DE102022106854A1

DE102022106854A1 - Verfahren zur steuerung des abtauens eines verdampfers eines kältemittelkreislaufes

Info

Publication number: DE102022106854A1
Application number: DE102022106854.4A
Authority: DE
Inventors: Arne Peplau
Original assignee: Ait Deutschland GmbH; Ait-Deutschland GmbH
Current assignee: Ait Deutschland GmbH; Ait-Deutschland GmbH
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Das beschriebenen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur abhängig gemacht wird, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird und/oder dass es von der Heißgasüberhitzung abhängig gemacht wird, wann ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird. Dadurch können mit geringem Aufwand die Betriebssicherheit sowie die mittlere Leistung und die Effizienz des den Kältemittelkreislauf enthaltenden Systems maximiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10, d.h. ein Verfahren zur Steuerung des Abtauens eines Verdampfers eines Kältemittelkreislaufes.
Ein Kältemittelkreislauf kommt beispielsweise, aber nicht ausschließlich in Wärmepumpenheizsystemen zum Einsatz. Solche Wärmepumpenheizsysteme können zum Beispiel zur Erwärmung von Heizwasser und/oder Brauchwasser, aber auch von beliebigen anderen Medien verwendet werden. Die zur Erwärmung des zu erwärmenden Mediums benötigte Energie kann dabei der Luft entzogen werden, die dem Wärmepumpenheizsystem zugeführt wird. Das heißt, die dem Wärmepumpenheizsystem zugeführte Luft ist die von diesem genutzte Wärmequelle. Solche Wärmepumpenheizsysteme werden als Luft/Wasser-Wärmepumpenheizsysteme bezeichnet und sind zur Beheizung von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung weit verbreitet.
Der prinzipielle Aufbau eines solchen Wärmepumpenheizsystems ist in 1 veranschaulicht.
Das in der 1 gezeigte Wärmepumpenheizsystem wird im Wesentlichen durch einen von einem Kältemittel durchströmten geschlossenen Kältemittelkreislauf gebildet, welcher einen Verdichter 1, einen Verflüssiger 2, ein Expansionsventil 3, und einen Verdampfer 4 enthält. Darüber hinaus sind ein dem Verdampfer 4 zugeordneter Ventilator 5, welcher einen den Verdampfer 4 passierenden Luftstrom erzeugt, sowie eine die vorstehend genannten Komponenten steuernde Steuereinrichtung 6 vorgesehen.
Der Vollständigkeit halber sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier nur die vorliegend besonders interessierenden Komponenten des Wärmepumpenheizsystems gezeigt sind und beschrieben werden. Wärmepumpenheizsysteme enthalten üblicherweise eine ganze Reihe weiterer Komponenten wie beispielsweise diverse Temperatur- und/oder Drucksensoren, Druckschalter, eine Kondensatwanne, eine Kondensatwannenheizung, etc..
Das beim Verdichter 1 ankommende Kältemittel befindet sich im gasförmigen Zustand, ist genauer gesagt ein unter niedrigem Druck stehendes Gas. Durch den Verdichter 1 wird das Kältemittel verdichtet, wobei diese Verdichtung eine Erhöhung des Druckes und damit einhergehend eine entsprechend starke Erhitzung des Kältemittels zur Folge hat. Das in diesem Zustand auch als Heißgas bezeichnete Kältemittel gelangt vom Verdichter 1 zum Verflüssiger 2. Der Verflüssiger 2 ist ein vom Heißgas und dem durch das Wärmepumpenheizsystem zu erwärmenden Medium (Heizwasser, Brauchwasser etc.) durchströmter Wärmetauscher. In diesem Wärmetauscher erfolgt eine Erwärmung des durch das Wärmepumpenheizsystem zu erwärmenden Mediums. Einhergehend damit kühlt sich das Kältemittel ab und gelangt dabei in den flüssigen Zustand. Das Kältemittel gelangt vom Verflüssiger 2 zum Expansionsventil 3. Durch das Expansionsventil 3 wird das immer noch unter hohem Druck stehende Kältemittel expandiert. Hierdurch kühlt sich das Kältemittel noch weiter ab und wird zu einer unter niedrigem Druck stehenden Flüssigkeit. Das expandierte Kältemittel gelangt vom Expansionsventil 3 weiter zum Verdampfer 4. Der Verdampfer 4 ist ein vom Kältemittel durchströmter Wärmetauscher, der von einem vom Ventilator 5 erzeugten Luftstrom passiert wird. Die Luft ist beispielsweise von außerhalb des Gebäudes angesaugte Außenluft und/oder von innerhalb des Gebäudes angesaugte, beispielsweise von einem Wäschetrockner oder einem Kochherd erzeugte warme Luft. Da der den Verdampfer 4 passierende Luftstrom wärmer ist als das am Verdampfer 4 ankommende Kältemittel, wird das Kältemittel im Verdampfer 4 durch die daran vorbeiströmende Luft erwärmt und wird dadurch zu einem unter niedrigem Druck stehenden Gas. Das Kältemittel gelangt vom Verdampfer 4 wieder weiter zum Verdichter 1, ab welchem sich die vorstehend erläuterten Schritte wiederholen.
Die Steuereinrichtung 6 steuert das Wärmepumpenheizsystem. Sie überwacht unter anderem die Temperatur des zu erwärmenden und/oder des erwärmten Mediums und schaltet das Wärmepumpenheizsystem, genauer gesagt den Verdichter 1 und den Ventilator 5 desselben in Abhängigkeit hiervon und von weiteren Parametern ein und aus und/oder verändert veränderbare Größen wie beispielsweise die Verdichterdrehzahl. Die Steuereinrichtung 6 hat darüber hinaus eine ganze Reihe weiterer Funktionen wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich, das Abschalten des Verdichters 1 und des Ventilators 5, wenn der Druck in dem das Heißgas führenden Teil des Kältemittelkreislaufes zu groß wird.
Während des Betriebes des Wärmepumpenheizsystems bildet sich auf dem Verdampfer 4 Eis. Dies rührt daher, dass das den Verdampfer 4 durchströmende Kältemittel bei bestimmten Betriebszuständen eine unter 0° C liegende Temperatur aufweist. Dadurch kommt es am Verdampfer 4 zur Reifbildung oder zur Bildung von Kondenswasser, welches sogleich gefriert.
Die sich auf dem Verdampfer 4 dadurch ausbildende Eisschicht behindert die Luftströmung und den Wärmeaustausch zwischen der am Verdampfer 4 vorbeiströmenden Luft und dem Kältemittel. Bei dicker werdender Eisschicht kann der Wärmeaustausch sogar fast ganz zum Erliegen kommen.
Deshalb muss das sich am Verdampfer 4 ausbildende Eis von Zeit zu Zeit abgetaut werden. Dies kann beispielsweise unter Verwendung der sogenannten Kreislaufumkehr bewerkstelligt werden. Der prinzipielle Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchem dies möglich ist, ist in 2A veranschaulicht.
