DE19913861C1

DE19913861C1 - Klimaanlage mit einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE19913861C1
Application number: DE19913861A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hanau
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

Bei einer Klimaanlage mit einer Wärmepumpe 13 sind im vorzugsweise umschaltbaren Kältemittelkreis 14 der Wärmepumpe ein Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 10 und ein Hauptwärmetauscher 16 zur Raumheizung und zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers 26 angeordnet. Um ein zu häufiges Takten des Verdichters 15 der Wärmepumpe 13 zu vermeiden, erfaßt eine Steuerelektronik 27 die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wärmeanforderungssignalen der Raumheizung 28. Übersteigt diese Zeitdauer einen Grenzwert G, wird der Verdichter 15 nicht eingeschaltet, bis dieser Grenzwert G überschritten ist. In dieser Zeit wird ein Wärmebedarf der Raumheizung aus dem Brauchwasserspeicher 26 gedeckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einer Wärmepumpe, wobei im vorzugsweise umschaltbaren Kältemittelkreis der Wärmepumpe ein Luft-Kältemittel-Wärmetauscher, dem Abluft aus zu klimatisierenden Räumen und/oder Außenluft zuführbar ist, und ein Hauptwärmetauscher zur Raumheizung und zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers in einem Heizkreis mit Umwälzpumpe und Mischventil angeordnet sind.

Eine derartige Klimaanlage ist in der DE 197 02 903 A1 beschrieben.

In Betriebsfällen, in denen die Raumheizung nur einen geringen Wärmebedarf hat, jedoch ein großes Wärmeangebot gegeben ist, kann es dazu kommen, daß der Verdichter der Wärmepumpe häufig taktet. Nach technischen Anschlußbedingungen sind maximal drei Einschaltvorgänge pro Stunde erlaubt. Im genannten Betriebsfall kann es zu einer höheren Einschalthäufigkeit kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Klimaanlage der eingangs genannten Art ein zu häufiges Takten des Verdichters zu vermeiden.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Der Grenzwert ist so gelegt, daß er im Normalfall nicht unterschritten wird. Der Verdichter der Wärmepumpe wird in diesem Fall entsprechend der Wärmeanforderung eingeschaltet, ohne daß die zulässige Einschalthäufigkeit überschritten wird, und die Raumheizung und/oder der Brauchwasserspeicher werden beheizt.

In einem Betriebsfall, in dem die Raumheizung nur wenig Wärme anfordert und ein hohes Wärmeangebot aus der Abluft oder der Außenluft vorliegt, wird der Grenzwert unterschritten. Es wird dann der Verdichter nicht eingeschaltet, zumindest bis dieser Grenzwert überschritten wird. Der bestehende geringe Wärmebedarf der Raumheizung wird aus dem Brauchwasserspeicher gedeckt.

Um den Verdichter nicht länger als nötig zu sperren, also den Wirkungsgrad der Wärmepumpe auszunutzen, bleibt in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung der Verdichter dann, wenn der Grenzwert unterschritten wird, während der doppelten Differenzzeit abgeschaltet, wobei die Differenzzeit die Zeitspanne zwischen dem Grenzwert und dem davorliegenden letzten Wärmeanforderungssignal ist.

Vorzugsweise liegen der Wärmetauscher des Brauchwasserspeichers und die Raumheizung in parallelen Strängen des Heizkreises und bei Beheizung der Raumheizung aus dem Brauchwasserspeicher strömen ein erster Teilstrom des Heizmediums durch den Wärmetauscher des Brauchwasserspeichers und ein zweiter Teilstrom durch die Raumheizung, wobei der zweite Teilstrom vom ersten Teilstrom erwärmt wird. Dabei genügen für die Raumheizung und/oder die Erwärmung des Brauchwasserspeichers aus dem Hauptwärmetauscher und die Beheizung der Raumheizung aus dem Standspeicher ein Mischventil und eine Umwälzpumpe im Heizkreis.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Klimaanlage und

Fig. 2 Zeitdiagramme.

Eine Klimaanlage zur Klimatisierung mehrerer Räume weist ein Zentralgerät auf, das in einem Heizungsraum aufgestellt ist. Das Zentralgerät enthält die in Fig. 1 dargestellten Bauteile - außer der Raumheizung -. Es ist etwa so aufgebaut, wie dies in der DE 197 02 103 A1 dargestellt ist.

Luftseitig weist das Zentralgerät einen Außenluftanschluß 1, einen Zuluftanschluß 2, einen Abluftanschluß 3 und einen Fortluftanschluß 4 auf. Der Außenluftanschluß 1 und der Fortluftanschluß 4 sind mit der Umgebungsluft des Gebäudes verbunden. An den Zuluftanschluß 2 sind Rohrleitungen angeschlossen, die in die zu klimatisierenden Räume führen. Aus diesen wird die Luft zum Abluftanschluß 3 zurückgesaugt. Funktional in Reihe zwischen dem Außenluftanschluß 1 und dem Zuluftanschluß 2 liegen ein Grobfilter 5, ein Luft-Luft- Kreuzstromwärmetauscher 6 und ein Zuluftventilator 7. Funktional in Reihe zwischen dem Abluftanschluß 3 und dem Fortluftanschluß 4 sind ein Grobfilter 8, der Kreuzstromwärmetauscher 6 und ein Abluftventilator 9 sowie ein Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 10 und ein weiterer Ventilator 11 angeordnet. Außerdem ist in einem Bypaß eine Rückschlagklappe 12 vorgesehen.

