DE102021213446A1

DE102021213446A1 - Verfahren zum Betrieb einer Wärmevorrichtung

Info

Publication number: DE102021213446A1
Application number: DE102021213446.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Neubert; Christian Glueck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Wärmevorrichtung (10) mit einem ersten Wärmeerzeuger (12), zur Erzeugung einer Wärme und mit einer drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14), zur Erzeugung einer Wärme, wobei in einem Verfahrensschritt (24) zu einer Optimierung einer Betriebsweise zumindest ein Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) verarbeitet wird.Es wird vorgeschlagen, dass in einem Verfahrensschritt (24) ein Korrekturalgorithmus ausgeführt wird, der das Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) während eines Betriebs korrigiert.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmevorrichtung mit einem ersten Wärmeerzeuger, zur Erzeugung einer Wärme und mit einer drehzahlregelbaren Wärmepumpe, zur Erzeugung einer Wärme, wobei in einem Verfahrensschritt zu einer Optimierung einer Betriebsweise ein Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verarbeitet wird, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Wärmevorrichtung mit einem ersten Wärmeerzeuger, zur Erzeugung einer Wärme und mit einer drehzahlregelbaren Wärmepumpe, zur Erzeugung einer Wärme, wobei in einem Verfahrensschritt zu einer Optimierung einer Betriebsweise ein Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verarbeitet wird.
Es wird vorgeschlagen, dass in einem Verfahrensschritt ein Korrekturalgorithmus ausgeführt wird, der das Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe während eines Betriebs korrigiert. Unter einer „Wärmevorrichtung“ soll vorzugsweise eine Vorrichtung zum Temperieren, insbesondere zum Heizen eines Bereichs, wie insbesondere einer Wohnung oder eines Gebäudes verstanden werden. Die Wärmevorrichtung umfasst vorzugsweise zumindest einen Wärmespeicher, der vorzugsweise als Warmwassertank ausgebildet ist, und der mittels dem Wärmeerzeuger und der Wärmepumpe beladen werden kann. Ein in dem Wärmespeicher angeordnetes Nutzwasser kann mittels dem ersten Wärmeerzeuger und/oder der Wärmepumpe erhitzt werden. Die Wärmevorrichtung ist ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, einer Heizungsanlage, insbesondere eines bivalenten Wärmepumpensystems. Ein Einsatz der Heizungsvorrichtung ist dabei nicht nur im privathäuslichen Bereich, sondern auch im Industriebereich oder gewerblichen Bereich denkbar. Unter einem „ersten Wärmeerzeuger“ soll vorzugsweise ein verbrennungsbehafteter Wärmeerzeuger verstanden werden, der durch Verbrennung eines Brennstoffs eine Wärme erzeugt. Der erste Wärmeerzeuger kann als ein Öl-Kessel, als ein Öl-Brennwertkessel, als eine Gasbrennereinheit, als eine Gasbrennwerteinheit, als eine Elektroheizung, als ein Elektroheizstab und/oder als eine Pelletheizung ausgebildet sein. Unter einer „drehzahlregelbaren Wärmepumpe“ soll vorzugsweise eine Wärmepumpe verstanden werden, die einen drehzahlregelbaren Verdichter aufweist. Die drehzahlregelbare Wärmepumpe ist zu einer Förderung einer Wärme von einem Wärmereservoir, insbesondere einer Umgebung der Wärmepumpe, wie beispielsweise der Atmosphäre, einem Gewässer und/oder dem Erdreich, aus, in einen Wärmekreislauf vorgesehen. Die drehzahlregelbare Wärmepumpe ist insbesondere dazu vorgesehen, dem Wärmereservoir eine Wärme zu entziehen und diese auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben, um sie dann in einen Wärmekreislauf der Wärmevorrichtung einzuspeisen. Unter einer „Optimierung einer Betriebsweise“ soll vorzugsweise die Optimierung eines Verbrauchsparameters während eines Betriebs der Wärmevorrichtung verstanden werden. Bei einer Optimierung der Betriebsweise der Wärmevorrichtung soll insbesondere ein Betrieb des ersten Wärmeerzeugers und der drehzahlabhängigen Wärmepumpe so eingestellt werden, dass ein Verbrauchsparameter einen gewünschten, insbesondere einen optimalen Wert einnimmt. Der Verbrauchsparameter ist dabei