EP3240974B1 - Verfahren und system zur beeinflussung der schallemission einer wärmepumpe oder klimaanlage - Google Patents

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EP3240974B1
EP3240974B1 EP15813893.3A EP15813893A EP3240974B1 EP 3240974 B1 EP3240974 B1 EP 3240974B1 EP 15813893 A EP15813893 A EP 15813893A EP 3240974 B1 EP3240974 B1 EP 3240974B1
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Rotex Heating Systems GmbH
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    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/08—Compressors specially adapted for separate outdoor units
    • F24F1/12—Vibration or noise prevention thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/40—Vibration or noise prevention at outdoor units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2130/00—Control inputs relating to environmental factors not covered by group F24F2110/00
    • F24F2130/40—Noise

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing the sound emission of a particular equipped with inverter heat pump or air conditioning in which operated in a set up for outdoor installation of a building outdoor unit of the heat pump or air conditioning designed as a fan or compressor device component while sound is emitted.
  • the invention further relates to a system for carrying out such a method.
  • Air / water heat pumps usually draw their heat from the ambient air.
  • an outdoor unit is set up in the open air near the building to be heated. There, heat is transferred from the ambient air through a heat exchanger to a refrigerant.
  • a large air flow must be passed through the heat exchanger.
  • This airflow is usually generated by a fan. Both the airflow and the fan itself generate a certain airborne sound, the intensity of which depends on the speed of the fan.
  • inverter devices the compressor and the fan can be modulated over a wide operating range in speed and power. For both units, your sound emission increases significantly with increasing power consumption. In often dense buildings, there is always criticism regarding the noise emission of refrigeration outdoor equipment (heat pumps and air conditioning units) with respect to their noise.
  • GB2236200A discloses the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to further improve the methods and systems known in the prior art and to provide them with the object of the invention simple means to reduce operational noise pollution largely without sacrificing performance.
  • the invention is based on the idea that a sound source is perceived as subjectively disturbing if it is significantly louder than the ambient noise or ambient noise.
  • the invention therefore has the aim to control the noise emission of an outdoor unit of a heat pump or an air conditioner depending on the measured current ambient noise level.
  • the invention proposes that a noise level of ambient noise in the area of the outdoor unit is detected by means of a measuring unit that an upper limit speed the device component is determined as a function of the noise level, and that the speed for the operation of the device component is limited by the limit speed upwards.
  • an increasing limit rotational speed is determined with increasing noise level until a predetermined maximum rotational speed of the device component is reached.
  • a further optimization of the operation provides that the device component is operated at a variable speed as required in a speed range below the limit speed.
  • the device component is switched off during the detection of the noise level, so that the ambient noise level can always be determined without the intrinsic emission.
  • the noise level is intermittently detected at time intervals, and if the respective detected noise level is used for a subsequent period as a reference variable for determining the limit speed.
  • the noise level is detected over a measurement period as the average signal level.
  • a further improvement provides that the noise level is detected by means of a microphone as a measuring unit, wherein the microphone can be integrated into the outdoor unit or installed separately from the outdoor unit.
  • an outdoor unit of a building can be installed, a fan or compressor as sound emitting device component comprehensive outdoor unit of the heat pump or Air conditioner; (2) a measuring unit configured to detect a level of ambient noise in the region of the outdoor unit; (3) a signal processing unit configured to determine an upper limit rotational speed of the device component in response to the noise level; and (4) a control unit for limiting the speed of the device component to the limit speed.
  • a heat pump in the Fig. 1 symbolically illustrated heat pump includes a set up in the outer area of a building 12 outdoor unit 14, which includes a fan 16 for generating an air flow through a heat exchanger, not shown, and a compressor 18 for compressing a refrigerant as a motor-driven device component. In this case, the air flow heat is removed and discharged through the heat exchanger to the refrigerant.
  • a measuring unit 20 is provided in conjunction with a signal processor 22 and a control unit 24 as an actuator for limiting the speed of the fan 16 and compressor 18.
  • the heat pump 10 is connected as a so-called split device via refrigerant lines 26 to the outdoor unit 14.
  • refrigerant lines 26 For systems with inverter or
  • the performance of the compressor 18 and possibly the fan 16 is variably adapted to the heat demand. This is done by a variable-speed control of the respective drive motor by a frequency converter (inverter).