Das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem enthält sämtliche Komponenten des in der 1 gezeigten Wärmepumpenheizsystems. Mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnete Komponenten sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten. Zusätzlich enthält das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem ein Vierwegeventil 7. Das Vierwegeventil 7 weist vier Anschlüsse auf, die wie in der 2A gezeigt mit dem Verdichter 1, dem Verflüssiger 2, und dem Verdampfer 4 verbunden sind. Von den vier Anschlüssen sind jeweils zwei Anschlüsse über interne Verbindungswege miteinander verbunden. Die internen Verbindungswege sind jedoch veränderbar. D.h., es ist einstellbar, welcher Anschluss des Vierwegeventils 7 mit welchem anderen Anschluss des Vierwegeventils 7 verbunden ist. Genauer gesagt kann durch die Steuereinrichtung 6 eingestellt werden, welcher Anschluss des Vierwegeventils 7 mit welchem anderen Anschluss des Vierwegeventils 7 verbunden ist.
Es existieren zwei verschiedene Einstellmöglichkeiten, wobei die sich bei der ersten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergebenden Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten des Wärmepumpenheizsystems in 2B veranschaulicht sind, und wobei die sich bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergebenden Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten des Wärmepumpenheizsystems in 2C veranschaulicht sind.
Die Verbindungen, die sich bei der ersten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergeben (siehe 2B), sind genau die selben Verbindungen wie bei dem in der 1 gezeigten Wärmepumpenheizsystem. D.h., in der ersten Einstellung des Vierwegeventils 7 befindet sich das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem in der Heiz-Betriebsart.
Die Verbindungen, die sich bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 ergeben (siehe 2C), haben im Ergebnis zur Folge, dass eine Kreislaufumkehr erfolgt. Genauer gesagt ist es hier so, dass das den Verflüssiger 2 verlassende Kältemittel durch den Verdichter 1 verdichtet wird, und das verdichtete und dementsprechend hei-ße Kältemittel (das Heißgas) in den Verdampfer 4 gelangt. Die hohe Temperatur des den Verdampfer 4 durchströmenden Kältemittels hat zur Folge, dass das auf dem Verdampfer 4 vorhandene Eis schmilzt. D.h., bei der zweiten Einstellung der internen Verbindungswege des Vierwegeventils 7 befindet sich das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem in einer Abtau-Betriebsart.
Ein derartiges Abtauen des Verdampfers 4 weist den Nachteil auf, dass hierbei relativ viel Energie verbraucht wird. Erstens wird elektrische Energie für den Betrieb des Verdichters 1 benötigt, und zweitens entzieht das Kältemittel dem zu erwärmenden Medium im Verflüssiger 2 Wärme, die dem Kältemittel in einer auf die Abtau-Phase folgenden Heiz-Phase wieder zugeführt werden muss. Letzteres rührt daher, dass sich das Kältemittel im Verdampfer 2 und in dem (in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kältemittels) dahinter angeordneten Expansionsventil 3 stark abkühlt, und somit das den Verflüssiger 2 durchströmende Kältemittel sehr viel kälter ist als das durch das Wärmepumpenheizsystem zu erwärmende Medium. Dadurch findet im Verflüssiger 2 eine Abkühlung des zu erwärmenden Mediums (und eine Erwärmung des Kältemittels) statt. Das erneute Wiedererwärmen des zu erwärmenden Mediums nach dem Abtauen führt zu einem weiteren Verbrauch an elektrischer Energie. Dies geht zu Lasten der Effizienz des Wärmepumpenheizsystems. Darüber hinaus steht während des Abtauens keine Heizleistung zur Verfügung.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Abtauung des Verdampfers 4 ist die sogenannte Heißgasabtauung. Ein Wärmepumpenheizsystem, bei welchem eine Heißgasabtauung möglich ist, ist ein Wärmepumpenheizsystem gemäß 1, bei welchem jedoch zwischen dem Ausgang des Verdichters 1 und dem Eingang des Verdampfers 4 eine zusätzliche Verbindung vorgesehen ist. Ein solches Wärmepumpenheizsystem arbeitet während der Heiz-Phasen wie das in der 1 gezeigte Wärmepumpenheizsystem; die zusätzliche Verbindung zwischen dem Ausgang des Verdichters 1 und dem Eingang des Verdampfers 4 ist während der Heiz-Phasen blockiert. In den Abtau-Phasen wird der Kältemittelkreislauf an einer zwischen dem Verdichter 1 und dem Verflüssiger 2 liegenden Stelle unterbrochen und die zusätzliche Verbindung zwischen dem Ausgang des Verdichters 1 und dem Eingang des Verdampfers 4 geöffnet. Dadurch gelangt das vom Verdichter 1 erzeugte Heißgas wie bei der Kreislaufumkehr direkt in den Verdampfer 4 und taut diesen ab. Eine derartige Abtauung des Verdampfers 4 hat jedoch ähnliche Nachteile wie die Abtauung durch eine Kreislaufumkehr.
Unabhängig davon, auf welche Art und Weise das Abtauen des Verdampfers erfolgt, sinken die mittlere Heizleistung und Effizienz des Wärmepumpenheizsystems zusätzlich auch dadurch, dass das Abtauen häufig nicht bedarfsgerecht erfolgt, also zu früh oder zu spät begonnen wird und/oder zu früh oder zu spät beendet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, durch welche sich die mittlere Heizleistung und Effizienz des Wärmepumpenheizsystems verbessern lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 10 beanspruchten Verfahren gelöst.
Diese Verfahren ermöglichen ein exakt auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmtes Abtauen. Genauer gesagt ist es durch die Verwendung der beanspruchten Kriterien für den Beginn und das Ende der jeweiligen Abtauvorgänge möglich, dass ein jeweiliger Abtauvorgang immer genau dann eingeleitet wird, wenn es aufgrund der vorhandenen Eisbildung tatsächlich erforderlich ist, und dass ein jeweiliger Abtauvorgang immer genau dann beendet wird, sobald sich auf dem Verdampfer kein Eis mehr befindet. Damit lassen sich sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer der Abtauvorgänge, also die Zeiten, während welcher der Kältekreislauf nicht für seinen eigentlichen Zweck verwendet werden kann, auf ein Minimum reduzieren. Gleichzeitig befindet sich auf dem Verdampfer nie so viel Eis, dass der Kältemittelkreislauf nicht mehr effizient betrieben werden kann. Im Ergebnis steigen damit die mittlere Heizleistung und die Effizienz des den Kältemittelkreislauf enthaltenden Systems.
