DE3926191A1 - Verfahren zum betreiben einer kaelteanlage - Google Patents
Verfahren zum betreiben einer kaelteanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Kälteanlage, in welcher ein Kältemittel verdichtet, verflüssigt,
verschiedenen Kälteverbrauchern zugeleitet, dort entspannt und
verdampft wird und anschließend wieder zum Verdichten
zurückgeführt wird, wobei bei dem Verfahren die Leistung der
Kälteanlage gesteuert wird. Außerdem ist eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens Gegenstand der Erfindung.
Derartige Kälteanlagen, auch als Verbundkälteanlagen bezeichnet,
werden überall dort eingesetzt, wo mehrere Geräte an verschie
denen Stellen und/oder bei verschiedenen Temperaturen mit Kälte
versorgt werden müssen. Beispielsweise sind in einem Supermarkt
mehrere Kühl- und Tiefkühlmöbel sowie etwa zusätzlich ein
Kühlraum als Kälteverbraucher an eine solche Anlage angeschlos
sen. Die Kälteanlage liefert jedem Kälteverbraucher unter Druck
stehendes, verflüssigtes Kältemittel an. Dieses wird bei den
jeweiligen Kälteverbrauchern entspannt und im indirekten
Wärmeaustausch mit Kühlluft, welche anschließend in den zu
kühlenden Raum eingeleitet wird, verdampft. Das verdampfte und
unter niedrigem Druck stehende Kältemittel wird in den Kreislauf
der Kälteanlage zurückgeführt. Im allgemeinen wird durch eine
individuelle Regelung der Temperatur im zu kühlenden Raum jedes
Kälteverbrauchers die momentan am Verdampfer abgegebene
Kälteleistung gesteuert. Ein Verfahren für eine derartige
Regelung ist beispielsweise Gegenstand einer gleichzeitig mit
der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung
(internes Aktenzeichen K 89/69).
Aus wirtschaftlichen Gründen ist es außerdem notwendig, die
gesamte Kälteleistung der Verbundanlage durch eine Regelung zu
begrenzen, um Energie einzusparen. Dabei wird die Leistung beim
Verdichten und/oder beim Verflüssigen verringert, indem einzelne
der parallel arbeitenden Verdichter oder Verflüssigerventilato
ren abgeschaltet bzw. in ihrer Drehzahl reduziert werden. Als
Regelgröße wird bei den bisher bekannten Verfahren der Saug
druck, d.h. der Druck des gasförmigen Kältemittels vor dem
Verdichten, verwendet. Diese Größe ist zwar sehr einfach zu
ermitteln, jedoch ist die bekannte Art der Regelung ist recht
grob und unempfindlich. Die Kälteleistung der Anlage muß daher
aus Sicherheitsgründen relativ hoch gewählt werden, um eine
Unterversorgung der Kälteverbraucher und eine damit verbundene
Verderbnis von Frischware auszuschließen. Die mit dem vorbe
kannten Verfahren erreichbare Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
ist somit nicht zufriedenstellend.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches
wirtschaftlich besonders günstig arbeitet, indem die von der
Kälteanlage verbrauchte Energie möglichst gering gehalten wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der momentane Kältebedarf
der einzelnen Kälteverbraucher ermittelt und die Leistung der
Kälteanlage in Abhängigkeit von der Gesamtheit der ermittelten
Kältebedarfswerte eingestellt wird.
Die Regelkreisläufe der einzelnen Kälteverbraucher steuern eine
Stellgröße, beispielsweise den Durchsatz an Kältemittel durch
den Verdampfer, in Abhängigkeit von einer Regelgröße, im
allgemeinen der momentanen Temperatur im zu kühlenden Raum des
jeweiligen Kälteverbrauchers (Innenraumtemperatur). Diese
Stellgröße ist ein sehr direktes Maß für den momentanen
Kältebedarf des Kälteverbrauchers. Erfindungsgemäß werden nun
die Regelkreisläufe der einzelnen Kälteverbraucher mit demje
nigen der Verbundkälteanlage gekoppelt und die momentanen
Kältebedarfswerte der einzelnen Kälteverbraucher an die
Verbundregelung weitergeleitet. Die Gesamtheit der Kältebedarfs
werte stellt dann eine sehr realistische und auch praktisch
handzuhabende Regelgröße für die Steuerung der Leistung der
Kälteanlage dar.
