EP4733676A2

EP4733676A2 - Steuervorrichtung für eine wärmepumpenanlage, verfahren zum steuern einer wärmepumpenanlage, wärmepumpensystem und computerprogrammprodukt

Info

Publication number: EP4733676A2
Application number: EP26163925.6A
Authority: EP
Inventors: Christian BERRETH; Thomas Niggemann; Jan RÜSEN; Joachim Maul; Benny KONTOROWITZ; Christof Pawlowsky
Original assignee: Viessmann Holding International GmbH
Current assignee: Viessmann Holding International GmbH
Priority date: 2024-05-08
Filing date: 2025-01-31
Publication date: 2026-04-29
Also published as: DE102024112924A1; EP4647672A1

Abstract

Die Erfindung stellt eine Steuervorrichtung 50 zum Steuern einer Wärmepumpenanlage 101 bereit, wobei die Wärmepumpenanlage 101 zumindest ein Sicherheitsgehäuse 20, einen Arbeitskreislauf 10 für ein Arbeitsmedium und eine Lüftungsvorrichtung umfasst, wobei der Arbeitskreislauf zumindest teilweise in einem Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 angeordnet ist und die Lüftungsvorrichtung mit dem Sicherheitsgehäuse 20 verbunden ist und dazu eingerichtet ist, dem Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen und wobei die Steuervorrichtung 50 mit der Lüftungsvorrichtung koppelbar ist und in einem gekoppelten Zustand eingerichtet ist, die Lüftungsvorrichtung zu steuern und die Steuervorrichtung 50 einen ersten Luftkenngrößensensor 51, 52, der zum Erfassen einer ersten Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 eingerichtet ist, und einen zweiten Luftkenngrößensensor 51, 52 umfasst, der zum Erfassen einer zweiten Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung 50 eingerichtet ist, im Zuge eines Steuerns der Lüftungsvorrichtung eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit eines vom Luftkenngrößensensor 51, 52 erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und eines vom zweiten Luftkenngrößensensor 51, 52 erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 einzustellen.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, ein Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage, ein Wärmepumpensystem und ein Computerprogrammprodukt.

Hintergrund der Erfindung

In jüngster Zeit finden, insbesondere in Privathaushalten, zunehmend Wärmepumpenanlagen Anwendung, um eine Raumklimatisierung und/oder die Bereitstellung temperierten Brauchwassers zu realisieren.
Bei den genannten Wärmepumpenanlagen handelt es sich um thermodynamische Vorrichtungen, die durch eine Verbindung mit einer Wärmequellenanlage unterschiedliche Energiequellen aus der Umgebung, beispielsweise in Form von Aerothermie, Geothermie oder Hydrothermie, für die Raumklimatisierung und/oder die Temperierung von Brauchwasser nutzbar machen.
Zu diesem Zweck dient die Wärmepumpenanlage als eine Art Schnittstelle, welche einen Energie- bzw. Wärmefluss zwischen der Wärmequellenanlage und einem oder mehreren Zielsystem(en) ermöglicht, wie etwa einem Heizungs-, Lüftungs- oder Brauchwasserkreislauf. Abhängig von der Richtung des Wärmeflusses kann dem Zielsystem thermische Energie zugeführt oder entzogen werden, beispielsweise um die Temperatur eines Energietransportmediums im Heizungskreislauf zu erhöhen oder abzusenken. Dadurch können Räume entweder beheizt oder gekühlt werden. Der Fall, in dem der Wärmefluss in das Zielsystem gerichtet ist, wird als Heizbetrieb der Wärmepumpenanlage bezeichnet. Der umgekehrte Fall, bei dem der Wärmefluss aus dem Zielsystem herausgeführt wird, wird als Kühlbetrieb bezeichnet. Die Wärmepumpenanlage kann dabei entweder so konfiguriert sein, dass lediglich eine der beiden Betriebsarten ermöglicht wird, oder so, dass ein Umschalten zwischen diesen Betriebsarten möglich ist, um beispielsweise im Sommer zu kühlen und im Winter zu heizen.
Die Wärmepumpenanlage umfasst in der Regel einen geschlossenen thermodynamischen Arbeitskreislauf, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert. An mindestens einer Stelle dieses Arbeitskreislaufs kann dem Arbeitsmedium Wärmeenergie zugeführt werden, während an mindestens einer weiteren Stelle Wärmeenergie vom Arbeitsmedium entzogen werden kann.
Als Arbeitsmedium sollen bevorzugt kohlenwasserstoffhaltige Kältemittel eingesetzt werden, insbesondere natürlich vorkommende Kohlenwasserstoffe. Diese zeichnen sich im Vergleich zu anderen Arbeitsmedien durch einen hohen Wirkungsgrad beim Betrieb der Wärmepumpenanlage aus. Ein Beispiel hierfür ist ein Kältemittel auf Propanbasis, insbesondere R290 (Propan).
