DE3108078A1 - Method for regulating a heat pump heating installation - Google Patents
Method for regulating a heat pump heating installationInfo
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Abstract
Description
Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft
1-1803 27.02.811-1803 02/27/81
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer mit einer Wärmepumpe und einem konventionellen Heizwassererzeuger bivalent betriebenen Heizungsanlage mit einem vorzugsweise in nur einer Ebene verlegten großflächigen Wärmetauscher, vorzugsweise einem als Dach oder Fassade ausgebildeten Wärmetauscher, in dem durch die Umgebungsenergie ein Arbeitsmedium vorzugsweise ein Wasser-Glykolgemisch aufgewärmt wird, das seine aufgenommene Energie an die Wärmepumpe abgibt und bei der die Wärmepumpe und/ oder der konventionelle Heizwassererzeuger beispielsweise ein mit Öl oder Gas betriebener Brenner beim Unterschreiten bzw. Überschreiten einer bestimmten einstellbaren Temperatur ein- oder ausgeschaltet wird.The invention relates to a method for regulating a system with a heat pump and a conventional heating water generator Bivalent heating system with a large area, preferably laid in only one level Heat exchanger, preferably a heat exchanger designed as a roof or facade, in which a working medium, preferably a water-glycol mixture, is generated by the ambient energy is warmed up, which releases its absorbed energy to the heat pump and in which the heat pump and / or the conventional heating water generator, for example a burner operated with oil or gas, if the value falls below the limit or exceeding a certain adjustable temperature is switched on or off.
Bei der Nutzung der Wärmequelle Luft mittels einer Wärmepumpe ist der wirtschaftliche Betrieb auf Lufttemperaturen von über 0 C beschränkt. Bei tieferen Außentemperaturen geht üblicherweise ein konventioneller Wärmeerzeuger in Betrieb.When using the air as a heat source by means of a heat pump, economic operation is based on air temperatures limited by over 0 C. At lower outside temperatures, a conventional heat generator is usually used Operation.
Die Umschaltung von Wärmepumpenbetrieb auf Kesselbetrieb und zurück wird bei Luftwasserwarmepumpenanlagen üblicherweise durch einen Außentemperaturfühler ausgelöst.Switching from heat pump operation to boiler operation and back is common in air-water heat pump systems triggered by an outside temperature sensor.
Bei Erreichen einer einstellbaren Temperatur von beispielsweise 0 C wird vom Wärmepumpenbetrieb auf Kesselbetrieb umgeschaltet. Um einen Taktbetrieb zwischen der Wärmepumpe und dem Kessel zu vermeiden-, erfolgt die Rückschaltung erst bei einer höheren Außentemperatur, zum Beispiel 8 Kelvin höher.When an adjustable temperature of, for example, 0 C is reached, the heat pump operation switches to boiler operation switched. In order to avoid cyclical operation between the heat pump and the boiler, the switch back takes place first at a higher outside temperature, for example 8 Kelvin higher.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem der Ausnutzungsgrad von Wärmepumpen, die der Umgebung Energie über einen im wesentlichen in nur einer Ebene verlegten großflächigen Wärmetauscher entziehen, zu verbessern.The present invention is based on the object of specifying a method with which the degree of utilization of heat pumps, the energy of the surroundings via a large-area heat exchanger that is essentially laid in only one level deprive, improve.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umschaltung durch Messung der Temperatur des Arbeitsmediums und/oder durch Messung der Oberflächentemperatur des Wärmetauschers geregelt wird. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird über die Nutzung der Enthalpie der Luft hinaus auch die Strahlungsenergie nutzbar gemacht. Es hat sich gezeigt, daß bei entsprechender Einstrahlung die Temperatur des Daches und damit auch die des Wärmeträgermediums mehr oder weniger oberhalb der augenblicklichen Lufttemperatur liegt. Somit ist unter diesen Wittungsbedingungen der Wärmepumpenbetrieb auch bei Außentemperaturen von weniger als 00C vorteilhaft möglich. Messungen haben ergeben, daß bei Außentemperaturen von beispielsweise -1°C am Tage bei gleichzeitig klarem Himmel die Temperatur des Arbeitsmediums 11°C betrug. Selbst bei -3,5°C wurden noch Arbeitsmediumstemperaturen von 4°C ermittelt. Die Wärmepumpe kann also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren länger in Betrieb bleiben.According to the invention, this object is achieved in that the switchover is controlled by measuring the temperature of the working medium and / or by measuring the surface temperature of the heat exchanger. In this method according to the invention, in addition to utilizing the enthalpy of the air, the radiation energy is also made usable. It has been shown that with appropriate irradiation, the temperature of the roof and thus also that of the heat transfer medium is more or less above the instantaneous air temperature. Thus, under these Wittungsbedingungen the heat pump operation is advantageously possible even at outside temperatures below 0 0 C. Measurements have shown that at outside temperatures of, for example, -1 ° C during the day with a clear sky at the same time, the temperature of the working medium was 11 ° C. Working medium temperatures of 4 ° C were determined even at -3.5 ° C. The heat pump can therefore remain in operation longer in the method according to the invention.
