DE2702489A1 - PROCESS AND DEVICE FOR OPTIMIZING THE OPERATING POINT OF A HEATING DEVICE, IN PARTICULAR A HEAT PUMP - Google Patents
PROCESS AND DEVICE FOR OPTIMIZING THE OPERATING POINT OF A HEATING DEVICE, IN PARTICULAR A HEAT PUMPInfo
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Abstract
Description
81)00 München 22 ■ Steinsdorfstraße 21 - 22 ■ Telefon 089 / 29 8481) 00 Munich 22 ■ Steinsdorfstrasse 21 - 22 ■ Telephone 089/29 84
A 7578 A 7578
Dipl.-Ing. Heinz GERBEET, Panoramastraße 2, 7951 ERLENMOOS Dipl.-Ing. Heinz GERBEET, Panoramastraße 2, 7951 ERLENMOOS
Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Betriebspunktes einer Heizvorrichtung, insbesondere einer WärmepumpeMethod and device for optimizing the operating point of a heating device, in particular a heat pump
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device provided for carrying out this method according to the preamble of claim 8.
z/Li 809830/022·z / Li 809830/022
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Bei einer Heizvorrichtung der genannten Art wird die an einen Verbraucher abzugebende Wärmeenergie überwiegend einem Primärenergieträger der Natur, beispielsweise der Sonnenenergie, der Außen luft, dem Grundwasser oder dem Erdboden, das heißt der Erdwärme, entnommen, indem dem Primärenergieträger durch Unterkühlung in einem Verdampfer Wärme entzogen wird. Die Aufnahme der Verdampfungswärme erfolgt durch ein Zwischenmedium, das anschließend in einem der Zufuhr von zusätzlicher Hilfsenergie dienenden Verdichter auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht wird. Danach wird dieses Zwischenmedium einem Verflüssiger zugeleitet, der die Kondensationswärme an einen Sekundärenergieträger, nämlich das Heizmedium, abführt. Das Zwischenmedium wird in flüssiger Form über ein Expansionsventil wieder dem Verdampfer zugeleitet und arbeitet so in einem Kreisprozeß. In a heating device of the type mentioned, the heat energy to be delivered to a consumer is predominantly taken from a primary energy source of nature, for example solar energy, the outside air, groundwater or the ground, i.e. geothermal energy, by extracting heat from the primary energy source by undercooling in an evaporator will. The heat of evaporation is absorbed by an intermediate medium, which is then brought to a higher pressure and temperature level in a compressor which is used to supply additional auxiliary energy. This intermediate medium is then fed to a condenser, which transfers the heat of condensation to a secondary energy source, namely the heating medium. The intermediate medium is returned to the evaporator in liquid form via an expansion valve and thus works in a cycle.
Die dem Sekundärenergieträger, nämlich dem Heizmedium, zugeführte Energie ist die vom Zwischenmedium aufgenommene Verdampfungswärme des Primärenergieträgers zuzüglich dem Wärmeäquivalent der Antriebsleistung des Verdichters. Das Heizmedium fließt ebenfalls in einem Kreislauf, d. h. es erfährt nach Wärmeabgabe an zu beheizende Räume oder Stoffe eine Abkühlung und wird danach zur Wiedererwärmung wieder dem Verflüssiger zugeleitet.The energy supplied to the secondary energy carrier, namely the heating medium, is the heat of evaporation absorbed by the intermediate medium of the primary energy source plus the heat equivalent of the drive power of the compressor. The heating medium also flows in one Circulation, d. H. After heat is given off to the rooms or materials to be heated, it is cooled down and is then rewarmed fed to the condenser.