Der Einsatz solcher üblicherweise brennbaren Kältemittel birgt jedoch gewisse Sicherheitsrisiken. Insbesondere kann eine Leckage auftreten und so brennbares Kältemittel aus dem Arbeitskreislauf austreten. Um ein direktes Austreten in die Umgebung der Wärmepumpenanlage zu verhindern, kommen üblicherweise gegenüber der Umgebung abgedichtete Gehäuse zum Einsatz, in denen zumindest der Arbeitskreislauf angeordnet ist.
Beim Betrieb der Wärmepumpenanlage ist zusätzlich sicherzustellen, dass sich im Leckagefall das Arbeitsmedium nicht übermäßig im Gehäuse ansammeln kann.
Aus dem Stand der Technik sind dahingehende Sicherungsmaßnahmen bekannt.
So zeigt die EP 3 712 531 A1 eine Luft-Wasser-Wärmepumpenanlage, die den Betrieb eines linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozesses mit einem brennbaren Arbeitsmedium in einem geschlossenen System sichern soll. Hierzu umfasst die Wärmepumpenanlage ein vorzugsweise hermetisch abgedichtetes Gehäuse mit Zu- und Ableitung sowie einen Lüfter zur Außenluftführung.

Zusammenfassung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik ein verbessertes Steuerungskonzept für eine Wärmepumpenanlage bereitzustellen, das einen sichereren und gleichzeitig effizienteren Betrieb-der Wärmepumpenanlage gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage nach Anspruch 6, ein Wärmepumpensystem nach Anspruch 12 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 bereitgestellt.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich dabei auf bevorzugte Ausführungsformen, die jeweils für sich genommen oder in Kombination bereitgestellt werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Wärmepumpenanlage bereitgestellt. Die Wärmepumpenanlage umfasst dabei ein Sicherheitsgehäuse, einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium, der zumindest teilweise in einem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet ist und eine Lüftungsvorrichtung, die mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden ist und dazu eingerichtet ist, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen. Die Steuervorrichtung ist mit der Lüftungsvorrichtung koppelbar und in einem gekoppelten Zustand eingerichtet, die Lüftungsvorrichtung zu steuern. Die Steuervorrichtung umfasst einen ersten Luftkenngrößensensor, der zum Erfassen einer ersten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses eingerichtet ist, und einen zweiten Luftkenngrößensensor, der zum Erfassen einer zweiten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, im Zuge eines Steuerns der Lüftungsvorrichtung eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit eines vom ersten Luftkenngrößensensor erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und eines vom zweiten Luftkenngrößensensor erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses einzustellen.
Dadurch wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die einen Innenraum eines Sicherheitsgehäuses zuverlässig mittels Luftkenngrößensensoren überwachen kann und dazu eingerichtet ist, basierend auf den von den Luftkenngrößensensoren erfassten Ist-Werten eine Lüftungsvorrichtung der Wärmepumpenanlage anzusteuern.
Durch die beiden Luftkenngrößensensoren kann die Steuervorrichtung den Innenraum des Sicherheitsgehäuses effektiver überwachen. Insbesondere ist es mittels dieser Ausführungsform möglich, dass unterschiedliche Belange bei einer Steuerung der Lüftungsvorrichtung gegeneinander abgewogen und/oder auch zeitgleich berücksichtigt werden können.
So kann beispielsweise eine Leckagedetektion, wie unten beschrieben, durchgeführt werden, wobei zeitgleich eine Temperatursteuerung, ebenfalls wie unten beschrieben, erfolgt. Dafür wird beispielsweise mit dem ersten Luftkenngrößensensor als erste Luftkenngröße eine Menge/Konzentration eines Gases, vorzugsweise des Arbeitsmediums, erfasst und mit dem zweiten Luftkenngrößensensor als zweite Luftkenngröße die Temperatur.
Da die Steuervorrichtung nicht auf das bloße Ein-, beziehungsweise Ausschalten der Lüftungsvorrichtung beschränkt ist, sondern die Förderleistung in Abhängigkeit der beiden erfassten Ist-Werte der Luftkenngrößen einstellen kann, sind flexiblere Steuerungen möglich.
Insbesondere kann es sich bei der ersten erfassten Luftkenngröße und der zweiten erfassten Luftkenngröße auch um die gleiche Luftkenngröße handeln. So kann beispielsweise die Temperatur des Innenraums des Sicherheitsgehäuses an unterschiedlichen Stellen erfasst werden, wodurch die Genauigkeit der Temperaturerfassung verbessert werden kann. Auf diese Weise kann also eine Luftkenngröße redundant erfasst werden, um anhand der erfassten Werte der Luftkenngröße eine gegenseitige Überwachung und Plausibilisierung vorzunehmen.
Vorteilhaft können auch zwei Gassensoren eingesetzt werden, um eine Menge/Konzentration eines Gases an unterschiedlichen Stellen im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu erfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Menge/Konzentration des Arbeitsmediums an unterschiedlichen Stellen im Innenraum des Sicherheitsgehäuses erfasst, was es unter anderem erlaubt die Größe einer Leckage besonders genau zu bestimmen.
Bei den vorgenannten zu erfassenden Luftkenngrößen handelt es sich lediglich um Beispiele, deren Aufzählung als nicht abschließend zu verstehen ist.
