DE102014226997A1

DE102014226997A1 - Method and system for influencing the sound emission of a heat pump or air conditioning system

Info

Publication number: DE102014226997A1
Application number: DE102014226997.0A
Authority: DE
Inventors: Franz Grammling
Original assignee: Rotex Heating Systems GmbH
Current assignee: Rotex Heating Systems GmbH
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-06-30
Also published as: EP3240974B1; WO2016107815A3; EP3240974A2; WO2016107815A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Beeinflussung der Schallemission einer Wärmepumpe (10) oder Klimaanlage, bei dem in einem Außengerät (14) eine als Ventilator (16) oder Kompressor (18) ausgebildete Gerätekomponente (16, 18) betrieben und dabei Schall emittiert wird. Zur selbstadaptiven Geräuschregelung wird vorgeschlagen, dass ein Lärmpegel des Umgebungslärms im Bereich des Außengeräts (14) mittels einer Messeinheit (20) erfasst wird, dass eine obere Grenzdrehzahl der Gerätekomponente (16, 18) in Abhängigkeit von dem Lärmpegel bestimmt wird, und dass die Drehzahl für den Betrieb der Gerätekomponente (16, 18) durch die Grenzdrehzahl nach oben begrenzt wird.The invention relates to a method and a system for influencing the sound emission of a heat pump (10) or air conditioning, in which in an outdoor unit (14) as a fan (16) or compressor (18) trained device component (16, 18) operated while sound is emitted. For self-adaptive noise control, it is proposed that a noise level of the ambient noise in the area of the outdoor unit (14) is detected by means of a measuring unit (20), that an upper limit speed of the device component (16, 18) is determined as a function of the noise level, and that the speed for the operation of the device component (16, 18) is limited by the limit speed upwards.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Schallemission einer insbesondere mit Inverter ausgestatteten Wärmepumpe oder Klimaanlage, bei welchem in einem zur Aufstellung im Außenbereich eines Gebäudes bestimmten Außengerät der Wärmepumpe oder Klimaanlage eine als Ventilator oder Kompressor ausgebildete Gerätekomponente betrieben und dabei Schall emittiert wird. Die Erfindung betrifft weiter ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for influencing the sound emission of a particular equipped with inverter heat pump or air conditioning in which operated in a set up for outdoor installation of a building outdoor unit of the heat pump or air conditioning designed as a fan or compressor device component while sound is emitted. The invention further relates to a system for carrying out such a method.