Vorzugsweise wird die Leistung der Kälteanlage im wesentlichen
proportional zum arithmetischen Mittel der ermittelten Kältebe
darfswerte aller der Kälteanlage angeschlossenen Kälteverbrau
cher eingestellt. Bei der Mitteilung können die Werte der
einzelnen Kälteverbraucher bei Bedarf mit Gewichten versehen
werden.
Als besonders günstig hat sich dabei erwiesen, wenn bei jedem
Kälteverbraucher die Temperatur in dem zu kühlenden Raum durch
Steuerung einer Stellgröße geregelt wird und der momentane Wert
dieser Stellgröße als Maß für den Kältebedarf des jeweiligen
Kälteverbrauchers dient. Als Stellgröße wird vorzugsweise der
Durchsatz von Kältemittel durch den Verdampfer des jeweiligen
Kälteverbrauchers verwendet.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens umfaßt je einen mikroprozessorgesteuerten
Kälteverbraucherregler pro Kälteverbraucher, der mit einem
Temperaturmeßeingang und einem Steuerausgang und außerdem mit
einer Datenleitung verbunden ist, sowie einen mikroprozessor
gesteuerten Verbundregler, der ebenfalls mit der Datenleitung
verbunden ist und außerdem Steuerausgänge aufweist, welche zu
den Aggregaten der Kälteanlage, beispielsweise zu Verdichtern
und/oder Verflüssigerventilatoren führen.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden im
folgenden anhand einer Zeichnung und eines Flußdiagrammes näher
erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kälteanlage mit drei Kälteverbrauchern und den
zugehörigen Regeleinrichtungen in schematischer
Darstellung und
Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt.
Die Kälteanlage weist mehrere parallel geschaltete Verdichter 2
auf, welche Kältemittel aus einer Verbundsaugleitung 1 ansaugen.
Die Anzahl von Verdichtern beträgt im allgemeinen 2 bis 10,
vorzugsweise 2 bis 8 . Das verdichtete Kältemittel wird zu einem
Verflüssiger 3 geführt, in welchem es in indirektem Wärmeaus
tausch mit Luft kondensiert wird. Der Verflüssiger steht im
allgemeinen im Freien. Seine Außenflächen werden von Verflüssi
gerventilatoren 4 mit Außenluft beaufschlagt. Das zum größten
Teil verflüssigte Kältemittel wird in einem Sammler 5 eingelei
tet, von dem aus nur der flüssige Anteil in die Verbundflüssig
keitsleitung 6 gelangt, welche das flüssige und unter Druck
stehende Kältemittel zu den Kälteverbrauchern 7a, 7b, 7c führt.
Die Anzahl der angeschlossenen Kälteverbraucher 7a, 7b, 7c ist
im Prinzip unbegrenzt; die maximale Kälteleistung der Verbund
anlage muß selbstverständlich entsprechend ausgelegt sein.
Flüssiges Kältemittel wird über individuelle Flüssigkeitsleitun
gen 8a, 8b, 8c jedem Kälteverbraucher 7a, 7b, 7c getrennt
zugeführt. Dort wird es jeweils einem Expansionsventil 9
entspannt, in einen Verdampfer 10 eingeleitet und dort gegen
über den Außenflächen des Verdampfers 10 geleitete Kühlluft
verdampft. Die Kühlluftführung innerhalb der Kälteverbraucher
7a, 7b, 7c ist in Fig. 1 der Einfachheit halber nicht darge
stellt. Entspanntes und verdampftes Kältemittel wird über die
einzelnen Saugleitungen 11a, 11b, 11c in die Verbundsaug
leitung 1 eingeführt und damit in den Kältemittelkreislauf
zurückgeleitet.