Bei einer praktisch verwirklichten Ausführungsform einer derartigen Heizvorrichtung, bei der als Primärenergieträger die Außenluft zur Anwendung gelangt, saugt ein entsprechend ausgelegter Ventilator über einen Schalldämpfer die Außenluft mit festgelegter Mindestmenge und Mindesttemperatur an und drückt sie über einen Luftkühler, der als Verdampfer arbeitet, und über einen weiteren Schalldämpfer wieder ins Freie. Das im Luftkühler verdampfte Kältemittel, das als Zwischenmedium Verwendung findet, entzieht der vorbeiströmenden Luft die Verdampfungswärme. Das dadurch unter Aufnahme der VerdampfungswärmeIn a practically realized embodiment of such a A suitably designed fan draws in the heating device, in which the outside air is used as the primary energy source a silencer takes in the outside air with a specified minimum volume and minimum temperature and presses it through an air cooler, which is used as a Evaporator works, and then back to the outside via another silencer. The refrigerant evaporated in the air cooler, which acts as an intermediate medium Is used, removes the heat of evaporation from the air flowing past. This thereby absorbing the heat of evaporation
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verdampfte Kältemittel wird vom motorisch angetriebenen Verdichter auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht. Die Verflüssigung des Kältemittels erfolgt in dem als Durchlauferwärmer ausgebildeten Verflüssiger der Heizvorrichtung. Hierbei entzieht das Heizmedium, das beispielsweise Heizwasser ist, in festgelegter Mindest -menge und Höchsttemperatur dem Kältemittel die Verflüssigungswärme, die sich aus der Verdampfungswärme einschließlich dem Wärmeäquivalent der motorischen Antriebsleistung des Verdichters zusammensetzt. Das Heizwasser erfährt beim Durchströmen durch den Durchlauferwärmer eine Temperaturerhöhung, die in den HeizungsVerbrauchern durch wärmeverbrauchende Temperaturabsenkungen wieder ausgeglichen wird.evaporated refrigerant is produced by the motor-driven compressor brought to a higher pressure and temperature level. The refrigerant is liquefied in the heating device's condenser, which is designed as a flow heater. Here, the heating medium, which is, for example, heating water, extracts the condensation heat from the refrigerant in a specified minimum quantity and maximum temperature, resulting from the heat of vaporization including the heat equivalent the motor drive power of the compressor. That Heating water experiences a temperature increase as it flows through the instantaneous water heater, which is compensated for in the heating consumers by heat-consuming temperature drops.
Anstelle von Heizwasser kann als Heizmedium selbstverständlich auch Luft zur Anwendung gelangen, die im Verflüssiger durch das hierin kondensierende Zwischenmedium erwärmt wird. Es kann daher hierbei die durch einen Ventilator umgewälzte Heizungsluft erwärmt und den zu beheizenden Räumen zum Wärmeentzug zugeführt sowie im Kreislauf dem Verflüssiger wieder zur Wiederauf wärmung erneut zugeführt werden.Instead of heating water can of course also be used as a heating medium Air are used, which is heated in the condenser by the intermediate medium condensing therein. It can therefore do this the heating air circulated by a fan is heated and the The rooms to be heated are fed to the extraction of heat and fed back to the condenser in the circuit for reheating will.
Im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Betrieb derartiger Heizvorrichtangen kommt es darauf an, ein optimales Verhältnis zwischen der jeweiligen Außentemperatur und der Vor lauf temperatur des Heizmediums einzustellen bzw. die Hilfsenergiekosten, die hauptsächlich durch die Arbeit des Verdichters für das Zwischenmedium verursacht werden, so gering wie möglich zu halten. Die Bewertung des jeweiligen Betriebspunktes der Heizvorrichtung kann mit der Leistungsziffer e erfolgen, die entsprechend ihrer nachstehend aufgeführten Definition möglichst hoch sein soll:In view of the economical operation of such heating devices, it is important to have an optimal ratio between the respective Adjust the outside temperature and the flow temperature of the heating medium or the auxiliary energy costs, which are mainly due to the work of the compressor for the intermediate medium are so low as possible to keep. The evaluation of the respective operating point of the heating device can be done with the performance figure e, which should be as high as possible according to the definition given below:
ε - aufgenommene Primärenergie + Hilfsenergie ε - consumed primary energy + auxiliary energy
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Hieraus ergibt sich, daß die aufzuwendenden Heizkosten um so geringer sind, je größer die Leistungsziffer wird, wobei die aufzuwendende Hilfsenergie um so kleiner ist, je kleiner auch die Temperaturdifferenz zwischen Primärmedium und Sekundär medium ist.It follows that the heating costs to be expended are all the lower are, the greater the performance figure, the smaller the auxiliary energy to be used, the smaller the temperature difference between the primary medium and the secondary medium.
