DE102015016246A1

DE102015016246A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Fluidvolumenstroms einer Haustechnikanlage

Info

Publication number: DE102015016246A1
Application number: DE102015016246.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Schaumlöffel
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Fluidvolumenstroms einer Haustechnikanlage, insbesondere einer Wärmepumpe oder eines Lüftungsgeräts, das ein Erfassen einer Temperatur eines Temperatursensors (44), an dem ein Fluidvolumenstrom (50) vorbeistreicht, ein Beaufschlagen des Temperatursensors (44) mit einer temporären Heizleistung, und ein Berechnen des Fluidvolumenstroms (50) basierend auf einer Temperaturantwort des Temperatursensors (44) auf die temporäre Heizleistung umfasst. Die Erfindung betrifft weiter eine Fluidvolumenstrommessvorrichtung für eine Haustechnikanlage, insbesondere eine Wärmepumpe oder ein Lüftungsgerät, die einen Temperatursensor (44), der eingerichtet ist, eine Temperatur zu erfassen, ein Heizelement (46), das eingerichtet ist, den Temperatursensor (44) temporär mit einer Heizleistung zu beaufschlagen, und eine Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen an dem Temperatursensor (44) vorbeistreichenden Fluidvolumenstrom (50) basierend auf einer Temperaturantwort des Temperatursensors (44) auf die temporäre Heizleistung des Heizelementes (46) zu berechnen, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen eines Fluidvolumenstroms einer Haustechnikanlage, insbesondere einer Wärmepumpe oder eines Lüftungsgeräts, bzw. eine Fluidvolumenstrommessvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Regelungsverfahren, insbesondere ein Konstantvolumenstromregelungsverfahren, umfassend das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen eines Fluidvolumenstroms, und einen Radiallüfter, insbesondere einen rückwärtsgekrümmten Radiallüfter, umfassend die erfindungsgemäße Fluidvolumenstrommessvorrichtung.
Verschiedene Verfahren zur Messung von Fluidvolumenströmen sind bekannt. In vielen Anwendungen sind hierfür thermische Anemometer besonders geeignet. Die thermische Messung von Fluidvolumenströmen basiert im Allgemeinen auf der Wärmeabfuhr durch einen vorbeistreichenden Fluidvolumenstrom.
Ein erstes bekanntes Messverfahren basiert auf einem Widerstandsdraht, der über hindurchfließenden Strom beheizt wird. Bei konstant gehaltenem Strom ist der sich einstellende Widerstand ein Maß für die Temperatur und somit für den Volumenstrom. Alternativ kann bei konstant gehaltener Übertemperatur der sich einstellende Strom als Maß für die Wärmeabfuhr, die mit dem Fluidvolumenstrom verknüpft ist, erhalten werden.
Dieses Messverfahren weist den Nachteil auf, dass der benötigte Widerstandsdraht notwendigerweise sehr dünn ausgebildet wird und somit mechanisch empfindlich ist. Ferner ist der verwendete Heizdraht geneigt, beispielsweise durch Ablagerungen des Fluidvolumenstroms verschmutzt zu werden.
Ein zweites bekanntes Messverfahren basiert auf zwei Temperatursensoren, wobei einer der beiden Temperatursensoren mit Heizleistung beaufschlagt wird, während der andere der beiden Temperatursensoren nicht mit Heizleistung beaufschlagt wird. Wird in diesem Aufbau die Heizleistung konstant gehalten, ist eine Temperaturdifferenz zwischen beheiztem und unbeheiztem Sensor ein Maß für die Temperatur und damit für den Volumenstrom. Alternativ kann bei konstant gehaltener Temperaturdifferenz die erforderliche Heizleistung als Maß für die Wärmeabfuhr, die mit dem Fluidvolumenstrom verknüpft ist, erhalten werden.