Mit besonderem Vorteil wird die Temperatur mittels einesWith particular advantage, the temperature by means of a
Temperaturfühlers gemessen und der Messwert in einen die Ein- und Ausschaltvorgänge bewirkenden Zwei-Punkt-Regler eingegeben. Insbesondere bei bivalent parallel betriebenen Anlagen, d.h. bei denen die Wärmepumpe immer in Betrieb ist und der Kessel nur bei Spitzenbedarf zugeschaltet wird, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des Arbeitsmediums im Vorlauf, d.h. in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen zwischen dem großflächigen Wärmetauscher und dem wärmepumpenseitigen Wärmetauscher des Arbeitsmediumkreislaufs zu messen. Bei bivalent alternativer Arbeitsweise hat es sich als günstiger erwiesen, die Abschaltung der Wärmepumpe durch Messung der Temperatur des Arbeitsmediums und die Einschaltung der Wärmepumpe durch Messung der Oberflächentemperatur des großflächigen Wärmetauschers zu regeln. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß dann auch zum Zwecke der Stromersparnis die Umwälzpumpe für das Arbeitsmedium abgeschaltet werden kann.Temperature sensor measured and the measured value in a die The two-point controller for switching on and off is entered. Especially with bivalent parallel operated Systems, i.e. in which the heat pump is always in operation and the boiler is only switched on when there is a peak demand, it has proven to be useful to measure the temperature of the working medium in the flow, i.e. in the direction of flow of the The working medium is seen between the large-area heat exchanger and the heat exchanger on the heat pump side To measure the working medium circuit. With bivalent alternative It has proven to be more beneficial to switch off the heat pump by measuring the temperature of the working medium and the activation of the heat pump by measuring the surface temperature of the large-area To regulate the heat exchanger. The advantage of this procedure is that it is then also for the purpose of saving electricity the circulation pump for the working medium can be switched off.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown schematically in FIGS.
Die Figur 1 zeigt das Schaltbild einer Heizungsanlage für einen bivalent alternativen Heizbetrieb, d.h. bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur wird die Wärmepumpe abgeschaltet, und ein konventioneller Heizkessel 2 beispielsweise ein öl- oder gasbetriebener Kessel übernimmt die Erzeugung des Heizwassers. Mit 3 ist ein großflächiger Wärmetauscher, vorzugsweise ein sogenanntes Energiedach bezeichnet, welches in nicht näher beschriebener Weise aus Metallblechbahnen aufgebaut ist, in welchen Kanäle zur Führung eines Arbeitsmediums integriert sind. Das in den Kanälen des großflächigen Wärmetauschers 3 strömende Arbeitsmedium, üblicherweise ist dies ein Wasser-Glykolgemisch, erwärmt sich beim Durchströmen der Kanäle und wird mittels einer Umwälzpumpe 4 über eine Vorlaufleitung 5 der Wärmepumpe 1 zugeführt. Die Wärmepumpe 1 entzieht dabei in anFigure 1 shows the circuit diagram of a heating system for a bivalent alternative heating mode, i.e. if the value falls below the limit At a certain temperature, the heat pump is switched off, and a conventional boiler 2, for example an oil or gas powered boiler takes over the production of the heating water. With 3 is a large area Heat exchanger, preferably referred to as a so-called energy roof, which consists of in a manner not described in detail Sheet metal webs is constructed, in which channels for guiding a working medium are integrated. That in the Channels of the large-area heat exchanger 3 flowing working medium, usually this is a water-glycol mixture, heats up as it flows through the channels and is pumped by means of a circulation pump 4 via a feed line 5 1 supplied. The heat pump 1 draws in on
sich bekannter Weise dem erwärmten Arbeitsmedium die aufgenommene Energie. Das abgekühlte Arbeitsmedium wird über die Rücklaufleitung 6 zum großflächigen Wärmetauscher 3 zurückgeführt. Die Wärmepumpe 1 transferiert die aufgenommene Energie auf ein höheres Temperaturniveau und heizt das Heizwasser des Heizkreislaufes auf. Eine Umwälzpumpe 7 fördert das erwärmte Heizwasser über die Vorlaufleitung 8 zu den Verbrauchern 9 und über die Rücklaufleitung 10 zurück zur Wärmepumpe 1.is known to the heated working medium the recorded Energy. The cooled working medium is transferred to the large-area heat exchanger 3 via the return line 6 returned. The heat pump 1 transfers the recorded Energy to a higher temperature level and heats the heating water of the heating circuit. A circulation pump 7 conveys the heated heating water via the flow line 8 to the consumers 9 and back via the return line 10 to the heat pump 1.