vorzugsweise als die Betriebskosten der Wärmevorrichtung ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Verbrauchsparameter, nach dem die Wärmevorrichtung optimiert wird, als die CO2 Emissionen der Wärmevorrichtung, oder als ein Primärenergieeinsatz ausgebildet ist. Durch eine Optimierung der Betriebsweise kann die Wärmevorrichtung für ein Halten einer eingestellten Solltemperatur optimal ökonomisch, also mit geringsten möglichen Kosten, oder optimal ökologisch, also mit minimal möglichem CO2 Ausstoß betrieben werden. Unter einem „Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe“ soll vorzugsweise ein mathematisches Modell verstanden werden, dass eine zu erwartende Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe während eines Betriebs ermittelt, insbesondere in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern, wie beispielsweise einer drehzahlabhängigen Effizienz des Verdichters der Wärmepumpe, und einem Umwandlungswirkungsgrad COP der Wärmepumpe. Für Wärmepumpen ist der Umwandlungswirkungsgrad als Leistungszahl COP (coefficient of performance) bezeichnet. Das Effizienzmodell ermittelt vorzugsweise einen aktuellen Carnot-Gütegrad „η_carnot“ der drehzahlregelbaren Wärmepumpe. Der Carnot-Gütegrad ist durch das Verhältnis zwischen einem tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrad COP_real und einem Carnot-Umwandlungswirkungsgrad COP_Carnot in einem einzelnen Betriebspunkt. Der Carnot-Gütegrad η_carnot ist vorzugsweise durch die Formel $η_{c a r n o t} = \frac{C O P_{r e a l}}{C O P_{C a r n o t}}$
bestimmbar. Unter dem Carnot-Umwandlungswirkungsgrad COP_Carnot soll ein Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe für einen idealisierten Carnot Prozess verstanden werden, der eine überwiegende Abhängigkeit der Senken- und Quelltemperatur hat. Der Carnot-Gütegrad „η_carnot“ der drehzahlregelbaren Wärmepumpe kann grundsätzlich auch über eine Basiseffizienz a_Basis und zumindest eine drehzahlabhängige Korrektur des Verdichters f (η_Verdichter,_rel) und möglicherweise weiteren Korrekturfaktoren ermittelt werden. Unter einem „Korrekturalgorithmus“ soll vorzugsweise ein Algorithmus verstanden werden, der dazu vorgesehen ist, die Basiseffizienz a_Basis in einer Abhängigkeit der tatsächlichen Effizienz der drehzahlsteuerbaren Wärmepumpe anzupassen und einen neue Basiseffizienz a_Basis,neu zu ermitteln. Die neu ermittelte Basiseffizienz a_Basis,neu wird zur genaueren Bestimmung des Carnot-Gütegrads „η_carnot“ der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verwendet. Unter einer „Korrektur des Effizienzmodells“ soll vorzugsweise eine Anpassung des Effizienzmodells zur genaueren Voraussage der zu erwartenden Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verstanden werden, wobei insbesondere eine sich durch individuelle Einsatzbedingungen oder durch betriebsbedingte Veränderungen der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verändernde Basiseffizienz a_Basis angepasst wird. Unter „während eines Betriebs“ soll während eines Betriebs der Wärmevorrichtung im Feld, also zur Heizung beispielsweise eines Gebäudes verstanden werden und insbesondere nicht nur während eines Betriebs auf einem Prüfstand.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens zum Betrieb der Wärmevorrichtung kann besonders vorteilhaft eine modellierte Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe an eine tatsächliche Effizienz der Wärmepumpe angeglichen werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Betrieb der Wärmevorrichtung besonders vorteilhaft an die tatsächliche Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmevorrichtung angepasst werden und dadurch eine genauere Optimierung des Betriebs der Wärmevorrichtung vorgenommen werden. Dadurch kann die Wärmevorrichtung besonderes ökonomisch und/oder ökologisch betrieben werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Korrekturalgorithmus zur Korrektur des Effizienzmodells der drehzahlregelbaren Wärmepumpe zumindest einen aktuellen Messwert der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verwendet.