Als Sicherheitsgehäuse ist dabei jedwedes Gehäuse einer Wärmepumpenanlage zu verstehen, das wenigstens einen Teil des Arbeitskreislaufs umfasst. Insbesondere kann ein solches Sicherheitsgehäuse gegenüber einer Umgebung des Sicherheitsgehäuses abgedichtet sein, um ein unbeabsichtigtes Austreten von im Innenraum befindlichem Gas in eine Umgebung des Sicherheitsgehäuses zu verhindern, um so die Umgebung vor einer Kontaminierung zu schützen. Dies schließt aber nicht aus, dass im Innenraum befindliches Gas beabsichtigt durch eigens dafür vorgesehene Auslässe im Sicherheitsgehäuse aus dem Innenraum abgeführt werden kann, was in diesem Fall einem beabsichtigten Austreten entsprechen würde.
In anderen Worten kann das Sicherheitsgehäuse derart ausgebildet sein, dass der Innenraum abseits von konstruktiv vorgesehenen Einlass- und Auslassöffnungen, beispielsweise zum Einleiten von Spülluft oder zum Absaugen von Gas aus dem Innenraum, im Wesentlichen gasdicht gegenüber einer Umgebung des Sicherheitsgehäuses abgeschlossen ist.
Im Wesentlichen gasdicht ist dabei so zu verstehen, dass es durchaus zu einer Leckage, also zu einem aus dem Innenraum unbeabsichtigten Austreten von Gas kommen kann, deren Leckage-Rate aber vorzugsweise kleiner gleich einem vorgegebenen Grenzwert ist.
So ist eine noch zulässige Leckage-Rate bei dem im Wesentlichen gasdichten Sicherheitsgehäuse im Falle von Isobutan im Innenraum bei 20 °C und 10 bar kleiner gleich 6,0 Pa m³/s über 1 Liter Bauvolumen, weiter bevorzugt kleiner gleich 4,0 Pa m³/s über 1 Liter Bauvolumen weiter bevorzugt kleiner gleich 2,0 Pa m³/s über 1 Liter Bauvolumen und in einer bevorzugten Ausführungsform kleiner gleich 10^-6 Pa m³/s (=1,0 µPa m³/s) über 1 Liter Bauvolumen. Die letztgenannte Leckage-Rate soll als hermetisch dichtes Sicherheitsgehäuse verstanden werden.
Der Austritt von Arbeitsmedium aus dem Arbeitskreislauf, der direkt an einer Komponente des Arbeitskreislaufs aufritt, welche in dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet ist, wird nachfolgend auch als primärer Austritt oder primäre Leckage bezeichnet. Bei einer primären Leckage kann auch es sich auch um eine Leckage handeln, bei der Arbeitsmedium in ein angeschlossenes Hydrauliksystem gelangen kann, aus dem es in das Sicherheitsgehäuse zurückgeführt wird.
Bei der primären Leckage tritt also Arbeitsmedium aus dem Arbeitskreislauf in das Sicherheitsgehäuse aus. Das Austreten von Arbeitsmedium aus dem idealerweise in sich dichten Arbeitskreislauf kann dabei beispielsweise durch undichte Verbindungskomponenten im Arbeitskreislauf, beispielsweise in Folge von Materialermüdung oder durch Beschädigungen der Wärmeübertrager verursacht werden, beispielsweise in Form von Frostschäden.
Die vorgestellte Steuervorrichtung zum Steuern einer Wärmepumpenanlage ermöglicht beispielsweise ein sehr effizientes Abführen von ausgetretenem Arbeitsmedium, da mittels der Luftkenngrößensensoren eine quantitative Bewertung vorgenommen werden kann, beispielsweise von im Innenraum befindlichem gasförmigem Arbeitsmedium.
Damit kann die Wärmepumpenanlage beispielsweise effizienter betrieben werden, da zum Beispiel bei verhältnismäßig kleinem Ist-Wert einer Luftkenngröße die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung gering eingestellt wird, was beispielsweise zu einem geringeren Stromverbrauch und damit zu geringeren Betriebskosten und auch einer geringeren Lärmbelastung führt.
Wird hingegen ein großer Ist-Wert der Luftkenngröße erfasst, kann entsprechend eine hohe Förderleistung von der Steuervorrichtung eingestellt werden, um so beispielsweise eine schnelle Änderung der Luftkenngröße im Innenraum herbeizuführen.
Die Steuervorrichtung erlaubt somit eine effiziente, bedarfsabhängige Steuerung der Wärmepumpenanlage im Hinblick auf einen Zustand der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses.
Unter der Abhängigkeit vom erfassten Ist-Wert kann jedwede Abhängigkeit verstanden werden, die insbesondere als mathematische Funktion mit dem Ist-Wert als Eingangsargument der Funktion angegeben werden kann.
Besagte Funktion kann beispielsweise und nicht erschöpfend eine lineare oder polynomielle Funktion sein, eine Sprungfunktion, eine gebrochen rationale Funktion usw., die wahlweise zusätzliche Eingangsargumente und Parameter enthalten kann.