Der hierfür in Kauf zu nehmende zusätzliche technische Aufwand ist im Verhältnis zu den dadurch erzielbaren Vorteilen vernachlässigbar gering. Die benötigten Sensoren für die quantitative Ermittlung der zu berücksichtigenden Größen sind bei vielen Kältemittelkreisläufen ohnehin schon vorhandene Sensoren, sodass häufig überhaupt kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Durch die Abhängigkeit zumindest des Starts eines jeweiligen Abtauvorganges von der Verdichterdrehzahl wird das erfindungsgemäße Verfahren ein universell einsetzbaren Verfahren, das die jeweiligen Abtauvorgänge unter allen Umständen zu den jeweils optimalen Zeitpunkten startet und beendet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung, und den Figuren entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen

1 den prinzipiellen Aufbau eines herkömmlichen Wärmepumpenheizsystems,
2A den prinzipiellen Aufbau eines herkömmlichen Wärmepumpenheizsystems, bei welchem bei Bedarf eine Kreislaufumkehr erfolgen kann,
2B die sich zwischen den Komponenten des in der 2A gezeigten Wärmepumpenheizsystems einstellenden Verbindungen, wenn sich das Wärmepumpenheizsystem in der Heiz-Betriebsart befindet,
2C die sich zwischen den Komponenten des in der 2A gezeigten Wärmepumpenheizsystems einstellenden Verbindungen, wenn sich das Wärmepumpenheizsystem in der Abtau-Betriebsart befindet,
3 den prinzipiellen Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchen die im Folgenden näher beschriebenen Abtauverfahren durchgeführt werden können,
4 einen Ablaufplan eines hier vorgestellten Verfahrens zur Festlegung, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird,
5 eine Darstellung zur Veranschaulichung der gegenseitigen Abhängigkeit bestimmter Größen, die bei der Ermittlung, wann ein jeweiliger Abtauvorgang zu starten ist, eine Rolle spielen, und
6 eine Darstellung zur Veranschaulichung der gegenseitigen Abhängigkeit weiterer Größen, die bei der Ermittlung, wann ein jeweiliger Abtauvorgang zu starten ist, eine Rolle spielen.

Die im Folgenden beschriebenen Verfahren sind Verfahren zur Steuerung des Abtauens eines in einem Kältemittelkreislauf vorgesehenen Verdampfers. Genauer gesagt wird durch die Verfahren dafür gesorgt, dass das Abtauen jeweils zu den unter den herrschenden Bedingungen optimalen Zeitpunkten beginnt und endet.
Die hier vorgestellten Verfahren kommen im betrachteten Beispiel beim Kältemittelkreislauf eines Wärmepumpenheizsystems, genauer gesagt eines Luft/Wasser-Wärmepumpenheizsystems zum Einsatz, bei welchem die den Verdampfer passierende Luft die Wärmequelle darstellt. Es sei jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hierauf keine Einschränkung besteht. Die hier vorgestellten Verfahren können bei beliebigen Kältemittelkreisläufen zum Einsatz kommen, bei welchen ein mehr oder weniger häufiges Abtauen des Verdampfers erforderlich oder vorteilhaft ist.
Wie später noch besser verstanden werden wird, eignen sich die hier vorgestellten Verfahren vor allem für Kältemittelkreisläufe, die einen Verdichter mit einstellbarer bzw. veränderbarer Verdichterdrehzahl aufweisen. Bei solchen Verdichtern kann durch eine entsprechende Einstellung der Verdichterdrehzahl die Leistung des Verdichters geregelt werden. Dies ermöglicht es, den Verdichter dauerhaft, das heißt mit möglichst wenigen Unterbrechungen durchlaufen zu lassen. Dies ist materialschonender und regeltechnisch einfacher handhabbar als ein getakteter Betrieb des Verdichters, bei welchem dieser nur durch Ein- und Ausschalten regelbar ist.
Die hier vorgestellten Verfahren sind jedoch nicht nur bei Kältemittelkreisläufen einsetzbar, die einen Verdichter mit wunschgemäß veränderbarer Verdichterdrehzahl aufweisen. Diese Verfahren erweisen sich auch bei Kältemittelkreisläufen mit Verdichtern ohne veränderbare Verdichterdrehzahl als vorteilhaft. Dies liegt unter anderem daran, dass auch solche Verdichter nicht immer und unter allen Umständen mit konstanter Verdichterdrehzahl laufen. Beispielsweise aufgrund von Toleranzen bei der Verdichterherstellung, und/oder aufgrund von wechselnden Umgebungsbedingungen, und/oder aufgrund von Alterungsprozessen laufen selbst solche Verdichter nicht oder jedenfalls nicht dauerhaft mit einer vorbestimmten konstanten Drehzahl. Daher führt auch bei solchen Verdichtern die Berücksichtigung der Verdichterdrehzahl bei der Festlegung von Start und/oder Ende der durchzuführenden Verdampfer-Abtauungen zu einem besseren Ergebnis.
Der prinzipielle Aufbau eines Wärmepumpenheizsystems, bei welchem die hier vorgestellten Verfahren zum Einsatz kommen können, ist in 3 veranschaulicht.
Das in der 3 gezeigte Wärmepumpenheizsystem entspricht weitestgehend dem in der 2A gezeigten und eingangs bereits beschriebenen Wärmepumpenheizsystem. Mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnete Komponenten sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten. Zum Verdichter 1 sei angemerkt, dass es sich im betrachteten Beispiel um einen Verdichter mit veränderbarer Verdichterdrehzahl handelt, wobei hierauf jedoch keine Einschränkung besteht.
Das in der 3 gezeigte Wärmepumpenheizsystem ist durch eine entsprechende Ansteuerung des Vierwegeventils 7 wie das in der 2A gezeigte Wärmepumpenheizsystem zwischen einer Heiz-Betriebsart und einer Abtau-Betriebsart hin- und herschaltbar, wobei die Komponenten des Kältemittelkreislaufs in der Heiz-Betriebsart wie in der 2B veranschaulicht verschaltet sind und betrieben werden, und wobei die Komponenten des Kältemittelkreislaufs in der Abtau-Betriebsart wie in der 2C veranschaulicht verschaltet sind und betrieben werden.
Wie später noch näher erläutert werden wird, werden zur Durchführung der hier vorgestellten Verfahren die jeweils aktuellen Werte der Heißgastemperatur, der Verdampfungstemperatur, der Wärmequelleneintrittstemperatur, und der Verdichterdrehzahl benötigt. Diese Werte werden im betrachteten Beispiel durch im Wärmepumpenheizsystem vorgesehene Sensoren erfasst, wobei diese Sensoren bei dem in der 3 gezeigten Wärmepumpenheizsystem die folgenden Sensoren umfassen:

- einen Drucksensor 8, der zwischen dem Vierwegeventil 7 und dem Eingangsanschluss des Verdichters 1 vorgesehen ist, in der Heiz-Betriebsart (siehe 2B) also zwischen dem Verdampfer 4 und dem Verdichter 1 zu liegen kommt, und zur Ermittlung des aktuellen Verdampfungstemperatur dient,
- einen ersten Temperatursensor 9, der zwischen dem Ausgangsanschluss des Verdichters 1 und dem Vierwegeventil 7, vorzugsweise möglichst kurz hinter dem Ausgangsanschluss des Verdichters 1 vorgesehen ist, und zur Ermittlung der aktuellen Temperatur des den Verdichter 1 verlassenden Heißgases, also der Heißgastemperatur dient,
- einen zweiten Temperatursensor 10, der zur Ermittlung der aktuellen Wärmequelleneintrittstemperatur, also der Temperatur der dem Verdampfer 4 über den Ventilator 5 zugeführten Luft dient und beispielsweise in einem zwischen dem Ventilator 5 und dem Verdampfer 4 verlaufenden Luftkanalabschnitt vorgesehen ist, und
- einen in den Figuren nicht gezeigten, beispielsweise im Verdichter 1 vorgesehenen Sensor zur Ermittlung der aktuellen Verdichterdrehzahl.

