DE3036082C2 - Steuereinrichtung für eine Wärmepumpe mit geschlossenem Kältemittelkreislauf - Google Patents

Steuereinrichtung für eine Wärmepumpe mit geschlossenem Kältemittelkreislauf

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Description

des konditionierten Raumes 10 einzustellen. Des weiteren ist ein Thermostat 37 vorgesehen, um die eine niedrigere Nachtzeit-Solltemperatur des Raumes 10 einzustellen. Der Einstellungspunkt am Thermostaten 36 wird durch eine Temperatureinstelleinrichtung 35, die aus einem Zeitgeber 39 und einer Schalteinrichtung 45 besteht, unter der Steuerung des Mikroprozessors 38 mit dem Programm 40 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt des Tages auf die Tageszeit-Solltemperatur am Thermostaten 37 umgeschaltet Bei Heizbetrieb beträgt die Tageszeit-Solltemperatur beispielsweise 210C, während die Nachtzeit-Solltemperatur 13°C beträgt In einem Geschäftsgebäude oder einer Fabrik wird die Nachtrückstellung normalerweise irgendwann zwischen 1.00 Uhr nachts und 6.00 Uhr morgens vorgenommen, wenn sich keine Personen in dem konditionierten Raum befinden. 6.00 Uhr morgens wird der Nachteinstellungspunkt automatisch auf den Tageinstellungspunkt umgeschaltet, und zwar vor der Zeit, zu der das Gebäude besetzt wird. Ein vorgegebenes Zeitintervall wird ausgewählt, innerhalb dem die gemessene Ist-Temperatur des konditionierten Raumes den neuen höheren Einstellpunkt erreichen soll, beispielsweise in einer Zeitdauer von 1 xh Stunden. Mit anderen Worten, es ist wünschenswert, daß die Temperatur 21°C nicht später als 730 Uhr erreicht
Während dieser Zeitdauer zwischen 6.00 Uhr und 7.30 Uhr wird die elektrische Zusatzheizung 41 nicht eingeschaltet, wenn die Kapazität der Wärmepumpe ausreichend groß ist, so daß die Innentemperatur anwächst und man davon ausgehen kann, daß die gemessene Ist-Temperatur in dem Raum 10 die Tageszeit-Solltemperatur um 7.30 Uhr erreicht Dies wird dadurch erreicht, daß die Temperatur des Raumes 10 in gleichmäßigen Zeitintervallen überwacht wird, beispielsweise jede fünf Minuten, und indem diese Temperatur mit einer entsprechenden errechneten Temperatur verglichen wird. Wenn die gemessene Ist-Temperatur über zwei aufeinanderfolgende Stichzeiten geringer bleibt als die für eine spezielle Stichzeit errechnete Temperatur, ist dies eine positive Anzeige dafür, daß man nicht erwarten kann, daß die Temperatur des Raumes den Sollwert innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalles erreicht. Nur in diesem Falle wird eine erste Stufe 41a der elektrischen Zusatzheizung 41 eingeschaltet. Wenn dies noch nicht ausreicht, daß die Temperatur des Raumes 10 den Sollwert um 7.30 Uhr erreicht, werden eine zweite und dritte Stufe 41 b und 41c der Zusatzheizung 41 nacheinander eingeschaltet, und zwar nach der dritten und vierten aufeinanderfolgenden Stichzeit. Alle Stufen der Zusatzheizung 41 werden abgeschaltet, wann immer die ansteigende Ist-Temperatur ausreichend groß ist, um den gewünschten Aufheizgrad sicherzustellen.