Dieses bekannte Messverfahren weist den Nachteil auf, dass zur Durchführung mindestens zwei Temperatursensoren sowie ein Heizelement benötigt werden, was einen hohen Aufwand bedeutet.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Messung von Fluidvolumenströmen von Haustechnikanlagen, insbesondere Wärmepumpen oder Lüftungsgeräten dahingehend zu verbessern, dass ein Aufwand ohne eine Empfindlichkeit des Verfahrens zu beeinträchtigen verringert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Messung eines Fluidvolumenstromes einer Haustechnikanlage, insbesondere einer Wärmepumpe oder eines Lüftungsgeräts, gelöst, das ein Erfassen einer Temperatur eines Temperatursensors, an dem ein Fluidvolumenstrom vorbeistreicht, ein Beaufschlagen des Temperatursensors mit einer temporären Heizleistung, und ein Berechnen eines Fluidvolumenstroms basierend auf einer Temperaturantwort des Temperatursensors auf die temporäre Heizleistung umfasst.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet insbesondere den Vorteil, dass zur Messung eines Fluidvolumenstromes nur die Temperatur eines Temperatursensors erfasst wird, der mit einer Heizleistung beaufschlagt wird. Es ist somit nicht nötig, die Temperaturen mehrerer Temperatursensoren zu erfassen. Demnach kann der für die Fluidvolumenstrommessung eingesetzte Aufwand gegenüber dem Stand der Technik verringert werden. Auch entfällt die Notwendigkeit einen anfälligen Heizdraht direkt in dem Fluidvolumenstrom anzuordnen, wodurch die Empfindlichkeit des Verfahrens für Störungen verringert wird.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Heizleistung für eine vorbestimmte Dauer beaufschlagt und der Fluidvolumenstrom basierend auf einer Aufheiz- und/oder Abkühlentwicklung des Temperatursensors berechnet. Vorzugsweise liegt die Dauer, während der die Heizleistung beaufschlagt wird, im Bereich von 1 s bis 100 s, vorzugsweise 10 s bis 50 s, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Die Temperatur des Temperatursensors nähert sich nach Abschalten der beaufschlagten Heizleistung der Temperatur des umströmenden Fluids an. Aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Temperatursensors in Antwort auf die beaufschlagte Heizleistung vor und/oder nach einem Ende der Beaufschlagung wird erfindungsgemäß der Fluidvolumenstrom berechnet.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Heizleistung bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Temperatursensor eine vorbestimmte Temperatur erreicht, beaufschlagt und der Fluidvolumenstrom wird basierend auf einer anschließenden Abkühlentwicklung des Temperatursensors berechnet. Vorzugsweise liegt die vorbestimmte Temperatur 1 K bis 20 K, besonders bevorzugt 5 K bis 10 K über der Ausgangstemperatur. Der erzielte Temperaturunterschied kann in anderen Ausführungsformen auch anders sein.
In dieser bevorzugten Ausführungsform kann eine Beaufschlagung mit Heizleistung sogar dann begonnen werden, wenn die Temperatur des Temperatursensors nach einem Ende einer Beaufschlagung noch nicht bis auf die Temperatur des umströmenden Fluids abgeklungen ist. Mit anderen Worten kann in dieser Ausführungsform der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messvorgängen in vorteilhafter Weise verringert werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Fluidvolumenstrom ein Luftvolumenstrom.
Vorteilhaft kann somit erfindungsgemäß der Luftvolumenstrom einfach gemessen werden. In anderen Ausführungsformen kann der Fluidvolumenstrom auch ein anderer Volumenstrom, beispielsweise der einer Flüssigkeit sein.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Luftvolumenstrom ein Luftvolumenstrom eines Lüfters. Vorzugsweise ist der Lüfter ein rückwärtsgekrümmter Radiallüfter.
Insbesondere ermöglichen rückwärtsgekrümmte Radiallüfter keine Luftvolumenstrombestimmung ausgehend von dem Lüfter selbst bzw. einer Drehzahl des Lüfters, so dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise für die Luftvolumenstrommessung bzw. -bestimmung einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiter durch ein Regelungsverfahren für Radiallüfter gelöst, welches das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen eines Fluidvolumenstrome umfasst. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Regelung von Radiallüftern mit verringertem Aufwand realisiert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiter durch eine Fluidvolumenstrommessvorrichtung für eine Haustechnikanlage, insbesondere eine Wärmepumpe oder ein Lüftungsgerät, gelöst, die einen Temperatursensor, der eingerichtet ist, eine Temperatur zu erfassen, ein Heizelement, das eingerichtet ist, den Temperatursensor temporär mit einer Heizleistung zu beaufschlagen, und eine Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen an dem Temperatursensor vorbeistreichenden Fluidvolumenstrom basierend auf einer Temperaturantwort des Temperatursensors auf die temporäre Heizleistung des Heizelementes zu berechnen, umfasst.
Die erfindungsgemäße Fluidvolumenstrommessvorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren in sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen implementieren und dabei auch die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte erzielen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiter durch einen Lüfter gelöst, der die Fluidvolumenstrommessvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist. Vorzugsweise ist der Lüfter ein rückwärtsgekrümmter Radiallüfter. Besonders bevorzugt ist die Fluidvolumenstrommessvorrichtung an dem Luftaustritt des Lüfters angeordnet.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Fluidvolumenstrommessvorrichtung kann der den Lüfter passierende Fluidvolumenstrom einfach und mit geringem Aufwand bestimmt werden. Insbesondere für rückwärtsgekrümmte Radiallüfter eröffnet die Implementierung der Fluidvolumenstrommessvorrichtung erst die Möglichkeit, den durchströmenden Fluidvolumenstrom zu erfassen.
In einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Lüfter ein Laufrad mit Schaufeln auf, wobei die Fluidvolumenstrommessvorrichtung an einer Oberfläche wenigstens einer Schaufel angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Fluidvolumenstrommessvorrichtung auf einer Oberfläche der Schaufel, die in Rotationsrichtung des Laufrads vorne liegt angeordnet. Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Position der Fluidvolumenstrommessvorrichtung gewährleistet sein.
Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen werden im Folgenden mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt ein Beispiel einer zeitabhängigen Temperatur eines Temperatursensors, wenn ein großer Fluidvolumenstrom an dem Temperatursensor vorbeistreicht,
2 zeigt ein Beispiel einer zeitabhängigen Temperatur des Temperatursensors, wenn ein kleiner Fluidvolumenstrom an dem Temperatursensor vorbeistreicht,
3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen eines Fluidvolumenstroms, und
4 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Lüftungsheizgerätes, welches die in 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzt.
In 1 und 2 ist jeweils eine Temperatur eines Temperatursensors in Abhängigkeit von einer Zeit beispielhaft als Graph in einem Diagramm dargestellt. Der Temperatursensor ist von einem Fluidvolumenstrom umströmt und steht in Wärmeaustausch mit dem Fluidvolumenstrom. Die horizontale oder x-Achse indiziert die Zeit t, während die vertikale oder y-Achse die gemessene Temperatur T darstellt. Beispielsweise sind die Werte der Zeit t in Sekunden und die Werte der Temperatur T in °C angegeben, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und auch andere Einheiten und Maßstäbe für Temperatur T und Zeit t erfindungsgemäß vorteilhaft vorstellbar sind.
1 zeigt einen zeitaufgelösten Temperaturverlauf 10, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Berechnen eines Fluidvolumenstroms verwendet wird. Der Temperaturverlauf 10 weist zu Beginn der Betrachtung von t = 0 bis etwa t₀ = 30 eine ansteigende Flanke 11, bei etwa t = 30 einen Maximalwert 12 und ab dort, also für den Zeitraum t > 30, eine abfallende Flanke 13 auf. Der Temperatursensor wird von t = 0 bis etwa t = 30 mit einer Heizleistung beaufschlagt, die zu einem Anstieg der Temperatur führt. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Temperatursensor für eine vorbestimmte Dauer von beispielsweise 30 s mit einer Heizleistung beaufschlagt, wobei die Dauer für das Beaufschlagen der Heizleistung nicht hierauf beschränkt ist. Die abfallende Flanke 13 fällt steil ab, so dass innerhalb eines vergleichsweise kurzen Zeitintervalls der Wert auf die Temperatur vor der Beaufschlagung der Heizleistung abfällt, was etwa in dem mit 14 gekennzeichneten Bereich der Fall ist.
2 zeigt ebenso wie 1 einen zeitaufgelösten Temperaturverlauf 20, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Berechnen eines Fluidvolumenstroms verwendet wird. Zu Beginn der Betrachtung von t = 0 bis etwa t₀ = 30 weist auch der Temperaturverlauf 20 eine ansteigende Flanke 21, bei etwa t = 30 einen Maximalwert 22 und ab dort, also t > 30, eine abfallende Flanke 23 auf. Auch in diesem Beispiel wird der Temperatursensor von t = 0 bis etwa t = 30 mit einer Heizleistung beaufschlagt, die zu einem Anstieg der Temperatur führt. Diese Heizleistung kann die gleiche wie die in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sein.
Im Vergleich mit 1 ist die ansteigende Flanke 21 steiler ansteigend als die ansteigende Flanke 11, was dazu führt, dass der Maximalwert 22 höher als der Maximalwert 12 ist, d. h. der Temperatursensor erreicht in dem in 2 gezeigten Beispiel einen höheren Maximalwert. Die abfallende Flanke 23 fällt verglichen mit der abfallenden Flanke 13 flach ab, so dass die Temperatur zu einem Zeitpunkt 24 oberhalb der Ausgangstemperatur liegt, während zu dem gleichen Zeitpunkt 14 (d. h. etwa bei dem Zeitpunkt t = 260) der in 1 gezeigte Temperaturverlauf 10 bereits auf die Ausgangstemperatur abgekühlt wurde. 2 zeigt somit einen Temperaturverlauf 20, bei der der Temperatursensor von einem geringeren Fluidvolumenstrom als in dem in 1 gezeigten Beispiel umströmt wird.
Die Temperatur des Temperatursensors wird vorzugsweise kontinuierlich erfasst. Der Temperatursensor kann eine Temperatur kontinuierlich analog oder digital erfassen, wobei in dem digitalen Fall kontinuierlich im Rahmen der zeitlichen Auflösung des Temperatursensors zu verstehen ist. In anderen Ausführungsformen wird die Temperatur jeweils nach Verstreichen eines bestimmten Zeitintervalls, vorzugsweise zwischen 0,1 s und 10 s, besonders bevorzugt zwischen 0,5 s und 5 s erfasst.