Zum Drucksensor 8 sei ergänzend angemerkt, dass dieser nicht direkt die eigentlich interessierende Verdampfungstemperatur liefert. Der Drucksensor 8 ist ein Niederdrucksensor und dient zur Erfassung des Verdampfungsdruckes, also des Druckes bei welchem das Kältemittel verdampft. Die eigentlich interessierende Verdampfungstemperatur lässt sich jedoch bekanntlich aus dem durch den Drucksensor 8 erfassten Verdampfungsdruck ermitteln. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der erfasste Verdampfungsdruck unter Verwendung einer zuvor für das betreffende System erstellten und im System hinterlegten Dampfdruckkurve in die Verdampfungstemperatur umgerechnet wird.
Die genannten Sensoren sind zumindest teilweise Sensoren, die häufig auch schon in herkömmlichen Wärmepumpenheizsystemen vorhanden sind, also nicht extra für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen werden müssen.
Zur Vermeidung von Missverständnissen sei angemerkt, dass die Ermittlung der Heißgastemperatur, der Verdampfungstemperatur, der Wärmequelleneintrittstemperatur, und der Verdichterdrehzahl zumindest teilweise auch durch andere Sensoren und/oder anders angeordnete Sensoren erfolgen kann. Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass anstelle des Drucksensors 8 ein Temperatursensor zum Einsatz kommt, der gleich (ohne Umrechnung) die eigentlich interessierende Verdampfungstemperatur erfasst.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass in der 3 nur die vorliegend besonders interessierenden Komponenten des Wärmepumpenheizsystems und des darin enthaltenen Kältemittelkreislaufes gezeigt sind. Das Wärmepumpenheizsystem kann zusätzliche Komponenten wie beispielsweise weitere Temperatur- und/oder Drucksensoren, Druckschalter, eine Kondensatwanne, eine Kondensatwannenheizung, etc. enthalten.
Unabhängig hiervon sind die im gezeigten Kältemittelkreislauf enthaltenen Komponenten in der Praxis zumindest teilweise unterschiedlich realisierbar. Beispielsweise kann das Expansionsventil 3 wahlweise durch ein thermostatisches Expansionsventil oder durch ein elektronisches Expansionsventil gebildet werden.
Wenn die Außenlufttemperatur welches im Allgemeinen gleich der Wärmequelleneintrittstemperatur ist, unter einen bestimmten Wert sinkt, bildet sich während des normalen Betriebes, also während der Verwendung des Kältemittelkreislaufes zum Heizen auf dem Verdampfer 4 eine Eisschicht, die aus den eingangs genannten Gründen durch zyklisches Abtauen entfernt werden muss. Ab welcher Außenlufttemperatur es zur Eisbildung kommt, hängt von weiteren Parametern ab.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kriterien, die erfüllt sein müssen, damit ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet bzw. beendet wird.
Das Abtauen des Verdampfers 4 erfolgt im betrachteten Beispiel durch die eingangs bereits beschriebene Kreislaufumkehr, also durch eine entsprechende Umschaltung des Vierwegeventils 7. Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, wird dieses dabei so angesteuert, dass sich während des Abtauens des Verdampfers 4 die in der 2C gezeigten Verbindungen einstellen, und dass sich zu allen anderen Zeiten, zumindest aber in den Phasen, in welchen sich das Wärmepumpenheizsystems in der Heizbetriebsart befindet, die in der 2B gezeigten Verbindungen einstellen.
Das Abtauen des Verdampfers 4 kann aber auch auf beliebige andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise, aber nicht ausschließlich durch die eingangs ebenfalls bereits beschriebene Heißgasabtauung. Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung, dass sich der Aufbau des in der 3 gezeigten Wärmepumpenheizsystems in Abhängigkeit von dem zum Einsatz kommenden Abtauverfahren ändern kann. Die im Folgenden beschriebenen Kriterien, die erfüllt sein müssen, damit ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, sind jedoch bei allen Abtauarten verwendbar.
Es wird nun zunächst beschrieben, welche Bedingungen für den Start eines jeweiligen Abtauvorganges erfüllt sein müssen.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird es von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur abhängig gemacht, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird.
Die verwendeten Werte für die Verdichterdrehzahl, die Wärmequelleneintrittstemperatur und die Verdampfungstemperatur sind jeweils die tatsächlichen, aktuell unter Verwendung der vorstehend erwähnten Sensoren erfassten oder ermittelten Werte. Dabei kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn anstelle dieser Werte zumindest teilweise gemittelte Werte verwendet werden, beispielsweise die arithmetischen Mittelwerte von innerhalb eines vorbestimmten vorangehenden Zeitraums erfassten Werten.
Im betrachteten Beispiel beeinflussen die Verdichterdrehzahl, die Wärmequelleneintrittstemperatur und die Verdampfungstemperatur den Startzeitpunkt eines jeweiligen Abtauvorganges auf die im Folgenden näher erläuterte Art und Weise.
Obgleich die Art und Weise, auf welche die genannten Größen im betrachteten Beispiel bei der Festlegung des Startzeitpunktes eines jeweiligen Abtauvorganges berücksichtigt werden, derzeit als optimal angesehen wird, besteht hierauf keine Einschränkung. Wichtig ist vor allem, dass die Festlegung des Startzeitpunkts eines jeweiligen Abtauvorganges in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur erfolgt.
Im betrachteten Beispiel hängt es vom Zählstand eines im Folgenden als Abtaubedarfszähler bezeichneten Zählers ab, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird. Genauer gesagt ist es so, dass der Zählstand ausgehend von einem vorgegebenen Start-Zählstand in vorbestimmten zeitlichen Abständen, beispielsweise im Sekundentakt verändert wird, wobei ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, wenn der Zählstand einen vorgegebenen End-Zählstand erreicht oder passiert hat. Dabei hängt die Zählschrittgröße, also der Umfang, um welchen der Zählstand jeweils verändert wird, von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur ab.
Die Zählschrittgröße wird vor jeder Veränderung des Zählstandes unter Berücksichtigung der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur neu ermittelt.
