DE102021105836A1

DE102021105836A1 - Verfahren, computerprogramm-produkt und system zum überwachen einer wärmepumpe

Info

Publication number: DE102021105836A1
Application number: DE102021105836.8A
Authority: DE
Inventors: Marie Michel; Bernd Hafner; Bernd Wenzel
Original assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN116964387A; EP4305357A1; WO2022189186A1

Abstract

Verfahren, System und Computerprogramm-Produkt zum Überwachen einer Wärmepumpe. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen von Referenzdaten; Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe; Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten; und Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten.

Description

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur aufnimmt und - zusammen mit der Antriebsenergie - als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur überträgt. Dieser Prozess wird sowohl zur Wärmeerzeugung als auch zur Kälteerzeugung verwendet. Beim Kühlprozess ist die Nutzenergie die aus dem zu kühlenden Raum aufgenommene Wärme, die zusammen mit der Antriebsenergie als Abwärme an die Umgebung abgeführt wird.
Ein Kältekreis einer Wärmepumpe kann einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator und/oder ein Expansionsventil umfassen. Der Verdampfer kann dazu eingerichtet sein, einen Aggregatszustand eines Fluids im Kältekreis von flüssig zu gasförmig durch hinzuführen von Wärmeenergie einer Wärmequelle bzw. aus einem Kühlkreis/Primärkreis zu ändern. Der Verdichter kann dazu eingerichtet sein, das gasförmige Fluid zu komprimieren, sodass der Druck und eine Temperatur des gasförmigen Fluids erhöht wird. Der Kondensator kann dazu eingerichtet sein, den Aggregatzustand des Fluids von gasförmig zu flüssig durch die Abgabe von Wärmeenergie an einen Sekundärkreis, insbesondere an einen Heizkreis, bzw. eine Wärmesenke zu ändern. Das Expansionsventil kann dazu eingerichtet sein, eine Ausdehnung des flüssigen Fluids zu bewirken, sodass der Druck des flüssigen Fluids absinkt. Dadurch kann eine Wärmeenergie von einer Wärmequelle bzw. einem Kühlkreis einem Heizkreis/Sekundärkreis bzw. einer Wärmesenke zugeführt werden.
Da eine Wärmepumpe unabhängig eines Brennstoffs arbeitet, ist die Benutzerinteraktion mit der Wärmepumpe meist sehr gering. Dies führt dazu, dass eine Überwachung der Funktionsweise der Wärmepumpe meist durch den Benutzer vernachlässigt und ein ineffizienter Betrieb der Wärmepumpe, das heißt mit unnötigem Energieverbrauch und/oder hohem Verschleiß, häufig nicht bemerkt wird. Zudem ist die Überwachung einer Wärmepumpe mit herkömmlichen Verfahren meist sehr komplex, sodass das Fachwissen eines Fachmanns zur Überwachung der Wärmepumpe erforderlich ist.
Die EP 3 608 603 B1 zeigt dazu beispielsweise ein Wärmemedium-Zirkulationssystem. Das Wärmemedium-Zirkulationssystem umfasst eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen eines flüssigen Wärmemediums, eine Pumpe, die zum Zirkulieren des Wärmemediums durch einen Zirkulationskreis eingerichtet ist, der durch einen Innenwärmeanschluss und die Erwärmungseinrichtung verläuft; eine Steuereinrichtung, die elektrisch mit der Erwärmungseinrichtung und der Pumpe verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung zum Ausführen eines Innenerwärmungsbetriebs zum Liefern des Wärmemediums, das durch die Erwärmungseinrichtung erwärmt wird, an den Innenwärmeanschluss und eines Abtaubetriebs eingerichtet ist, um Frost, der an dem Luftwärmetauscher haftet, schmelzen zu lassen; und eine Einrichtung zum Erfassen einer Versorgungstemperatur, die eine Temperatur des Wärmemediums darstellt, das an den Innenwärmeanschluss von der Erwärmungseinrichtung geliefert wird.
Die Erwärmungseinrichtung weist einen Luftwärmetauscher, der zum Tauschen von Wärme zwischen einem Kühlmittel und Luft eingerichtet ist; und einen Kompressor, der zum Komprimieren des Kühlmittels eingerichtet ist, auf. Die Steuereinrichtung deaktiviert den Kompressor, wenn die Versorgungstemperatur eine erste Deaktivierungstemperatur bei dem Innenerwärmungsbetrieb überschreitet, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer gegenüber einem Umschaltzeitpunkt von dem Auftaubetrieb zum Innenerwärmungsbetrieb abgelaufen ist, und deaktiviert den Kompressor nicht, wenn die Versorgungstemperatur die erste Deaktivierungstemperatur bei dem Innenerwärmungsbetrieb in einer Nachabtaudauer überschreitet, die eine Dauer darstellt, bis die vorbestimmte Zeitdauer vom Umschaltzeitpunkt abgelaufen ist.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung ein einfaches, effizientes und kostengünstiges Verfahren, Computerprogramm-Produkt und System zur Überwachung einer Wärmepumpe bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den unabhängigen Patenansprüchen gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf besondere Ausführungsformen der Erfindung.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer Wärmepumpe. Das Verfahren kann die Schritte Bereitstellen von Referenzdaten; Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe; Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten; und Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten umfassen. Das Bereitstellen von Referenzdaten kann ein Abfragen von Daten einer Referenzwärmepumpe, aus einem Cloudspeicher, von einer Speichereinheit etc. umfassen.
Das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe kann ein Erfassen verschiedener Modi der Wärmepumpe in Abhängigkeit der Zeit umfassen. Nicht-limitierende Beispiele für einen Modus sind ein Leistungsbetrieb, ein Standby-Betrieb, eine Ausgeschaltete Wärmepumpe, ein Wärmeerzeugungsmodus, ein Kälteerzeugungsmodus, ein Betrieb mit einer vorgegebenen Leistung, ein Betrieb in einem vorgegebenen Leistungsintervall, ein Demand-Response Betrieb, ein Normalbetrieb, ein Heizbetrieb, ein Betrieb zur Warmwasserbereitung etc. In manchen Ausführungsformen kann das Erfassen einer Laufzeit ein Erfassen eines elektrischen Energieverbrauchs umfassen. Die Referenzdaten können Laufzeiten eines Referenzbetriebs, insbesondere aus einer Simulation und/oder von einer Referenzwärmepumpe umfassen. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmepumpe hinsichtlich der Effizienz besonders einfach überwacht werden kann, da eine Datenerhebung und eine Auswertung der Daten hinsichtlich der Effizienz besonders einfach und zielführend erfolgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen einer Mindestlänge eines Betriebsintervalls umfassen, das Erfassen der Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen einer Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe als Betriebsintervalllänge beinhalten, und das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge des Betriebsintervalls mit der Betriebsintervalllänge umfassen. Ein Betriebsintervall der Wärmepumpe kann ein Zeitraum sein, indem die Wärmepumpe mit dem Ziel der Wärme- und/oder Kälteerzeugung betrieben wird. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise kurze Betriebsintervalle, die besonders ineffizient sind, detektiert werden können. Des Weiteren können dadurch besonders einfach Fehler im Betrieb einer Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe detektiert werden, sodass die Fehler behoben werden können und der Verschleiß der Wärmepumpe reduziert werden kann.
