DE3329574A1 - Leistungssteuerung fuer waermepumpen - Google Patents

Leistungssteuerung fuer waermepumpen

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DE3329574A1
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Rainer Dipl.-Ing. 7410 Reutlingen Raible
Walter Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Scheu
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Description

RegierunQS-Baumeister, freier A ruft (takt Telefon ΘΟ 1ö 3-4
OIPL. INQ. WAUTER SOHE. U aubenhalcJenslr. es <ΌΟι> Stuttgart ao (FuuuiLidi.li)
Stuttgart, den 11.8.83
PATENTANMELDUNG
Betr.: Leistungssteuerung für Wärmepumpen
Patentansprüche
Anmelder:
Dipl.-Ing. Walter Scheu Bubenhaldenstr. 6S
7000 Stuttgart.-30
und Di.pl.-Inq. Rainer Raiblt1
Lr. 18 ■■
7/110 Ueutrl inqen-1
copy
Anwendung: -f-
Die Erfindung betrifft die Steuerung der Leistung einer mit Elektromotor betriebenen Kompressionswärmepumpe zur Beheizung von Gebäuden, wobei die Leistung der Wärmepumpe selbst veränderlich und steuerbar ist.
Zweck der Erfindung:
Bei der Beheizung von Gebäuden verändert sich der Heizwärmebedarf in Abhängigkeit von der Witterung. Die Leistung von Heizungsanlagen aller Art -auch Wärmepumpenheizungsanlagen - müssen dem sich ständig ändernden Wärmebedarf angepaßt werden können.
Stand der Technik:
Bekannt ist, die Leistung von größeren Heizungsanlagen mit Elektromotor-betriebenen Kompressionswärmepumpen dem witterungsabhängig wechselnden Wärmebedarf dadurch anzupassen, daß die Bauart und Stromversorgung des Elektromotors so geändert werden, daß seine Drehzahl und damit die Leistung der Wärmepumpe geregelt werden können.
Bekannt ist ferner bei kleineren Wärmepumpenheizungsanlagen, die Menge der von einer Elektrowärmepumpe zu erzeugenden Heizwärme dem wechselden Bedarf eines Gebäudes dadurch anzupassen, daß die mit voller Leistung laufende Wärmepumpe entweder ein- oder mehrmals täglich ieweils über länqere oder kürzere Zeit betrieben wird.
Kritik des Stands der Technik:
Die Steuerung der Drehzahl des Elektromotors selbst ist aufwendig und für kleinere Anlagen zu teuer und nur innerhalb eines relativ kleinen Drehzahlbereichs möglich. Die Anpassung der Leistung durch eine Veränderung der Dauer der in unbestimmten Zeitintervallen aufeinanderfolgenden Betriebszeiten bei jeweils mit voller Leistung laufender Wärmepumpe ergibt relativ schlechte Leistungszahlen (Siehe Figur 2),
Die Heizleistung Q einer Heizungswärmepumpe wird nach dem maximalen Wärmebedarf eines Gebäudes bemessen. Der mittlere winterliche Wärmebedarf eines Gebäudes ist aber nur etwa die Hälfte des maximalen ■Wärmebedarfs. Eine nicht leistungsgeregelte Wärmepumpe wird zur Anpassung an den im Mittel halben Wärmebedarf nur die halbe Zeit (t/2) betrieben, aber in dieser Zeit mit der vollen Leistung Q . Diese hohe Leistung hat aber den Transport einer großen Wärmemenge in kurzer Zeit zur Folge, wobei sich an den wärmequellenseitigen, d.h. wärmeaufnehmenden, und an den heizungsseitigen, d.h. wärmeabgebenden Flächen, zwangsläufig hohe TemperaturgefälJe (ΔΤ u.A'r^) einstellen. Wärmequellensei t i gej und heizungssei tige große Temperaturgefälle führen aber dazu, daß die Wärmepumpe die zu fördrnde Wärme von einer sehr tiefen Temperatur der wärmeaufnehmenden Flächen auf eine sehr hohe Temperatur der wärmeabgebenden Flächen heben (großer Temperaturhub!) und dazu viel elektrische Energie aufwenden muß»
Die Aufgabe der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die steigende Zahl von kleineren Gebäudeheizungsanlagen, die mit Elektromotor-betriebenen Kompressionswärmepumpen als Wärmeerzeuger beheizt werden, mit einer Leistungsregelung mit vertretbarem Aufwand auszustatten, die zudem innerhalb eines größeren Leistungsbereichs regelbar ist.
Lösung:
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst (siehe Figur 2 ):
Zwischen dem Elektromotor (1) und dem Kompressor (2) wird ein stufenloses Getriebe (3) eingebaut. Dieses regelt nur die Drehzahl des Kompressors unH damit dessen Leistung. Die Drehzahl des Elektromotors bleibt dabei unverändert. Läuft der Kompressor auf Grund der im Getriebe (3) eingestellten Über- bzw. Untersetzung z.B. nur mit der halben Drehzahl und Leistung, läuft auch der Elektromotor O), zwar mit der unveränerten Drehzahl, aber ebenfalls nur mit der halben Leistung und demzufolge auch nur mit der halben Stromaufnahme.
Die Einstellung der Über— bzw«, Untersetzung des stufenlosen Getriebes (3) erfolgt durch einen Stellmotor (4), der entweder durch eine normale Heizungssteuerung (5) in Abhängigkeit von der vom Witterungs— fühler (6) gemessenen Außentemperatur oder durch eine Speicherheizungs-Auf1adesteuerung (5) in Abhängigkeit von der Witterungstemperatur und der von einem Speicherrestwärmefühler (7) gemessenen Speicherrestwärme gestuert wird.
Letztere, d.h. die Speicherheizungs-Aufladesteuerung bewirkt die vorrangige Ausnutzung von bestimmten Zeiten mit billigen (Nacht-) Strom und mit einem Zeitglied die Verlegung der erforderlichen Betriebszeiten an das Ende von Zeiten mit billigem (Nacht-) Strom.
Zum Zweck der Verringerung der Anlaufströme ist der Stellmotor (3) so gesteuert, daß er bei jedem Einschalten der Wärmepumpe über das stufenlose Getriebe (3) die Drehzahl und damit die Leistung des Kompressors (2) stets von einem Drehzahl- und Leistungsminimum mit einem minimalen AnI aufstrom auf das von der Heizungsbzw. Aufladesteuerung (5) vorgegebene Maß hochregelt.
Erzielbare Vorteile:
- Bei einem Betrieb mit jeweils niedrigstmögl.icher Leistung über möglichst lange Zeit stellen sich an den wärmequellenseitigen, wärmeaufnehmenden Flächen und an den heizungsseitigen, wärmeabgebenden Flächen zwangsläufig geringere Temperaturgefälle ein. Kleinere Temperaturgefälle führen zu kleineren Temperaturhüben, zu einem geringeren Primärenergiebedarf und zu besseren Leistungszahlen«
- Mit einem stufenlosen Getriebe läßt sich die Wärmepumpenheizleistung in wesentlich wieteren Bereichen regeln als miis'^teuerung zur Veränderung der Drehzahl des Elektromotors.
- Die Erwärmung von Brauchwasser kann mit geringer Leistung und ohne häufiges Ein- und Ausschalten (^"Takten") erfolqen.
Die von den Elektrizitätsversorgungs-Unternehmen (EVU) ungern gesehenen Anlaufströme werden auf ein Minimum reduziert. Andernfalls erforderliche, die Anlaufströme verringerde Einrichtungen erübrigen sich.
Leistungsgeregelte Wärmepumpen können im Hinblick auf spätere Gebaudeerweiterungen auch überdimensioniert werden, ohne daß deswegen bis zur Inanspruchnahme der vollen Leistung schlechtere Leistungszahlen zu befürchten wären.
Leerseite -