  • inverter In this case, alternating current from the power grid is first converted into direct current, while a downstream inverter converts the current back into alternating current with different frequencies. Depending on the AC frequency then changes the speed of the drive motor and correspondingly the performance of the compressor.
  • a microphone is provided, which may be integrated in the outdoor unit 14 or may be installed separately in the Au- ⁇ en Scheme of the building 12.
  • the ambient noise or the sound emission is detected by means of the microphone 20 during a predetermined measurement period as the average signal level P, wherein the sound emitting device component 16, 18 is turned off during the measurement.
  • This process takes place intermittently at predetermined time intervals, the respectively detected signal level P being used as the reference variable for the respective subsequent period for the determination of a limiting rotational speed of the drive motor of the device component 16, 18 explained below.
  • the noise emission is adapted by the outdoor unit 14 to the noise in the vicinity of the installation, so that a disturbance of people who are in the vicinity, is largely avoided.
  • Fig. 2 shows by way of example a predefined functional curve of the limit speed n (1 / min) as a function of the signal level P (dB) of the ambient noise, as it is processed in the signal processor 22.
  • a limit speed is determined according to the curve.
  • the drive motor of the Device component 16, 18 are operated in inverter operation also demand-dependent variable speed up to this limit speed.
  • the limit speed thus represents an upper speed limit for the duration of an operating interval until a current signal level P is detected again.
  • n are processed control technology. Also conceivable is a parameter adaptation to the operating conditions on site.
  • the example of a heat pump 10 explained operating noise adjustment can be done equally in air conditioning compressors and fans in outdoor units of air conditioning.
  • the invention relates to a method and a system for influencing the acoustic emission of a heat pump 10 or air conditioning, in which in an outdoor unit 14 designed as a fan 16 or compressor 18 device component 16,18 operated while sound is emitted.
  • an outdoor unit 14 designed as a fan 16 or compressor 18 device component 16,18 operated while sound is emitted.
  • a noise level of the ambient noise in the area of the outdoor unit 14 is detected by means of a measuring unit 20, that an upper limit speed of the device component 16, 18 is determined as a function of the noise level, and that the speed for the operation of the device component 16 , 18 is limited by the limit speed up.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Schallemission einer insbesondere mit Inverter ausgestatteten Wärmepumpe oder Klimaanlage, bei welchem in einem zur Aufstellung im Außenbereich eines Gebäudes bestimmten Außengerät der Wärmepumpe oder Klimaanlage eine als Ventilator oder Kompressor ausgebildete Gerätekomponente betrieben und dabei Schall emittiert wird. Die Erfindung betrifft weiter ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Luft/Wasser-Wärmepumpen beziehen Ihre Wärme üblicherweise aus der Umgebungsluft. Dazu wird eine Außeneinheit im Freien in der Nähe des zu beheizenden Gebäudes aufgestellt. Dort wird Wärme aus der Umgebungsluft über einen Wärmetauscher an ein Kältemittel übertragen. Um die Wärmeübertragung effizient zu gestalten, muss ein großer Luftstrom durch den Wärmetauscher geführt werden. Dieser Luftstrom wird üblicherweise durch einen Ventilator erzeugt. Sowohl der Luftstrom als auch der Ventilator selbst erzeugen dabei einen gewissen Luftschall, dessen Intensität von der Drehzahl des Ventilators abhängig ist. Bei so genannten Inverter-Geräten sind der Kompressor und der Ventilator über weite Betriebsbereiche in Drehzahl und Leistung modulierbar. Für beide Aggregate gilt, dass Ihre Schall-Emission mit zunehmender Leistungsaufnahme deutlich zunimmt. Bei oftmals dichter Bebauung kommt es immer wieder zu Kritik bezüglich der Geräuschemission von kältetechnischen Außengeräten (Wärmepumpen und Klimageräte) bezüglich ihrer Geräuschentwicklung.
