucksensorLow pressure sensor
- 99
- HochdrucksensorHigh pressure sensor
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-
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