Im Zentralgerät ist eine Wärmepumpe 13 angeordnet, in deren Kältemittelkreis 14 ein Verdichter 15, ein Hauptwärmetauscher 16, ein Expansionsventil 17, der Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 10 und ein Umschaltventil 18 liegen. Das Umschaltventil 18 dient zur Umkehr der Steuerungsrichtung des Kältemittels im Hauptwärmetauscher 16, im Expansionsventil 17 und im Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 10 für Heiz- bzw. Kühlbetrieb und für das Abtauen des Wärmetauschers 10.

Der Hauptwärmetauscher 16 liegt in einem Heizkreis 19. In diesem sind ein Mischventil 20, eine Umwälzpumpe 21 und ein elektrischer Wasser- Nacherhitzer 22 angeordnet. An einen Strang 23 des Mischventils 20 sind zur Raumheizung (28) Konvektoren angeschlossen, die in den zu klimatisierenden Räumen installiert sind. In einem weiteren Strang 24 des Mischventils 20 liegt ein Wärmetauscher 25, mit dem ein Brauchwasserspeicher 26 beheizbar ist.

Es ist eine Steuerelektronik 27 vorgesehen, mit der wenigstens der Verdichter 15 und das Mischventil 20 schaltbar sind. Die Steuerelektronik 27 erzeugt raumwärmeabhängige und zeitabhängige Wärmeanforderungssignale.

Soll nur der Brauchwasserspeicher 26 beheizt werden, dann ist das Mischventil 20 zum Strang 24 geöffnet und zum Strang 23 geschlossen. Soll nur Raumheizung erfolgen, dann ist das Mischventil 20 zum Strang 24 geschlossen und zum Strang 23 offen. Der Verdichter 15 arbeitet, wodurch der Hauptwärmetauscher 16 den Heizkreis 19 beheizt.

Die Steuerelektronik 27 überwacht die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wärmeanforderungssignalen. In der Steuerelektronik 27 ist ein zeitlicher Grenzwert G vorgegeben, der unter der Voraussetzung, daß drei Einschaltungen des Verdichters pro Stunde zulässig sind, 20 min beträgt. Entsprechend der zulässigen drei Einschaltungen pro Stunde ist der Grenzwert G also 1/3 h. Wären vier Einschaltungen pro Stunde zulässig, dann würde der Grenzwert auf 15 min gelegt.

Im Zeitdiagramm a der Fig. 2 ist ein Normalfall gezeigt, bei dem der Verdichter 15 von t1 bis t2 arbeitet, zwischen t2 und t3 stillsteht und bei t3 wieder einschaltet und bis t4 läuft. Die Zeitdauer zwischen t1 und t3 überschreitet also den Grenzwert G. Dies bedeutet, daß es zu weniger als drei Einschaltungen des Verdichters 15 pro Stunde kommt, also eine zulässige Einschalthäufigkeit vorliegt. Der Verdichter 15 braucht also nicht gesperrt zu werden.

Im Zeitdiagramm b der Fig. 2 ist ein Betriebsfall dargestellt, bei dem nur ein geringer Wärmebedarf der Raumheizung besteht, jedoch die Wärmepumpe luftseitig ein hohes Wärmeangebot erhält. Dies würde dazu führen, daß der Verdichter von t1' bis t2' läuft, zwischen t2' und t3' abgeschaltet ist und bei t3' wieder erneut einschalten würde, um dann bis t4' zu laufen. Die Zeitdauer zwischen t1' und t3' unterschreitet den Grenzwert G, was bedeutet, daß sich mehr als drei Einschaltungen des Verdichters pro Stunde ergeben würden, was unzulässig ist und vermieden werden soll.

Im Zeitdiagramm c der Fig. 2 ist wieder vom Ausgangsfall des Zeitdiagramm b ausgegangen. Der Verdichter arbeitet von t1' bis t2'. Bei t3' tritt das nach t1' nächste Wärmeanforderungssignal auf. Die Steuerelektronik erkennt, daß die Zeitdauer zwischen t1' und t3' kleiner als der Grenzwert G ist und schaltet nun zum Zeitpunkt t3' nicht den Verdichter 15 ein, sondern läßt ihn abgeschaltet. Zum Zeitpunkt t3' schaltet die Steuerelektronik 27 nun das Mischventil 20 so, daß ein erster Teilstrom S1 durch den Wärmetauscher 25 des Brauchwasserspeichers 26 und ein zweiter Teilstrom S2 durch den Strang 23 in die Raumheizung 28 strömt. Rücklaufseitig, vor der Umwälzpumpe 21, vereinigen sich die Teilströme S1 und S2, wobei der erste Teilstrom S1 aus dem Brauchwasserspeicher 26 den zweiten Teilstrom S2 des Raumheizungsrücklaufes erwärmt. Dementsprechend wird der Raumheizung im Kreislauf ein aus dem Brauchwasserspeicher erwärmter Teilstrom S2 zugeführt. Dieser genügt, um den geringen Wärmebedarf zu decken.