Für die individuelle Steuerung der Kälteleistung bei jedem
Kälteverbraucher 7a, 7b, 7c wird im allgemeinen der Durchsatz an
Kältemittel durch den Verdampfer 10 oder der Druckunterschied
beim Entspannen 9 eingestellt. Im Beispiel der Fig. 1 wird der
Durchsatz an Kältemittel gesteuert. Grundsätzlich reicht dazu
jeweils ein Ventil pro Kälteverbraucher 7a, 7b, 7c aus. Im
Beispiel der Fig. 1 ist sowohl für jede Flüssigkeitsleitung 8a,
8b, 8c als auch für jede Saugleitung 11a, 11b, 11c jeweils ein
Magnetventil 12 bzw. 13 vorgesehen. Die Ventile werden durch je
einen individuellen mikroprozessorgesteuerten Kälteverbraucher
regler 14a, 14b, 14c in Abhängigkeit von der jeweiligen
Innenraumtemperatur (Temperaturfühler 15) eingestellt (siehe
oben erwähnte Patentanmeldung K 89/69).
Ein ebenfalls mikroprozessorgesteuerter Verbundregler 17 steuert
die Verdichter 2 und im vorliegenden Beispiel einen der beiden
Verflüssigerventilatoren 4. Erfindungsgemäß sind die Kältever
braucherregler 14a, 14b, 14c der einzelnen Kälteverbraucher 7a,
7b, 7c über eine Datenleitung 16, hier ein gemeinsamer Daten-
und Adreßbus, mit dem Verbundregler 17 verbunden.
Der Verbundregler 17 weist bei dem Ausführungsbeispiel weitere
Ein- und Ausgänge 18, 19 auf. Leitung 18 stellt eine Sicher
heitskette dar, die bei Ausfall eines Aggregates, beispielsweise
einer der Verdichter 2, unterbrochen wird. Über Leitung 19 kann
gegebenenfalls eine Warnung an das Bedienungspersonal abgegeben
werden. Darüber hinaus können sowohl der Verbundregler 17, als
auch die Kälteverbraucherregler 14a, 14b, 14c über weitere
Datenleitungen mit einem zentralen Überwachungsgerät, beispiels
weise einem Rechner, der zusätzliche Aufgaben wie etwa die
Steuerung von Beleuchtung oder Heizung erfüllt, verbunden sein.
Ein Beispiel für die praktische Funktionsweise eines Programmes,
welches den Verbundregler 17 steuert, ist aus dem Flußdiagramm
in Fig. 2 ersichtlich. Nach dem Einschalten bzw. Zurücksetzen
(Reset) des Gerätes (Schritt 1.1) erfolgt zunächst in Schritt
1.2 die Überprüfung der Konfiguration (zum Beispiel Art und
Aufbau der Verbundanlage und der angeschlossenen Kälteverbrau
cher usw.) und die entsprechende Voreinstellung des Regelgerä
tes. Außerdem werden dabei interne Vorgänge des Mikroprozessors
gestartet, beispielsweise die Zeitmessung und die Initialisie
rung der Ein-/Ausgabekanäle.
Im folgenden Schritt 1.3 wird eine Voreinstellung bestimmter
Parameter durchgeführt. Dies betrifft vor allem die zunächst
angenommenen Kältebedarfswerte, für die ja noch keine aktuellen
Daten vorliegen. Anschließend tritt das Programm in eine
Endlosschleife ein, aus der lediglich ein Ausschalten oder
Zurücksetzen des Gerätes herausführt.
Als erster Schritt 2.1 der Schleife werden die aktuellen
Regelparameter aus dem EEPROM gelesen. Dabei handelt es sich
beispielsweise um die Einstell- und Sollwerte der Kälteanlage
oder auch um speziellere Parameter, wie zum Beispiel die
Verzögerungszeit zwischen der Anforderung von zusätzlicher
Kälteleistung und der Ausgabe von entsprechenden Schaltsignalen
an Verdichter bzw. Verflüssigerventilatoren. Im folgenden
Schritt 2.2 werden die Tastatur und die digitalen Eingänge
abgefragt. Falls über die Tastatur eine Veränderung von
Parametern angefordert wird, wird diese in 2.3 vorgenommen.
Schritt 2.4 ermöglicht, falls gewünscht, eine Ausgabe von
speziell ausgewählten Daten, wie z.B.