Bei den bisher bekannten Verfahren zum Betrieb der genannten Heizvorrichtungen wird die Vor lauf temperatur des Sekundär mediums, d. h. des Heizmediums, konstant gehalten und die Leistungsregelung durch Beimischen von abgekühltem und aus dem Rücklaufstrang entnommenen Heizmedium in das auf konstante Temperatur erwärmte Heizmedium vorgenommen. Die Steuerung der Mischung erfolgt hier meist durch eine Regeleinrichtung, die, z. B. bei einer Raumheizung aufgrund der jeweils herrschenden Außentemperatur, die dazugehörige Mischtemperatur herbeiführt.In the previously known method for operating the heating devices mentioned, the pre-run temperature of the secondary medium, ie the heating medium, is kept constant and the power is controlled by adding cooled heating medium removed from the return line to the heating medium heated to a constant temperature. The control of the mixture takes place here mostly by a control device which, for. B. in a room heating due to the prevailing outside temperature, brings about the associated mixed temperature.
Bei diesem Verfahren wird die Verflüssigungstemperatur des Zwischenmediums während der gesamten Dauer der Beimischung unnötig hoch gehalten und dadurch auch die Leistungsziffer erniedrigt. Eine anhaltend hcte Verflüssigungstemperatur ist jedoch gleichbedeutend mit hohem Verschleiß und geringer Lebensdauer des Verdichters. Außerdem muß für den Regelmotor und zur Überwindung des Strömungswiderstandes im Mischer Hilfsenergie aufgebracht werden, welche die Gesamtleistungsziffer weiter vermindert.In this process, the liquefaction temperature of the intermediate medium becomes unnecessarily high for the entire duration of the admixture held and thereby also lowered the performance figure. One persistent However, the high condensing temperature is synonymous with high Wear and tear and short service life of the compressor. In addition, must for the control motor and to overcome the flow resistance Auxiliary energy can be applied in the mixer, which further reduces the overall performance factor.
Da bei dem bekannten Verfahren die Heizvorrichtung mit einer konstanten Vor laufte mperatur betrieben und diese über außentemperaturabhängige motorbetriebene Mischvorrichtungen im Wege der Rücklaufbemischung heruntergemischt wird, wird zwar eine außentemperaturabhängige Regelanpassung der Heizvorrichtung erreicht, die Leistungsziffer jedoch nicht optimiert, da, wie erwähnt, zusätzliche Hilfsenergien erforderlich sind. Da außerdem die Vorlauftemperatur des Heizmediums auf dieSince in the known method, the heating device with a constant Operated before running temperature and this via outside temperature-dependent motor-operated mixing devices by way of the return mixture is mixed down, an outside temperature-dependent control adjustment of the heating device is achieved, but the performance figure not optimized because, as mentioned, additional auxiliary energies are required. In addition, since the flow temperature of the heating medium depends on the
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maximale Heizleistung ausgelegt sein muß, bedeutet das maximale Kompressorarbeit und hohen Verschleiß des Tferdichters mit geringerer Lebensdauer.maximum heating output must be designed, that means maximum Compressor work and high wear of the sealer with less Lifespan.
Zur Vermeidung dieser Nachteile liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betrieb der genannten Heizvorrichtung zu schaffen, mittels denen der Betriebspunkt der Heizvorrichtung direkt optimiert wird und gleichzeitig außer den erforderlichen Hilfsenergiekosten auch die Anlagekosten reduziert sind.The object of the invention is therefore to avoid these disadvantages based on creating a method and a device for operating the heating device mentioned, by means of which the operating point of the heating device is optimized directly and at the same time not only the necessary auxiliary energy costs but also the system costs are reduced.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.The features of the invention created to solve this problem result from the claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Heizvorrichtung derart zu betreiben, daß anstelle der Leistungsregelung mittels grundsätzlich verlustreicher Beimischung direkt der Betriebspunkt der Heizvorrichtung stetig oder intermittierend optimiert wird, d. h. daß beispielsweise bei einer Raumheizung die Vor laufte mperatur des Heizmediums jeweils nur auf einen solchen Wert gebracht wird, wie er bei der jeweils herrschenden Witterung erforderlich ist. Es wird daher in Abhängigkeit von der jeweils herrschenden Außentemperatur die Vorlauftemperatur des Heizmediums entsprechend de m jeweiligen Bedarf verändert, so daß auch eine der notwendigen Heizleistung entsprechende optimale Leistungsziffer erzielt wird.The invention is based on the idea of the heating device in such a way to operate that instead of the power control by means of basically lossy admixture directly the operating point of the heating device is continuously or intermittently optimized, d. H. that for example In the case of room heating, the forward temperature of the heating medium is only brought to a value that is necessary for the prevailing weather. It will therefore depend on the prevailing outside temperature, the flow temperature of the heating medium changes according to de m respective needs, so that an optimal coefficient of performance corresponding to the necessary heating output is also achieved.