In einer besonders Vorteilhaften Ausführungsformen kann das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen einer Mindestlänge einer Betriebspause umfassen, das Erfassen der Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen einer Dauer einer Betriebspause der Wärmepumpe als Pausenintervalllänge beinhalten, und das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge der Betriebspause mit der Pausenintervalllänge umfassen. Eine Betriebspause ist ein Betriebszustand der Wärmepumpe, in dem die Wärmepumpe weder mit dem Ziel der Wärmeerzeugung noch mit dem Ziel einer Kälteerzeugung betrieben wird. Beispiele für entsprechende Betriebszustände können ein Standby-Modus und/oder eine ausgeschaltete Wärmepumpe sein. Dadurch können kurze Pausenintervalle im Betrieb der Wärmepumpe ermittelt werden und basierend auf den ermittelten kurzen Pausenintervallen ein Fehler im Betrieb der Wärmepumpe detektiert werden. Da das Wechseln von einer Betriebspause der Wärmepumpe in einen Lastbetrieb der Wärmepumpe besonders ineffizient ist, werden Betriebspausen von kurzer Dauer entsprechend erfasst.
In einer besonders weiterentwickelten Ausführungsform kann das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen eines oberen und/oder eines unteren Grenzwerts eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge umfassen. Des Weiteren kann das Verfahren den Schritt Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge als Laufzeitverhältnis umfassen, wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen des Laufzeitverhältnisses mit dem oberen und/oder unteren Grenzwert umfasst.
Dadurch können Fehler im Betrieb einer Heizungsanlage umfassend die Wärmepumpe, die negative Auswirkungen auf die Effizienz der Anlage haben, erfasst werden. Beispielsweise können fehlerhaft eingestellte Ein- und Ausschalttemperaturen der Wärmepumpe detektiert werden. Des Weiteren können dadurch insbesondere ineffiziente Sollwerte von Heizkreisen erfasst werden, die zu kurzen Betriebsintervalldauern und langen Pausenintervalllängen führen. Zudem können bei langen Betriebsintervallen und kurzen Pausenintervallen, kurzzeitige Überschreitungen der Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur bzw. sowie Schwankungen im Primärvolumenstrom der Wärmepumpe ursächlich sein. Somit kann die Wärmepumpe besonders einfach hinsichtlich weiterer Fehlerquellen überwacht werden.
In einer besonders angepassten Ausführungsform können die Referenzdaten in Abhängigkeit eines oder mehrerer, insbesondere aller, aus der Gruppe bereitgestellt werden: eines Gerätetyps der Wärmepumpe, insbesondere Luft-Wasser-Wärmepumpe, Sole-Wasser-Wärmepumpe, Wasser-Wasser-Wärmepumpe etc.; eines Regelungsverfahrens der Wärmepumpe, insbesondere einer Leistungsregelung der Wärmepumpe oder einer Konstantleistung der Wärmepumpe; einer Leistungsklasse, der die Wärmepumpe zugeordnet ist; eines Betriebsmodus der Wärmepumpe, insbesondere eines Demand-Response Betriebs, eines Normalbetriebs, einer Warmwasserbereitung, eines Heizbetriebs, eines Kühlbetriebs etc.; einer Klimazone, in der die Wärmepumpe aufgestellt ist; einem Alter der Wärmepumpe; einer Außentemperatur; einer Luftfeuchtigkeit; einer Zeit, insbesondere einer Jahreszeit, einer Tageszeit, einem Wochentag; einer Windstärke. Dadurch können die Referenzdaten besonders an Einflüsse, die den Betrieb der Wärmepumpe und/oder deren Laufzeit beeinflussen, angepasst und die Anzahl an fälschlicherweise detektierten Fehlern bzw. fälschlicherweise nicht-detektierten Fehlern können reduziert werden.
In einer besonders zuverlässigen Ausführungsform können die Referenzdaten in Abhängigkeit einer Mehrzahl an Betriebsdaten von Wärmepumpen und/oder in Abhängigkeit einer Simulation, insbesondere mehrerer Simulationen, eines Wärmepumpensystems bereitgestellt werden. Durch das Heranziehen von einer Mehrzahl an Betriebsdaten von Wärmepumpen (weiteren Wärmepumpen) können praxisnahe Referenzdaten über einen effizienten Betrieb einer Wärmepumpe erhoben werden. Mittels einer Simulation können die Referenzdaten an die Wärmepumpenanlage umfassend die Wärmepumpe angepasst werden. Des Weiteren können mittels der Simulation/en Referenzdaten für Wärmepumpenanlagen erzeugt werden, für die keine Daten aus der Praxis vorliegen.
In einer besonders zuverlässigen Ausführungsform kann das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebsintervallen umfassen. Zudem kann das Verfahren den Schritt Ermitteln einer Betriebsintervalllänge in Abhängigkeit der Dauer der Mehrzahl an Betriebsintervallen umfassen. Dadurch kann die Aussagekraft des Vergleichs verbessert werden, da kurzfristige Schwankungen im Betrieb in der Mehrzahl an Betriebsintervallen rausgefiltert werden können, sodass die eigentliche Effizienz der Wärmepumpe möglichst geringfügig durch diese Schwankungen verfälscht wird.
In einer ebenfalls besonders zuverlässigen Ausführungsform kann das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebspausen umfassen. Zudem kann das Verfahren den Schritt Ermitteln einer Pausenintervalllänge in Abhängigkeit der Dauer der Mehrzahl an Betriebspausen umfassen. Dadurch kann die Aussagekraft des Vergleichs verbessert werden, da kurzfristige Schwankungen im Betrieb durch die Mehrzahl an Betriebspausen rausgefiltert werden können, sodass die eigentliche Effizienz der Wärmepumpe möglichst geringfügig durch diese Schwankungen verfälscht wird. Dadurch kann das Ergebnis der Überwachung wiederum verbessert werden.
In einer besonders genauen Ausführungsform kann das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebsintervallen als Mehrzahl an Betriebsintervalllängen umfassen, das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge des Betriebsintervalls mit der Mehrzahl an Betriebsintervalllängen umfassen, und das Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit der Ergebnisse der Vergleiche der Mindestlänge des Betriebsintervalls mit der Mehrzahl an Betriebsintervalllängen erfolgen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass eine Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe, die beispielsweise auf ein Sicherheitsrisiko der Wärmepumpe hinweisen kann, zur Ermittlung des Überwachungsergebnisses herangezogen wird.