Das Einstellen der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung kann beispielsweise durch Einstellen eines oder mehrerer Betriebsparameter der Lüftungsvorrichtung erfolgen. Beispielhaft und nicht abschließend kann die Steuervorrichtung eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung anhand einer Drehzahl wenigstens einer Strömungsmaschine der Lüftungsvorrichtung, anhand eines Öffnens oder Verschließens von Lüftungsklappen oder anhand eines Änderns der Anzahl betriebener Strömungsmaschinen der Lüftungsvorrichtung, falls diese mehrere umfasst, erfolgen.
Das Anordnen der Luftkenngrößensensoren im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist dahingehend vorteilhaft, dass sich der Sensor so in direkter Nähe wesentlicher Komponenten der Wärmepumpenanlage befindet.
Je nach erfasster Luftkenngröße lassen sich so innerhalb kürzester Zeit Änderungen im Innenraum detektieren und, falls erforderlich, Gegenmaßnahmen einleiten. Beispielsweise kann als Luftkenngröße eine Gasmenge von gasförmigem Arbeitsmedium erfasst werden, das beispielsweise durch Leckage in den Innenraum ausgetreten ist.
Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Lufttemperatur im Innenraum erfasst werden, was wiederum dazu genutzt werden kann, die Luft im Innenraum durch Steuern der Lüftungsvorrichtung in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten, um so beispielsweise ein Überhitzen des Arbeitskreislaufs zu verhindern.
Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Luftfeuchtigkeit im Innenraum erfasst werden, was wiederum dazu genutzt werden kann, die Luftfeuchtigkeit im Innenraum durch Steuern der Lüftungsvorrichtung in einem bestimmten Feuchtigkeitsbereich zu halten, um so beispielsweise keine Korrosion von Elementen des Arbeitskreislaufs zu begünstigen und deren Betauung zu verhindern.
Die bereitgestellte Steuervorrichtung steigert dadurch die Betriebssicherheit und Betriebseffizienz der von ihr gesteuerten Wärmepumpenanlage.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung eingerichtet, im Zuge des Einstellens der Förderleistung die Förderleistung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße zumindest auf einen ersten und einen zweiten Förderleistungswert einzustellen, wobei die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null ist und die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner ist als für den zweiten Förderleistungswert.
Der erste und der zweite Förderleistungswert können beispielsweise an die Komponenten der Lüftungsvorrichtung angepasst werden, um diese besonders effizient zu betreiben. So kann der erste Förderleistungswert beispielsweise einen minimalen Wert darstellen, der eine Mindestlüftung bereitstellt. Werden Ist-Werte der Luftkenngrößen vom Sensor erfasst, der eine stärkere Belüftung erfordert, kann entsprechend der zweite Förderleistungswert von der Steuervorrichtung eingestellt werden.
Diese kann beispielsweise zu jeder Zeit eine Mindestlüftung garantieren, wobei zeitnah auf sich ändernde Bedingungen innerhalb des Sicherheitsgehäuses reagiert werden kann, die eine stärkere Lüftung erfordern.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann auch der zweite Förderleistungswert derart gewählt sein, dass er auf die Lüftungsvorrichtung abgestimmt ist. So kann beispielsweise ein Förderleistungswert als zweiter Förderleistungswert gewählt werden, der eine Strömungsmaschine der Lüftungsvorrichtung bei einer besonders effizienten Drehzahl, zum Beispiel seiner Nenndrehzahl, betreibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung weiterhin eingerichtet, im Zuge des Einstellens der Förderleistung die Förderleistung zusätzlich auf einen oder mehrere Zwischenförderleistungswerte zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert einzustellen, insbesondere stufenlos zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert.
Die Steuervorrichtung kann in diesem Fall die Effizienz der Lüftungsvorrichtung weiter steigern.
Die Einstellung von Förderleistungswerten, die zwischen einem ersten und einem zweiten Förderleistungswert liegen erlaubt eine flexiblerer und bedarfsorientiertere Anpassung an den erfassten Ist-Wert.
Dadurch kann die Lüftungsvorrichtung effizienter betrieben werden, beispielsweise in Fällen in den die Förderleitung für den ersten Förderleistungswert zu niedrig und die Förderleistung für den zweiten Förderleitungswert zu hoch wäre.
In einer bevorzugten Ausführung der Steuervorrichtung sind der erste Luftkenngrößensensor und/oder der zweite Luftkenngrößensensor als Temperatursensor ausgeführt, dergestalt, dass die erste und/oder zweite Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist
Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung für optimale Betriebsbedingungen der Komponenten der Wärmepumpenanlage im Innenraum des Sicherheitsgehäuses sorgen.
Besonders leistungselektronische Komponenten sind darauf ausgelegt, in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben zu werden, beziehungsweise können in einem bestimmten Temperaturbereich effizienter betrieben werden.
Durch die Überwachung des Innenraums des Sicherheitsgehäuses mit einem Temperatursensor und die Möglichkeit in Abhängigkeit des erfassten Temperatur-Ist-Wertes die Lüftungsvorrichtung zu steuern und insbesondere in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wertes der Temperatur eine Förderleistung einzustellen, kann die Steuervorrichtung beispielsweise größere Mengen Luft von außerhalb des Sicherheitsgehäuses in dasselbe zuführen, um so eine Kühlung des Innenraums zu erreichen.
