DE2947820C2 - Wärmepumpenanordnung, insbesondere für Gebäudeheizung, mit einer motorisch betriebenen Wärmepumpe und einem Drehzahlregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dabei kann es sich um eine elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch angetriebene Wärmepumpe handeln.

Eine derartige Wärmepumpenanordnung mit kontinuierlicher Regelung der von ihr abgegebenen Wärmeleistung ist aus der DE-OS 26 33 775 bekannt. Gegenüber Wärmepumpenanordnungen niit diskontinuierlicher Regelung, nämlich durch Ein- und Ausschalten der Wärmepumpe, wie sie beispielsweise in der DE-AS 26 38 357 beschrieben sind, bietet eine Wärmepumpenanordnung mit kontinuierlicher Regelung den Vorteil eines günstigeren Wirkungsgrads, da ein dauerndes erneutes Anfahren der Wärmepumpe vom Prinzip her nicht erforderlich ist.

Bekanntlich ist die Wärmespreizung, also der Unterschied zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur, von einer Bezugstemperatur, insbesondere der Temperatur des Wärme abgebenden Mediums, also beispielsweise der Außentemperatur oder der Tempera lur eines Gewässers, und der Temperatur in dem an die Wärmepumpenanordnung angeschlossenen Objekt abhängig. Bei dem bevorzugten Einsatzfall der Erfindung ist das Objekt eine Gebäudeheizung. In diesem Falle ist der Verlauf der Wärmespreizung über der Außentemperatur also so festgelegt, daß sich bei jeder vorkommenden Außentemperatur, die einen Betrieb der Wärmepumpe erfordert, gerade diejenige Wärmespreizung einstellt, die eine gewünschte Raumtemperatur in dem Gebäude sicherstellt. Die Übereinstimmung von Sollwert und Istwert der der jeweiligen Außentemperatur zugehörigen Temperaturspreizung wird sichergestellt durch Einstellung eines bestimmten Drehzahlwertes des Motors der Wärmepumpe durch den Regler.

Diese bekannte Wärmepumpenanordnung setzt aber

voraus, daß in dem an die Wärmepumpenanordnung angeschlossenen Objekt, in dem betrachteten Beispiel also in der Gebäudeheizung, keine den Wärmeleistungsbedarf des Objekts betreffenden Veränderungen erfolgen. Betrachtet man wieder zur Veranschaulichung dieser Problematik den Fall einer Gebäudeheizung, so setzt der vorgegebene Verlauf der Temperaturspreizung über der Außentemperatur beispielsweise voraus, daß sämtliche Heizkörper der Gebäudeheizung eingeschaltet sind. Werden dagegen einzelne Heizkörper abgeschaltet, so liefert die bekannte Wärmepumpenanordnung dieselbe Wärmeleistung wie vorher, so daß der Zusammenhang zwischen der Temperatur in den übrigen Räumen des Gebäudes einerseits und dem Verlauf der Temperaturspreizung über der Außentemperatur andererseits »gestört« ist: Die Temperatur in denjenigen Räumen des Gebäudes, deren Heizkörper nicht abgeschaltet sind, steigt über den für die Bestimmung des Verlaufs der Temperaturspreizung angesetzten Temperaturwert. Umgekehrt kann beispielsweise durch eine Beschädigung der Wärmeisolation des Gebäudes die durch die Wärmepumpenanordnung zugeführte Wärmeleistung nicht mehr ausreichen, obwohl der Motor mit derjenigen Drehzahl betrieben wird, die der für die betreffende Außentemperatur vorgesehenen Temperaturspreizung zugeordnet ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die unter Beibehalt des vorteilhaften Prinzips der kontinuierlichen Regelung Veränderungen des angeschlossenen Objekts berücksichtigt, die Einfluß auf den Wärmebedarf desselben haben.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie bei unverändertem Objekt mit der günstigen kontinuierlichen Regelung arbeitet und allenfalls — aber auch dann nicht notwendigerweise — eine diskontinuierliche Regelung vorsieht, wenn die Vorlauftemperatur infolge von Veränderungen des Objekts außerhalb der Temperaturspreizung bei der jeweiligen Bezugstemperatur, z. B. der Außentemperatur, liegt.' Liegt die Vorlauftemperatur oberhalb der Temperaturspreizung, so kann eine Abschaltung des Motors und damit der Wärmepumpe erfolgen, im anderen Falle erfolgt eine Erhöhung der Motordrehzahl. Da im erstgenannten Fall nicht notwendigerweise die Drehzahlverminderung bis zur Drehzahl Null zu erfolgen braucht, sondern auch eine endliche Drehzahlverringerung ausreichen kann, wird auch bei der erfindungsgemäßen Berücksichtigung von Veränderungen des angeschlossenen Objekts die den Wirkungsgrad der Wärmepumpe verringernde Stillsetzung nebst erneutem Anlauf des Motors vermieden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß zu ihrer Realisierung handelsübliche Fühler und Regler Einsatz finden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert, von denen

Fig. 1 ein Temperaturdiagramm zur Erläuterung der vorliegenden Verhältnisse beinhaltet und

Fig. 2 schematisch das Ausführungsbeispiel der Wärmepumpenanordnung darstellt.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so sind dort die Vorlauftemperatur Π und die Rücklauftemperatur 72

über der Temperatur 73 des Wärme abgebenden Mediums, also beispielsweise bei einer Gebäudeheizung der Außenluft, aufgetragen. Nimmt man als Beispiel wieder an, daß die Wärmepumpenanordnung zum Betrieb einer angeschlossenen Gebäudeheizung mit mehreren Heizkörpern dient, so sind der Verlauf der beiden Temperaturen Π und 72 über der Außentemperatur 73 und damit auch der Verlauf der Temperaturspreizung 71 minus 72 vorgegeben durch die wärmetechnischen Anforderungen des zu heizenden Gebäudes.