Ein aktueller Messwert ist insbesondere ein zum Zeitpunkt, zu dem der Korrekturalgorithmus ausgeführt wird, gemessener Wert für einen Betriebsparameter der drehzahlgesteuerten Wärmepumpe. Unter einem „Messwert der drehzahlregelbaren Wärmepumpe“ soll vorzugsweise ein gemessener Wert für einen Betriebsparameter der drehzahlregelbaren Wärmepumpe verstanden werden. Dadurch kann der Korrekturalgorithmus besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der aktuelle Messwert als ein Verdampfungsdruck, als ein Kondensationsdruck oder als eine Stromaufnahme eines Inverters der drehzahlregelbaren Wärmepumpe ausgebildet ist. Vorzugsweise wird aus den als Verdampfungsdruck, als ein Kondensationsdruck oder als eine Stromaufnahme eines Inverters ausgebildeten aktuellen Messwerten der tatsächliche Umwandlungswirkungsgrad COP_real der Wärmepumpe aus einem Kennfeld ausgelesen. Dadurch kann der tatsächliche Umwandlungswirkungsgrad COP_real der Wärmepumpe besonders einfach ermittelt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der aktuelle Messwert als eine bereitgestellte Leistung Q̇_th und/oder als ein elektrischer Energieeinsatz P_el der drehzahlregelbaren Wärmepumpe ausgebildet ist. Durch die als eine bereitgestellte Leistung Q̇_th und als ein elektrischer Energieeinsatz P_el ausgebildeten aktuellen Messwerte der Wärmepumpenvorrichtung kann der tatsächliche Umwandlungswirkungsgrad COP_real der Wärmepumpe durch die Formel $C O P_{r e a l} = \frac{{\dot{Q}}_{t h}}{P_{e l}}$
berechnet werden. Dadurch kann der tatsächliche Umwandlungswirkungsgrad COP_real der Wärmepumpe besonders genau ermittelt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Korrekturalgorithmus mittels der aktuellen Messwerte einen aktuellen Umwandlungswirkungsgrad COP_real der drehzahlregelbaren Wärmepumpe ermittelt. Dadurch kann der Korrekturalgorithmus besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der Korrekturalgorithmus in einem stationären Betriebspunkt der drehzahlregelbaren Wärmepumpe ausgeführt wird.
Unter einem „stationären Betriebspunkt“ soll vorzugsweise ein Betriebspunkt verstanden werden, bei dem sich wesentliche Betriebsparameter der Wärmepumpe, wie insbesondere die zu ermittelnden aktuellen Messwerte, in einer definierten Zeitspanne t nicht, oder nur in einem definierten Toleranzbereich verändert haben. Die Zeitspannte t beträgt zumindest eine Minute, vorzugsweise zumindest 5 Minuten, vorteilhaft zumindest 10 Minuten. Dadurch kann eine Genauigkeit des Korrekturalgorithmus verbessert werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der Korrekturalgorithmus eine aktuelle Basiseffizienz α*_Basis nach der Formel $α *_{B a s i s} = \frac{C O P_{r e a l}}{C O P_{c a r n o t} * ƒ (n_{V e r d i c h t e r, r e l}) * ƒ (x)}$
ermittelt. Unter „f(n_{Verdichter,rel})“ soll eine Funktion für einen drehzahlabhängigen Korrekturfaktor des Verdichters der Wärmepumpe verstanden werden. Unter „f(x)“ soll eine Funktion für einen weiteren Korrekturfaktor für die Basiseffizienz verstanden werden. Es ist denkbar, dass in der Berechnung der Basiseffizienz α*_Basis lediglich der drehzahlabhängige Korrekturfaktor f(n_{Verdichter,rel}) des Verdichters der Wärmepumpe berücksichtigt wird und kein weiterer Korrekturfaktor „f(x)“. Dadurch kann eine aktuelle, drehzahlabhängige Basiseffizienz genau ermittelt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Korrekturalgorithmus in einem Unterverfahrensschritt aus der ermittelten aktuellen Basiseffizienz α*_Basis durch Abzug einer vorherigen Basiseffizienz α_Basis eine Basisdifferenz Δα_Basis ermittelt. Dadurch kann für jeden Durchlauf des Korrekturalgorithmus vorteilhaft eine Differenz zu der vorherigen Basisdifferenz ermittelt werden, wodurch der Korrekturalgorithmus besonders vorteilhaft ausgebildet ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Korrekturalgorithmus