Praktisch erfolgt dies dadurch, daß ein Regelgerät mit angeschlossenen Fühlern für Außentemperatur und Vorlauftemperatur des Heizmediums bei Abweichen der Vorlauftemperatur vom jeweils zugeordneten Sollwert ein stetiges oder stufiges Signal liefert, das den Betrieb der Heizvorrichtung beeinflußt. Diese Beeinflussung kann - einzeln oder in wahlweiser Kombination miteinander - entweder direkt auf die Einschaltdauer desIn practice, this is done by having a control device connected Sensors for outside temperature and flow temperature of the heating medium if the flow temperature deviates from the respectively assigned setpoint provides a steady or step signal that affects the operation of the heater. This influencing can - individually or optionally Combination with each other - either directly on the duty cycle of the
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Verdichters ausgeübt werden und/oder eine Veränderung des maximal zulässigen Verflüssigungsdrucks bzw. der maximal zulässigen Verflüssigungstemperatur des Zwischenmediums bewirken und/oder zur Änderung des Volumenstroms des Heizmediums durch den Verflüssiger herangezogen werden. Gleichzeitig ist es möglich, durch das Signal des Regelgerätes ein im Kreislauf des Primärenergieträgers vorgesehenes Förder aggregat zu beeinflussen, um dadurch die jeweils benötigte Menge der Primärenergie in Abhängigkeit von der Außentemperatur durch gegenläufige Leistungsregelung des Förderaggregates optimal anzupassen. Das vom Regelgerät gelieferte Aus gangs signal kann auch zur Steuerung von Zusatzheizungen bei bestimmten Außentemperaturspitzenwerten verwendet werden.Compressor and / or a change in the maximum permissible condensing pressure or the maximum permissible condensing temperature of the intermediate medium and / or used to change the volume flow of the heating medium through the condenser will. At the same time, it is possible, by means of the signal from the control device, to feed a unit provided in the circuit of the primary energy source to influence the required amount of primary energy depending on the outside temperature by counter-rotating Optimally adapt the power control of the delivery unit. The output signal supplied by the control device can also be used for the control can be used by additional heating at certain outdoor temperature peaks.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird im einzelnen die Vorlauftemperatur des Heizmediums außentemperaturabhängig zwischen einer höchsten und einer niedrigsten Vor lauf temperatur durch stufenlose oder stufige Umschaltung über einen Außentemperaturfühler mittels eines Temperaturregelgerätes geändert, indem dieses auf einen durch einen mit Hilfskraft angetriebenen, stufenlos oder stufig arbeitenden Temperatur- oder Druckregler wirkt, so daß dadurch mittels des entsprechend gesteuerten Verdichters der Verflüssigungsdruck bzw. die Verflüssigungstemperatur des Zwischenmediums optimal an die Vorlauftemperatur des Heizmediums angepaßt werden. Mit steigender Außentemperatur wird die Vor laufte mperatur des Heizmediums herabgesetzt und dementsprechend die jeweils erforderliche Verdichterarbeit bzw. der geförderte Primärenergiestrom sowie die gesamte Hilfsenergiezufuhr verringert, was eine Erhöhung der Leistungsziffer, eine Vergrößerung der Wartungszeiträume und eine Verlängerung der Lebensdauer des Verdichters zur Folge hat. Die Heizkosten erreichen durch dieses Verfahren einen minimalen Wert.In preferred embodiments of the invention, the flow temperature of the heating medium is depending on the outside temperature between a highest and a lowest flow temperature through stepless or step changeover via an outside temperature sensor changed by means of a temperature control device by switching this to a steplessly or steplessly driven by an auxiliary power Temperature or pressure regulator acts, so that by means of the correspondingly controlled compressor, the condensing pressure or the The condensing temperature of the intermediate medium can be optimally adapted to the flow temperature of the heating medium. With increasing outside temperature the forward temperature of the heating medium is reduced and accordingly the required compressor work or the Funded primary energy flow as well as the total auxiliary energy supply decreased, which an increase of the performance figure, an enlargement the maintenance periods and an extension of the life of the compressor. The heating costs reach through this procedure a minimum value.
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Die Anwendung eines in seinen Schaltpunkten stufig fest eingestellten Temperatur- oder Druckreglers für den Verdichter hat im übrigen gegenüber der Verwendung eines motorisch angetriebenen Druckreglers Preis- und Wartungsvorteile.The use of a fixed level in its switching points Temperature or pressure regulator for the compressor has moreover compared to the use of a motor-driven pressure regulator Price and maintenance advantages.