In diesem Beispiel werden die erfassten Messwerte differenziert, das heißt, dass die Differenz zweier aufeinanderfolgender Messwerte durch den zeitlichen Abstand dieser beiden Messwerte geteilt wird. Die durch die differenzierten Messwerte erhaltene, zeitlich aufgelöste Kurve wird analysiert. Auch andere, beispielsweise analoge, Verfahren zum Differenzieren der Messwerte können in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden. Auch Verfahren, die die erfassten Messwerte ohne ein Differenzieren der Messwerte auswerten, sind in anderen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß vorteilhaft.
Es ist zu beachten, dass der Maximalwert 12, 22 abhängig von dem Temperatursensor und dem umströmenden Fluid ist und somit ohne Kalibrierung und weitere Messungen nicht zur Bestimmung des Fluidvolumenstroms geeignet ist. Ohne zusätzlichen materiellen Aufwand wird die Bestimmung dennoch erfindungsgemäß durch die Auswertung der Temperaturantwort, also des zeitlich aufgelösten Verlaufs der Temperatur des Temperatursensors, ermöglicht.
3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen eines Fluidvolumenstromes. Eine Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 weist ein Gehäuse 42 auf, in welchem ein Temperatursensor 44 und ein Heizelement 46 angeordnet ist. Die Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 ist zumindest teilweise in einem Kanal 60 angeordnet. Somit ist zumindest ein Teil des Gehäuses 42 der Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 in Kontakt mit einem den Kanal 60 durchströmenden Fluidvolumenstrom 50. Das Gehäuse 42 dichtet vorzugsweise eine Wand des Kanals 60 ab, so dass der Fluidvolumenstrom 50 nicht aus dem Kanal 60 entweicht. Der Temperatursensor 44 und das Heizelement 46 stehen in Kontakt mit einer Berechnungseinheit (nicht gezeigt), die eingerichtet ist, das Heizelement 46 mit einer Heizleistung zu beaufschlagen und eine Temperatur des Temperatursensors 44 zu erfassen. Insbesondere ist die Berechnungseinheit eingerichtet, eine Temperaturantwort des Temperatursensors 44 auf eine temporäre Heizleisung zu erfassen, mit der das Heizelement 46 beaufschlagt wird. In diesem Beispiel ist der Kanal 60 ein Lüftungskanal und der Fluidvolumenstrom 50 ein Luftstrom. In anderen Beispielen sind aber auch andere Ausführungen denkbar, beispielsweise kann es sich um einen Strom aus flüssigem Kühlmittel, Kältemittel oder einer anderen Flüssigkeit handeln. Für die Berechnung des Fluidvolumenstroms ist die Berechnungseinheit insbesondere ausgestaltet, das mit Verweis auf 1 und 2 exemplarisch beschriebene Verfahren umzusetzen.
4 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Lüftungsheizgerätes, welches die in 3 gezeigte erfindungsgemäße Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 einsetzt. Ein Lüftungsheizgerät 1 weist einen Kältemittelkreislauf 100 und wenigstens einen Luft/Luft-Wärmeübertrager 200 auf. Vorteilhaft ist im Ausführungsbeispiel weiterhin ein Warmwasserbehälter 300 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel kann ferner noch eine Solaranlage 400 über einen Solarwärmeaustauscher angeschlossen. Der Kältemittelkreislauf 100 weist einen Verdichter 110, einen Verdampfer 160 und eine Drossel 150 auf. Ein Gaskühler 170 ist angeschlossen, der sich in einem Wärmeaustauscher 171 für ein Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser befindet. Der Gaskühler 170 für das Wärmeträgermedium ist über eine Zuleitung 180 und eine Leitung 184 für Kältemittel an den Kältemittelkreislauf 100 angeschlossen. Weiterhin ist der Verdichter 110 über eine Leitung 185 mit dem Verdampfer 160 verbunden. Dieser Verdampfer 160 ist wiederum mit der Drossel 150 verbunden, wobei die Drossel 150 in Strömungsrichtung c des Kältemittels vor dem Verdampfer 160 liegt. In Strömungsrichtung c betrachtet liegt die Drossel 150 hinter dem Gaskühler 170. Vor dem Verdampfer 160 des Kältemittelkreislaufs 100 ist eine Öffnung 161 vorgesehen, über die dem Verdampfer 160 Außenluft AU zuführbar ist.