Sinkt die Temperatur im Sicherheitsgehäuse hingegen zu weit ab, kann beispielsweise die Zufuhr von Außenluft verringert werden. Dadurch kann die Steuervorrichtung beispielsweise die weiter oben genannten Frostschäden, die zu einer Leckage führen können vermeiden.
Weiterhin verhilft die Steuervorrichtung in dieser Ausführung dazu, Sensoren einzusparen. Da die Temperatur des Innenraums von allen dort angeordneten Komponenten beeinflusst wird, kann der Temperatursensor somit an zentraler Stelle die Temperaturänderungen dieser Komponenten überwachen. Somit müssen die im Innenraum des Sicherheitsgehäuses verbauten Komponenten jeweils nicht mit eigenen Temperatursensoren ausgestattet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuervorrichtung ist der erste und/oder der zweite Luftkenngrößensensor als Gassensor ausgeführt, der eingerichtet ist, eine Menge und/oder Konzentration eines Gases, das insbesondere gasförmiges Arbeitsmedium ist, zu erfassen, dergestalt dass die erste und/oder zweite Luftkenngröße eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Die Steuervorrichtung kann auf diese Weise unter anderem zur Leckagedetektion eingesetzt werden. Ist einer der Luftkenngrößensensoren beispielsweise eingerichtet, eine Menge und/oder Konzentration des gasförmigen Arbeitsmediums zu erfassen, kann so je nach detektierter Menge/Konzentration beispielsweise auf eine Leckage rückgeschlossen werden; bei großen Mengen insbesondere auf eine primäre Leckage.
Diesfalls kann die Steuervorrichtung die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung beispielsweise auf ein Maximum einstellen, um einen schnellen Abtransport des Arbeitsmediums zu ermöglichen. Dadurch wird die Betriebssicherheit erhöht.
Wird hingegen beispielsweise keine oder nur eine sehr geringe Menge/Konzentration des Arbeitsmediums detektiert, so reicht eine geringe Förderleistung der Lüftungsvorrichtung aus.
Vorzugsweise umfasst die Steuervorrichtung eine Lüftungsvorrichtung, die bei eingestelltem ersten Förderleistungswert eingerichtet ist, ein Gasvolumen von wenigstens 35 m³/h zu fördern.
Die Lüftungsvorrichtung ist also vorzugsweise derart dimensioniert, dass das gesamte Gas im Inneren des Sicherheitsgehäuses, vorbehaltlich eines Innenraumvolumens kleiner 35 m³, zumindest einmal in der Stunde komplett ausgetauscht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage bereitgestellt, das nachfolgend auch Steuerungsverfahren genannt wird. Das bereitgestellte Steuerungsverfahren umfasst einen Schritt in dem eine Wärmepumpenanlage, umfassend ein Sicherheitsgehäuse, einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium und eine Lüftungsvorrichtung, bereitgestellt wird.
Dabei ist der Arbeitskreislauf zumindest teilweise in einem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet und die Lüftungsvorrichtung ist mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden und eingerichtet, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuse Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen.
Insbesondere kann es sich bei der bereitgestellten Wärmepumpenanlage um eine Wärmepumpenanlage handeln, die eingerichtet, ist ein Hydraulikmedium zu temperieren, um beispielsweise mittels Wärmetauschen Innenräume zu klimatisieren und/oder temperiertes Brauchwasser bereitzustellen. Bevorzugt ist hierfür ein Wärmeübertrager umfasst, der Energie vom Arbeitsmedium auf ein Hydraulikmedium eines Hydraulikkreislaufs übertragen kann.
Der Arbeitskreislauf umfasst vorzugsweise einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator und ein Expansionsventil. Vorzugsweise sind alle diese Komponenten im Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet.
Gegebenenfalls sind auch weitere Vorrichtungen umfasst und ebenfalls im Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet, die beim Betrieb der Wärmepumpenanlage vom Arbeitsmedium durchströmt werden. Hierunter können beispielsweise Bypässe, Steuerungsventile, Füllstandmessvorrichtungen etc. fallen.
So kann vorteilhafterweise die Gesamtheit der Komponenten zentral mit dem vorgestellten Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage überwacht und bei unerwünschten Änderungen gegengesteuert werden.
Das umfasste Sicherheitsgehäuse kann insbesondere ein Sicherheitsgehäuse sein, wie es weiter oben bereits beschrieben wurde.
Die von der Wärmepumpenanlage umfasste Lüftungsvorrichtung umfasst beispielsweise wenigstens eine Strömungsmaschine. Insbesondere kann es sich bei dieser Strömungsmaschine um einen Radial- oder Axiallüfter handeln.
Die Verbindung der Lüftungsvorrichtung mit dem Sicherheitsgehäuse erfolgt beispielsweise auf bekannte Art und Weise, zum Beispiel mittels Rohrleitungen oder Schläuchen. Es sind aber auch andere Verbindungsarten denkbar. Beispielsweise kann die umfasste Strömungsmaschine auch direkt an Lüftungsöffnungen des Sicherheitsgehäuses montiert sein, die zusätzlich mittels gegebenenfalls umfasster Lüftungsklappen oder ähnlichen Vorrichtungen abgedichtet sein können.