Im betrachteten Beispiel erfolgt die Festlegung der Zählschrittgröße in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem IST-Wert und einem unter den gegebenen Verhältnissen zu erwartenden SOLL-Wert einer von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur abhängenden Hilfsgröße Gamma.
Der IST-Wert der Hilfsgröße Gamma_IST ist gleich der Differenz zwischen der aktuellen oder gemittelten Verdampfungstemperatur tv und der aktuellen oder gemittelten Wärmequelleneintrittstemperatur t_WE: ${Gamma}_{IST} = t_{V} - t_{WE}$
Der SOLL-Wert der Hilfsgröße Gamma_SOLL wird unter Verwendung einer erwarteten Verdampfungstemperatur t_{V ERW} und der aktuellen oder gemittelten Wärmequelleneintrittstemperatur t_WE ermittelt, wobei die Ermittlung der erwarteten Verdampfungstemperatur t_{V ERW} unter Berücksichtigung der aktuellen oder gemittelten Verdichterdrehzahl n und der aktuellen oder gemittelten Wärmequelleneintrittstemperatur t_WE erfolgt. Genauer gesagt gilt: $\begin{array}{l} {Gamma}_{SOLL} = t_{V ERW} - t_{WE} \\ {wobei t}_{V ERW} = f (t_{WE}, n) \end{array}$
Die aktuell zu erwartende Verdampfungstemperatur t_{V ERW} ist ein anlagenspezifischer und zusätzlich von der Verdichterdrehzahl n und der Wärmequelleneintrittstemperatur t_WE abhängender Wert. Dessen Ermittlung kann unter Verwendung von empirisch ermittelten und im System hinterlegten Kennlinien oder Tabellen, oder einer daraus synthetisierten Formel ermittelt / berechnet werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt hängt die Größe des Zahlschrittes von der Differenz Epsilon zwischen Gamma_IST und Gamma_SOLL ab. Mathematisch ausgedrückt heißt dies: $\begin{array}{l} Z \ddot{a} hlschrittgro ß e = f (Epsilon) \\ wobei Epsilon = {Gamma}_{IST} - {Gamma}_{SOLL} \end{array}$
Genauer gesagt ist es im betrachteten Beispiel so, die Zählschrittgröße aus einer Basis-Zählschrittgröße und einem Korrekturwert KW gebildet wird. Im betrachteten Beispiel ist die Zählschrittgröße gleich der Differenz zwischen der Basis-Zählschrittgröße und einem Korrekturwert KW, sodass also gilt: $Z \ddot{a} hlschrittgr \ddot{o} ß e = Basis - Z \ddot{a} hlschrittgr \ddot{o} ß e - KW$
wobei sowohl die Basis-Zählschrittgröße als auch Korrekturwert KW anlagenspezifische Werte sind, die unter Verwendung von empirisch ermittelten und im System hinterlegten Kennlinien oder Tabellen, oder daraus synthetisierten Formeln ermittelt / berechnet werden, und wobei die Basis-Zählschrittgröße zusätzlich von der Verdichterdrehzahl n abhängt, und der Korrekturwert KW zusätzlich von der Gamma-Differenz Epsilon abhängt. Mathematisch ausgedrückt sind somit die Basis-Zählschrittgröße eine Funktion der Verdichterdrehzahl n, und der Korrekturwert KW eine Funktion der Gamma-Differenz Epsilon, sodass also $\begin{array}{l} Basis - Z \ddot{a} hlschrittgr \ddot{o} ß e = f (n), und \\ KW = f (Epsilon) \end{array}$
gilt.
Der eigentlich interessierende Zählstand des Abtaubedarfszählers wird unter Berücksichtigung der Zählschrittgröße aktualisiert. Genauer gesagt ergibt sich der Zählstand des Abtaubedarfszählers aus: $Z \ddot{a} hlstand = Z \ddot{a} hlstand + Basis - Z \ddot{a} hlschrittgr \ddot{o} ß e - KW$
Im betrachteten Beispiel werden sowohl die Basis-Zählschrittgröße als auch der Korrekturwert KW vor jeder Aktualisierung des Zählstandes neu berechnet bzw. aktualisiert. Darauf, dass jeweils sowohl die Basis-Zählschrittgröße als auch der Korrekturwert KW aktualisiert werden, besteht jedoch keine Einschränkung. Abhängig davon, ob und in welchem Umfang die Basis-Zählschrittgröße und der Korrekturwert KW von der Verdichterdrehzahl n, der Wärmequelleneintrittstemperatur T_WE, und der Verdampfungstemperatur T_V abhängen, könnte beispielsweise vorgesehen werden, eine zeitlich nicht veränderbare Konstante als Basis-Zählschrittgröße zu verwenden, und „nur“ den Korrekturwert KW in Abhängigkeit von den zu berücksichtigenden Bedingungen festzulegen. Es könnte auch vorgesehen werden, eine von der Verdichterdrehzahl n, der Wärmequelleneintrittstemperatur T_WE, und der Verdampfungstemperatur Tv unabhängige Basis-Zählschrittgröße zu verwenden und ausschließlich den Korrekturwert KW von der Verdichterdrehzahl n, der Wärmequelleneintrittstemperatur T_WE, und/oder der Verdampfungstemperatur Tv abhängen zu lassen.
Unabhängig hiervon kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Korrekturwert KW nicht in alleiniger Abhängigkeit von Epsilon festgelegt wird, sondern zusätzlich vom Auftreten au-ßergewöhnlicher Zustände oder Ereignisse abhängig gemacht wird. Solche außergewöhnlichen Zustände oder Ereignisse sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich solche Zustände oder Ereignisse, die zur Folge haben, dass die Verwendung der wie vorstehend beschrieben berechneten Zählschrittgröße erkennbar zu einem verspäteten Start des nächsten Abtauvorganges führen würde. Welche Zustände oder Ereignisse dies im Einzelnen sein können, ist anlagenspezifisch und beruht insbesondere auf Erfahrungswerten. Wie das Auftreten solcher au-ßergewöhnlichen Zustände und Ereignisse erkennbar ist, und wie genau darauf zu reagieren ist, ist ebenfalls anlagenspezifisch und beruht auf gemachten Erfahrungen. Macht man den Korrekturwert KW zusätzlich vom Auftreten außergewöhnlicher Zustände oder Ereignisse abhängig, so gilt beispielweise, dass $\begin{array}{l} KW = f (Epsilon, ABTQR), \\ beispielsweise KW = f (Epsilon) + ABRQR ist, \end{array}$
wobei der im Folgenden als Abtau-Schnelleinleitungs-Wert bezeichnete Wert ABTQR quasi ein zweiter Korrekturwert ist, durch welchen der Korrekturwert KW bei Bedarf zur zusätzlichen Berücksichtigung von außergewöhnlichen Zuständen oder Ereignissen an die gegebenen Verhältnisse korrigiert bzw. angepasst wird. Im betrachteten Beispiel ist der Wert ABTQR gleich 0, wenn und so lange kein außergewöhnlicher Zustand und kein außergewöhnliches Ereignis vorliegt, der bzw. das eine zeitliche Verschiebung des Starts des nächsten Abtauvorganges erforderlich macht. Anderenfalls ist ABTQR ungleich 0, wobei die genaue Größe anlagenspezifisch und abhängig vom auslösenden Zustand oder Ereignis festgelegt wird.