Da die erfindungsgemäße Heizvorrichtung ihre Leistung in Abhängigkeit von der Außentemperatur verändert und die mengenmäßig geringste Leistung bei den niedrigsten Außentemperaturen abgegeben wird, kann die Heizvorrichtung entweder mit einer regelbaren Fördereinrichtung für die Primärenergie ausgestattet sein und/oder es von Vorteil sein, die Heizvorrichtung nicht für die volle Heizleistung auszulegen, sondern nur für eine bestimmte Teilheizleistung. In den wenigen Zeiträumen, in denen höhere Heizleistungen gefordert werden und die in Mitteleuropa etwa 2 bis 8 % der Jahresheizzeit betragen, kann die Heizvorrichtung mit Zusatzheizungen ausgerüstet werden, die so ausgelegt sind, daß der Gesamtwärmebedarf gedeckt werden kann. Diese Zusatzheizungen können als Direktheizung oder als Speicherheizung, vorzugsweise in Kombination miteinander, arbeiten. Hierdurch werden mit Sicherheit ein Minimum an Anlagekosten und eine volle Ausnützung der Heizleistung erreicht.Since the heating device according to the invention changes its output depending on the outside temperature and the lowest amount of power is output at the lowest outside temperatures, the heating device can either be equipped with a controllable conveying device for the primary energy and / or it can be advantageous not to use the heating device for the to design full heating output, but only for a certain partial heating output. In the few periods in which higher heating capacities are required and which in Central Europe amount to about 2 to 8% of the annual heating time, the heating device can be equipped with additional heaters that are designed so that the total heat demand can be covered. These additional heaters can work as direct heating or storage heating, preferably in combination with one another. In this way, a minimum of system costs and full utilization of the heating power are achieved with certainty.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in:
Fig. 1 schematisch die automatische Optimierung einer Heizvorrichtung mittels Regelung der Einschaltdauer des Verdichters und/oder mittels Leistungsregulierung des Primär energie -förderaggregates;1 schematically shows the automatic optimization of a heating device by regulating the duty cycle of the compressor and / or by means of power regulation of the primary energy delivery unit;
Fig. 2 die Heizvorrichtung mit einem vom Regelgerät beeinflußten Verflüssigungsdruck- oder -temperaturregler für den Verdichter;2 shows the heating device with one influenced by the control device Condensing pressure or temperature regulators for the compressor;
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Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform, bei welcher der Verflüssigungsdruck- oder -temperaturregler in Abhängigkeit von der Außentemperatur verstellbar ist;FIG. 3 shows an embodiment modified from FIG. 2, in which the condensing pressure or temperature regulator is adjustable depending on the outside temperature;
Fig. 4 schematisch die Optimierung der Heizvorrichtung mittels Änderung des Volumenstroms des Heizmediums;4 schematically shows the optimization of the heating device by changing the volume flow of the heating medium;
Fig. 5 im Diagramm die Leistungsziffer in Abhängigkeit von der Außentemperatur bei stufenloser Regelung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung im Vergleich zur Leistungsziffer der üblichen Heizvorrichtung;Fig. 5 in the diagram, the figure of merit as a function of the Outside temperature with stepless regulation of the heating device according to the invention compared to the performance figure the usual heating device;
Fig. 6 eine Gegenüberstellung der Heizkosten einer bei konstanter Leistungsziffer arbeitenden bekannten Heizvorrichtung und der bei optimierter Leistungs ziffer arbeitenden erfindungsgemäßen Heizvorrichtung und6 shows a comparison of the heating costs with a constant Figure of performance working known heater and the heating device according to the invention and working with optimized performance figure
Fig. 7 im Diagramm die Le istungs ziffer sowie der Jahreswärmebedarf in Abhängigkeit von der Außentemperatur bei stufiger Regelung.Fig. 7 in the diagram the power factor as well as the annual heat demand as a function of the outside temperature with stepped Regulation.
Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich, weist die jeweils dargestellte Heizvorrichtung als Baubestandteile einen Verdampfer 1, einen Verdichter 2, einen Verflüssiger 3 sowie ein Expansionsventil 4 auf. Die einzelnen wärmeträger sind der Primärenergieträger 5, ein Zwischenmedium 6 sowie das Heizmedium 7, das mittels eines Förderaggregates 8, beispielsweise einer Pumpe oder eines Ventilators, im Kreislauf vom Verflüssiger 3 über als Wärmetauscher 9 ausgebildete Verbraucher transportiert wird. Das Zwischenmedium 6 wird ebenfalls im Kreislauf mittels des Verdichters 2 vom Verdampfer 1 über den Verflüssiger 3 und das Expansionsventil 4 geleitet.As can be seen from Fig. 1 to 4, the heating device shown in each case has as structural components an evaporator 1, a compressor 2, a condenser 3 and an expansion valve 4. The individual heat carriers are the primary energy carrier 5, an intermediate medium 6 and the heating medium 7, which by means of a conveyor unit 8, for example a pump or a fan, is transported in the circuit from the condenser 3 via consumers designed as a heat exchanger 9. The intermediate medium 6 is also circulated by means of the compressor 2 from the evaporator 1 via the condenser 3 and the expansion valve 4.
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Ein Regelgerät R vergleicht die von einem Temperaturfühler f2 im Vorlaufstrang des Heizmediums 7 gemessene Vorlaufisttemperatur mit einer Vor lauf Solltemperatur, die im Regelgerät R entsprechend der mittels einem Temperaturfühler f 1 gemessenen Außentemperatur ermittelt bzw. vorgegeben wird. Bei Abweichung des Vor lauf isttemperaturwertes vom Sollwert über eine gewünschte Toleranz hinaus liefert das Regelgerät R ein Signal an den Verdichter 2 im Sinne dessen Ein- und Ausschaltens, so daß dadurch die Einschaltdauer des Verdichters 2 gesteuert und damit auch unmittelbar über die hierdurch dem Zwischenmedium 6 zusätzlich zugeführte Wärmeenergie die Vorlauftemperatur des Heizmediums 7 beeinflußt wird.A control device R compares that of a temperature sensor f2 im Flow line of the heating medium 7 measured flow actual temperature with a flow target temperature, which is determined in the control device R according to the outside temperature measured by means of a temperature sensor f 1 or is specified. If the pre-run actual temperature value differs from the setpoint value beyond a desired tolerance, the control device R sends a signal to the compressor 2 in the sense of switching it on and off, so that thereby the duty cycle of the compressor 2 is controlled and thus also the flow temperature of the heating medium 7 directly via the thermal energy additionally supplied to the intermediate medium 6 as a result being affected.
Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen - jedoch lediglich dargestellt in Fig. 1 - wird im übrigen der Primärenergieträger 5 durch ein Förderaggregat 10, beispielsweise eine Pumpe oder einen Ventilator, dem Verdampfer 1 zugeleitet, wobei dieses Förderaggregat 10 in seiner Leistung verstellbar ausgestaltet und, wie in Fig. 1 angedeutet, ebenfalls durch das Ausgangs signal des Regelgerätes R derart beeinflußt werden kann, daß in Abhängigkeit von der Außentemperatur der Volumenstrom des jeweils dem Verdampfer 1 zugeführten Primärenergieträgers 5 geändert, d. h. bei sich absenkender Außentemperatur gesteigert und bei ansteigender Außentemperatur verringert wird.In all the embodiments described - but only shown in FIG. 1 - the primary energy carrier 5 is otherwise through a delivery unit 10, for example a pump or a fan, fed to the evaporator 1, this delivery unit 10 in its Performance adjustable and, as indicated in Fig. 1, also influenced by the output signal of the control device R in such a way can that depending on the outside temperature, the volume flow of the respective primary energy source 5 supplied to the evaporator 1 changed, d. H. increased with falling outside temperature and with as the outside temperature rises.