Claims (3)

-■■fet χ· !..Ί-ιρ. ν- "γ·Τ"ρ :
1.JLeistungsregelung für eine Wärmepumpenanlage mit einer mit Elektromotor betriebenen Kompressionswärmepumpe (siehe Figur 2), dadurch gekennzeichnet, daß deren Heizleistung durch ein stufenloses Getriebe (3) geregelt wird, welches zwischen Elektromotor (1) und Kompressor (2) eingebaut ist, welches die konstante Drehzahl des Elektromotors (1) durch eine veränderbare Über- bzw. Untersetzung vergrößert bzw. verringert- auf den Kompressor überträgt und dami t dessen Leistung entsprechend verringert oder vergrößert.
2. Leistungsissgelung nach Anspruch 1 gekennzeich-
net.jdadurch, daß die Über— bzw. Untersetzung des
stufenlosen Getriebes (3) durch einen elektrischen Stellmotor (A). geregelt wird.
3. Leistungsregelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Heizungssteuerung (5) in Abhängigkeit von der durch einen VJitterungsfühler (6) gemessenen Außentemperatur über den o.g. Stellmotor (4) die Drehzahl und die Wärmepumpenleistung regelt.
Leistungsregelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß j ή Gebäuden mit Wnrme-speichernden Baumassen, z.B. Fußbodenspeicher-Heisentrjchen, eine Speicherheizungs—Auf1adesteuerunq (5) in Abhängigkeit von der durch einen Witterunqsfühler (β) gemessenen Außentemperatur und von der durch einen Speicherrestwärrnef ühler (7) im Fußbodenspei cher-Heizestri ch (8) aemespfjn(-:i Restwärme die Fj' nstellunoen so vornimmt,
ORIGINAL INSPECTED COPY
daß eine möglichst kleine Leistung und eine möglichst lange Betriebsdauer festgelegt wird;
daß die erforderliche Betriebsdauer vorrangig in diejenigen Tagesseiten verlegt wird, in welchen Strom billig ist;
daß mit Hilfe eines Zeitglieds die erforderliche Betriebsdauer so festgelegt wird, daß sie zu einer vorgewählten Zeit endet.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5337574A (en) * 1990-07-20 1994-08-16 Alberni Thermodynamics Ltd. Heating and cooling system for a building
EP0655590A1 (de) * 1993-11-23 1995-05-31 KKW Kulmbacher Klimageräte-Werk GmbH Kompressions-Wärmepumpe und Verfahren zu ihrem Betreiben

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5337574A (en) * 1990-07-20 1994-08-16 Alberni Thermodynamics Ltd. Heating and cooling system for a building
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