Die vorzugsweise umfasste Strömungsmaschine der Lüftungsvorrichtung kann insbesondere so montiert sein, dass sie Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuses einbläst oder Luft aus diesem absaugt. Zu diesem Zweck kann die Strömungsmaschine an einem beliebigen Ende einer Luft Zu- und/oder -ableitung angeordnet sein kann. Weiter vorzugsweise ist die Strömungsmaschine als Inline-Lüfter ausgeführt und kann dementsprechend auch innerhalb der Luft Zu- und/oder -ableitung angeordnet sein.
Weiterhin umfasst das Steuerungsverfahren den Schritt des Zu- und/oder Abführens von Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuses/aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses mittels der Lüftungsvorrichtung.
Bevorzugt findet hierbei eine Umwälzung dadurch statt, dass Luft aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses abgeführt wird. Dadurch herrscht im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ein permanenter Unterdruck, was vorteilhaft verhindert, dass Arbeitsmedium im Leckagefall aus dem Sicherheitsgehäuse in eine Umgebung des Sicherheitsgehäuses austreten kann.
Besonders in Zeiten, in denen eine hohe Heizleistung benötigt wird, kann aber auch permanent Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuses zugeführt werden, um die dort angeordneten Komponenten in einem vorteilhaften Temperaturbereich zu betreiben.
In einem weiteren Schritt des vorgestellten Steuerungsverfahrens, wird ein Ist-Wert einer ersten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses erfasst.
In einem weiteren Schritt wird ein Ist-Wert einer zweiten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses erfasst.
Wie bereits vorstehend beschrieben, kann es sich bei diesen Luftkenngrößen insbesondere um die Menge/Konzentration eines Gases, vorzugsweise des gasförmigen Arbeitsmediums, und/oder um eine Temperatur handeln. Es sei angemerkt, dass sich das vorgestellte Verfahren jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Es können insbesondere auch eine relative oder absolute Luftfeuchtigkeit, ein Taupunkt, ein Druck oder eine Strömungsgeschwindigkeit als Luftkenngröße erfasst werden.
Dadurch, dass das Steuerungsverfahren nicht auf bestimmte Luftkenngröße beschränkt ist, sind die Steuerungsmöglichkeiten sehr vielfältig und das Steuerungsverfahren kann so an unterschiedliche Situationen angepasst werden.
Weiterhin umfasst das Steuerungsverfahren auch einen Schritt des Steuerns der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wertes der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses, wobei dieser Schritt zumindest ein Einstellen einer Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße umfasst.
Das Steuerungsverfahren kann dadurch auf direkte Weise ungünstigen Zuständen im Innenraum des Sicherheitsgehäuses entgegenwirken. Die erzielbaren Effekte sind vielzählig und umfassen sicherheitsrelevante Aspekte aber auch Steuermöglichkeiten, die die Effizienz der Wärmepumpenanlage steigern.
Je nach erfasster Luftkenngröße kann das Steuerungsverfahren beispielsweise auf eine Leckage reagieren und brennbares und/oder giftiges Arbeitsmedium zeitnah aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses ausleiten.
Weiterhin kann das Steuerungsverfahren die Bildung von Kondenswasser im Innenraum des Sicherheitsgehäuses verhindern, indem die Zu- und/oder Ableitung von Luft entsprechend durch ein Anpassen der Förderleistung gesteuert wird.
Das Steuerungsverfahren kann überdies eingesetzt werden, um im Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnete Komponenten durch erhöhte Zufuhr von Luft kühlen.
Da insbesondere Frost an Komponenten des Arbeitskreises zu einem beschleunigten Verschleiß führt, kann das Steuerungsverfahren vorteilhaft auch eingesetzt werden, um in Abhängigkeit einer erfassten Temperatur im Innenraum des Sicherheitsgehäuses eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung dahingehend anzupassen, dass mehr oder weniger Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuses gefördert wird, um ein weiteres Absinken der Temperatur im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu verhindern.
Auf diese Weise kann das Steuerungsverfahren eingesetzt werden, um ein Gefrieren von Komponenten des Arbeitskreises zu unterbinden und so deren Lebensdauer positiv zu beeinflussen.
Es sei angemerkt, dass das vorgestellte Steuerungsverfahren nicht auf diese Beispiele beschränkt ist, sondern je nach erfasster Luftkenngröße auch weitere Steuermöglichkeiten der Lüftungsvorrichtung umfasst.
Bevorzugt umfasst das Steuerungsverfahren einen weiteren Schritt, in dem ein erster und ein zweiter Förderleistungswert der Lüftungsvorrichtung festgelegt werden, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen. Dabei ist die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null. Weiterhin ist die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner als für den zweiten Förderleistungswert. Bei dieser bevorzugten Ausführung des Steuerungsverfahrens umfasst das Einstellen der Förderleistung ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße und ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert.