Außenluft AU wird einem Vorheizer 270 mit einer Außenlufttemperatur t_au durch einen Kanal 260 zugeführt. Die Außenluft AU durchströmt den Vorheizer 270 und erwärmt sich dabei. Über einen Außenluftkanal 280 strömt die Außenluft dann weiter zum Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200. Diesem Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 wird weiterhin Abluft AB mit einer Ablufttemperatur t_AB über einen Abluftkanal 210 zugeführt. Mit der Abluft AB wird die Außenluft AU bei einer stofflichen Trennung erwärmt. Es erfolgt im Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 ein Wärmeübergang von der Abluft AB auf die Außenluft AU. Die so erwärmte Außenluft AU wird von einem Zuluftventilator 221 durch einen Zuluftkanal 220 gefördert und tritt mit einer Temperatur t_Ge der Zuluft ZU in den Lufterhitzer 230 ein. Im Lufterhitzer 230 wird die Zuluft ZU auf die Temperatur t_Ga erwärmt und strömt weiter als Zuluft ZU mit ca. 25 bis 50°C über einen Zuluftanschluss 240 in ein nicht dargestelltes Gebäude bzw. in ein nicht dargestelltes Luft-Verteilungssystem eines Gebäudes.
In dem Außenluftkanal 280 ist ferner die erfindungsgemäße Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 angeordnet. Die Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 ist eingerichtet, den Luftvolumenstrom durch den Außenluftkanal 280 zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen kann die Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 zusätzlich oder alternativ in anderen Luftkanälen, beispielsweise dem Abluftkanal 210, dem Zuluftkanal 220, einem Fortluftkanal 250 etc. angeordnet sein.
Vorzugsweise sind in einem Lüftungsheizgerät mit Wärmeaustauscher mindestens zwei Fluidvolumenstrommessvorrichtungen 40, besonders bevorzugt genau zwei, vorgesehen, wobei die jeweiligen Positionen aus einer Position in dem Abluftkanal 210, dem Zuluftkanal 220, dem Fortluftkanal 250 und dem Außenluftkanal 280 ausgewählt wird. In einem Beispiel ist je eine Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 in dem Abluftkanal 210 und in dem Außenluftkanal 280 vorgesehen. In einem anderen Beispiel ist je eine Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 in dem Zuluftkanal 220 und dem Fortluftkanal 250, jeweils vor und/oder hinter und/oder integriert in den jeweiligen Lüfter 221, 251, vorgesehen.
Beispielsweise kann die Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 in einem Lüfter 221, 251 auf einer Oberfläche einer Schaufel, die in Rotationsrichtung eines Laufrads des Lüfters vorne liegt, angeordnet sein. In einem Beispiel kann dann zumindest ein Teil der Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 einteilig mit der Schaufel hergestellt, beispielsweise spritzgegossen, werden.
Die im Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 abgekühlte Abluft AB strömt als Fortluft FO aus dem Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 aus. Gefördert wird die Fortluft mit einem Fortluftventilator 251. Der Fortluftkanal 250 ist im Ausführungsbeispiel so auf den Verdampfer 160 gerichtet oder mit dem Verdampfer 160 verbunden, dass die Fortluft FO auf den Verdampfer 160 geleitet ist. Vorteilhaft ist es weiterhin, zur Fortluft FO Außenluft AU hinzu zumischen. Diese Außenluft AU wird im Ausführungsbeispiel durch das Venturi-Prinzip in die strömende Fortluft FO gemischt und diese Mischung aus Fortluft FO und Außenluft AU dem Verdampfer 160 zugeführt.
Im normalen Heizbetrieb ist der Gaskühler 170 für das Wärmeträgermedium von Kältemittel durchströmt, welches vom Verdichter 110 von einem niedrigen Druck, insbesondere von ca. 20–50 bar, in der Leitung 185 auf einen hohen Druck, insbesondere von über 73 bar, in der Zuleitung 180 verdichtet wird. Im Gaskühler 170 für Wärmeträgermedium wird Wärme vom Kältemittel auf das Wärmeträgermedium übertragen und danach vom Wärmeträgermedium auf die Zuluft ZU.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das Kältemittel weiterhin zu einem nicht dargestellten Kältemittelunterkühler, der im Außenluftkanal 260 sitzt. Hier wird das Kältemittel weiter durch die kalte Außenluft AU mit der Außenlufttemperatur t_AU unterkühlt und strömt dann weiter in Strömungsrichtung c zur Drossel 150, wo es dann entspannt wird und zumindest dann in einem flüssigen Zustand in den Verdampfer 160 geleitet wird.