Ein weiteres Ausgangssignal des Regelgerätes R kann bei Auftreten von vorgegebenen Außentemperaturspitzenwerten eine Zusatzheizung Z stetig oder stufig beeinflussen. Hierbei ist es von Vorteil, diese Zusatzheizung Z innerhalb eines Speichers 11 vorzusehen, der den Zweck erfüllt, die Gesamtmenge, beispielsweise Gesamtwassermenge, des Heizmediums 7 zu erhöhen, um dadurch beispielsweise beim Aufbringen der erforderlichen Hilfsenergie den billigeren Nachtstrom ausnutzen zu kön-Another output signal of the control device R can occur when influence an additional heater Z continuously or in stages. It is advantageous here to provide this additional heater Z within a memory 11, which fulfills the purpose of increasing the total amount, for example total amount of water, of the heating medium 7 in order, for example, when applying the necessary auxiliary energy to be able to use the cheaper night-time electricity
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nen, die Einschalthäufigkeit des Verdichters 2 oder des Förderaggregates 10 verringern zu können und den Tagesenergiespitzenverbrauch bzw. die zu den betreffenden Tageszeiten gegebenenfalls stattfindenden Abschaltungen vermeiden zu können.nen, the switch-on frequency of compressor 2 or the delivery unit 10 and the daily peak energy consumption or the to be able to avoid shutdowns that may take place at the relevant times of the day.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Einschaltdauer des Verdichters 2 durch einen Verflüssigungsdruckregler P1 bestimmt, auf dessen stufenlos oder stufig einstellbaren Schaltpunkt das Regelgerät R einwirkt. Statt dessen kann mit Vorteil auch ein Verflüssigungstemperaturregler T1 zur Anwendung gelangen, der nicht nur billiger als ein Verflüssigungsdruckregler ist, sondern auch in seiner Ansprechgenauigkeit - wie erwünscht - eine größere Bandbreite aufweist, so daß in Heizungsübergangsperioden das Einschalten des Verdichters 2 nicht allzu häufig erfolgt. Im übrigen kann bei einem solchen Verflüssigungstemperaturregler T1 die jeweilige Schwankungsbreite der Ansprechgenauigkeit einfacher als bei einem Verflüssigungsdruckregler vorgewählt werden, unabhängig davon, ob die Schwankungsbreite der Temperaturdifferenz, innerhalb der kein Ansprechen erfolgen soll, 6 ° oder 1° C betragen soll. Im übrigen kann aus Sicherheitsgründen einem derartigenRegelungssystem ein Druckwächter übergeordnet sein.In the embodiment according to FIG. 2, the duty cycle of the compressor 2 is determined by a condensing pressure regulator P 1 , on whose steplessly or steplessly adjustable switching point the control device R acts. Instead, a condensing temperature controller T 1 can be used with advantage, which is not only cheaper than a condensing pressure controller, but also has a wider range in its response accuracy - as desired - so that the compressor 2 is not switched on too often in heating transition periods . In addition, with such a condensing temperature controller T 1, the respective fluctuation range of the response accuracy can be preselected more easily than with a condensing pressure controller, regardless of whether the fluctuation range of the temperature difference within which no response is to be 6 ° or 1 ° C should be. Furthermore, for safety reasons, a pressure monitor can be superordinate to such a control system.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist ebenfalls wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 eine Regelung über den Verflüssigungsdruckbzw, -temperaturregler vorgesehen, jedoch wird hier die Veränderung des jeweils vorzusehenden Schaltpunktes des vorgesehenen Verflüssigungsdruckregler P„ oder des vorgesehenen Verflüssigungstemperaturreglers T„ ohne Hilfskraft mittels eines in Abhängigkeit von der Außentemperatur arbeitenden Dehnstoffühlers f3 bewirkt.The embodiment according to FIG. 3 is also the same as in the embodiment According to FIG. 2, regulation via the condensing pressure or temperature controller is provided, but here the change is made the switching point to be provided for the intended condensing pressure regulator P "or the intended condensing temperature regulator T "without assistance by means of a depending on the outside temperature working expansion material sensor f3 causes.
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,Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird das AusgangssignaL des Regelgerätes R zur Veränderung des Volumenstroms des Heizmediums verwendet. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Regelgerätes R mit dem regelbar ausgestalteten Förderaggregat 8 für das Heizmedium 7 oder, wie gestrichelt angedeutet, mit einem motorbetätigten Drosseventil MV für das Zwischenmedium 7 verbunden.In the embodiment according to FIG. 4, the output signal of the Control device R is used to change the volume flow of the heating medium. For this purpose, the output of the control device R is included the controllably configured delivery unit 8 for the heating medium 7 or, as indicated by dashed lines, connected to a motor-operated throttle valve MV for the intermediate medium 7.