Luft/Wasser-Wärmepumpen beziehen Ihre Wärme üblicherweise aus der Umgebungsluft. Dazu wird eine Außeneinheit im Freien in der Nähe des zu beheizenden Gebäudes aufgestellt. Dort wird Wärme aus der Umgebungsluft über einen Wärmetauscher an ein Kältemittel übertragen. Um die Wärmeübertragung effizient zu gestalten, muss ein großer Luftstrom durch den Wärmetauscher geführt werden. Dieser Luftstrom wird üblicherweise durch einen Ventilator erzeugt. Sowohl der Luftstrom als auch der Ventilator selbst erzeugen dabei einen gewissen Luftschall, dessen Intensität von der Drehzahl des Ventilators abhängig ist. Bei so genannten Inverter-Geräten sind der Kompressor und der Ventilator über weite Betriebsbereiche in Drehzahl und Leistung modulierbar. Für beide Aggregate gilt, dass Ihre Schall-Emission mit zunehmender Leistungsaufnahme deutlich zunimmt. Bei oftmals dichter Bebauung kommt es immer wieder zu Kritik bezüglich der Geräuschemission von kältetechnischen Außengeräten (Wärmepumpen und Klimageräte) bezüglich ihrer Geräuschentwicklung.Air / water heat pumps usually draw their heat from the ambient air. For this purpose, an outdoor unit is set up in the open air near the building to be heated. There, heat is transferred from the ambient air through a heat exchanger to a refrigerant. In order to make the heat transfer efficient, a large air flow must be passed through the heat exchanger. This airflow is usually generated by a fan. Both the airflow and the fan itself generate a certain airborne sound, the intensity of which depends on the speed of the fan. In so-called inverter devices, the compressor and the fan can be modulated over a wide operating range in speed and power. For both units, your sound emission increases significantly with increasing power consumption. In often dense buildings, there is always criticism regarding the noise emission of refrigeration outdoor equipment (heat pumps and air conditioning units) with respect to their noise.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Systeme weiter zu verbessern und mit einfachen Mitteln eine betriebsbedingte Lärmbelästigung weitgehend ohne Leistungseinbußen zu vermindern.Proceeding from this, the object of the invention is to further improve the methods and systems known in the prior art and, with simple means, to substantially reduce operational noise pollution without sacrificing performance.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 10 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem, the combination of features specified in claim 1 and 10 is proposed. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass eine Schallquelle dann als subjektiv störend empfunden wird, wenn sie deutlich lauter ist als der Umgebungslärm bzw. die Umgebungsgeräusche. Die Erfindung hat daher das Ziel, die Geräusch-Emission eines Außengerätes einer Wärmepumpe oder eines Klimagerätes in Abhängigkeit des gemessenen aktuellen Umgebungsgeräuschpegels zu steuern Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Lärmpegel des Umgebungslärms im Bereich des Außengeräts mittels einer Messeinheit erfasst wird, dass eine obere Grenzdrehzahl der Gerätekomponente in Abhängigkeit von dem Lärmpegel bestimmt wird, und dass die Drehzahl für den Betrieb der Gerätekomponente durch die Grenzdrehzahl nach oben begrenzt wird. Durch das Messen des Umgebungsgeräuschpegels und der davon abhängigen Festlegung einer Grenzdrehzahl wird sichergestellt, dass die Erhöhung des Umgebungsgeräuschpegels in der Umgebung des Aufstellungsortes des Außengerätes einen bestimmten, frei definierbaren Wert nicht überschreitet und somit nicht störend wahrgenommen wird.The invention is based on the idea that a sound source is perceived as subjectively disturbing if it is significantly louder than the ambient noise or ambient noise. The invention therefore has the aim to control the noise emission of an outdoor unit of a heat pump or an air conditioner depending on the measured current ambient noise level. Accordingly, the invention proposes that a noise level of ambient noise in the area of the outdoor unit is detected by means of a measuring unit that an upper limit speed the device component is determined as a function of the noise level, and that the speed for the operation of the device component is limited by the limit speed upwards. By measuring the ambient noise level and the dependent setting of a limit speed ensures that the increase of the ambient noise level in the vicinity of the site of the outdoor unit does not exceed a certain, freely definable value and thus is not perceived as disturbing.

In diesem Zusammenhang ist es allgemein von Vorteil, wenn bis zum Erreichen einer vorgegebenen Maximaldrehzahl der Gerätekomponente mit zunehmendem Lärmpegel eine zunehmende Grenzdrehzahl bestimmt wird.In this context, it is generally advantageous if an increasing limit rotational speed is determined with increasing noise level until a predetermined maximum rotational speed of the device component is reached.

Für eine definierte Regelungsstrategie ist es vorteilhaft, wenn die Grenzdrehzahl durch einen ggf. empirisch vordefinierten funktionalen Verlauf oder eine Umsetzungstabelle in Abhängigkeit von dem erfassten Lärmpegel ermittelt wird.For a defined control strategy, it is advantageous if the limit speed is determined by a possibly empirically predefined functional course or a conversion table as a function of the detected noise level.

Weitere Gebrauchsvorteile lassen sich dadurch erreichen, dass der funktionale Verlauf oder die Umsetzungstabelle nach Maßgabe von Betriebsbedingungen am Aufstellort des Außengeräts angepasst wird.Further advantages in use can be achieved by adapting the functional course or the conversion table in accordance with operating conditions at the place of installation of the outdoor unit.

Eine weitere Betriebsoptimierung sieht vor, dass die Gerätekomponente in einem Drehzahlbereich unterhalb der Grenzdrehzahl bedarfsabhängig mit variabler Drehzahl betrieben wird.A further optimization of the operation provides that the device component is operated at a variable speed as required in a speed range below the limit speed.

Vorteilhafterweise wird die Gerätekomponente während der Erfassung des Lärmpegels abgeschaltet, so dass der Umgebungsgeräuschpegel immer ohne die Eigenemission bestimmt werden kann.Advantageously, the device component is switched off during the detection of the noise level, so that the ambient noise level can always be determined without the intrinsic emission.

Um sich ändernde Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen, ist es günstig, wenn der Lärmpegel in Zeitintervallen intermittierend erfasst wird, und wenn der jeweils erfasste Lärmpegel für einen nachfolgenden Zeitraum als Referenzgröße zur Bestimmung der Grenzdrehzahl herangezogen wird.In order to take account of changing environmental conditions, it is favorable if the noise level is intermittently detected at time intervals, and if the respectively detected noise level is used for a subsequent period as a reference variable for determining the limit speed.