Der Gaskühler 170 liegt in einem Wärmeaustauscher 171 für das Wärmeträgermedium. Der Gaskühler 170 ist eingebunden in einen Ladekreislauf 700. Im Ladekreislauf 700 liegt weiterhin eine Ladepumpe 720, welche dafür vorgesehen ist, im Betrieb des Luftheizgerätes 1 ein Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, im Ladekreislauf 700 umzupumpen. Im Ausführungsbeispiel enthält der Ladekreislauf 700 einen Elektroheizer 500, der mit einem Elektroheizkörper 510 sowie einen Elektroanschluss 520 ausgestattet ist. Hierdurch kann optional eine elektrische Nacherwärmung des Wärmeträgermediums erfolgen, falls z. B. im Gaskühler 170 nicht ausreichend Wärme auf das Wärmeträgermedium übertragen wurde. Weiterhin ist im Ladekreislauf 700 ein Dreiwegeventil 710 angeordnet, welches die Durchströmung des Wärmeträgermediums zu einem Warmwasser-Wärmeaustauscher 330 oder zu einem Pufferspeicher 610 ermöglicht.
Im Falle einer Warmwasserheizung oder Warmwassererwärmung, ist das Dreiwegeventil 710 so geschaltet, dass das Wärmeträgermedium ausschließlich oder zumindest zu einem Anteil zum Warmwasser-Wärmeaustauscher 330 geleitet ist.
Im Falle des Heizbetriebs, ist das Dreiwegeventil 730 so geschaltet, dass das Wärmeträgermedium zum Pufferspeicher 610 geleitet ist.
Des Weiteren weist der Ladekreislauf 700 im Ausführungsbeispiel einen Solar-Wärmeaustauscher 430 der Solaranlage 400 auf. Die Solaranlage 400 ist über den Solar-Wärmeaustauscher 430 mit dem Ladekreislauf 700 verbunden. In einem im Solar-Wärmeaustauscher 430 befindlichen Solar-Wärmeträgermedium-Kühler 431 wird das Wärmeträgermedium, welches im Ladekreislauf 700 umläuft, erwärmt. Ein Solar-Wärmeträgermedium, welches sich in der Solaranlage 400 befindet, wird im Betrieb durch eine Solar-Wärmepumpe 420 umgepumpt und durchströmt beispielsweise ein Solarpaneel 410.
Zur Warmwasserbereitung ist ein Warmwasserbehälter 300 vorgesehen. Der Warmwasserbehälter 300 ist über einen Warmwasser-Wärmeaustauscher 330 wärmetechnisch mit dem Ladekreislauf 700 verbunden. Im Warmwasser-Wärmeaustauscher 330 ist ein Warmwasserkörper 310 enthalten, der Wärme vom Wärmeträgermedium des Ladekreislaufs 700 aufnimmt. Das im Warmwasserbehälter 300 befindliche Wasser wird mit einer Umwälzpumpe 320 im Ladebetrieb erwärmt. Dies erfolgt insbesondere, wenn das Dreiwegeventil 710 des Ladekreislaufs 700 so geschaltet ist, dass das Wärmeträgermedium zum Warmwasser-Wärmeaustauscher 330 geleitet ist. In diesem Fall wird das von der Umwälzpumpe 320 umgepumpte Warmwasser durch den Warmwasserkörper 310 geleitet und vom Wärmeträgermedium, insbesondere im Gegenstrom Prinzip, erwärmt. Das Warmwasser strömt dann durch die Wasserleitungen 340, 341 und 342.
Im Falle der Heizung, insbesondere Luftheizung wird das Wärmeträgermedium im Ladekreislauf 700 von der Ladepumpe 720 über das Dreiwegeventil 710 zum Pufferspeicher 610 geleitet. Es tritt in den Pufferspeicher 610 durch den Wärmeträgereinlass 711 ein. Das Wärmeträgermedium tritt aus dem Pufferspeicher durch den Wärmeträgerauslass 712 wieder aus und strömt vorteilhaft zumindest teilweise oder ganz zurück zum Wärmeaustauscher 171 für das Wärmeträgermedium.
Im Ausführungsbeispiel durchströmt das Wärmeträgermedium vorteilhaft auch den Solar-Wärmeaustauscher 430.
Ausgehend vom Pufferspeicher 610 wird das Wärmeträgermedium mittels einer Pufferpumpe 620 durch einen Wärmeträgerkreislauf 600 geleitet. Zunächst strömt das Wärmeträgermedium durch den Luftvorwärmer 230, in dem die Zuluft vorteilhaft im Gegenstormprinzip von einer Temperatur t_Ge auf eine Temperatur t_Ga angehoben wird.
Der Pufferspeicher 610 dient dazu, insbesondere überschüssige Heizenergie zu speichern und später bei einem abgeschalteten Verdichter oder beim Abtauen abzugeben. Dabei wird der Pufferspeicher 610 vorteilhaft so be- und entladen, dass ein hoher Temperaturgradient zwischen Pufferaustritt 612 in den Heizkreis und Puffereintritt 611 aus dem Heizkreis, bzw. dem Wärmeträgerkreislauf 600 erhalten bleibt, um den transkritischen Prozess im CO₂ Kältemittelkrislauf zu optimieren.