in einem Unterverfahrensschritt aus der vorherigen Basiseffizienz α_Basis und der Basisdifferenz Δα_Basis eine neu bestimmte Basiseffizienz α_Basis,neu bestimmt. Vorzugsweise wird in dem Unterverfahrensschritt zur Bestimmung der neuen Basiseffizienz α_Basis,neu eine Gewichtung der Basisdifferenz Δα_Basis vorgenommen. Vorzugsweise kann ein gleitender Mittelwert verwendet werden, um die ermittelte Basisdifferenz Δα_Basis zu gewichten und zu der vorherigen Basiseffizienz α_Basis zu ersetzen. Die neu bestimmte Basiseffizienz α_Basis,neu wird vorzugsweise durch die Formel „α_Basis,neu = α_Basis + y * Δα_Basis“ ermittelt. Der Gewichtungsfaktor „y“ ist vorzugsweise ein Kehrwert der berücksichtigten Berechnungen „n“ der Basisdifferenz Δα_Basis, die zur Berechnung der Basiseffizienz α_Basis,neu berücksichtigt werden. Es ist also $y = \frac{1}{n_{B e r e c h n u n g e n, Δ α}} .$
Vorzugsweise werden bei der Berechnung der Basiseffizienz α_Basis,neu eine definierte Anzahl „n“, vorzugsweise zumindest n = 100, vorzugsweise n=150 und besonders bevorzugt n = 200 Berechnungen der Basisdifferenz Δα_Basis berücksichtigt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass eine andere mathematische Methode verwendet wird, um die berechnete Basisdifferenz Δα_Basis zu gewichten, um die neue Basiseffizienz α_Basis,neu zu ermitteln. Dadurch kann der Korrekturalgorithmus besonders fehlerunanfällig ausgebildet werden.
Zudem wird eine Wärmevorrichtung mit einem ersten Wärmeerzeuger, zur Erzeugung einer Wärme und mit einer drehzahlregelbaren Wärmepumpe, zur Erzeugung einer Wärme mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Wärmeeinheit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, vorgeschlagen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Wärmevorrichtung bereitgestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Wärmevorrichtung sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Wärmevorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wärmevorrichtung und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der Wärmevorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wärmevorrichtung 10. Die Wärmevorrichtung 10 ist als eine bivalente Wärmevorrichtung ausgebildet. Die Wärmevorrichtung 10 umfasst einen ersten Wärmeerzeuger 12, der zur Erzeugung einer Wärme vorgesehen ist. Der erste Wärmeerzeuger 12 ist als ein verbrennungsbehafteter Wärmeerzeuger 12 ausgebildet. Der erste Wärmeerzeuger 12 ist beispielhaft als ein Gasbrenner ausgebildet. Die Wärmevorrichtung 10 weist eine drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 zur Erzeugung einer Wärme auf. Die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 soll hier im Detail nicht näher beschrieben werden. Bei der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 handelt es sich um eine aus dem Stand der Technik bekannte drehzahlregelbare Wärmepumpe. Vorzugsweise umfasst die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 zumindest einen Verdichter. Bevorzugt umfasst die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14, zumindest eine Drossel. Vorzugsweise umfasst die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 zumindest einen Kondensator.
Die Wärmevorrichtung 10 umfasst einen Wärmespeicher 16. Vorzugsweise ist der Wärmespeicher 16 als Warmwasserspeicher ausgebildet. Der Wärmespeicher 16 ist über den ersten Wärmeerzeuger 12 und die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 beladbar. Ein in dem Wärmespeicher 16 angeordnetes Wasser ist über den ersten Wärmeerzeuger 12 und die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 erhitzbar. insbesondere umfasst die Wärmevorrichtung 10 einen Wärmeübertrager zu einem Austausch von Wärme zwischen einem Wärmekreislauf des ersten Wärmeerzeugers 12 und der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 und dem Wärmespeicher 16.