In einer besonders gründlichen Ausführungsform kann das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebspausen als Mehrzahl an Pausenintervalllängen umfassen, wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge der Betriebspause mit der Mehrzahl an Pausenintervalllängen umfasst, und das Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit der Ergebnisse der Vergleiche der Mindestlänge der Betriebspause mit der Mehrzahl an Pausenintervalllängen erfolgt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass eine Dauer einer Betriebspause der Wärmepumpe, die beispielsweise auf ein Sicherheitsrisiko der Wärmepumpe hinweisen kann, zur Ermittlung des Überwachungsergebnisses herangezogen wird.
In einer besonders weiterentwickelten Ausführungsform kann das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen einer Mehrzahl an Betriebsdaten, die jeweils eine Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe als Betriebsintervalllänge und eine Dauer einer Betriebspause der Wärmepumpe als Pausenintervalllänge umfassen, beinhalten. Zudem kann das Verfahren den Schritt Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge als Laufzeitverhältnis für jedes der Mehrzahl an Betriebsdaten umfassen, wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Laufzeitverhältnisse mit dem oberen und/oder unteren Grenzwert umfasst. Vorteilhafterweise folgt ein Betriebsintervall einem Pausenintervall zeitlich oder folgt das Pausenintervall dem Betriebsintervall zeitlich, deren Dauer/Länge zur Ermittlung eines entsprechenden Laufzeitverhältnisses herangezogen wird.
Bei dieser Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass ein Verhältnis zwischen Betriebsintervalllänge und Pausenintervalllänge der Wärmepumpe, das beispielsweise auf ein Sicherheitsrisiko der Wärmepumpe hinweisen kann, für die Ermittlung des Überwachungsergebnisses herangezogen wird.
Eine besonders weiterentwickelte Ausführungsform kann zusätzlich die Schritte Ermitteln von stochastischen Betriebsdaten aus der Mehrzahl an Betriebsintervalllängen, aus der Mehrzahl an Pausenintervalllängen und/oder aus der Mehrzahl an Laufzeitverhältnissen; und Ermitteln von stochastischen Referenzdaten in Abhängigkeit der Referenzdaten, wenn die Referenzdaten keine stochastischen Referenzdaten umfassen, beinhalten. Das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten kann dann ein Vergleichen der stochastischen Betriebsdaten mit den (entsprechenden) stochastischen Referenzdaten umfassen. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine aussagekräftige Aussage über die Effizienz der Wärmepumpe in Abhängigkeit einer Mehrzahl, insbesondere einer Mehrzahl erfasster Laufzeiten gemacht werden. Als Konsequenz kann die Wärmepumpe einfach und zielführend überwacht werden.
Das Ermitteln von stochastischen Betriebsdaten und/oder stochastischen Referenzdaten kann beispielsweise ein Ermitteln eines oder mehrerer aus der Gruppe: einer Verteilungsfunktion, einer Häufigkeitsverteilung, einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, eines Mittelwerts, einer Standardabweichung, einer Varianz umfassen.
Eine besonders sicherheitsbedachte Ausführungsform kann die Schritte Bereitstellen eines oder mehrerer Referenzleistungen der Wärmepumpe, insbesondere einer maximalen und/oder minimalen Leistung der Wärmepumpe; Erfassen einer elektrischen Leistung während der Dauer des Betriebsintervalls der Wärmepumpe; Vergleichen der erfassten elektrischen Leistung mit den einen oder mehreren Referenzleistungen der Wärmepumpe umfassen. Das Ermitteln des Überwachungsergebnisses kann dann zusätzlich in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der erfassten elektrischen Leistung mit den einen oder mehreren Referenzleistungen erfolgen. Dadurch können Abnutzungen der Wärmepumpe, die zu einem erhöhten oder niedrigeren elektrischen Energieverbrauch führen, erfasst und bei der Überwachung der Wärmepumpe berücksichtigt werden.
In einer besonders angepassten Ausführungsform können die einen oder mehreren Referenzleistungen in Abhängigkeit eines oder mehrerer, insbesondere aller, aus der Gruppe bereitgestellt werden: eines Gerätetyps der Wärmepumpe, insbesondere Luft-Wasser-Wärmepumpe, Sole-Wasser-Wärmepumpe, Wasser-Wasser-Wärmepumpe etc.; eines Regelungsverfahrens der Wärmepumpe, insbesondere einer Leistungsregelung der Wärmepumpe oder einer Konstantleistung der Wärmepumpe; einer Leistungsklasse, der die Wärmepumpe zugeordnet ist; eines Betriebsmodus der Wärmepumpe, insbesondere eines Demand-Response Betriebs, eines Normalbetriebs, einer Warmwasserbereitung, eines Heizbetriebs, eines Kühlbetriebs etc.; einer Klimazone, in der die Wärmepumpe aufgestellt ist; einem Alter der Wärmepumpe; einer Außentemperatur; einer Luftfeuchtigkeit; einer Zeit, insbesondere einer Jahreszeit, einer Tageszeit, einem Wochentag; einer Windstärke; etc. Dadurch können die Referenzdaten besonders an Einflüsse, die den Betrieb der Wärmepumpe und/oder deren Laufzeit beeinflussen, angepasst und die Anzahl an fälschlicherweise detektierten Fehlern bzw. fälschlicherweise nicht-detektierten Fehlern können reduziert werden.
In einer besonders zuverlässigen Ausführungsform können die einen oder mehreren Referenzleistungen in Abhängigkeit einer Mehrzahl an Betriebsdaten von Wärmepumpen und/oder in Abhängigkeit einer Simulation, insbesondere mehrerer Simulationen, eines Wärmepumpensystems bereitgestellt werden. Durch das Heranziehen von einer Mehrzahl an Betriebsdaten von Wärmepumpen (weiteren Wärmepumpen) können praxisnahe Referenzleistungen über einen effizienten Betrieb einer Wärmepumpe erhoben werden. Mittels einer Simulation einer Wärmepumpenanlage können Simulationsdaten bereitgestellt werden. Die eine oder mehreren Referenzleistungen können dann in Abhängigkeit der Simulationsdaten an die Wärmepumpenanlage umfassend die Wärmepumpe angepasst werden. Des Weiteren können mittels der Simulation/en Referenzleistungen für Wärmepumpenanlagen erzeugt werden, für die keine Daten aus der Praxis vorliegen.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren kann den Schritt Ausgeben einer Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse beinhalten. Dadurch kann besonders zielführend auf einen Fehler im Betrieb der Wärmepumpe hingewiesen werden. Wenn die Fehlermeldung in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse ausgegeben wird, kann zudem einem Fachmann/Benutzer eine Hilfestellung zur Beseitigung des Fehlers gegeben werden.