Der Wert ABTQR wird vor jeder Berechnung des Korrekturwertes KW neu berechnet bzw. aktualisiert. Dabei sind sowohl die Auslöser für eine Veränderung von ABTQR als auch der Umfang der jeweiligen Veränderung anlagenspezifisch und auf Erfahrungen basierend festgelegt. ABTQR kann prinzipiell eine beliebige Größe und ein beliebiges Vorzeichen annehmen.
Die Abhängigkeit des Korrekturwertes KW von ABTQR erweist sich insbesondere in Fällen als vorteilhaft, in welchen ohne die die dadurch bewirkte Korrekturwert-Korrektur ein - objektiv gesehen - zu später Start des nächsten Abtauvorganges erfolgen würde. Ein zu später Start hätte zur Folge, dass das Wärmepumpenheizsystem aufgrund einer zu starken Vereisung des Verdampfers nicht mehr ausreichend stark heizt. Durch die Korrekturwert-Korrektur erfolgt eine vorgezogene Abtauung und somit ein weniger starkes Absinken der Heizleistung. Die durch ABTQR bewirkte Korrekturwert-Korrektur ermöglicht es aber auch, den Start des nächsten Abtauvorganges zu verzögern, falls die planmäßige Abtauung aufgrund von außergewöhnlichen Zuständen oder Ereignissen zu früh erfolgen würde.
Wie sich schon aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, kann sich die Größe des Zählschrittes während des Betriebes des Wärmepumpenheizsystems verändern. Die Größe des Zählschrittes kann prinzipiell beliebige Werte annehmen. Sie kann auch 0 sein, und selbst das Vorzeichen kann sich ändern.
Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, erfolgt das Zählen durch den Abtaubedarfszähler so, dass der Zählstand ausgehend von einem vorgegebenen Start-Zählstand in vorbestimmten zeitlichen Abständen, beispielsweise im Sekundentakt verändert wird, wobei ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, wenn durch eine entsprechende Überprüfung, genauer gesagt durch einen Vergleich des Zählstandes mit einem vorgegebenen End-Zählstand festgestellt wird, dass der Zählstand den End-Zählstand erreicht oder passiert hat.
Der Start-Zählstand und der End-Zählstand sind so festgelegt, dass dann, wenn die Verdichterdrehzahl n, die Wärmequelleneintrittstemperatur T_WE, und der Verdampfungstemperatur Tv vorbestimmte Werte aufweisen und diese dauerhaft beibehalten, und auch keine außergewöhnlichen Zustände oder Ereignisse auftreten, der End-Zählstand nach einer ganz bestimmten Zeit erreicht wird, wobei diese bestimmte Zeit ganz genau die zuvor empirisch ermittelte Zeit ist, nach welcher im Idealfall der nächste Abtauvorgang zu erfolgen hat.
In diesem Fall wären Gamma_IST und Gamma_SOLL dauerhaft gleich groß, und die Zählschrittgröße dauerhaft konstant.
Wenn also beispielsweise empirisch ermittelt wurde, dass unter den vorstehend genannten stationären Bedingungen 3 Stunden, also 10800 Sekunden nach dem Ende des letzten Abtauvorganges der nächste Abtauvorgang starten muss, und der Zählstand des Abtaubedarfszählers im Sekundentakt, also ein Mal pro Sekunde verändert wird, so kann ein entsprechender Start des nächsten Abtauvorganges dadurch ereicht werden, dass der Start-Zählstand = 0 ist, der End-Zählstand = 10800 ist, und die Zählschrittgröße unter den genannten Bedingungen gleich 1 ist. Dann würde der Zählstand des Abtaubedarfszählers ausgehend vom Start-Zählstand 0 pro Sekunde um die Zählschrittgrö-ße 1 erhöht werden und der nächste Abtauvorgang gestartet werden, wenn der Zählstand den End-Zählstand 10800 erreicht hat, was unter den gegebenen Bedingungen nach genau 3 Stunden der Fall ist.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Abhängigkeiten der Zählschrittgröße von der Verdichterdrehzahl n, der Wärmequelleneintrittstemperatur T_WE, und der Verdampfungstemperatur Tv ist die Zählschrittgröße jedoch nur bei Vorliegen bestimmter Bedingungen, beispielsweise unter den vorstehend genannten Bedingungen gleich 1. Wenn andere Bedingungen und/oder außerordentliche Zustände oder Ereignisse vorliegen, wird die Zählschrittgröße automatisch daran angepasst, wodurch der Abtaubedarfszähler schneller oder langsamer nach oben zählt, oder sogar rückwärts zählt. Dadurch kann erreicht werden, dass jede Abtauung zu dem unter den gegebenen Verhältnissen idealen Zeitpunkt gestartet wird.
Die vorstehend beschriebene Ermittlung, wann der jeweils nächste Abtauvorgang gestartet wird, erfolgt nach einem in der 4 gezeigten Ablaufplan, der wahlweise durch Hardware oder durch Software realisiert sein kann. Der Ablaufplan zweigt eine wiederholt ausgeführte Schleife, durch welche die Schritte S1 bis S9 wiederholt ausgeführt werden. Dabei sind die Wiederholungen zeitgesteuert. Genauer gesagt werden die Schritte S1 bis S9 in ganz bestimmten zeitlichen Abständen widerholt. Im betrachteten Beispiel erfolgen die Wiederholungen im Sekundentakt, also 1 Mal pro Sekunde.
Durch jeden Schleifendurchlauf erfolgt eine Aktualisierung des Zählstandes des Abtaubedarfszählers. Das heißt der Zählstand wird im betrachteten Beispiel im Sekundentakt aktualisiert. Die Anzahl der Schleifendurchläufe pro Zeiteinheit kann auch beliebig anders festgelegt werden. Die Maßnahmen, durch welche erreicht wird, dass die Schleife genau eine bestimmte Anzahl von Malen pro Zeiteinheit wiederholt wird, sind in der 5 nicht veranschaulicht. Dies kann beispielsweise unter Verwendung eines Timers geschehen. Solche und andere Möglichkeiten sind dem Fachmann bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.
In einem Schritt S1 wird zunächst überprüft, ob überhaupt ein Bedarf für Ausführung der Schritte S1 bis S9 besteht. Genauer gesagt wird im betrachteten Beispiel überprüft,

- ob der Verdichter läuft,
- ob die Verdampfungstemperatur kleiner als 1° C ist, und
- ob das System gerade in der Heiz-Betriebsart läuft, also nicht gerade schon ein Abtauvorgang läuft.