Aus dem Diagramm gemäß Fig. 5, bei dem die Leistungsziffer e normai einer bekannten Heizvorrichtung sowie die Leistungsziffer ε . einer der beschriebenen Heizvorrichtungen gemäß Fig. 1 bis 4 in Abhängigkeit von der Außentemperatur aufgetragen sind, ergibt sich deutlich, welches Ausmaß an Optimierung erreicht werden kann und welcher wirtschaftliche Erfolg hiermit verbunden ist. Hierbei entspricht die zwischenFrom the diagram according to FIG. 5, in which the coefficient of performance e norma i of a known heating device and the coefficient of performance ε. One of the heating devices described according to FIGS. 1 to 4 are plotted as a function of the outside temperature, it becomes clear what degree of optimization can be achieved and what economic success is associated with this. The between
der Kurve ε . und der Kurve ε , senkrecht gestrichelte Flächethe curve ε. and the curve ε, vertical dashed area
opt. normalopt. normal
der durch die optimierte Heizvorrichtung zusätzlich aufgebrachten Heizenergie, wobei die Kurve ε . einer stufenlosen oder stetigen Optimierung entspricht, die hi er beispielsweise mit der Heizvorrichtung gemäß Fig. 1 oder 4 erreicht wird.the additional heating energy applied by the optimized heating device, with the curve ε. corresponds to a stepless or continuous optimization, which here, for example, with the heating device according to Fig. 1 or 4 is achieved.
Anhand der Heizkostengegenüberstellung gemäß Fig. 6, bei der die Heizkosten einer mit ε = konstant betriebenen bekannten Heizvorrichtung mit 100 % angesetzt sind, ergibt sich weiterhin, daß mittels der durch das beschriebene Verfahren optimierten Heizvorrichtung 23, 75 % Heizkosten, bezogen auf die langjährigen Jahresmitteltemperaturen, eingespart werden können.Based on the comparison of heating costs according to FIG. 6, in which the heating costs of a known heating device operated with ε = constant are set at 100% , it also emerges that by means of the heating device 23 optimized by the method described, 75% heating costs, based on the long-term annual mean temperatures , can be saved.
Anhand von Fig. 7 ergibt sich weiterhin deutlich der Verlauf der optimierten Leistungsziffer in Abhängigkeit von der Außentemperatur bei stufig arbeitenden Reglern. Diese Darstellung zeigt in besonderem Maß, daß sich gerade in demjenigen Bereich der Außentemperaturen, die überwiegend in Mitteleurop herrschen, eine besonders günstige Wirtschaftlich-On the basis of FIG. 7, the course of the optimized performance figure as a function of the outside temperature at stepped also clearly emerges working controllers. This representation shows to a particular extent that especially in that range of outside temperatures that predominantly prevail in Central Europe, a particularly favorable economic
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keit aufgrund der jeweils optimierten Le istungs ziffer in Verbindung mit der langen Laufzeit der einzelnen Bauteile der Heizvorrichtung ergibt. Das bedeutet, anders ausgedrückt, daß die im Bereich von - 15 bis - 5° C Außentemperatur auftretende niedrige Le istungs ziffer nur etwa 3,2% des Jahresheizungswärmebedarfs ausmacht, während, wie anhand der gestrichelten Jahreswärmebedarfskurve ersichtlich, die stufig optimiertedue to the respectively optimized performance figure in connection with the Long running time of the individual components of the heating device results. In other words, this means that the temperature ranges from -15 to -5 ° C The low power factor occurring outside temperature only accounts for around 3.2% of the annual heating demand, while, as shown by the The dashed annual heat demand curve can be seen, which has been optimized in stages
Opi.Grandpa
tritt. Hieraus erklärt sich, daß aufgrund der Optimierung der Leistungsziffer bei Verwendung gleicher Grundgeräte außerordentlich große Heizkosteneinsparungen erzielt werden können. Anhand der Darstellung von Fig. ? kann auch gefolgert werden, daß mit dem beschriebenen Optimierungsverfahren aufgrund der erzielten höheren Leistungs ziffern auch eine höhere Wärmeleistung der Heizvorrichtung erreicht wird, so daß diese in ihrer maximalen Bemessung kleiner dimensioniert und installiert werden kann als eine bekannte Heizvorrichtung, die nach dem gleichen Prinzip, jedoch ohne die beschriebene Optimierung arbeitet.occurs. This explains why extremely large savings in heating costs can be achieved due to the optimization of the coefficient of performance when using the same basic devices. Based on the representation of Fig.? It can also be concluded that with the optimization method described, due to the higher performance figures achieved, also a higher heat output of the heating device is achieved, so that it is dimensioned and installed smaller in its maximum dimension can be considered a known heating device that works on the same principle, but without the optimization described.
Im übrigen ist es auch selbstverständlich möglich, sämtliche der beschriebenen Ausführungsformen - sei es nun Verfahren oder Vorrichtung -wahlweise einzeln oder insgesamt miteinander zu kombinieren.In addition, it is of course also possible to combine all of the described embodiments - be it method or device - either individually or as a whole.
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