In einem besonders wartungsfreundlichen Verfahren kann das Ausgeben einer Fehlermeldung zusätzlich in Abhängigkeit eines Ergebnisses eines oder mehrerer der Folgenden Vergleiche erfolgen: einer vorgegebenen Rücklauftemperatur mit einer erfassten Rücklauftemperatur der Wärmepumpe; einer vorgegebenen Vorlauftemperatur mit einer erfassten Vorlauftemperatur der Wärmepumpe; eines ersten vorgegebenen Referenzwerts mit einer Differenz zwischen der erfassten Rücklauftemperatur und der erfassten Vorlauftemperatur; einem zweiten vorgegebenen Referenzwert mit einem erfassten Primärvolumenstrom; einem dritten vorgegebenen Referenzwert mit einem erfassten Druck im Wärmepumpensystem; einem vierten vorgegebenen Referenzwert mit einer erfassten Primärtemperatur; eines fünften vorgegebenen Referenzwerts mit einer Differenz zwischen der erfassten Ein- und Austrittstemperatur der Primärseite. Ein Primärvolumenstrom ist beispielsweise ein Volumenstrom im Primärkreis der Wärmepumpe. Eine Wärmepumpe kann regelmäßig einen Primärkreis, einen Kältekreis und einen Sekundärkreis umfassen. In manchen Ausführungsformen kann ein Primärkreis und/oder Sekundärkreis im Kältekreis integriert sein. Ein Primärkreis dient zur Wärmeaufnahme aus der Umwelt, beispielsweise aus der Luft, aus einem Wasser, vom Boden etc. Der Sekundärkreis dient der Wärmeabgabe, beispielsweise der Abgabe an einen Heizkreis, an einen Warmwasserkreis, an eine Wärmesenke etc.
In manchen Ausführungsformen kann der Primärkreis und/oder der Sekundärkreis mit dem Kältekreis über einen Wärmetauscher verbunden sein.
Die Nummerierung der Referenzwerte mit erster, zweiter, dritter, vierter, fünfter soll keine Reihenfolge oder Ordnung der Referenzwerte untereinander darstellen, sondern dient nur zur Unterscheidung der einzelnen Referenzwerte voneinander.
Der Kältekreis gibt beispielsweise eine erzeugte Wärme/Kälte beispielsweise mittels eines Wärmetauschers/Kältetauschers an den Sekundärkreis ab. Der Sekundärkreis kann einen Vorlauf mit hoher Temperatur (Heizkreis) und einen Rücklauf umfassen. Der Primärkreis kann einen Vorlauf mit niedriger Temperatur (Kühlkreis) und einen Rücklauf umfassen. In manchen Ausführungsformen kann sowohl ein Sekundärkreis in Form eines Heizkreises als auch ein Primärkreis in Form eines Kühlkreises durch einen Wärmetauscher zur Wärme-/Kälteübertragung mit dem Kältekreis verbunden sein. Eine Primärtemperatur ist eine im Primärkreis gemessene Temperatur. Ein Primärvolumenstrom ist ein Volumenstrom im Primärkreis. Ein erfasster Druck im Wärmepumpensystem kann ein erfasster Druck im Primärkreis, ein erfasster Druck im Sekundärkreis und/oder ein erfasster Druck im Kältekreis sein.
Dies hat den Vorteil, dass ein Fehler im Betrieb oder im Zusammenhang mit dem Betrieb der Wärmepumpe besonders einfach ermittelt und somit eine Wartung bzw. Fehlerbeseitigung besonders effizient und zielführend durchgeführt werden kann.
In manchen Ausführungsformen können Laufzeiten und/oder erfasste elektrische Leistungen eines ersten Zeitintervalls mit Laufzeiten und/oder erfassten elektrischen Leistungen eines zweiten Zeitintervalls, insbesondere mehreren zweiten Zeitintervallen, verglichen werden, beispielsweise durch Vergleichen von Betriebsintervalllängen, Pausenintervalllängen, Laufzeitverhältnissen, erfassten Leistungen etc. Dies kann den Vorteil haben, dass ein Abfall der Effizienz besonders einfach erfasst werden kann.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein System zum Überwachen einer Wärmepumpe. Das System kann eine Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten, die dazu eingerichtet ist, Referenzdaten bereitzustellen; eine Erfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Laufzeit der Wärmepumpe zu erfassen; eine Vergleichseinheit, die dazu eingerichtet ist, die Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten zu vergleichen; und eine Überwachungsergebnisermittlungseinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten zu ermitteln, umfassen.
Eine Laufzeit kann Daten über einen Betrieb der Wärmepumpe in Abhängigkeit der Zeit umfassen. Insbesondere kann die Laufzeit, Daten über eine Dauer eines Betriebsintervalls und/oder eine Pausenintervalllänge, beispielsweise in Abhängigkeit der Zeit, umfassen. Die Erfassungseinheit kann eine Speichereinheit, in der entsprechende Daten gespeichert sind, umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Erfassungseinheit eine/oder mehrere Sensoren umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Erfassungseinheit eine Kommunikationseinheit zum Empfangen und/oder Abfragen von Daten, insbesondere einer Laufzeit, beispielsweise von einem Sensor, einer Speichereinheit, einem Cloud-Speicher etc. umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann die Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten einen Speicher umfassen, in dem Referenzdaten gespeichert sind. In manchen Ausführungsformen kann die Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten eine Kommunikationseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, Referenzdaten, beispielsweise von einer Speichereinheit, einem Cloud-Speicher, einer Simulationseinheit, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit bereitgestellter Daten eine Simulation durchzuführen, einer weiteren Wärmepumpe, etc. zu empfangen und/oder abzufragen. In manchen Ausführungsformen kann eine Kommunikationseinheit und/oder eine Speichereinheit von der Erfassungseinheit und der Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten gleichermaßen genutzt werden.
In manchen Ausführungsformen können die Referenzdaten Daten bezüglich einer Referenzlaufzeit, insbesondere einer Referenzbetriebsdauer, einer Referenzintervalllänge etc. umfassen.
Ein besonders weiterentwickeltes System kann eine Ausgabeeinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse auszugeben. Die Ausgabeeinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Fehlermeldung akustisch, insbesondere mittels eines Lautsprechers, und/oder visuell, insbesondere mittels einer Anzeigeeinheit, auszugeben. In manchen Ausführungsformen kann die Ausgabeeinheit dazu eingerichtet sein, eine Nachricht mittels einer Kommunikationseinheit an ein externes Gerät zu senden. Ein Externes Gerät kann beispielsweise ein PC, ein Handy, ein Server etc. sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Nachricht eine SMS, eine E-Mail, eine Nachricht in einer Markup-Language etc. sein. In manchen Ausführungsformen kann eine Nachricht, insbesondere in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse, an einen Fachmann (Kundendienstmonteur), an einen Benutzer, an einen Wartungsdienst, einen Wärmepumpenbetreiber und/oder an einen Hersteller etc. gesendet werden. Dadurch kann eine Wärmepumpe besonders zielführend hinsichtlich der Sicherheit und Effizienz betrieben werden. In manchen Ausführungsformen kann eine Nachricht in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse an ein externes Gerät gesendet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogramm-Produkt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen. Dadurch können auf einfache Weise bestehende Anlagen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgestattet werden und die Effizienz und Sicherheit einer bereits installierten Wärmepumpe verbessert und Ausfälle der bereits installierten Wärmepumpe vermieden werden.