Es dürfte einleuchten und bedarf keiner näheren Erläuterung dass die Ausführung der Schritte S1 bis S9, also die Planung des nächsten Abtauvorganges nur erforderlich und sinnvoll ist, wenn alle vorstehenden Fragen mit ja zu beantworten sind.
Ist dies der Fall, wird anschließend Schritt S2 ausgeführt. Anderenfalls wird der aktuelle Schleifendurchlauf durch eine Verzeigung des Ablaufs auf ENDE beendet.
In Schritt S2 wird die vorstehend bereits erwähnte und erläuterte Hilfsgröße Gamma_IST berechnet, und zwar nach der ebenfalls bereits erwähnten Formel Gamma_IST = t_V - t_WE.
Im danach ausgeführten Schritt S3 erfolgt die Ermittlung der vorstehend bereits erwähnten und erläuterten Hilfsgröße Gamma_SOLL, und zwar nach der ebenfalls bereits erwähnten Formel Gamma_SOLL = t_{V ERW} - t_WE, wobei t_{V ERW} = f (t_WE, n).
Im danach ausgeführten Schritt S4 erfolgt die Berechnung des vorstehend bereits erwähnten und erläuterten (Gamma-Werte-)Differenz Epsilon, und zwar nach der ebenfalls bereits erwähnten Formel Epsilon = Gamma_IST - Gamma_SOLL.
Im danach ausgeführten Schritt S5 erfolgen die Überprüfung, ob bei der Abtau-Startzeitpunkt-Ermittlung zu berücksichtigende außergewöhnlichen Zustände oder Ereignisse vorliegen, und die Bestimmung des davon abhängenden, vorstehend bereits erwähnten und erläuterten Abtau-Schnelleinleitungs-Wertes ABTQR.
Zu Schritt S5 sei angemerkt, dass dies ein optionaler Schritt ist, der nur vorgesehen werden muss, wenn überhaupt Zustände und Ereignisse auftreten können, die einen wesentlichen Einfluss auf den idealen Startzeitpunkt des folgenden Abtauvorganges haben oder haben können. Nur dann, wenn dies der Fall ist, muss ABTQR ermittelt und bei den Folgeschritten berücksichtigt werden
Im danach ausgeführten Schritt S6 erfolgt die Ermittlung des vorstehend ebenfalls bereits erwähnten und erläuterten Korrekturwertes KW, und zwar unter Berücksichtigung der zuvor in den Schritten S4 und S5 ermittelten Epsilon- und ABTQR-Werte. Das heißt, es wird also KW = f(Epsilon, ABTQR) ermittelt.
Im danach ausgeführten Schritt S7 erfolgt die Aktualisierung des Zählstandes des Abtaubedarfszählers. Wie vorstehend bereits erwähnt und erläutert wurde, ergibt sich der neue Zählstand aus Zählstand = Zählstand + Basis-Zählschrittgröße - KW, wobei Basis-Zählschrittgröße = f(n), und KW = f(Epsilon, ABTQR).
Im danach ausgeführten Schritt S8 wird überprüft, ob der in S7 ermittelte neue Zählstand größer als der End-Zählstand ist.
Wenn dies nicht der Fall ist, verzweigt der Ablauf auf ENDE und endet dort.
Anderenfalls verzweigt der Ablauf zu Schritt S9, durch welchen ein Abtauvorgang eingeleitet wird.
Danach schreitet der Ablauf zu ENDE vor und endet dort.
Im Anschluss daran werden die Schritte S1 bis S9 erneut ausgeführt, wobei diese Wiederholung jedoch wie erwähnt erst eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des vorangehenden Durchlaufs startet.
Die 5 und 6 veranschaulichen verschiedene gegenseitige Abhängigkeiten von einigen der vorgenannten Größen und Reaktionen.
In der 5 ist die Abhängigkeit der Hilfsgrößen Gamma_IST und Gamma_SOLL und der Differenz Epsilon von der Verdichterdrehzahl n dargestellt. Die Verdichterdrehzahl n, Gamma_IST und Gamma_SOLL sind in der Figur durch entsprechend beschriftete durchgezogene Linien dargestellt. Epsilon ist dem zwischen Gamm_IST und Gamm_SOLL liegenden, in der Figur schraffiert darstellten Bereich entnehmbar; genauer gesagt ist es der jeweilige gegenseitige Abstand zwischen Gamma_IST und Gamma_SOLL.
Wie aus der 5 ersichtlich ist, hat eine Veränderung der Verdichterdrehzahl n eine synchrone Änderung von Gamma_SOLL zur Folge. Im dargestellten Beispiel hat ein im Wesentlichen sprungartiger Anstieg der Verdichterdrehzahl n einen zeitgleichen, im Wesentlichen sprungartigen Abfall von Gamma_SOLL zur Folge. Gamma_IST, welches ausschließlich auf aktuellen tatsächlichen Messwerten basiert, unterscheidet sich naturgemäß mehr oder weniger stark von Gamma_SOLL und reagiert nur verzögert auf die Veränderung der Verdichterdrehhzahl.
Wie aus der 5 ferner ersichtlich ist, sind Gamma_IST und Gamma_SOLL die meiste Zeit unterschiedlich groß, und zwar auch in Phasen, in welchen sich die Verdichterdrehzahl n nicht ändert. Gamma_IST kann dabei größer sein oder kleiner sein als Gamma_SOLL, wobei sich dieses Größenverhältnis während des laufenden Betriebes auch ändern kann. In dem in der 5 dargestellten Beispiel ist Gamma_IST zu Beginn des gezeigten Zeitfensters größer als Gamma_SOLL und wird dann, ohne dass sich die Verdichterdrehzahl n ändert, kleiner als Gamma_SOLL. Am Schnittpunkt von Gamma_IST und Gamma_SOLL ändert sich das Vorzeihen von Epsilon. Genauer gesagt ist Epsilon positiv, wenn und so lange Gamma_IST größer ist als Gamma_SOLL, und ist Epsilon negativ, wenn und so lange Gamma_IST kleiner ist als Gamma_SOLL.
Vom Vorzeichen und von der Größe von Epsilon hängt es ab, wie stark der Abtaubedarf steigt. Dies ist in der 6 veranschaulicht. Wenn und so lange Epsilon positiv ist, steigt der Abtaubedarf an, wobei der Abtaubedarf mit größer werdendem Epsilon stärker ansteigt. Wenn und so lange Epsilon negativ ist, sinkt der Abtaubedarf, wobei der Abtaubedarf mit kleiner werdendem Epsilon stärker abfällt. Der Abtaubedarf kann so weit sinken, dass ein Abtauvorgang sogar ausgelassen wird.
Beim vorliegend beschriebenen Verfahren wird dieser Zusammenhang durch eine entsprechende Festlegung der Zählschrittgröße berücksichtigt.
Durch die vorstehend beschriebene Festlegung, wann ein jeweiliger Abtauvorgang zu starten ist, kann erreicht werden, dass ein jeweiliger Abtauvorgang zum jeweils idealen Zeitpunkt gestartet wird. Dies erhöht sowohl die Betriebssicherheit als auch die Effizienz des Wärmepumpenheizsystems.