Vorteilhafterweise wird der Lärmpegel über eine Messdauer als mittlerer Signalpegel erfasst.Advantageously, the noise level is detected over a measurement period as the average signal level.

Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass der Lärmpegel mittels eines Mikrofons als Messeinheit erfasst wird, wobei das Mikrofon in das Außengerät integriert oder separat vom Außengerät installiert sein kann.A further improvement provides that the noise level is detected by means of a microphone as a measuring unit, wherein the microphone can be integrated into the outdoor unit or installed separately from the outdoor unit.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird auch ein System zur Beeinflussung der Schallemission einer Wärmepumpe oder Klimaanlage mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: (1) einem im Außenbereich eines Gebäudes aufstellbaren, einen Ventilator oder Kompressor als Schall emittierende Gerätekomponente umfassenden Außengerät der Wärmepumpe oder Klimaanlage; (2) eine zur Erfassung eines Lärmpegels des Umgebungslärms im Bereich der Außeneinheit ausgebildete Messeinheit; (3) eine zur Bestimmung einer oberen Grenzdrehzahl der Gerätekomponente in Abhängigkeit von dem Lärmpegel eingerichtete Signalverarbeitungseinheit; und (4) eine Steuereinheit zur Drehzahlbegrenzung der Gerätekomponente auf die Grenzdrehzahl. Damit werden die eingangs in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnten Vorteile gleichermaßen erreicht.To solve the problem mentioned above is also a system for influencing the sound emission of a heat pump or Air conditioning device having the following features proposed: (1) an outdoor unit of the heat pump or air conditioner which can be installed in the exterior of a building, comprising a fan or compressor as a sound emitting apparatus component; (2) a measuring unit configured to detect a level of ambient noise in the region of the outdoor unit; (3) a signal processing unit configured to determine an upper limit rotational speed of the device component in response to the noise level; and (4) a control unit for limiting the speed of the device component to the limit speed. Thus, the advantages mentioned in the beginning in connection with the method according to the invention are equally achieved.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown schematically in the drawing. Show it:

1 eine schaubildliche Darstellung eines Außengeräts einer Wärmepumpe mit einer Steuereinheit zur geräuschadaptiven Drehzahlkontrolle; 1 a perspective view of an outdoor unit of a heat pump with a control unit for noise-adaptive speed control;

2 einen funktionellen Verlauf der zulässigen Grenzdrehzahl eines Schallemitters der Wärmepumpe in Abhängigkeit von dem Umgebungslärm. 2 a functional curve of the permissible limit speed of a sound emitter of the heat pump as a function of the ambient noise.

Die in 1 symbolisch dargestellte Wärmepumpe umfasst ein im Außenbereich eines Gebäudes 12 aufgestelltes Außengerät 14, welches einen Ventilator 16 zur Erzeugung eines Luftstroms durch einen nicht gezeigten Wärmetauscher und einen Kompressor 18 zur Verdichtung eines Kältemittels als motorisch angetriebene Gerätekomponente enthält. Dabei wird dem Luftstrom Wärme entzogen und über den Wärmetauscher an das Kältemittel abgegeben. Zur selbstadaptiven Geräuschregelung ist eine Messeinheit 20 in Verbindung mit einem Signalprozessor 22 und eine Steuer- bzw. Kontrolleinheit 24 als Stellglied zur Drehzahlbegrenzung des Ventilators 16 bzw. Kompressors 18 vorgesehen.In the 1 symbolically illustrated heat pump includes an outdoor area of a building 12 installed outdoor unit 14 which has a fan 16 for generating an air flow through a heat exchanger, not shown, and a compressor 18 for compressing a refrigerant as a motor-driven device component contains. In this case, the air flow heat is removed and discharged through the heat exchanger to the refrigerant. For self-adaptive noise control is a measuring unit 20 in conjunction with a signal processor 22 and a control unit 24 as an actuator to limit the speed of the fan 16 or compressor 18 intended.