  • GB2236200A offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Systeme weiter zu verbessern und mit einfachen Mitteln eine betriebsbedingte Lärmbelästigung weitgehend ohne Leistungseinbußen zu vermindern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 9 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass eine Schallquelle dann als subjektiv störend empfunden wird, wenn sie deutlich lauter ist als der Umgebungslärm bzw. die Umgebungsgeräusche. Die Erfindung hat daher das Ziel, die Geräusch-Emission eines Außengerätes einer Wärmepumpe oder eines Klimagerätes in Abhängigkeit des gemessenen aktuellen Umgebungsgeräuschpegels zu steuern Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Lärmpegel des Umgebungslärms im Bereich des Außengeräts mittels einer Messeinheit erfasst wird, dass eine obere Grenzdrehzahl der Gerätekomponente in Abhängigkeit von dem Lärmpegel bestimmt wird, und dass die Drehzahl für den Betrieb der Gerätekomponente durch die Grenzdrehzahl nach oben begrenzt wird. Durch das Messen des Umgebungsgeräuschpegels und der davon abhängigen Festlegung einer Grenzdrehzahl wird sichergestellt, dass die Erhöhung des Umgebungsgeräuschpegels in der Umgebung des Aufstellungsortes des Außengerätes einen bestimmten, frei definierbaren Wert nicht überschreitet und somit nicht störend wahrgenommen wird.
  • In diesem Zusammenhang ist es allgemein von Vorteil, wenn bis zum Erreichen einer vorgegebenen Maximaldrehzahl der Gerätekomponente mit zunehmendem Lärmpegel eine zunehmende Grenzdrehzahl bestimmt wird.
  • Für eine definierte Regelungsstrategie ist es vorteilhaft, wenn die Grenzdrehzahl durch einen ggf. empirisch vordefinierten funktionalen Verlauf oder eine Umsetzungstabelle in Abhängigkeit von dem erfassten Lärmpegel ermittelt wird.
  • Weitere Gebrauchsvorteile lassen sich dadurch erreichen, dass der funktionale Verlauf oder die Umsetzungstabelle nach Maßgabe von Betriebsbedingungen am Aufstellort des Außengeräts angepasst wird.
  • Eine weitere Betriebsoptimierung sieht vor, dass die Gerätekomponente in einem Drehzahlbereich unterhalb der Grenzdrehzahl bedarfsabhängig mit variabler Drehzahl betrieben wird.
  • Vorteilhafterweise wird die Gerätekomponente während der Erfassung des Lärmpegels abgeschaltet, so dass der Umgebungsgeräuschpegel immer ohne die Eigenemission bestimmt werden kann.
  • Um sich ändernde Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen, ist es günstig, wenn der Lärmpegel in Zeitintervallen intermittierend erfasst wird, und wenn der jeweils erfasste Lärmpegel für einen nachfolgenden Zeitraum als Referenzgröße zur Bestimmung der Grenzdrehzahl herangezogen wird.
  • Vorteilhafterweise wird der Lärmpegel über eine Messdauer als mittlerer Signalpegel erfasst.
  • Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass der Lärmpegel mittels eines Mikrofons als Messeinheit erfasst wird, wobei das Mikrofon in das Außengerät integriert oder separat vom Außengerät installiert sein kann.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird auch ein System zur Beeinflussung der Schallemission einer Wärmepumpe oder Klimaanlage mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: (1) einem im Außenbereich eines Gebäudes aufstellbaren, einen Ventilator oder Kompressor als Schall emittierende Gerätekomponente umfassenden Außengerät der Wärmepumpe oder Klimaanlage; (2) eine zur Erfassung eines Lärmpegels des Umgebungslärms im Bereich der Außeneinheit ausgebildete Messeinheit; (3) eine zur Bestimmung einer oberen Grenzdrehzahl der Gerätekomponente in Abhängigkeit von dem Lärmpegel eingerichtete Signalverarbeitungseinheit; und (4) eine Steuereinheit zur Drehzahlbegrenzung der Gerätekomponente auf die Grenzdrehzahl. Damit werden die eingangs in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnten Vorteile gleichermaßen erreicht.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schaubildliche Darstellung eines Außengeräts einer Wärmepumpe mit einer Steuereinheit zur geräuschadaptiven Drehzahlkontrolle;
    Fig. 2
    einen funktionellen Verlauf der zulässigen Grenzdrehzahl eines Schallemitters der Wärmepumpe in Abhängigkeit von dem Umgebungslärm.