Weiterhin strömt das Wärmeträgermedium im Wärmeträgerkreislauf 600 vorteilhaft zu einem Heizkreis 630, der über einen Bypass 632 vorteilhaft umgehbar ist. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle des Heizkreises 630 des Dreiwegeventils 631 und des Bypasses 632 zumindest ein Rohr zur Durchleitung des Wärmeträgermediums vorgesehen.
Das Wärmeträgermedium strömt vorteilhaft weiter zum Luftvorwärmer 270. Nachdem das Wärmeträgermedium den Luftvorwärmer 270 durchströmt hat, strömt es durch den Wärmeträgereinlass 611 wieder in den Pufferspeicher 610 zurück.
Der Luftvorwärmer 270 ist vorteilhaft direkt von Außenluft AU beaufschlagt und an einem Außenluftanschluss 260 angeschlossen. Die Zuluft strömt dann vorteilhaft durch einen Luftkananl 280 zum Luft-Luft-Wärmeübertrager 200 und danach über den Zuluftkanal 220 zum Lufterhitzer 230, durchströmt den Lufterhitzer 230, tritt vom Lufterhitzer 230 vorteilhaft in einem Zuluftanschluss 240 ein und strömt dort weiter.
Im Kältemittelkreislauf 100 wird das im Gaskühler 170 abgekühlte CO₂ im Verdampfer 160, dem die Fortluft FO und/oder Außenluft AU oder eine Mischung daraus zugeführt wird, wieder verdampft und strömt in Richtung d in der Leitung 185 zum Verdichter 110. Somit wird der am Ende einem Raum zugeführten Zuluft ZU vorteilhaft in mehrfacher Weise Wärme zugeführt, erstens im Vorheizer 270, insbesondere um hier sicherzustellen, dass der Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 nicht einfriert, zweitens im Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 die dort als Außenluft AU eingetretene Luft Wärme von der Abluft AB aufnimmt, und eine dritte Erwärmung erfährt die dann als Zuluft ZU bezeichnete ehemalige Außenluft AU im Lufterhitzer 230, so dass eine Zulufttemperatur bereitgestellt wird, die über der geforderten Raumtemperatur liegt.
Vorteilhaft erfolgt eine weitere Erwärmung der Zuluft ZU durch den Zuluftventilator 221, denn die im Zuluftventilator 221 umgesetzte Energie wird nicht vollständig in Strömungsenergie umgesetzt. Verlustbehaftete Wärmeenergie wird an dieser Stelle des Zuluftventilators 221 ebenfalls als Wärme der Zuluft ZU zugeführt. Diese sozusagen vierte Lufterwärmung ist im Vergleich zu den drei anderen Erwärmungen der Zuluft allerdings sehr gering.
Im Ausführungsbeispiel ist eine Luftheizung gezeigt, mit der ein Gebäudeheute mit einem geringen Wertwärmebedarf wie bei einem Passivhaus von ca. 1–2 kWh bei einer Außentemperatur von ca. –10 bis –15°C beheizt werden kann. Bei Passivhäusern mit geringem Wärmebedarf von 20 kWh/m² und Jahr und weniger kann mit der Luftheizung vorteilhaft eine vollständige Beheizung erfolgen. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin, dass nur mit Luft geheizt wird und auf ein mit Wasser gefülltes Verteilsystem verzichtet werden kann. Die gesamte Wärme, die dem Gebäude zur Heizung zugeführt wird, wird über die Zuluft ZU in das Gebäude abgegeben. Daher wird die Zuluft ZU bei einer Außentemperatur von ca. –10 oder –15°C auf etwa 40 bis 60°C, insbesondere etwa 50°C erhitzt. Bei einem Gebäude zwischen 150 und 200 m² Wohnfläche erfolgt eine vollständige Beheizung ausschließlich über die Zuluft ZU. Vorteilhaft wird mit dem System, wie bereits beschrieben insbesondere bei niedrigen Temperaturen, Fortluft FU und vorzugsweise zugemischte Außenluft AU als Mischluft dem Verdampfer 160 zugeführt. Bei einer Mischung von Fortluft zu Außenluft ergibt sich bei einer Außentemperatur von ca. –15°C und einer Fortlufttemperatur von ca. –10°C eine etwas über der Außenluft liegende Temperatur, die dem Verdampfer zugeführt wird. Die Außenluft wird vorteilhaft bereits durch den Vorheizer 270 vorgewärmt und weitere große Wärmemengen werden im Luft/Luft-Wärmeaustauscher 200 aufgenommen. Zuluft ZU tritt bereits mit einer Temperatur von ca. 18°C (15–20°C) in den Lufterhitzer 230 ein und wird hier dann auf bei –15°C der Außenluft AU auf vorzugsweise über 40°C, insbesondere um die 50°C erwärmt. Bei der beschriebenen Verwendung von CO₂ als Kältemittel ergibt sich ein besonderer Vorteil durch geringe Exergieverluste und durch einen relativ geringen Anstieg der Entropie. Insbesondere dadurch, dass die Luft im Lufterhitzer 230 nur von ca. 15–20°C auf ca. 30–50°C erwärmt werden muss.