Die Wärmevorrichtung 10 umfasst eine Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist zur Steuerung der Wärmevorrichtung 10, insbesondere zur Steuerung des ersten Wärmeerzeugers 12 und zur Steuerung der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 vorgesehen. Die Steuereinheit 20 ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der Wärmevorrichtung 10 vorgesehen. Die Steuereinheit 20 der Wärmevorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, eine Beladung des als Warmwasserspeicher ausgebildeten Wärmespeichers 16 mittels des ersten Wärmeerzeugers 12 und der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 zu regeln.
Die 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Wärmevorrichtung 10. Die Steuereinheit ist in einem Verfahrensschritt 22 dazu vorgesehen, die Wärmevorrichtung 10 zu betreiben. In dem Verfahrensschritt 22 kann die Wärmevorrichtung 10 unterschiedlich betrieben werden. In einem ersten Betriebsmodus wird lediglich die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 zum Beladen des Wärmespeichers 16 betrieben. In einem weiteren Betriebsmodus wird in dem Verfahrensschritt 22 sowohl die drehzahlregelbare Wärmepumpe 14 als auch der erste Wärmeerzeuger 12 zum Beladen des Wärmespeichers 16 betrieben. In einem weiteren Betriebsmodus wird in dem Verfahrensschritt 22 lediglich der erste Wärmeerzeuger 12 zum Beladen des Wärmespeichers 16 betrieben.
Die Steuereinheit 20 ist in dem Verfahrensschritt 22 dazu vorgesehen, eine Betriebsweise der Wärmevorrichtung 10 zu optimieren. Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, den Betrieb der Wärmevorrichtung 10 nach einem Verbrauchsparameter hin zu optimieren. Der Verbrauchsparameter, nach dem der Betrieb der Wärmevorrichtung optimiert wird, ist insbesondere als die Betriebskosten der Wärmevorrichtung 10, insbesondere als die Betriebskosten des ersten Wärmeerzeugers 12 und der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Verbrauchsparameter, nach dem der Betrieb der Wärmevorrichtung hin optimiert wird ein CO2 Emissionsparameter oder ein Primärenergieeinsatz ist. Für eine Optimierung der Betriebskosten werden die Gesamtkosten c_tot mittels der folgenden Gleichung ermittelt, $min (c_{t o t}) = x_{1} * \frac{{\dot{Q}}_{t h, W p}}{C O P_{M o d e l l}} + x_{2} \frac{{\dot{Q}}_{t h, W e 1}}{η_{W e 1}}$
, wobei Q̇_th,Wp für eine abgegebene thermische Leistung der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14, COP_Modell für einen berechneten Umwandlungswirkungsgrad der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14, x₁ für eine Verbrauchseigenschaft der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14, Q̇_th,We1 für eine abgegebene thermische Leistung des ersten Wärmeerzeugers 12, η_We1 für einen Umwandlungswirkungsgrad des ersten Wärmeerzeugers 12 und x₂ für eine Verbrauchseigenschaft des ersten Wärmeerzeugers 12 steht.
In einem weiteren Verfahrensschritt 24 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 verarbeitet. Die Steuereinheit 20 ist in dem weiteren Verfahrensschritt dazu vorgesehen, das Effizienzmodell zu verarbeiten. In dem Effizienzmodell wird eine zu erwartende Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 ermittelt. Durch das Effizienzmodell kann eine Optimierung der Betriebsweise der Wärmevorrichtung über einen vorgegebenen Zeithorizont, beispielsweise durch einen modellprädiktiven Regler erfolgen.