  • Die in Fig. 1 symbolisch dargestellte Wärmepumpe umfasst ein im Außenbereich eines Gebäudes 12 aufgestelltes Außengerät 14, welches einen Ventilator 16 zur Erzeugung eines Luftstroms durch einen nicht gezeigten Wärmetauscher und einen Kompressor 18 zur Verdichtung eines Kältemittels als motorisch angetriebene Gerätekomponente enthält. Dabei wird dem Luftstrom Wärme entzogen und über den Wärmetauscher an das Kältemittel abgegeben. Zur selbstadaptiven Geräuschregelung ist eine Messeinheit 20 in Verbindung mit einem Signalprozessor 22 und eine Steuer- bzw. Kontrolleinheit 24 als Stellglied zur Drehzahlbegrenzung des Ventilators 16 bzw. Kompressors 18 vorgesehen.
  • Die Wärmepumpe 10 ist als so genanntes Splitgerät über Kältemittelleitungen 26 mit dem Außengerät 14 verbunden. Bei Anlagen mit Inverter bzw.
  • Inverter-Technologie wird die Leistung des Kompressors 18 und ggf. des Ventilators 16 variabel dem Wärmebedarf angepasst. Dies erfolgt durch eine drehzahlvariable Ansteuerung des jeweiligen Antriebsmotors durch einen Frequenzumrichter (Inverter). Hierbei wird Wechselstrom aus dem Stromnetz zunächst in Gleichstrom gewandelt, während ein nachgeordneter Wechselrichter den Strom wieder in Wechselstrom mit unterschiedlicher Frequenz umwandelt. Je nach Wechselstromfrequenz verändert sich dann die Drehzahl des Antriebsmotors und entsprechend die Leistung des Kompressors.
  • Als Messeinheit 20 zur Erfassung des Umgebungslärms ist ein Mikrofon vorgesehen, das in dem Außengerät 14 integriert sein kann oder separat im Au-βenbereich des Gebäudes 12 installiert sein kann.
  • Im Betrieb der Anlage wird der Umgebungslärm bzw. die Schallimission mittels des Mikrofons 20 während einer vorgegebenen Messdauer als mittlerer Signalpegel P erfasst, wobei die Schall emittierende Gerätekomponente 16, 18 während der Messung abgeschaltet wird. Dieser Vorgang erfolgt intermittierend in vorgegebenen Zeitintervallen, wobei der jeweils erfasste Signalpegel P für den jeweils nachfolgenden Zeitraum als Referenzgröße zur nachstehend erläuterten Bestimmung einer Grenzdrehzahl des Antriebsmotors der Gerätekomponente 16, 18 herangezogen wird. Qualitativ erfolgt dies derart, dass mit zunehmendem Umgebungslärm bzw. Signalpegel P die Grenzdrehzahl erhöht wird. Hierbei wird die Schallemission durch das Außengerät 14 an die Geräuschentwicklung in der Umgebung des Aufstellorts angepasst, so dass eine Störung von Personen, die sich in der Nähe aufhalten, weitgehend vermieden wird.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft einen vordefinierten funktionalen Verlauf der Grenzdrehzahl n (1/min) in Abhängigkeit vom Signalpegel P (dB) des Umgebungslärms, wie er in dem Signalprozessor 22 verarbeitet wird. Bis zu einer bauartbedingten Maximaldrehzahl nm des Motors wird eine Grenzdrehzahl entsprechend dem Kurvenverlauf ermittelt. Dabei kann der Antriebsmotor der Gerätekomponente 16, 18 im Inverterbetrieb auch bedarfsabhängig mit variabler Drehzahl bis zu dieser Grenzdrehzahl betrieben werden. Die Grenzdrehzahl stellt somit eine obere Drehzahlschranke für die Dauer eines Betriebsintervalls dar, bis ein aktueller Signalpegel P erneut erfasst wird. Bei einer parallelen Kontrolle von Ventilator 16 und Kompressor 18 können jeweils eigens angepasste Funktionsverläufe oder ggf. Umsetzungstabellen mit gespeicherten Wertepaaren P,n steuerungstechnisch verarbeitet werden. Denkbar ist auch eine Parameteranpassung an die Betriebsbedingungen vor Ort.