Das Ausgangssignal eines Digitalfilters 52, das zu dem Fehlersignal eines Summierers 44 proportional ist, der die gemessene Ist-Temperatur und die Soll-Temperatur miteinander vergleicht, wird einem Funktionsblock 56 zugeführt, um zu bestimmen, ob der Kompressor mit mindestens 100% seiner Nenndrehzahl arbeitet, bevor der Betrieb der elektrischen Zusatzheizung 41 freigegeben wird. Wenn dieses Kriterium in bezug auf die Kompressordrehzahl erfüllt ist, werden die Stufen der elektrischen Zusatzheizung unmittelbar durch das Fehlersignal gesteuert. Die typische Betriebsweise der Stufen 41a bis 41c bei Steuerung durch den Mikroprozessor 38 ist in F i g. 2 dargestellt. Wie man der Figur entnehmen kann, wird die Nachtzeit-Solltemperatur Sp 1 bei dieser bevorzugten Aiisführungsform 6.00 Uhr morgens auf die Tageszeit-Solltemperatur Sp 2 umgeschaltet, beispielsweise von 13°C auf 21°C. Es wurde festgestellt daß zur Erreichung eines minimalen Energieverbrauches bei noch angemessenen Wiederaufheizgraden die Zusatzheizung nicht eingeschaltet werden sollten, solange die gemessene Ist-Temperatur bei einer vorgegebenen Stichzeit nach Kurve A über einem errechneten Wert liegt Genauer gesagt solange die gemessene Ist-Temperatur, wie beispielsweise MTI bei der Stichzeit ίο Ti in Fig.2, der errechneten Temperatur, wie beispielsweise CTl bei der Stichzeit Tl, entspricht oder über dieser liegt sollte die Zusatzheizung 41 nicht eingeschaltet werden. Dies deshalb, weil die gemessene Ist-Temperatur ansteigt und man davon ausgehen kann, daß sie die Tageszeit-Solitemperatur innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalles erreicht d. h. innerhalb 1' h Stunden oder um 730 Uhr.
Wenn man davon ausgeht, daß die gemessene Ist-Temperatur bei T\ nur MTI und somit geringer als CTl ist, wird noch keine Zusatzwärme aktiviert bis ein weiteres Intervall T2 abgelaufen ist. wo die gemessene Temperatur MT3 wieder geringer ist als die entsprechende neu errechnete Temperatur CT2. Wenn zu der zweiten Stichzeit Γ2 die gemessene Temperatur auf MTA angestiegen ist, wird keine Zusaizwärme zugeführt Bei einem Wert der gemessenen Temperatur von MTZ zur Stichzeit Γ2 wird eine erste Stufe 41a der elektrischen Zusatzheizung 41 eingeschaltet. Wenn bei der nächstfolgenden Stichzeit Γ3 die gemessene Temperatur MT5 noch unter der entsprechenden errechneten Temperatur CT3 liegt, wird die zweite Stufe 41 b der elektrischen Zusatzheizung 41 eingeschaltet. Wenn zum Zeitpunkt TA die gemessene Temperatur ΜΤβ geringer ist als die entsprechende errechnete Temperatur CT4, wird die dritte Stufe 41c aktiviert. Wenn irgendeine Anzahl der Stufen der elektrischen Zusatzheizung eingeschaltef ist und wenn die Ist-Temperatur der errechneten Temperatur gleicht oder über dieser liegt, werden alle Stufen der Zusatzheizung abgeschaltet. Der Vorgang des Wiedereinschaltens der Zusatzheizung wird wie vorstehend beschrieben wiederholt, um das Aufheizmaß entlang der errechneten Linie der F i g. 2 zu halten.
Obwohl nur drei Stufen der elektrischen Zusatzheizung dargestellt sind, kann eine beliebige Anzahl von Stufen Anwendung finden, um auf die gewünschten Temperaturbedingungen des Raumes einzuwirken. Es versteht sich des weiteren, daß die Steuerung der Zusatzheizung durch das Abwarten von zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen auf beliebige Art und Weise geändert werden kann. Die Intervalle weisen normalerweise einen gleichen Abstand voneinander auf und können beliebig lang sein, beispielsweise fünf Minuten. Es ist offensichtlich, daß die Anstieg-Geschwindigkeit der ν, Ist-Temperatur von der Außentemperatur abhängt. Folglich ist innerhalb der Steuereinrichtung 32 eine Einstelleinrichtung 58 vorgesehen, um die Aktivierung der elektrischen Zusatzheizung 41 absolut zu verhindern, wenn die Außentemperatur über einem vorgegebenen Wert liegt, beispielsweise über 10° C. Dies deswegen, weil die Wärmepumpe immer in der Lage sein wird, die Temperatur des Raumes ohne Hilfe der elektrischen Zusatzheizung zu erhöhen, wenn die Außentemperatur über 10'C liegt. Ein Thermistor 60 ist vorgesehen, um ein elektrisches Analogsignal zu erzeugen, das der atmosphärischen Außentemperatur entspricht. Dieses Signal wird über einen A/D-Umsetzer 62 der Einstelleinrichtung 58 zugeführt. Der Ausgang der Einstelleinrich-
lung 58 wird als weiterer Eingang in den l'unktionsblock
eingegeben.