In dem weiteren Verfahrensschritt 24 wird ein Korrekturalgorithmus ausgeführt, der das Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 während eines Betriebs korrigiert. Die Steuereinheit 20 ist dazu vorgesehen, einen Korrekturalgorithmus auszuführen. Der Korrekturalgorithmus korrigiert das Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 aufgrund einer tatsächlichen Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14. Der Korrekturalgorithmus passt das Effizienzmodell an eine tatsächliche aktuelle Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 an, um eine zu erwartende Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 für zukünftige Betriebsentscheidungen genauer zu bestimmen. Der Korrekturalgorithmus wird vorzugsweise in einem stationären Betriebspunkt der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 12 ausgeführt. Der Korrekturalgorithmus wird während eines Betriebs der Wärmevorrichtung 10, insbesondere der Wärmepumpe 12 immer wieder ausgeführt, um das Effizienzmodell fortlaufend zu korrigieren.
Der Korrekturalgorithmus verwendet in einem Unterverfahrensschritt 26 zur Korrektur des Effizienzmodells der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 aktuelle Messwerte der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14. Der aktuelle Messwert kann als ein Verdampfungsdruck, als ein Kondensationsdruck oder als eine Stromaufnahme eines Inverters der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 ausgebildet sein. Durch diese Messwerte kann ein tatsächlicher Umwandlungswirkungsgrad COP_real der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 berechnet werden.
Vorzugsweise verwendet der Korrekturalgorithmus zur Korrektur des Effizienzmodells der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 aktuelle Messwerte der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14. Der Korrekturalgorithmus verwendet einen als eine bereitgestellte Leistung Q̇_th ausgebildeten Messwert. Der Korrekturalgorithmus verwendet zudem einen als ein elektrischer Energieeinsatz P_el der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 ausgebildeten Messwert. Der Korrekturalgorithmus ermittelt in dem Unterverfahrensschritt 26 mittels dem als eine bereitgestellte Leistung Q̇_th ausgebildeten Messwert und dem als elektrischer Energieeinsatz P_el der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 ausgebildeten Messwert den realen aktuellen Umwandlungswirkungsgrad COP_real der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 über die Formel $C O P_{r e a l} = \frac{{\dot{Q}}_{t h}}{P_{e l}} .$
In einem weiteren Unterverfahrensschritt 28 ermittelt der Korrekturalgorithmus eine aktuelle Basiseffizienz α*_Basis nach der Formel
$α *_{B a s i s} = \frac{C O P_{r e a l}}{C O P_{c a r n o t} * ƒ (η_{V e r d i c h t e r, r e l})}$
Der Umwandlungswirkungsgrad COP_carnot ist dabei der Umwandlungswirkungsgrad einer Wärmepumpe mit einem idealisierten Carnotprozess, der eine überwiegende Abhängigkeit einer Senken- und Quelltemperatur hat. Der drehzahlabhängige Korrekturfaktor ƒ(n_{Verdichter,rel}) gibt in Abhängigkeit einer Drehzahl des Verdichters der drehzahlabhängigen Wärmepumpe 14 einen entsprechenden Korrekturfaktor für eine Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 an. Ferner können zusätzlich zu dem drehzahlabhängigen Korrekturfaktor f (n_{Verdichter,rel}) des Verdichters weitere Korrekturfaktoren f(x) mitberechnet werden, die von einer anderen Größe abhängen.
In einem weiteren Unterverfahrensschritt 30 ermittelt der Korrekturalgorithmus aus der ermittelten aktuellen Basiseffizienz α*_Basis durch Abzug einer vorherigen Basiseffizienz α_Basis eine Basisdifferenz Δα_Basis. Die vorherige Basiseffizienz α_Basis ist als eine zuvor ermittelte Basiseffizienz ausgebildet, die beispielsweise bei Installation der Wärmepumpe gespeichert wurde, oder als eine in einer vorherigen Ausführung des Korrekturalgorithmus korrigierte Basiseffizienz. Die Basisdifferenz Δα_Basis wird durch die Formel Δα_Basis = α*_Basis - α_Basis ermittelt.