  • Die vorstehend am Beispiel einer Wärmepumpe 10 erläuterte Betriebsgeräuschanpassung kann gleichermaßen bei Klimakompressoren und Ventilatoren in Außengeräten von Klimaanlagen erfolgen.
  • Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Beeinflussung der Schallemission einer Wärmepumpe 10 oder Klimaanlage, bei dem in einem Außengerät 14 eine als Ventilator 16 oder Kompressor 18 ausgebildete Gerätekomponente 16,18 betrieben und dabei Schall emittiert wird. Zur selbstadaptiven Geräuschregelung wird vorgeschlagen, dass ein Lärmpegel des Umgebungslärms im Bereich des Außengeräts 14 mittels einer Messeinheit 20 erfasst wird, dass eine obere Grenzdrehzahl der Gerätekomponente 16,18 in Abhängigkeit von dem Lärmpegel bestimmt wird, und dass die Drehzahl für den Betrieb der Gerätekomponente 16,18 durch die Grenzdrehzahl nach oben begrenzt wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Beeinflussung der Schallemission einer vorzugsweise mit Inverter ausgestatteten Wärmepumpe (10) oder Klimaanlage, bei welchem in einem zur Aufstellung im Außenbereich eines Gebäudes (12) bestimmten Außengerät (14) der Wärmepumpe (10) oder Klimaanlage eine als Ventilator (16) oder Kompressor (18) ausgebildete Gerätekomponente (16,18) betrieben und dabei Schall emittiert wird, wobei ein Lärmpegel des Umgebungslärms im Bereich des Außengeräts (14) mittels einer Messeinheit (20) erfasst wird, eine obere Grenzdrehzahl der Gerätekomponente (16,18) in Abhängigkeit von dem Lärmpegel bestimmt wird, und die Drehzahl für den Betrieb der Gerätekomponente (16, 18) durch die Grenzdrehzahl nach oben begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bis zum Erreichen einer vorgegebenen Maximaldrehzahl der Gerätekomponente (16,18) mit zunehmendem Lärmpegel eine zunehmende Grenzdrehzahl bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzdrehzahl durch einen ggf. empirisch vordefinierten funktionalen Verlauf oder eine Umsetzungstabelle in Abhängigkeit von dem erfassten Lärmpegel ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionale Verlauf oder die Umsetzungstabelle nach Maßgabe von Betriebsbedingungen am Aufstellort des Außengeräts (14) angepasst wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätekomponente (16,18) in einem Drehzahlbereich unterhalb der Grenzdrehzahl bedarfsabhängig mit variabler Drehzahl betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätekomponente (16,18) während der Erfassung des Lärmpegels abgeschaltet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lärmpegel in Zeitintervallen intermittierend erfasst wird, und dass der jeweils erfasste Lärmpegel für einen nachfolgenden Zeitraum als Referenzgröße zur Bestimmung der Grenzdrehzahl herangezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lärmpegel über eine Messdauer als mittlerer Signalpegel erfasst wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lärmpegel mittels eines Mikrofons als Messeinheit (20) erfasst wird, wobei das Mikrofon in das Außengerät (14) integriert ist oder separat vom Außengerät (14) installiert ist.
  9. System zur Beeinflussung der Schallemission einer Wärmepumpe (10) oder Klimaanlage, mit einem im Außenbereich eines Gebäudes aufstellbaren, einen Ventilator (16) oder Kompressor (18) als Schall emittierende Gerätekomponente (16,18) umfassenden Außengerät (14) der Wärmepumpe (10) oder Klimaanlage, einer zur Erfassung eines Lärmpegels des Umgebungslärms im Bereich der Außeneinheit ausgebildeten Messeinheit (20), einer zur Bestimmung einer oberen Grenzdrehzahl der Gerätekomponente (16,18) in Abhängigkeit von dem Lärmpegel eingerichteten Signalverarbeitungseinheit (22) und einer Steuereinheit (24) zur Drehzahlbegrenzung der Gerätekomponente (16,18) auf die Grenzdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (22) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Maximaldrehzahl der Gerätekomponente (16,18) mit zunehmendem Lärmpegel eine zunehmende Grenzdrehzahl bestimmt.
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