Mit 11 ist eine Regeleinrichtung bezeichnet, welche die Temperatur in der Vorlaufleitung 8 in Abhängigkeit von der Außentemperatur regelt. Hierzu dienen Meßfühler 12 und 13. Der bis hier beschriebene Aufbau ist bei bivalent alternativ betriebenen Heizungsanlagen bekannt. Bei diesen bekannten Anlagen wird die Wärmepumpe 1 bei Unterschreiten einer bestimmten Außentemperatur, die über den Meßfühler 13 gemessen wird, abgeschaltet und der konventionelle Heizkessel 2 eingeschaltet. Gleichzeitig wird das Dreiwegeventil 14 umgeschaltet. Steigt die Außentemperatur wieder an, wird der Heizkessel 2 abgeschaltet und die Wärmepumpe 1 eingeschaltet. Das Dreiwegeventil 14 wird ebenfalls umgeschaltet. Üblicherweise liegt die Einschalttemperatur für die Wärmepumpe einige Grade oberhalb der Einschalttemperatur für den Heizkessel. Dadurch soll vermieden werden, daß zuviel umgeschaltet wird, was den Wirkungsgrad der Heizungsanlage verringern würde.With 11 a control device is referred to, which the temperature in the flow line 8 as a function of the Outside temperature regulates. Sensors 12 and 13 are used for this. The structure described up to this point is alternative for bivalent operated heating systems known. In these known systems, the heat pump 1 is undercut a certain outside temperature, which is measured by the sensor 13, is switched off and the conventional boiler 2 switched on. At the same time, the three-way valve 14 is switched over. If the outside temperature rises again, boiler 2 is switched off and heat pump 1 is switched on. The three-way valve 14 is also switched over. The switch-on temperature for the heat pump is usually a few degrees above the switch-on temperature for the boiler. This is to avoid too much switching, which would reduce the efficiency of the Heating system would decrease.
Erfindungsgemäß mißt ein Temperaturfühler 15 die Temperatur des Arbeitsmediums in der Vorlaufleitung 5 und ein weiterer Temperaturfühler 16 die Oberflächentemperatur des großflächigen Wärmetauschers. Die Umschaltung von Wärmepumpenbetrieb auf Heizkesselbetrieb wird nun durch Messung der Temperatur des Arbeitsmediums in der Vorlaufleitung 5 mittels des Temperaturfühlers 15 geregelt. Unterschreitet die Temperatur des Arbeitsmediums einen vorher eingestellten Wert, schaltet die Wärmepumpe 1 und die Umwälzpumpe 4 ab, undAccording to the invention, a temperature sensor 15 measures the temperature of the working medium in the flow line 5 and another temperature sensor 16 the surface temperature of the large area Heat exchanger. The switchover from heat pump operation to boiler operation is now carried out by measuring the Temperature of the working medium in the flow line 5 by means of of the temperature sensor 15 regulated. If the temperature of the working medium falls below a previously set value, switches off the heat pump 1 and the circulation pump 4, and
der Heizkessel 2 springt an, wobei das Dreiwegeventil 14 umgeschaltet wird. Sinkt nun während des Betriebes der Wärmepumpe 1 die Außentemperatur bei gleichzeitig klarem Himmel (winterliche Hochwetterlage), so liegt aufgrund der Einstrahlung die Temperatur des Energiedaches und damit des Arbeitsmediums tagsüber oberhalb der Außentemperatur. Beispiel:the boiler 2 starts up, the three-way valve 14 being switched over. If the Heat pump 1 the outside temperature with a clear sky at the same time (winter high weather), so is due to the Irradiation the temperature of the energy roof and thus of the working medium during the day above the outside temperature. Example:
Außentemperatur: -IC -3,5 COutside temperature: -IC -3.5 C
Temperatur des Arbeitsmediums: +11 C +4 CWorking medium temperature: +11 C +4 C
Die Wärmepumpe 1 bleibt also wesentlich langer in Betrieb, wenn die die Heizleistung der Wärmepumpe 1 bestimmende Temperatur des Arbeitsmediums als Regelgröße verwendet wird.The heat pump 1 therefore remains in operation for a much longer period of time when the one that determines the heating output of the heat pump 1 Temperature of the working medium is used as a controlled variable.