Im Ausführungsbeispiel ist die Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 als eine Luftvolumenstrommessvorrichtung ausgebildet, die den Luftstrom durch einen Luftkanal bestimmt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Fluidvolumenstrommessvorrichtung 40 auch zum Messen eines Flüssigkeitsvolumenstromes ausgestaltet sein und beispielsweise in einem der Kreisläufe, wie dem Kältemittelkreislauf 100, dem Wärmeträgerkreislauf 600 oder einem oder mehreren anderen Kanälen angeordnet sein, durch die ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit strömt.
Vorteilhaft ist der Verdampfer 160 der Wärmepumpe mit einem Luftstrom beaufschlagt, der zusätzlich von einem Verdampferventilator 162 erzeugt ist. Der Verdampferventilator 162 kann insbesondere auch als Fortluftventilator 251 arbeiten und fördert dann Fortluft FO und Außenluft AU allein, wobei der Fortluftventilator entfällt. In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Verdampferventilator zusätzlich zum Fortluftventilator angeordnet. Weiterhin ist gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel nur ein Fortluftventilator 251 vorgesehen, der insbesondere in Kombination mit der Öffnung 161 auch Außenluft zumindest indirekt ansaugt und auf den Verdampfer fördert.
Die im Warmwasserwärmetauscher 330 angeordnete Wasserführung nimmt Wärme aus dem Pufferspeicher 610 auf und ein in den Leitungen 340, 341, 342 strömendes Brauchwasser wird so erwärmt. Das Brauchwasser fließt entweder wie im Ausführungsbeispiel direkt in einen Warmwasserbehälter 300 auf oder wird indirekt mit einem im Warmwasserbehälter 300 angeordneten Wärmeaustauscher aufgewärmt. Das Wasser wird in den Leitungen 340, 341, 342 durch eine Umwälzpumpe 320 umgetrieben. Die Warmwasserbereitung erfolgt vorteilhaft so lange, bis eine Warmwasser-Solltemperatur im Warmwasserbehälter 300 erreicht ist.

Claims

Verfahren zum Messen eines Fluidvolumenstroms einer Haustechnikanlage, insbesondere einer Wärmepumpe oder eines Lüftungsgeräts, umfassend ein Erfassen einer Temperatur eines Temperatursensors (44), an dem ein Fluidvolumenstrom (50) vorbeistreicht, ein Beaufschlagen des Temperatursensors (44) mit einer temporären Heizleistung, und ein Berechnen des Fluidvolumenstroms (50) basierend auf einer Temperaturantwort des Temperatursensors (44) auf die temporäre Heizleistung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Heizleistung für eine vorbestimmte Dauer beaufschlagt wird und wobei der Fluidvolumenstrom (50) basierend auf einer Aufheiz- und/oder Abkühlentwicklung des Temperatursensors (44) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Heizleistung bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Temperatursensor (44) eine vorbestimmte Temperatur erreicht, beaufschlagt wird und wobei der Fluidvolumenstrom (50) basierend auf einer anschließenden Abkühlentwicklung des Temperatursensors (44) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluidvolumenstrom (50) ein Luftvolumenstrom (50) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Luftvolumenstrom (50) ein Luftvolumenstrom eines Lüfters, insbesondere eines rückwärtsgekrümmten Radiallüfters, ist.
Regelungsverfahren, insbesondere Konstantvolumenstromregelungsverfahren, für Radiallüfter einer Haustechnikanlage, umfassend das Verfahren zum Messen eines Fluidvolumenstroms nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Fluidvolumenstrommessvorrichtung für eine Haustechnikanlage, insbesondere eine Wärmepumpe oder ein Lüftungsgerät, umfassend einen Temperatursensor (44), der eingerichtet ist, eine Temperatur zu erfassen, ein Heizelement (46), das eingerichtet ist, den Temperatursensor (44) temporär mit einer Heizleistung zu beaufschlagen, und eine Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen an dem Temperatursensor (44) vorbeistreichenden Fluidvolumenstrom (50) basierend auf einer Temperaturantwort des Temperatursensors (44) auf die temporäre Heizleistung des Heizelementes (46) zu berechnen.
Lüfter, insbesondere rückwärtsgekrümmter Radiallüfter, der die Fluidvolumenstrommessvorrichtung nach Anspruch 7 aufweist.
Lüfter nach Anspruch 8, wobei der Lüfter ein Laufrad mit Schaufeln aufweist, wobei die Fluidvolumenstrommessvorrichtung an einer Oberfläche wenigstens einer Schaufel angeordnet ist.