Bevorzugt wird dabei der erste Förderleistungswert ausgewählt, wenn der erfasste Ist-Wert der ersten Luftkenngröße unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, und/oder der zweite Förderleistungswert wird ausgewählt, wenn der erfasste Ist-Wert der ersten Luftkenngröße oberhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts liegt, der insbesondere dem ersten Grenzwert entspricht.
Das Festlegen von zwei Förderleistungswerten, auf die eine Förderleistung eingestellt werden kann, erlaubt eine flexible Konfiguration des Steuerungsverfahrens. Die hierzu geschilderten Vorteile in Bezug auf die erfindungsgemäße Steuervorrichtung gelten hier analog.
Weiter vorteilhaft kann der größere der beiden festgelegten Förderleistungswerte beispielsweise auf in der zu steuernden Lüftungsvorrichtung verbaute Komponenten, wie Strömungsmaschinen oder ähnliche Komponenten abgestimmt werden.
Dies ermöglicht es dem Steuerungsverfahren beispielsweise, die Lüftungsvorrichtung auch bei einer hohen geforderten Förderleistung maximal effizient anzusteuern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerungsverfahrens, ist ein zusätzlicher Schritt umfasst, in dem ein oder mehrere Zwischenförderleistungswerte der Lüftungsvorrichtung, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen und die zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert liegen, festgelegt werden.
In dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerverfahrens umfasst das Einstellen der Förderleistung ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge des festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerts und des einen festgelegten Zwischenförderleistungswertes oder der mehreren festgelegten Zwischenförderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße und ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert.
Dieses Vorgehen ermöglicht eine weitere flexible Anpassung der Steuerung der Lüftungsanlage mittels des Steuerungsverfahrens. Die festgelegten Förderleistungswerte können jetzt sozusagen als Grenzwerte oder Maximal- und Minimalwerte der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung im Betrieb verstanden werden.
Vorzugsweise kann eine Funktion hinterlegt werden, die einen erfassten Ist-Wert der ersten Luftkenngröße auf einen Förderleistungswert zwischen dem festgelegten ersten Förderleistungswert und dem festgelegten zweiten Förderleistungswert abbildet.
So kann je nach Aufstellort der Wärmepumpenanlage eine individuelle Funktion hinterlegt werden, die festlegt, wie ein erfasster Ist-Wert auf einen einzustellenden Förderleistungswert abgebildet werden soll.
Alternativ kann auch ein Einstellen auf Basis von wenigstens zwei vorbestimmten Profilen mit jeweils hinterlegter Funktion erfolgen.
Bevorzugt umfasst das Einstellen der Förderleistung ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte und der festgelegten einen oder mehreren Zwischenförderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der (ersten) Luftkenngröße und in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße und ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert.
Es können bei dieser Ausführungsform zwei Ist-Werte der gleichen Luftkenngröße oder Ist-Werte unterschiedlicher Luftkenngrößen erfasst werden.
Hierzu sei angemerkt, dass die Luftkenngrößen an der gleichen Stelle oder an unterschiedlichen Stellen erfasst werden können.
Das Steuerungsverfahren kann so eine Steuerung mit höherer Genauigkeit durchführen oder unterschiedliche Luftkenngrößen in die Steuerung der Lüftungsvorrichtung einfließen lassen. Vorteilhaft lässt sich so insbesondere die Menge/Konzentration eines Gases an unterschiedlichen Stellen des Innenraums des Sicherheitsgehäuses erfassen.
Das ist beispielsweise vorteilhaft, falls die Menge/Konzentration eines Gases, welches schwerer ist als Luft, erfasst werden soll. Durch das Erfassen des Ist-Wertes an einer tiefen und einer hohen Position im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist das Steuerungsverfahren in der Lage, beispielsweise eine Leckagesituation besser zu beurteilen und somit die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung gezielter einstellen zu können, was letztendlich die Betriebssicherheit der Wärmepumpenanlage weiter verbessert.
Vorteilhaft können auch Ist-Werte unterschiedlicher Luftkenngrößen erfasst werden. Das Steuerungsverfahren kann so eingesetzt werden, um unterschiedliche Belange im Hinblick auf einen Zustand im Innenraum des Sicherheitsgehäuses gegeneinander abzuwägen und zu priorisieren.
So können beispielsweise ein Taupunkt im Innenraum des Sicherheitsgehäuses und zeitgleich eine Menge/Konzentration des gasförmigen Arbeitsmediums überwacht werden, um durch das Steuern der Lüftungsvorrichtung die Bildung von Kondenswasser im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu verhindern und im Leckagefall ausgetretenes gasförmiges Arbeitsmedium durch Einstellen einer maximalen Förderleistung schnell abzuführen.
Vorzugsweise kann die Betriebssicherheit in einem solchen Falle priorisiert werden. Wird also ein Ist-Wert der Menge/Konzentration des gasförmigen Arbeitsmediums erfasst, der auf eine Leckage schließen lässt, wird eine Förderleistung in Abhängigkeit der Menge/Konzentration eingestellt, selbst wenn dadurch die Bildung von Kondensat begünstigt würde.
Das vorgestellte Steuerungsverfahren ist nicht auf diese Beispiele eingeschränkt und erstreckt sich auch auf andere Ausführungen.