Die Umschaltung von Heizkesselbetrieb auf Wärmepumpenbetrieb wird dann vollzogen, wenn die mit dem Temperaturfühler 16 gemessene Oberflächentemperatur des großflächigen Wärmetauschers einen vorher einstellbaren Wert überschreitet. DieserWert liegt einige Grade über der Abschalttemperatur für die Wärmepumpe 1. Ist zum Beispiel die Heizungsanlage bei sternklarer Nacht auf Heizkesselbetrieb umgestellt worden, und am nächsten Tag ist es sonnig, so steigt die Temperatur des Daches sehr schnell auf Werte von 10 bis 15'Kelvin über die Außentemperatur, d.h. die Einschaltbedingungen für die Wärmepumpe sind schnell gegeben, obwohl die Außentemperatur noch niedrig ist und bei herkömmlicher Schaltung die Wärmepumpe 1 noch nicht in Betrieb gehen würde.The switchover from boiler operation to heat pump operation is completed when the with the temperature sensor 16 measured surface temperature of the large Heat exchanger exceeds a previously adjustable value. This value is a few degrees above the switch-off temperature for the heat pump 1. If, for example, the heating system has been switched to boiler operation on a clear night and the next day it is sunny, so the temperature of the roof rises very quickly to values of 10 to 15'Kelvin above the outside temperature, i.e. the switch-on conditions for the heat pump are given quickly, although the outside temperature is still low and, with conventional switching, the heat pump 1 does not yet start operating would.
Die Figur 2 zeigt das Schaltschema einer bivalent parallel betriebenen Heizungsanlage, d.h. einer solchen, bei der die Wärmepumpe grundsätzlich läuft und der Heizkessel 2 bei Bedarf zugeschaltet wird. Auch hier wird erfindungsgemäß das Einschalten des Heizkessels 2 durch Messung der Temperatur des Arbeitsmediums in der Vorlaufleitung 5 geregelt.Figure 2 shows the circuit diagram of a bivalent parallel operated heating system, i.e. one in which the heat pump is always running and boiler 2 is switched on if required. Here too, according to the invention the switching on of the boiler 2 is regulated by measuring the temperature of the working medium in the flow line 5.
Da die Wärmepumpe 1 grundsätzlich in Betrieb ist und somit auch die Umwälzpumpe 4 das Arbeitsmedium umwälzt, kann auf eine Messung der Temperatur des großflächigen Wärmetauschers 3 verzichtet werden und auch das Abschalten des Heizkessels 2 über den Temperaturfühler 15 geregelt werden. Auch hier liegt die Abschalttemperatur für den Heizkessel 2 einige Grade über der Einschalttemperatur. Anstelle des Dreiwegeventils 14 ist ein Vierwegeventil 17 notwendig.Since the heat pump 1 is basically in operation and thus the circulating pump 4 also circulates the working medium, it can open a measurement of the temperature of the large-area heat exchanger 3 can be dispensed with and the shutdown of the boiler 2 can also be controlled via the temperature sensor 15. Here too the switch-off temperature for boiler 2 is a few degrees above the switch-on temperature. Instead of the three-way valve 14 a four-way valve 17 is necessary.
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| DE (1) | DE3108078A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0726426A1 (en) * | 1995-02-13 | 1996-08-14 | Vlastislav Josef Dr.-Ing. Hurdes | Method for the optimized operation of solar panels |
-
1981
- 1981-03-04 DE DE19813108078 patent/DE3108078A1/en not_active Ceased
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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