Die Drehzahl des Motors der Wärmepumpenanordnung wird nun durch den Regler stetig so eingestellt, daß die der jeweiligen Außentemperatur 73 zugeordnete Temperaturspreizung erzielt wird. Da die Kursen für 71 und T2 von vorgegebenen Verhältnissen in dem zu heizenden Gebäude ausgehen, besteht trotz dieser kontinuierlichen Regelung über die Motordrehzahl die Möglichkeit, daß die Vorlauftemperatur Ti oberhalb (Vorlauftemperatur TV) oder unterhalb (Vor'.auftemperatur Ti") der der jeweiligen Außentemperatur zugehörigen Temperaturspreizung T liegt. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt.

Betrachtet man nun Fig. 2, so ist bei 1 schematisch die Wärmepumpe, beispielsweise bestehend aus Kompressor nebst Antriebsmotor und Verdampfer, angedeutet. Derartige Wärmepumpen haben einen an sich bekannten Aufbau, so daß hierauf nicht eingegangen zu werden braucht. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß es sich sowohl um eine verbrennungsmotorisch als auch um eine elektromotorisch betriebene Wärmepumpe handeln kann.

Wie bereits dargelegt, wird durch einen Regler 2 die Drehzahl des Motors der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur 73, die mittels des Temperaturfühlers 3 erfaßt wird, so eingestellt, daß der Istwert der der jeweiligen Außentemperatur 73 zugeordneten Temperaturspreizung mit dem vorgegebenen Wert zusammenfällt (vgl. Fig. 1). Zur Berücksichtigung von Änderungen der angeschlossenen Gebäudeheizung 4, die Auswirkung auf den Wärmeleistungsbedarf derselben haben, werden dem Regler auch die Vorlauftemperatur 71 und die Rücklauftemperatur 72 A'iedergebcndc Signale zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel dienen hierzu Temperaturfühler 5 und 6 an den beiden Enden des Speichers 7 für das Wärmeirägermedium der Wärmepumpenanordnung, also in der Regel Wasser. Dieser Speicher 7 ist eingeschaltet zwischen Vorlauf 8 und Rücklauf 9; im Strömungskreis können weitere, an sich bekannte Einrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise eine Umwälzpumpe 10. Eine entsprechende Umwälzpumpe 11 findet sich ferner in der Verbindungsleilung zur Wärmepumpe, die auch mit einem Druckausgleichsgefäß i2 ausgerüstet ist.

Normalerweise regelt der Regler 2 also die Motordrehzahl gemäß der jeweils vorliegenden Außenlemperat'jr 73 so ein, daß sich die vorgegebene Temperaturspreizung einstellt. Außerdem vergleicht der Regler 2 ständig den tatsächlichen Wert der Vorlauftemperatur 71 mit den der jeweiligen Außentemperatur 73 zugeordneten Werten von 71 und 7"2, also der Temperaturspreizung. Sobald die Vorlauftemperatur 71 einen außerhalb der Spreizung liegenden Temperaturen, wie bei TV und 71" in F i g. 1 angedeutet, annimm , erfolgt eine Drehzahlabsenkung oder Drehzdhlvergrößerung des Motors der Wärmepumpe 1, bis die Vorliuftemperatur 71 wieder in ihrem vorgeschriebenen Bereich liegt.

Als Bezugstemperatur braucht nicht notwendigerweise die Temperatur des Wärme abgebenden Mediums zu dienen. Beispielsweise bei einer Gebäudeheizung mit einer Wärmepumpe, die Wärme einem Gewässer oder Abfällen entnimmt, wird die Bezugstemperatur die Lufttemperatur In der Umgebung des Gebäudes scm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wärmepumpenanordnung, insbesondere für Gebäudeheizung, mit einer motorisch betriebenen Wärmepumpe und einem Regler für die Motordrehzahl in Abhängigkeit von einer Bezugstemperatur, insbesondere der Außentemperatur, wobei sich eine Temperaturspreizung, also eine Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur, in Abhängigkeit von der Bezugstemperatur und einer gewünschten, durch die Wärmepumpenanordnung zu erzielenden Temperatur ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (2) ferner Signale über Vorlauf- und Rücklaufiemperatur (Ti, 72) zugeführt werden zur Gewinnung von Drehzahlsteuersignalen für den Motor bei. Vorlauftemperaturen (TY, Tl"), die außerhalb der der jeweiligen Bezugstemperatur (T3) zugeordneten Temperaturspreizung (T) liegen.

?. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlsteuersignale bei oberhalb der Temperaturspreizung (T) liegenden Vorlauftemperaturwerten (T Y) Abschaltsignale für den Motor sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler (5, 6) für Vorlauf- und Rücklauftemperatur (Ti, 72) am oberen bzw. unteren Ende eines zwischen Vorlauf (8) und Rücklauf (9) liegenden Speichers (7) für das Wärmeträgermedium angeordnet sind.