Figurenliste

1, 2 und 3 zeigen jeweils schematisch ein Verfahren zum Überwachen einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt schematisch ein System zum Überwachen einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt schematisch ein Wärmepumpensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6a zeigt ein Leistungsdiagramm in Abhängigkeit der Zeit einer ineffizienten Wärmepumpe und 6b zeigt eine Häufigkeitsverteilung der Laufzeit dieser Wärmepumpe.
6c zeigt ein Leistungsdiagramm in Abhängigkeit der Zeit einer effizienten Wärmepumpe und 6d zeigt eine Häufigkeitsverteilung der Laufzeit dieser Wärmepumpe.
7 zeigt schematisch eine Häufigkeitsverteilung der Pausenintervalllängen und Betriebsintervalllängen einer optimierten Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Überwachen einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren kann einen Schritt S10 Bereitstellen von Referenzdaten umfassen. Das Bereitstellen von Referenzdaten kann ein Bereitstellen einer Referenzlaufzeit für die Wärmepumpe umfassen. Eine Referenzlaufzeit kann eine Mindestlänge eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe und/oder eine Mindestlänge einer Betriebspause beinhalten. In manchen Ausführungsformen kann das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen eines oberen und/oder eines unteren Grenzwerts eines Verhältnisses zwischen einer Betriebsintervalllänge und einer Pausenintervalllänge der Wärmepumpe umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das Bereitstellen von Referenzdaten ein Auslesen und/oder ein Speichern von Referenzdaten aus bzw. in einer Speichereinheit umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das Bereitstellen von Referenzdaten ein Initialisieren einer Variablen bzw. einer Konstante in einem Computerprogrammprodukt beinhalten.
Das Verfahren umfasst den Schritt S11 Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe. Das Erfassen einer Laufzeit kann ein Erfassen einer Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe als Betriebsintervalllänge und/oder ein Erfassen einer Dauer einer Betriebspause der Wärmepumpe als Pausenintervalllänge umfassen. Eine Betriebsintervalllänge gibt die Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe in einem Lastbetrieb wieder. Ein Lastbetrieb ist vorzugsweise ein Betrieb, in dem die Wärmepumpe mit dem Ziel einer Wärme- bzw. Kälteerzeugung betrieben wird. Eine Betriebspause kann beispielsweise in einem Standby-Betrieb bzw. bei einer ausgeschalteten Wärmepumpe etc. vorliegen. In manchen Ausführungsformen wird die Wärmepumpe während einer Betriebspause nicht mit dem Ziel der Wärme- und/oder Kälteerzeugung betrieben.
In einem Schritt S12 wird die erfasste Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten verglichen. Der Vergleich kann beispielsweise einen qualitativen und/oder quantitativen Vergleich umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das Ergebnis des Vergleichs ein absolutes oder ein relatives Ergebnis sein.
In einem Schritt S13 wird ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ermittelt.
In manchen Ausführungsformen kann das Verfahren einen optionalen Schritt S14 Ausgeben einer Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Fehlermeldung einen Fehlercode in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses beinhalten. In manchen Ausführungsformen kann die Fehlermeldung, insbesondere ein Fehlercode, zusätzlich in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse ausgegeben werden. In manchen Ausführungsformen kann eine Einheit zur Ausgabe der Fehlermeldung, insbesondere eine Anzeigeeinheit, eine Lautsprechereinheit und/oder eine Kommunikationseinheit, in Abhängigkeit eines Fehlercodes und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse gewählt werden.
In manchen Ausführungsformen kann das Verfahren einen optionalen Schritt S15 Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge als Laufzeitverhältnis umfassen, wobei dann das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen des Laufzeitverhältnisses mit einem oberen und/oder unteren Grenzwert im Schritt S12 umfasst.
2 zeigt schematisch ein Verfahren zum Überwachen einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das in 2 gezeigte Verfahren basiert auf dem in 1 gezeigten Verfahren. Das in 2 gezeigte Verfahren kann einen optionalen Schritt S21 Ermitteln von stochastischen Betriebsdaten aus einer Mehrzahl an Betriebsintervalllängen, aus einer Mehrzahl an Pausenintervalllängen und/oder aus einer Mehrzahl an Laufzeitverhältnissen umfassen. Vorteilhafterweise kann der Schritt S21 nach dem Schritt S11 und vor dem Schritt S12 ausgeführt werden. Das Vergleichen im Schritt S12 kann als Folge des Schrittes S21 ein Vergleichen der stochastischen Betriebsdaten mit den stochastischen Referenzdaten umfassen.
Zudem kann das Verfahren einen weiteren optionalen Schritt S22 Ermitteln von stochastischen Referenzdaten in Abhängigkeit der Referenzdaten, insbesondere wenn die Referenzdaten keine stochastischen Referenzdaten umfassen oder nur für einen Teil der Referenzdaten stochastische Referenzdaten vorliegen, beinhalten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die erfassten Laufzeiten mit den Referenzdaten optimal verglichen werden können. In manchen Ausführungsformen, insbesondere wenn die Referenzdaten bereits stochastische Referenzdaten wiedergeben, bzw. umfassen, kann der Schritt S22 entfallen.
3 zeigt schematisch ein Verfahren zum Überwachen einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das in 3 gezeigte Verfahren basiert auf dem in 1 gezeigten Verfahren und unterscheidet sich von diesem dahingehend, dass es optional die Schritte S31 bis S33 umfasst. Im optionalen Schritt S31 kann eine oder mehrere Referenzleistungen der Wärmepumpe, insbesondere eine maximale und/oder eine minimale Referenzleistung der Wärmepumpe bereitgestellt werden. Eine Referenzleistung kann beispielsweise mithilfe einer Simulation oder mithilfe von Leistungswerten einer weiteren Wärmepumpe bereitgestellt werden. Im Schritt S32 wird eine elektrische Leistung während der Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe erfasst. In einem Schritt S33 wird die erfasste elektrische Leistung mit den einen oder mehreren Referenzleistungen der Wärmepumpe verglichen. Das Ermitteln des Überwachungsergebnisses im Schritt S13 kann dann in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der elektrischen Leistung mit den einen oder mehreren Referenzleistungen aus dem Schritt S32 erfolgen.