Alle Stufen der elektrischen Zusat/hci/ung werden
abgeschaltet, wenn die gemessene Ist-Temperatur bei
einer vorgegebenen Stichzeit hoch genug ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
10
15

Claims (1)

36 082 t . 2 zeit Die Zusatzheizung wird in Abhängigkeit von der Patentansprache: Außentemperatur zu- und abgeschaltet, wobei die Zusatzheizung bei sehr niedrigen Außentemperaturen die
1. Steuereinrichtung für eine zum Heizen eines gesamte Heizleistung übernimmt. Bei Steuereinrichtun-Raumes dienende Wärmepumpe mit geschlossenem 5 gen dieser Gattung entstehen Schwierigkeiten, wenn sie Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor, einen selbsttätig von einen Nachtzeit-Solltemperatur auf eins Kondensator, eine Expansionsvorrichtung und einen Tageszeit-Solltemperatur umgeschaltet werden. Hat Verdampfer enthält, und einer mindestens dreistufi- nämlich die Zusatzheizung eine relativ kleine Hdzleigen elektrischen Zusatzheizung, bestehend aus ei- stung, so dauert es bei sehr niedrigen Außentemperatunem Temperaturfühler, der ein der Raum-Isttempe- io ren relativ lange, bis die Tageszeit-Solitemperatur erratur entsprechendes Raumtemperatursignal er- reicht ist Hat die Zusatzheizung jedoch eine relativ hozeugt, einem Temperaturfühler, der ein der Außen- he Heizleistung, so besteht die Gefahr, daß bei weniger temperatur entsprechendes Außentemperatursignal niedrigen Außentemperaturen am Morgen nach dem erzeugt, einer Temperatureinstellvorrichtung, die zu Umschalten unnötig viel Heizleistung abgegeben wird, unterschiedlichen Tageszeiten zwei unterschiedliche 15 was sich entsprechend auf den Energieverbrauch aus-Raum-Solltemperaturen vorgibt, und einer Steuer- wirkt
schaltung, die in Abhängigkeit von der Raum-Ist- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steutemperatur, der Außentemperatur und der Raum- ereinrichtung der angegebenen Gattung so weiterzubil-ScJ'.temperatur die Zusatzheizung stufenweise zu- den, daß sie nach dem selbsttätigen Umschalten von der und abschaltet, wobei der Temperatureinstellvor- 20 Nachtzeit-Solltemperatur auf die Tageszeit-Solltemperichtung (35) eine Schalteinrichtung (45) zugeordnet ratur das Aufheizen des Raumes in möglichst energieist die selbsttätig zu einem vorgegebenen Zeitpunkt sparender Weise steuert
am Morgen von einer Nachtzeit-Solltemperatur Dies wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa-
(SPi) auf eine Tageszeit-Solltemperatur (SP2) um- tentanspruches 1 im einzelnen beschriebenen Maßnah-
schaltet dadurch gekennzeichnet, daßdie 25 menerreicht
Steuerschaltung (32) durch eine Datenverarbei- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in tungseinrichtung (38) so gesteuert ist daß sie ein den Unteransprüchen angegeben, unmittelbar auf den vorgegebenen Zeitpunkt am Die erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinrichtung Morgen folgendes Zeitintervall vorgibt innerhalb sorgt dafür, daß der Raum innerhalb eines vorgegebedessen die Raumtemperatur auf die Tageszeit-Soll- 30 nen Zeitintervalle auf die Tageszeit-Solltemperatur auftemperatur angehoben werden soll, und daß die an- geheizt wird. Hierbei wird die Zusatzheizung nur dann steigende Raumtemperatur zu vorgegebenen Stich- eingeschaltet, wenn die Wärmepumpe allein nicht auszeiten innerhalb des Zeitintervalls mit einem ent- reicht um den Raum innerhalb des