Die Wärmepumpe 10 ist als so genanntes Splitgerät über Kältemittelleitungen 26 mit dem Außengerät 14 verbunden. Bei Anlagen mit Inverter bzw. Inverter-Technologie wird die Leistung des Kompressors 18 und ggf. des Ventilators 16 variabel dem Wärmebedarf angepasst. Dies erfolgt durch eine drehzahlvariable Ansteuerung des jeweiligen Antriebsmotors durch einen Frequenzumrichter (Inverter). Hierbei wird Wechselstrom aus dem Stromnetz zunächst in Gleichstrom gewandelt, während ein nachgeordneter Wechselrichter den Strom wieder in Wechselstrom mit unterschiedlicher Frequenz umwandelt. Je nach Wechselstromfrequenz verändert sich dann die Drehzahl des Antriebsmotors und entsprechend die Leistung des Kompressors.The heat pump 10 is as a so-called split device via refrigerant pipes 26 with the outdoor unit 14 connected. For inverters or inverters, the capacity of the compressor will increase 18 and possibly the fan 16 variably adapted to the heat demand. This is done by a variable-speed control of the respective drive motor by a frequency converter (inverter). In this case, alternating current from the power grid is first converted into direct current, while a downstream inverter converts the current back into alternating current with different frequencies. Depending on the AC frequency then changes the speed of the drive motor and correspondingly the performance of the compressor.

Als Messeinheit 20 zur Erfassung des Umgebungslärms ist ein Mikrofon vorgesehen, das in dem Außengerät 14 integriert sein kann oder separat im Außenbereich des Gebäudes 12 installiert sein kann.As a measuring unit 20 To detect the ambient noise, a microphone is provided in the outdoor unit 14 can be integrated or separately in the exterior of the building 12 can be installed.

Im Betrieb der Anlage wird der Umgebungslärm bzw. die Schallimission mittels des Mikrofons 20 während einer vorgegebenen Messdauer als mittlerer Signalpegel P erfasst, wobei die Schall emittierende Gerätekomponente 16, 18 während der Messung abgeschaltet wird. Dieser Vorgang erfolgt intermittierend in vorgegebenen Zeitintervallen, wobei der jeweils erfasste Signalpegel P für den jeweils nachfolgenden Zeitraum als Referenzgröße zur nachstehend erläuterten Bestimmung einer Grenzdrehzahl des Antriebsmotors der Gerätekomponente 16, 18 herangezogen wird. Qualitativ erfolgt dies derart, dass mit zunehmendem Umgebungslärm bzw. Signalpegel P die Grenzdrehzahl erhöht wird. Hierbei wird die Schallemission durch das Außengerät 14 an die Geräuschentwicklung in der Umgebung des Aufstellorts angepasst, so dass eine Störung von Personen, die sich in der Nähe aufhalten, weitgehend vermieden wird.During operation of the system, the ambient noise or the sound emission by means of the microphone 20 detected during a predetermined measurement period as the average signal level P, wherein the sound emitting device component 16 . 18 during the measurement is switched off. This process takes place intermittently at predetermined time intervals, wherein the respective detected signal level P for the respective subsequent period as a reference variable for the below-described determination of a limit speed of the drive motor of the device component 16 . 18 is used. Qualitatively, this is done in such a way that with increasing environmental noise or signal level P, the limit speed is increased. This is the sound emission from the outdoor unit 14 adapted to the noise in the vicinity of the installation site, so that a disturbance of people who are in the vicinity, is largely avoided.

2 zeigt beispielhaft einen vordefinierten funktionalen Verlauf der Grenzdrehzahl n (1/min) in Abhängigkeit vom Signalpegel P (dB) des Umgebungslärms, wie er in dem Signalprozessor 22 verarbeitet wird. Bis zu einer bauartbedingten Maximaldrehzahl nm des Motors wird eine Grenzdrehzahl entsprechend dem Kurvenverlauf ermittelt. Dabei kann der Antriebsmotor der Gerätekomponente 16, 18 im Inverterbetrieb auch bedarfsabhängig mit variabler Drehzahl bis zu dieser Grenzdrehzahl betrieben werden. Die Grenzdrehzahl stellt somit eine obere Drehzahlschranke für die Dauer eines Betriebsintervalls dar, bis ein aktueller Signalpegel P erneut erfasst wird. Bei einer parallelen Kontrolle von Ventilator 16 und Kompressor 18 können jeweils eigens angepasste Funktionsverläufe oder ggf. Umsetzungstabellen mit gespeicherten Wertepaaren P, n steuerungstechnisch verarbeitet werden. Denkbar ist auch eine Parameteranpassung an die Betriebsbedingungen vor Ort. 2 shows by way of example a predefined functional curve of the limit speed n (1 / min) as a function of the signal level P (dB) of the ambient noise, as in the signal processor 22 is processed. Up to a design-related maximum speed nm of the engine, a limit speed is determined according to the curve. In this case, the drive motor of the device component 16 . 18 In inverter mode, it can also be operated as required with variable speed up to this limit speed. The limit speed thus represents an upper speed limit for the duration of an operating interval until a current signal level P is detected again. With a parallel control of fan 16 and compressor 18 In each case, specially adapted function profiles or possibly conversion tables with stored value pairs P, n can be processed in terms of control technology. Also conceivable is a parameter adaptation to the operating conditions on site.