In manchen Ausführungsformen können die in den 1 und 2 gezeigten Verfahrensschritte kombiniert werden. Insbesondere können die Schritte S21, S22, S14, S15, S31 bis S33 mit den Schritten S10 bis S13 bzw. S11 bis S13 unabhängig voneinander kombiniert werden. Zudem können in manchen Ausführungsformen Verfahrensschritte parallel ausgeführt, kombiniert, aufgeteilt, zusammengefasst, hinzugefügt etc. werden, ohne den Kern der Erfindung zu verändern. In manchen Ausführungsformen kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte vertauscht werden ohne den Kern der Erfindung dadurch zu beeinflussen.
In manchen Ausführungsformen kann ein Computerprogrammprodukt Befehle umfassen, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, Verfahrensschritte der in den 1 bis 3 gezeigten Verfahren auszuführen.
4 zeigt schematisch ein System zum Überwachen einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das System 40 umfasst eine Einheit 41 zum Bereitstellen von Referenzdaten, eine Erfassungseinheit 42, eine Vergleichseinheit 43, und eine Überwachungsergebnisermittlungseinheit 44. In manchen Ausführungsformen kann das System 40 zusätzlich eine Ausgabeeinheit 45 umfassen. Die Einheit 41 zum Bereitstellen von Referenzdaten ist dazu eingerichtet, Referenzdaten bereitzustellen. Die Einheit 41 kann dazu eine Speichereinheit, in der die Referenzdaten gespeichert sind und/oder eine Kommunikationseinheit, mittels derer die Referenzdaten empfangen bzw. abgefragt werden können, umfassen.
Die Erfassungseinheit 42 ist dazu eingerichtet, eine Laufzeit der Wärmepumpe zu erfassen. Die Erfassungseinheit 42 kann dazu mit einer Steuereinheit der Wärmepumpe und/oder mit einem oder mehreren Sensoren verbunden sein. In manchen Ausführungsformen kann die Erfassungseinheit 42 eine Kommunikationseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Laufzeit der Wärmepumpe von der Wärmepumpe bzw. einem Cloud-Speicher zu empfangen bzw. abzufragen. In manchen Ausführungsformen können sich die Einheit 41 und die Erfassungseinheit 42 eine Kommunikationseinheit und/oder eine Speichereinheit teilen. Die Vergleichseinheit 43 ist dazu eingerichtet, die Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten zu vergleichen. Die Vergleichseinheit 43 kann dazu eine oder mehrere analoge und/oder digitale Schaltungen, insbesondere eine Recheneinheit umfassen.
Die Überwachungsergebnisermittlungseinheit 44 ist dazu eingerichtet, ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten zu ermitteln. In manchen Ausführungsformen kann die Überwachungsergebnisermittlungseinheit 44 dazu eingerichtet sein, das Überwachungsergebnis zusätzlich in Abhängigkeit eines oder mehrerer weiterer Vergleichsergebnisse zu ermitteln. Die Überwachungsergebnisermittlungseinheit 44 kann eine oder mehrere analoge und/oder digitale Schaltungen, insbesondere eine Recheneinheit umfassen. In manchen Ausführungsformen können sich die Einheiten 43 und 44 eine Recheneinheit teilen.
Die Ausgabeeinheit 45 ist dazu eingerichtet, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse auszugeben. In manchen Ausführungsformen kann die Ausgabeeinheit 15 dazu eingerichtet sein, eine Fehlermeldung visuell, beispielsweise mittels eines Displays, und/oder akustisch, insbesondere mittels eines Lautsprechers, gegebenenfalls in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse auszugeben. In manchen Ausführungsformen kann die Ausgabeeinheit eine Kommunikationseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung an eine externe Einheit zu übermitteln, insbesondere in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse. Eine externe Einheit kann beispielsweise ein Mobilfunkgerät, ein Server, ein Wartungsgerät, etc. sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Ausgabeeinheit sich eine Kommunikationseinheit mit der Einheit 41 und/oder 42 teilen. In manchen Ausführungsformen kann die Ausgabeeinheit dazu eingerichtet sein, einen Fehlercode in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse im Zuge der Ausgabe der Fehlermeldung auszugeben. Ein Fehlercode kann ein Codewort, das für einen vorgegebenen Fehler/vorgegebene Fehlerart steht, sein. In manchen Ausführungsformen kann ein Fehlercode auch eine Beschreibung des Fehlers umfassen.
In manchen Ausführungsformen können Einheiten des Systems 40 getrennt, zusammengefasst etc. werden, ohne den Kern der Erfindung zu beeinflussen. In manchen Ausführungsformen können außerdem weitere Einheiten hinzugefügt werden, ohne den Kern der Erfindung zu beeinflussen.
5 zeigt schematisch ein Wärmepumpensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dem Wärmepumpensystem 50 ist eine Wärmepumpe 51, eine Kühlseite 52 und eine Wärmeseite 53 gezeigt. Die in 5 gezeigte Wärmepumpe 51 umfasst einen Verdichter 512, einen Verflüssiger/Kondensator 513, ein Expansionsventil 514 und einen Verdampfer 511, die in einem Kältekreis 515 miteinander verbunden sind. In manchen Ausführungsformen kann die Wärmepumpe von der in 5 gezeigten Wärmepumpe abweichen, ohne den Kern der Erfindung zu verändern. Der Verdampfer 511 kann zudem als Wärmetauscher, als Wärmeübertrager zwischen dem Kältekreis 515 und der Kühlseite 52 fungieren. Die Kühlseite 52 kann in manchen Ausführungsformen ein einfacher Wärmelieferant, wie z. B. eine Umgebungsluft, eine Erdwärme, ein Wasser-/Eisspeicher etc. sein. In manchen Ausführungsformen kann die Kühlseite 52 einen oder mehrere Kühlkreise 523, 524 umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Kühlseite 52 einen Primärkreis 522 bilden. In manchen Ausführungsformen kann die Kühlseite 52 in den Kältekreis 515 integriert sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Wärmeseite 53 einen Sekundärkreis 532 (Heizkreis und/oder Warmwasserkreis) bilden. Der Verflüssiger/Kondensator 513 kann als Wärmetauscher zum Übertragen der Wärme aus dem Kältekreiskreis 515 auf die Wärmeseite 53 fungieren. Auf der Wärmseite 53 können beispielsweise ein oder mehrere Heizkreise 533, 534 und/oder Warmwasserkreise 535 angeordnet sein. Die Wärmeseite 53 kann in manchen Ausführungsformen zusätzlich oder anstatt der Heizkreise eine Wärmesenke umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Wärmeseite 53 in den Kältekreis integriert sein.
Das in 5 dargestellte Wärmepumpensystem dient nur zur Veranschaulichung und zum grundsätzlichen Verständnis einer Wärmepumpe und soll in keiner Weise den Umfang der Erfindung beschränken. Des Weiteren können einzelne Abschnitte der Wärmepumpe 51 sowie auf der Kühlseite 52 als auch auf der Wärmeseite 53 anderweitig ausgeführt sein, ohne die Funktionalität der Erfindung in irgendeiner Art und Weise einzuschränken.