vorgegebenen Zeitsprechenden errechneten Wert verglichen wird, der intervalles auf die Tageszeit-Solltemperatur zu erwärdie Temperatur darstellt die zur Stichzeit erreicht 35 men. Zu diesem Zweck wird die Raum-Isttemperatur zu sein sollte, damit die Raumtemperatur die Tageszeit- vorgegebenen Stichzeiten innerhalb des Zeitintervalles Solltemperatur bis zum Ende des Zeitintervalles er- mit einem jeweils entsprechenden errechneten Wert reicht, wobei zunächst eine erste Stufe (a) der Zu- verglichen. Dieser Wert stellt diejenige Temperatur dar, satzheizung (41) aktiviert wird, wenn die Raumtem- der zur Stichzeit erreicht sein sollte, damit die Raumperalur zu zwei aufeinanderfolgenden Stichzeiten 40 temperatur die Tageszeit-Solltemperatur bis zum Ende kleiner als der jeweils zugehörige errechnete Wert des Zeitintervalls erreicht. Je nach Ergebnis dieses Verist, und dann die zweite Stufe (b) der Zusatzheizung gleiches werden die einzelnen Stufen der Zusatzheizung (41) aktiviert wird, wenn die Raumtemperatur zu zugeschaltet. Hierdurch läßt sich der Energieverbrauch einer darauffolgenden Stichzeit immer noch kleiner im Vergleich zu vorbekannten Steuereinrichtungen beals der zuhörige errechnete Wert ist. 45 trächtlich absenken, und dennoch ist sichergestellt, daß
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch der Raum am Morgen nach dem Umschalten in der gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (32) einen gewünschten Zeit die vorgegebene Solltemperatur erSummierer (44) umfaßt, der zur Bereitstellung eines reicht.
Fehlersignales die Raum-Isttemperatur mit der Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol-
Raum-Solltemperatur vergleicht. 50 gend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- zeigt
durch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungs- F i g. 1 ein schematisches elektrisches Blockdiagramm
einrichtung ein Mikroprozessor (38) ist. einer Wärmepumpe und eines Kältemittelkreislaufs und
4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehen- F i g. 2 eine graphische Darstellung, die den Betrieb den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 55 der Steuereinrichtung zeigt
Temperaturfühler Thermistoren (34,60) sind. Obwohl der gesamte Kältemittelkreislauf in Fig. J
dargestellt ist, werden nur die Merkmale der Steuereinrichtung zum Betreiben einer elektrischen Zusatzhei-
zung 41 unter Steuerung eines Mikroprozessors 38 mit
60 einem Programm 40 im einzelnen erläutert Die Betriebsweise der Steuereinrichtung kann am besten in Verbindung mit dem in F i g. 2 dargestellten Diagramm
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung nach erläutert werden. Dem Fachmann ist klar, daß die in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. F i g. 2 dargestellten Betriebseigenschaften unmittelbar
Eine Steuereinrichtung dieser Gattung ist aus der 63 in den Mikroprozessor 38 programmiert werden kön-DE-OS 25 17 610 bekannt. Diese Steuereinrichtung be- nen.
rücksichtigt bei der Steuerung der Wärmepumpe und Wie man Fig. 1 entnehmen kann, wird ein Thermos-
der Zusatzheizung die Niedertarifzeit und Hochtarif- tat 36 dazu eingesetzt, eine Tageszeit-Solltemperatur
DE3036082A 1979-09-28 1980-09-25 Steuereinrichtung für eine Wärmepumpe mit geschlossenem Kältemittelkreislauf Expired DE3036082C2 (de)

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