- - Anzahl der Verdichter und Verflüssigerventilatoren
- - alle Arten von Verzögerungszeiten
- - Anzahl der angeschlossenen Kälteverbraucher
- - bisherige Laufzeit der einzelnen Verdichter
- - Anzahl der laufenden Verdichter und Ventilatoren
- - von einen Kälteverbraucher übermitteltes Warnsignal
Der Ausgabewunsch wir dem Gerät ebenfalls über die Tastatur
mitgeteilt.
Anschließend (2.5) werden die Daten von den Kälteverbraucher
reglern abgerufen, vor allem die aktuellen Werte des Kälte
bedarfs. Zusätzlich können weitere Signale zwischen Verbund
regler und Kälteverbraucherreglern ausgetauscht werden,
beispielsweise Warnmeldungen bei Störungen, Überlastung oder
Unterversorgung. Die Daten werden im Arbeitsspeicher des
Verbundreglers zwischengespeichert. In Schritt 2.6 wird aus den
aktuellen Kältebedarfswerten der einzelnen Kälteverbraucher ein
Mittelwert errechnet, der unter Umständen mit Parametern
gewichtet wird, die von Größe und Bedeutung einzelner Kälte
verbraucher abhängen.
Die Kälteleistung der Verbundanlage wird nun gemäß diesem
Mittelwert eingestellt, also exakt nach den momentanen
Anforderungen der Kälteverbraucher. Dies geschieht mit Hilfe der
Ausgabe von Steuersignalen an Relais, welche die Verdichter bzw.
die Motoren der Verflüssigerventilatoren schalten (2.7). Zur
Verfeinerung der Einstellung der Kälteleitung können auch
Drehzahlregelunden vorgesehen sein. Die Steuerung der Verdichter
erfolgt vorzugsweise im Rahmen einer Grundlastumschaltung, wie
sie etwa in der DE-OS 35 43 707 beschrieben ist.
Im letzten Schritt 2.8 vor der Rückkehr zum Schleifenbeginn
werden zusätzliche Dienste abgearbeitet, beispielsweise die
Ermittlung des Warnzustandes (gegebenenfalls Ausgabe einer
Warnung an das Bedienungspersonal, zum Beispiel bei Ausfall
eines Aggregates) oder die Überwachung des Reifansatzes am
Verflüssiger und der entsprechenden Abtauvorgänge.
Claims (5)
1. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, in welcher ein
Kältemittel verdichtet (2), verflüssigt (3), verschiedenen
Kälteverbrauchern (7a, 7b, 7c) zugeleitet, dort entspannt
(9) und verdampft (10) wird und anschließend wieder zum
Verdichten (2) zurückgeführt wird (11a, 11b, 11c; 1), wobei
bei dem Verfahren die Leistung der Kälteanlage gesteuert
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Kältebedarf
der einzelnen Kälteverbraucher (7a, 7b, 7c) ermittelt und
die Leistung der Kälteanlage in Abhängigkeit von der
Gesamtheit der ermittelten Kältebedarfswerte eingestellt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistung der Kälteanlage im wesentlichen proportional zum
arithmetischen Mittel der ermittelten Kältebedarfswerte
aller der Kälteanlage angeschlossenen Kälteverbraucher (7a,
7b, 7c) eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem Kälteverbraucher (7a, 7b, 7c) die Temperatur
in dem zu kühlenden Raum durch Steuerung einer Stellgröße
geregelt wird und daß der momentane Wert dieser Stellgröße
als Maß für den Kältebedarf des jeweiligen Kälteverbrauchers
(7a, 7b, 7c) dient.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Volumendurchsatz des bei dem
jeweiligen Kälteverbraucher (7a, 7b, 7c) entspannten und
verdampften Kältemittels als Maß für den Kältebedarf des
jeweiligen Kälteverbrauchers (7a, 7b, 7c) verwendet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch je einen mikro
prozessorgesteuerten Kälteverbraucherregler (14a, 14b, 14c)
pro Kälteverbraucher (7a, 7b, 7c) der jeweils mit einem
Temperaturmeßeingang (20) und einem Steuerausgang (21) und
außerdem mit einer Datenleitung (16) verbunden ist, und
durch einen mikroprozessorgesteuerten Verbundregler (17),
der ebenfalls mit der Datenleitung (16) verbunden ist und
außerdem Steuerausgänge (22, 23) aufweist, welche zu den
Aggregaten (2, 4) der Kälteanlage führen.
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