Es wird nun beschrieben, welche Bedingungen für die Beendigung eines jeweiligen Abtauvorganges erfüllt sein müssen.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird es von der Heißgasüberhitzung, also von der Temperaturdifferenz zwischen der Heißgastemperatur und der Kondensationstemperatur abhängig gemacht, wann ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird.
Die verwendeten Werte für die Heißgastemperatur und die Kondensationstemperatur sind jeweils die tatsächlichen, aktuell unter Verwendung der vorstehend erwähnten Sensoren 9 und 8 erfassten oder ermittelten Werte. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn anstelle dieser Werte zumindest teilweise gemittelte Werte verwendet werden, beispielsweise die arithmetischen Mittelwerte von innerhalb eines vorbestimmten vorangehenden Zeitraums erfassten Werten.
Die Abhängigkeit der Beendigung eines jeweiligen Abtauvorganges ist im betrachteten Beispiel derart, dass ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird, wenn während des betreffenden Abtauvorganges die Heißgasüberhitzung zu steigen beginnt.
Durch dieses intelligente Abtauende wird unter allen Umständen sichergestellt, dass der Verdampfer anschließend völlig frei von Eis und Frost ist. Dies erhöht sowohl die Betriebssicherheit als auch die Effizienz des Wärmepumpenheizsystems.
Zur Vermeidung von Missverständnissen sei angemerkt, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zur Festlegung des Startzeitpunktes eines jeweiligen Abtauvorganges und das vorstehend beschriebene Verfahren zur Festlegung des Endzeitpunktes eines jeweiligen Abtauvorganges unabhängig voneinander zum Einsatz kommen können. Das heißt, ein Abtauvorgang, der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gestartet wurde, kann nach einem beliebigen Verfahren beendet werden, und ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren zu beendender Abtauvorgang kann nach einem beliebigen Verfahren gestartet worden sein. Nach den derzeitigen Erkenntnissen ist es aber optimal, wenn sowohl der Start eines jeweiligen Abtauvorganges als auch dessen Beendigung wie vorstehend beschrieben erfolgen.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren erweisen sich unabhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung als vorteilhaft. Durch sie ist ein exakt am tatsächlichen Bedarf ausgerichtetes Abtauen des Verdampfers möglich. Das heißt, ein jeweiliger Abtauvorgang wird zuverlässig immer genau dann gestartet, wenn es tatsächlich erforderlich ist, und der jeweilige Abtauvorgang wird zuverlässig immer genau dann beendet, wenn das auf dem Verdampfer befindliche Eis vollständig von diesem entfernt ist. Im Ergebnis werden damit sowohl die zeitlichen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Abtauvorgängen als auch die Dauern der Abtauvorgänge optimal an die gegebenen Verhältnisse angepasst, und folglich die Betriebssicherheit, die mittlere Heizleistung und die Effizienz des Wärmepumpenheizsystems maximiert. Trotz der erzielbaren Vorteile sind die Verfahren auf einfache Art und Weise und ohne oder jedenfalls ohne nennenswerten Zusatzaufwand praktisch realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
2: Verflüssiger
3: Expansionsventil
4: Verdampfer
5: Ventilator
6: Steuereinrichtung
7: Vierwegeventil
8: Sensor zur Ermittlung der Verdampfungstemperatur
9: Sensor zur Ermittlung der Heißgastemperatur
10: Sensor zur Ermittlung der Wärmequelleneintrittstemperatur

Claims

Verfahren zur Steuerung des Abtauens eines Verdampfers (4) eines zumindest den Verdampfer und einen Verdichter (1) enthaltenden Kältemittelkreislaufes, dadurch gekennzeichnet, dass es von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur abhängig gemacht wird, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Werte für die Verdichterdrehzahl, die Wärmequelleneintrittstemperatur und die Verdampfungstemperatur jeweils die tatsächlichen, aktuell erfassten oder ermittelten Werte sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Werte für die Verdichterdrehzahl, die Wärmequelleneintrittstemperatur und die Verdampfungstemperatur zumindest teilweise Mittelwerte von innerhalb eines vorbestimmten vorangehenden Zeitraums erfassten Werten sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es vom Zählstand eines Abtaubedarfszählers abhängt, wann ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, - wobei der Zählstand ausgehend von einem vorgegebenen Start-Zählstand in vorbestimmten zeitlichen Abständen verändert wird, und wobei ein jeweiliger Abtauvorgang gestartet wird, wenn der Zählstand einen vorgegebenen End-Zählstand erreicht oder passiert hat, und - wobei die Größe der Zählschritte, um welchen der jeweils aktuelle Zählstand jeweils verändert wird, von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur abhängt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählschrittgröße vor jeder Veränderung des Zählstandes unter Berücksichtigung der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur neu ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Zählschrittgröße in Abhängigkeit von der Differenz wischen einem IST-Wert und einem unter den gegebenen Verhältnissen zu erwartenden SOLL-Wert einer von der Verdichterdrehzahl, der Wärmequelleneintrittstemperatur und der Verdampfungstemperatur abhängenden Hilfsgröße erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der IST-Wert der Hilfsgröße gleich der Differenz zwischen der aktuellen oder gemittelten Verdampfungstemperatur und der aktuellen oder gemittelten Wärmequelleneintrittstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der SOLL-Wert der Hilfsgröße gleich der Differenz zwischen einer erwarteten Verdampfungstemperatur und der aktuellen oder gemittelten Wärmequelleneintrittstemperatur ermittelt ist, wobei die Ermittlung der erwarteten Verdampfungstemperatur unter Berücksichtigung der aktuellen oder gemittelten Verdichterdrehzahl und der aktuellen oder gemittelten Wärmequelleneintrittstemperatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Verdampfungstemperatur ein anlagenspezifischer Wert ist, dessen Ermittlung unter Verwendung von empirisch ermittelten und im System hinterlegten Kennlinien oder Tabellen, oder einer daraus synthetisierten Formel erfolgt.
Verfahren zur Steuerung des Abtauens eines Verdampfers (4) eines zumindest den Verdampfer und einen Verdichter (1) enthaltenden Kältemittelkreislaufes, dadurch gekennzeichnet, dass es von der Heißgasüberhitzung abhängig gemacht wird, wann ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasüberhitzung durch Bildung der Differenz zwischen der Heißgastemperatur und der Kondensationstemperatur ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Werte für die Heißgastemperatur und die Kondensationstemperatur jeweils die tatsächlichen, aktuell erfassten oder ermittelten Werte sind.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Werte für die Heißgastemperatur und die Kondensationstemperatur zumindest teilweise Mittelwerte von innerhalb eines vorbestimmten vorangehenden Zeitraums erfassten Werten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Abtauvorgang beendet wird, wenn während des betreffenden Abtauvorganges die Heißgasüberhitzung zu steigen beginnt.