Die vorstehend am Beispiel einer Wärmepumpe 10 erläuterte Betriebsgeräuschanpassung kann gleichermaßen bei Klimakompressoren und Ventilatoren in Außengeräten von Klimaanlagen erfolgen.The above with the example of a heat pump 10 explained operating noise adjustment can be done equally in air conditioning compressors and fans in outdoor units of air conditioning.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Beeinflussung der Schallemission einer Wärmepumpe 10 oder Klimaanlage, bei dem in einem Außengerät 14 eine als Ventilator 16 oder Kompressor 18 ausgebildete Gerätekomponente 16, 18 betrieben und dabei Schall emittiert wird. Zur selbstadaptiven Geräuschregelung wird vorgeschlagen, dass ein Lärmpegel des Umgebungslärms im Bereich des Außengeräts 14 mittels einer Messeinheit 20 erfasst wird, dass eine obere Grenzdrehzahl der Gerätekomponente 16, 18 in Abhängigkeit von dem Lärmpegel bestimmt wird, und dass die Drehzahl für den Betrieb der Gerätekomponente 16, 18 durch die Grenzdrehzahl nach oben begrenzt wird.In summary, the following should be noted: The invention relates to a method and a system for influencing the sound emission of a heat pump 10 or air conditioning, in which case in an outdoor unit 14 one as a fan 16 or compressor 18 trained device component 16 . 18 operated while sound is emitted. For self-adaptive noise control, it is proposed that a noise level of the ambient noise in the area of the outdoor unit 14 by means of a measuring unit 20 is detected that an upper limit speed of the device component 16 . 18 is determined depending on the noise level, and that the speed for the operation of the device component 16 . 18 is limited by the limit speed up.

Claims

Method for influencing the sound emission of a heat pump, preferably equipped with an inverter ( 10 ) or air conditioning, in which an outdoor installation of a building ( 12 ) certain outdoor unit ( 14 ) of the heat pump ( 10 ) or air conditioning as a fan ( 16 ) or compressor ( 18 ) trained device component ( 16 . 18 ) and thereby sound is emitted, characterized in that a noise level of ambient noise in the area of the outdoor unit ( 14 ) by means of a measuring unit ( 20 ) is detected that an upper limit speed of the device component ( 16 . 18 ) is determined as a function of the noise level, and that the speed for the operation of the device component ( 16 . 18 ) is limited by the limit speed up.

A method according to claim 1, characterized in that until reaching a predetermined maximum speed of the device component ( 16 . 18 ) With increasing noise level an increasing limit speed is determined.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the limit speed is determined by a possibly empirically predefined functional course or a conversion table as a function of the detected noise level.

A method according to claim 3, characterized in that the functional course or the conversion table in accordance with operating conditions at the installation of the outdoor unit ( 14 ) is adjusted.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the device component ( 16 . 18 ) is operated in a speed range below the limit speed demand-dependent variable speed.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device component ( 16 . 18 ) is turned off during the detection of the noise level.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the noise level is detected intermittently in time intervals, and that the respectively detected noise level is used for a subsequent period as a reference variable for determining the limit speed.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the noise level is detected over a measurement period as the average signal level.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the noise level by means of a microphone as a measuring unit ( 20 ), with the microphone in the outdoor unit ( 14 ) or separately from the outdoor unit ( 14 ) is installed.

System for influencing the sound emission of a heat pump ( 10 ) or air conditioning, with a fan that can be installed in the exterior of a building ( 16 ) or compressor ( 18 ) as a sound emitting device component ( 16 . 18 ) outdoor unit ( 14 ) of the heat pump ( 10 ) or air-conditioning system, characterized by a measuring unit designed to detect a noise level of ambient noise in the area of the outdoor unit ( 20 ), one for determining an upper limit speed of the device component ( 16 . 18 ) in response to the noise level established signal processing unit ( 22 ) and a control unit ( 24 ) for limiting the speed of the device component ( 16 . 18 ) to the limit speed.