6a zeigt ein Leistungsdiagramm in Abhängigkeit der Zeit einer ineffizienten Wärmepumpe und 6b zeigt eine Häufigkeitsverteilung der Laufzeit dieser Wärmepumpe. 6c zeigt ein Leistungsdiagramm in Abhängigkeit der Zeit einer effizienten Wärmepumpe und 6d zeigt eine Häufigkeitsverteilung der Laufzeit dieser Wärmepumpe. In den Diagrammen der 6a und 6c sind auf der x-Achse die Tage eines Jahres aufgetragen und auf der y-Achse ist die Zeit eines Tages. Die Auflösung bezüglich der y-Achse beträgt 10 Minuten. Rechterhand der 6a und 6c ist jeweils ein Farbschema als Legende dargestellt. Das Farbschema stellt eine verbrauchte elektrische Leistung in Watt der Wärmepumpe dar.
In den Diagrammen der 6b und 6d ist jeweils auf der x-Achse die Pausenintervalllänge in Stunden, auf der y-Achse die Betriebsintervalllänge in Stunden und in z-Richtung die Anzahl der Ereignisse aufgetragen. Die Daten des Diagramms der 6b sind dem Diagramm der 6a entnommen und die Daten des Diagramms der 6c sind dem Diagramm der 6d entnommen.
Dem Diagramm der 6a ist zu entnehmen, dass die ineffiziente Wärmepumpe sehr häufig für relativ kurze Zeit, d.h. kürzer als 40 Minuten, mit einer sehr hohen Leistung, d.h. mit mehr als 4000 Watt betrieben wird. Pausenintervalle sind zudem vor allem zu Beginn und zum Ende des Jahres meist sehr kurz. Dies wird insbesondere durch das Diagramm der 6b ersichtlich. So sammelt sich der Großteil der Ereignisse der ineffizienten Wärmepumpe in der vorderen Ecke, d.h. die Wärmepumpe wird mit besonders kurzen Betriebsintervallen und besonders kurzen Pausenintervallen betrieben.
Dem Diagramm der 6c kann hingegen entnommen werden, dass eine Betriebsintervalllänge zumeist zwischen ein und drei Stunden dauert und die Pausenintervalllänge zumeist zwischen ein und drei Stunden liegt. Dies wird insbesondere durch das Diagramm der 6d verdeutlicht. Der 6d ist zu entnehmen, dass sich die Ereignisse der effizienten Wärmepumpe um eine Betriebsintervalllänge von 1,5 Stunden und eine Pausenintervalllänge von 1,5 Stunden konzentriert. Zudem kann der 6d entnommen werden, dass die effiziente Wärmepumpe mit viel geringerer Leistung betrieben wird. Zumeist wird die effiziente Wärmepumpe mit einer Leistung von zwischen 500 und 1500 Watt betrieben.
Da der Verschleiß einer Wärmepumpe bei einer niedrigeren Heiztemperatur niedriger ist und auch die Effizienz der Wärmepumpe bei niedrigeren Heiztemperaturen höher ist, ist die Wärmepumpe mit den in den 6c und 6d dargestellten Diagrammen gegenüber der Wärmepumpe mit den in den 6a und 6b dargestellten Diagrammen effizienter.
Wie im Diagramm der 6d ersichtlich treten auch bei der effizienten Wärmepumpe Ereignisse mit Betriebsintervalllängen von unter 30 Minuten und Pausenintervalllängen von unter 30 Minuten auf. Folglich können jedoch auch bei einer Wärmepumpe mit hoher Effizienz kurze Betriebsintervalllängen und kurze Pausenintervalllängen nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Zur Vermeidung von Fehlalarmen bei der Überwachung der Wärmepumpe mittels der Laufzeitüberwachung und/oder Leistungsüberwachung kann es deshalb hilfreich sein, in Abhängigkeit der erfassten Laufzeit stochastische Parameter, insbesondere eine Verteilungsfunktion, eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, einen Mittelwert, eine Standardabweichung, eine Varianz etc. zu ermitteln und die Wärmepumpe mittels der stochastischen Parameter zu überwachen.
In manchen Ausführungsformen können eine Summenhäufigkeit für einen vorgegeben Bereich einer Verteilungsfunktion, insbesondere einer Häufigkeitsverteilung/ Wahrscheinlichkeitsverteilung, ermittelt werden und mit einem Referenzwert verglichen werden.
7 zeigt schematisch ein Diagramm einer Häufigkeitsverteilung der Pausenintervalllängen und Betriebsintervalllängen einer optimierten Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. An der x-Achse ist die Pausenintervalllänge aufgetragen und an der y-Achse die Betriebsintervalllänge. An der z-Achse ist die Anzahl der Ereignisse aufgetragen. Der 7 ist zu entnehmen, dass ein Betriebsintervall der Wärmepumpe mindestens fünf Minuten andauert. Ein Pausenintervall der Wärmepumpe dauert ebenfalls mindestens fünf Minuten. Dadurch wird ein ineffizientes kurzzeitiges Einschalten bzw. Ausschalten der Wärmepumpe, bei dem hohe Einschaltverluste und hohe Abnutzungen auftreten, vermieden. Des Weiteren kann der 7 entnommen werden, dass sich die Betriebsintervalllänge auf zwischen fünf Minuten und 2,5 Stunden konzentriert. Die Pausenintervalllänge konzentriert sich auf zwischen fünf Minuten und vier Stunden.
Somit ist der in 7 gezeigte Betrieb besonders ausgewogen hinsichtlich der Laufzeit und es kann grundsätzlich von einem effizienten Betrieb ausgegangen werden.
In manchen Ausführungsformen, insbesondere in einem der in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsformen, kann bei zwischen 0,05 und 3,0, insbesondere zwischen 0,07 und 2,4 Einschaltungen pro Betriebsstunde (Anzahl der Betriebsintervallstarts pro Betriebsstunde) von einer effizienten Wärmepumpe ausgegangen werden. Eine Betriebsstunde ist eine Stunde, in der sich die Wärmepumpe im Betrieb befindet. Die Summe aller Betriebsstunden entspricht der Summe über alle Betriebsintervalllängen.