Die Steuerelektronik 27 ermittelt die Differenzzeit D, die zwischen dem Grenzwert G und dem Zeitpunkt t3' besteht, und erhöht insbesondere verdoppelt diese. Erst nach der erhöhten bzw. verdoppelten Differenzzeit D wird der Verdichter wieder eingeschaltet, was im Zeitdiagramm c bei t5' der Fall ist. Zwischen t3' und t5' ist der Verdichter gesperrt und die Raumheizung erfolgt aus dem Brauchwasserspeicher. Zum Zeitpunkt t5' kann das Mischventil 20 wieder umgeschaltet werden, wobei zunächst der Brauchwasserspeicher 26 und anschließend die Raumheizung 28 erwärmt wird. Ersichtlich ist die Zeitdauer zwischen t1' und t5' größer als der Grenzwert G. Dies bedeutet, daß die zulässige Einschalthäufigkeit nicht überschritten wird.

Für Grenzfälle kann vorgesehen sein, daß, wenn die Differenzzeit D kleiner als 5 min ist, der Verdichter wenigstens für 5 min gesperrt bleibt.

Die Erwärmung der Raumheizung aus dem Brauchwasserspeicher kann unterbrochen werden, wenn gerade in dieser Zeit ein hoher Warm- Brauchwasserbedarf besteht. Er kann auch unterbrochen werden, wenn die Soll-Rücklauftemperatur der Raumheizung um einen einstellbaren, kleinen Betrag kleiner als die Speichertemperatur unten im Brauchwasserspeicher ist.

Es ist auch möglich, den Brauchwasserspeicher zusätzlich aufzuheizen, bevor die Raumheizung auf Beheizung aus dem Brauchwasserspeicher umgeschaltet wird.

Claims

1. Klimaanlage mit einer Wärmepumpe, wobei im vorzugsweise umschaltbaren Kältemittelkreis der Wärmepumpe ein Luft-Kältemittel- Wärmetauscher, dem Abluft aus zu klimatisierenden Räumen und/oder Außenluft zuführbar ist, und ein Hauptwärmetauscher zur Raumheizung und zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers in einem Heizkreis mit Umwälzpumpe und Mischventil angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß eine den Verdichter (15) der Wärmepumpe (13) und das Mischventil (20) steuernde Steuerelektronik (27) die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wärmeanforderungssignalen (t1, t3, t1', t3') der Raumheizung (28) erfaßt und daß dann, wenn diese Zeitdauer einen Grenzwert (G) unterschreitet, der Verdichter (15) nicht mehr eingeschaltet wird, zumindest bis dieser Grenzwert (G) überschritten ist,
und daß in der Zeit, in der der Verdichter (15) abgeschaltet ist, ein Wärmebedarf der Raumheizung (28) aus dem Brauchwasserspeicher (26) gedeckt wird.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebedarf der Raumheizung (28) aus dem Brauchwasserspeicher (26) durch Schalten des Mischventils (20) gedeckt wird.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Grenzwert (G) überschritten wird, der Verdichter (15) während insbesondere der doppelten Differenzzeit (D) abgeschaltet bleibt, wobei die Differenzzeit (D) die Zeitspanne zwischen dem Grenzwert (G) und dem davorliegenden letzten Wärmeanforderungssignal ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Grenzwert (G) überschritten wird, der Verdichter (15) während wenigstens 5 min abgeschaltet bleibt.

5. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (25) des Brauchwasserspeichers (26) und die Raumheizung in parallelen Strängen (23, 24) des Heizkreises (19) liegen
und daß bei Beheizung der Raumheizung (28) aus dem Brauchwasserspeicher (26) ein erster Teilstrom (S1) des Heizmediums durch den Wärmetauscher (25) des Brauchwasserspeichers (26) und ein zweiter Teilstrom (S2) durch die Raumheizung strömen, wobei der erste Teilstrom den zweiten Teilstrom erwärmt.

6. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Raumheizung (28) aus dem Brauchwasserspeicher (26) unterbrochen wird, wenn Warm- Brauchwasserbedarf besteht.

7. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Raumheizung (28) aus dem Brauchwasserspeicher (26) unterbrochen wird, wenn nur eine kleine Differenz zwischen der Rücklauftemperatur der Raumheizung und der Temperatur des Wärmetauschers (25) des Brauchwasserspeichers (26) besteht.

8. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (G) etwa 1/3 der Zeit ist, in der drei Einschaltungen des Verdichters (15) zulässig sind.