In einem weiteren Unterverfahrensschritt 32 bestimmt der Korrekturalgorithmus aus der vorherigen Basiseffizienz α_Basis und der Basisdifferenz Δα_Basis eine neu bestimmte Basiseffizienz α_basis,neu. Die neu bestimmte Basiseffizienz wird durch die Formel α_Basis,neu = α_Basis + y * Δα_Basis bestimmt, wobei der Gewichtungsfaktor y den Kehrwert der berücksichtigten Berechnungen der neuen Basisdifferenz bildet. Die Basisdifferenz Δa_Basis kann dadurch beispielsweise durch einen gleitenden Mittelwert innerhalb des Korrekturalgorithmus genutzt werden, um die neu bestimmte Basiseffizienz α_Basis,neu zu ermitteln. Dadurch kann der Korrekturalgorithmus träge und fehlerunanfälliger ausgebildet werden und die neu ermittelte Basiseffizienz α_Basis,neu gleicht sich langsam der tatsächlichen Effizienz an.
Mittels der neu ermittelten Basiseffizienz α_Basis,neu kann der Carnot-Gütegrad der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 genauer bestimmt werden. Der genauer bestimmte Carnot-Gütegrad η_carnot wird durch die Formel η_carnot = α_Basis,neu * ƒ (n_{Verdichter,rel}) * ƒ (x) ermittelt. Mittels dem Carnot-Gütegrad η_carnot kann über eine Multiplikation mit dem idealisierten Umwandlungswirkungsgrad COP_Carnot der zu erwartende COP_Modell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14 ermittelt werden. Dieser kann dann zur Regelung der Wärmevorrichtung 10 verwendet werden, insbesondere zur Regelung in einer ökonomisch optimierten Betriebsweise, sodass beispielsweise ein Zuschalten des ersten Wärmeerzeugers optimal geregelt werden kann.
Die Korrektur des Effizienzmodells ermöglicht nach ausreichend langer Laufzeit, insbesondere durch Beobachtung der Basisdifferenz eine Angleichung einer modellierten Effizienz und einer tatsächlichen Effizienz der drehzahlregelbaren Wärmepumpe 14. Ferner kann durch eine Auswertung des Korrekturalgorithmus eine Aussage zu möglichen Verbesserungspotentialen einer individuellen Wärmevorrichtung getroffen werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Wärmevorrichtung (10) mit einem ersten Wärmeerzeuger (12), zur Erzeugung einer Wärme und mit einer drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14), zur Erzeugung einer Wärme, wobei in einem Verfahrensschritt (24) zu einer Optimierung einer Betriebsweise zumindest ein Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt (24) ein Korrekturalgorithmus ausgeführt wird, der das Effizienzmodell der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) während eines Betriebs korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturalgorithmus in einem Unterverfahrensschritt (26) zur Korrektur des Effizienzmodells der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14), zumindest einen aktuellen Messwert der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) verwendet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Messwert als ein Verdampfungsdruck, als ein Kondensationsdruck oder als eine Stromaufnahme eines Inverters der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) ausgebildet ist.
Verfahren zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Messwert als eine bereitgestellte Leistung Q̇_th und/oder als ein elektrischer Energieeinsatz P_el der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) ausgebildet ist.
Verfahren zumindest nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturalgorithmus in dem Unterverfahrensschritt (26) mittels der aktuellen Messwerte einen aktuellen Umwandlungswirkungsgrad COP_real der drehzahlregelbaren Wärmepumpe ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturalgorithmus in einem stationären Betriebspunkt der drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturalgorithmus in einem Unterverfahrensschritt (28) eine aktuelle Basiseffizienz α*_Basis nach der Formel
$α *_{B a s i s} = \frac{C O P_{r e a l}}{C O P_{c a r n o t} * ƒ (η_{V e r d i c h t e r, r e l})}$
ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturalgorithmus in einem Unterverfahrensschritt (30) aus der ermittelten aktuellen Basiseffizienz a*_Basis durch Abzug einer vorherigen Basiseffizienz a_Basis eine Basisdifferenz Δa_Basis ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturalgorithmus in einem Unterverfahrensschritt (32) aus der vorherigen Basiseffizienz a_Basis und der Basisdifferenz Δa_Basis eine neu bestimmte Basiseffizienz a_Basis,neu bestimmt.
Wärmevorrichtung mit einem ersten Wärmeerzeuger (12), zur Erzeugung einer Wärme, mit einer drehzahlregelbaren Wärmepumpe (14), zur Erzeugung einer Wärme, und mit einer Steuereinheit (20) zur Steuerung der Wärmevorrichtung gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.