In manchen Ausführungsformen kann bei einer Wärmepumpe eines Typs „Variable Leistung - Erdwärme“ bei durchschnittlich zwischen 0,05 und 0,2 Einschaltungen pro Betriebsstunde von einer effizienten Wärmepumpe ausgegangen werden. In manchen Ausführungsformen kann bei einer Wärmepumpe eines Typs „Variable Leistung - Luft“ bei durchschnittlich zwischen 0,2 und 0,6 Einschaltungen pro Betriebsstunde von einer effizienten Wärmepumpe ausgegangen werden. In manchen Ausführungsformen kann bei einer Wärmepumpe eines Typs „Konstantleistung - Erdwärme“ bei durchschnittlich zwischen 0,8 und 2,4 Einschaltungen pro Betriebsstunde von einer effizienten Wärmepumpe ausgegangen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3608603 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Wärmepumpe umfassend die Schritte: Bereitstellen von Referenzdaten; Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe; Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten; und Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen einer Mindestlänge eines Betriebsintervalls umfasst, das Erfassen der Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen einer Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe als Betriebsintervalllänge umfasst, und das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge des Betriebsintervalls mit der Betriebsintervalllänge umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen einer Mindestlänge einer Betriebspause umfasst, das Erfassen der Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen einer Dauer einer Betriebspause der Wärmepumpe als Pausenintervalllänge umfasst, und das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge der Betriebspause mit der Pausenintervalllänge umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bereitstellen von Referenzdaten ein Bereitstellen eines oberen und/oder eines unteren Grenzwerts eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge umfasst, das Verfahren den Schritt umfasst: Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge als Laufzeitverhältnis, wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen des Laufzeitverhältnisses mit dem oberen und/oder unteren Grenzwert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Referenzdaten in Abhängigkeit eines oder mehrerer, insbesondere aller, aus der Gruppe bereitgestellt werden: - eines Gerätetyps der Wärmepumpe, insbesondere Luft-Wasser-Wärmepumpe, Sole-Wasser-Wärmepumpe und Wasser-Wasser-Wärmepumpe; - eines Regelungsverfahrens der Wärmepumpe, insbesondere wie einer Leistungsregelung der Wärmepumpe oder einer Konstantleistung der Wärmepumpe; - einer Leistungsklasse, der die Wärmepumpe zugeordnet ist; - einen Betriebsmodus, insbesondere Demand-Response Betrieb, Normalbetrieb, Warmwasserbereitung, Heizbetrieb und Kühlbetrieb, - einer Klimazone, in der die Wärmepumpe aufgestellt ist; - einem Alter der Wärmepumpe; - einer Außentemperatur; - einer Luftfeuchtigkeit; - einer Zeit, insbesondere einer Jahreszeit, einer Tageszeit, einem Wochentag; - einer Windstärke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Referenzdaten in Abhängigkeit einer Mehrzahl an Betriebsdaten von Wärmepumpen und/oder in Abhängigkeit einer Simulation eines Wärmepumpensystems bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebsintervallen umfasst; und das Verfahren den Schritt Ermitteln einer Betriebsintervalllänge in Abhängigkeit der Dauer der Mehrzahl an Betriebsintervallen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebspausen umfasst; und das Verfahren den Schritt Ermitteln einer Pausenintervalllänge in Abhängigkeit der Dauer der Mehrzahl an Betriebspausen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebsintervallen als Mehrzahl an Betriebsintervalllängen umfasst, das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge des Betriebsintervalls mit der Mehrzahl an Betriebsintervalllängen umfasst, und das Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit der Ergebnisse der Vergleiche der Mindestlänge des Betriebsintervalls mit der Mehrzahl an Betriebsintervalllängen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen der Dauer einer Mehrzahl an Betriebspausen als Mehrzahl an Pausenintervalllängen umfasst; wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Mindestlänge der Betriebspause mit der Mehrzahl an Pausenintervalllängen umfasst, und das Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit der Ergebnisse der Vergleiche der Mindestlänge der Betriebspause mit der Mehrzahl an Pausenintervalllängen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Erfassen einer Laufzeit der Wärmepumpe ein Erfassen einer Mehrzahl an Betriebsdaten, die jeweils eine Dauer eines Betriebsintervalls der Wärmepumpe als Betriebsintervalllänge und eine Dauer einer Betriebspause der Wärmepumpe als Pausenintervalllänge umfassen, beinhaltet, das Verfahren den Schritt umfasst: Ermitteln eines Verhältnisses zwischen der Betriebsintervalllänge und der Pausenintervalllänge als Laufzeitverhältnis für jedes der Mehrzahl an Betriebsdaten, wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der Laufzeitverhältnisse mit dem oberen und/oder unteren Grenzwert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, umfassend die Schritte Ermitteln von stochastischen Betriebsdaten aus der Mehrzahl an Betriebsintervalllängen, aus der Mehrzahl an Pausenintervalllängen und/oder aus der Mehrzahl an Laufzeitverhältnissen; Ermitteln von stochastischen Referenzdaten in Abhängigkeit der Referenzdaten, wenn die Referenzdaten keine stochastischen Referenzdaten umfassen; wobei das Vergleichen der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten ein Vergleichen der stochastischen Betriebsdaten mit den stochastischen Referenzdaten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfassend die Schritte: Bereitstellen eines oder mehrerer Referenzleistungen der Wärmepumpe, insbesondere einer maximalen und/oder minimalen Leistung der Wärmepumpe; Erfassen einer elektrischen Leistung während der Dauer des Betriebsintervalls der Wärmepumpe; Vergleichen der erfassten elektrischen Leistung mit den einen oder mehreren Referenzleistungen der Wärmepumpe, wobei das Ermitteln des Überwachungsergebnisses zusätzlich in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der erfassten elektrischen Leistung mit den einen oder mehreren Referenzleistungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfassend den Schritt: Ausgeben einer Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ausgeben einer Fehlermeldung zusätzlich in Abhängigkeit eines Ergebnisses eines oder mehrerer der Folgenden Vergleiche erfolgt: - einer vorgegebenen Rücklauftemperatur mit einer erfassten Rücklauftemperatur der Wärmepumpe; - einer vorgegebenen Vorlauftemperatur mit einer erfassten Vorlauftemperatur der Wärmepumpe; - eines ersten vorgegebenen Referenzwerts mit einer Differenz zwischen der erfassten Rücklauftemperatur und der erfassten Vorlauftemperatur; - einem zweiten vorgegebenen Referenzwert mit einem erfassten Primärvolumenstrom; - einem dritten vorgegebenen Referenzwert mit einem erfassten Druck im Wärmepumpensystem; - einem vierten vorgegebenen Referenzwert mit einer erfassten Primärtemperatur; - eines fünften vorgegebenen Referenzwerts mit einer Differenz zwischen der erfassten Ein- und Austrittstemperatur der Primärseite.
System zum Überwachen einer Wärmepumpe umfassend: eine Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten, die dazu eingerichtet ist, Referenzdaten bereitzustellen; eine Erfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Laufzeit der Wärmepumpe zu erfassen; eine Vergleichseinheit, die dazu eingerichtet ist, die Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten zu vergleichen; und eine Überwachungsergebnisermittlungseinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs der Laufzeit der Wärmepumpe mit den Referenzdaten zu ermitteln.
System nach Anspruch 16 umfassend: eine Ausgabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse auszugeben.
Computerprogramm-Produkt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.