Vorzugsweise werden mehr als zwei Ist-Werte einer oder unterschiedlicher Luftkenngrößen erfasst.
Weiter vorzugsweise umfasst das Einstellen der Förderleistung ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte und der festgelegten einen oder mehreren Zwischenförderleistungswerte in Abhängigkeit aller erfassten Ist-Werte von Luftkenngrößen, oder in Abhängigkeit einer Untermenge aller erfassten Ist-Werte von Luftkenngrößen und ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Steuerungsverfahren mit der Maßgabe eine Lufttemperatur im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu steuern, wobei die erste und/oder zweite Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Durch die Steuerung der Lufttemperatur im Innenraum des Sicherheitsgehäuses kann insbesondere eine Überhitzung des Arbeitskreislaufs und/oder leistungselektronischer Komponenten verhindert werden.
Weiterhin kann mittels dieser Ausführungsform auch die Bildung von Frost verhindert werden, was sich besonders auf die Lebensdauer des Arbeitskreislaufs positiv auswirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Steuerungsverfahren mit der Maßgabe eine Menge und/oder Konzentration eines Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu steuern, wobei die erste und/oder zweite Luftkenngröße eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Wird das Verfahren mit dieser Maßgabe durchgeführt, kann besonders effektiv auf mögliche Leckagen reagiert werden, wenn die Menge und/oder Konzentration des gasförmigen Arbeitsmediums des Arbeitskreislaufs ermittelt wird.
Das Verfahren kann auf diese Weise dazu beitragen, dass auch brennbare und/oder giftige Arbeitsmedien in einer Wärmepumpenanlage verwendet werden können, die in einem Innenraum aufgestellt ist, da jederzeit automatisiert auf eine Leckage reagiert werden kann. Somit trägt das Verfahren dazu bei, die Betriebssicherheit einer entsprechenden Wärmepumpenanlage zu erhöhen.
Bevorzugt wird das Verfahren mit der Maßgabe durchgeführt, eine Lufttemperatur sowie eine Menge und/oder Konzentration eines Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu steuern, wobei die erste Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist und die zweite Luftkenngröße eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Das Verfahren kann bei dieser Maßgabe dazu eingesetzt werden, mehrere Belange zu steuern und gegeneinander zu priorisieren.
Vorzugsweise wird bei entgegengesetzten Steuerzielen, beispielsweise wenn die Temperatursteuerung zu einer geringeren Be- und/oder Entlüftung führen würde und die Steuerung einer Menge und/oder Konzentration eines Gases zu einer höheren Be- und/oder Entlüftung führen würde, das Steuerziel der Menge und/oder Konzentration eines Gases bevorzugt, da hier regelmäßig eine höhere Sicherheitsrelevanz vorliegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Steuerungsverfahren einen weiteren Schritt, in dem ein Soll-Wert für die erste Luftkenngröße festgelegt wird. Anschließend wird in dieser Ausführungsform ein Schritt durchgeführt, in dem eine Abweichung zwischen dem festgelegten Soll-Wert und dem erfassten Ist-Wert der ersten Luftkenngröße ermittelt wird. Das Einstellen der Förderleistung erfolgt dann in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung.
Bevorzugt wird ein Soll-Wert für alle Luftkenngrößen festgelegt, für die ein Ist-Wert erfasst wird und es werden dementsprechend Abweichungen zwischen den jeweils für eine Luftkenngröße festgelegten Soll-Werten und den erfassten Ist-Werten bestimmt. Weiter vorzugsweise erfolgt das Einstellen der Förderleistung in Abhängigkeit einer Teilmenge der ermittelten Abweichungen.
Auf diese Weise wird das Steuerungsverfahren vorteilhaft zu einem Regelungsverfahren erweitert. Vorzugsweise wird hierfür ein Regelkreis mit einem P, PI oder PID-Regler eingesetzt.
Vorzugsweise umfasst das Steuerungsverfahren zusätzlich einen Schritt, in dem ein Betrieb der Lüftungsvorrichtung beendet wird, falls eine ermittelte Abweichung einen vorgegebenen ersten Abweichungsgrenzwert unterschreitet. Vorteilhaft wird der Betrieb der Lüftungsvorrichtung nur beendet, falls die ermittelte Abweichung den ersten Abweichungsgrenzwert unterschreitet.
Vorzugsweise umfasst das Steuerungsverfahren zusätzlich einen Schritt, in dem ein Betrieb der Lüftungsvorrichtung gestartet wird, falls die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen zweiten Abweichungsgrenzwert überschreitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Betrieb der Lüftungsvorrichtung nur gestartet, wenn die ermittelte Abweichung den zweiten Abweichungsgrenzwert überschreitet. Insbesondere kann der zweite vorgegebene Abweichungsgrenzwert auch dem ersten vorgegebenen Abweichungsgrenzwert entsprechen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Auswählen des Förderleistungswerts im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart, dass der erste Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen dritten Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem zweiten Abweichungsgrenzwert entspricht, und/oder wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen vierten Abweichungsgrenzwert unterschreitet.
Weiterhin erfolgt das Auswählen des Förderleistungswerts im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart, dass der zweite Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen fünften Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem vierten Abweichungsgrenzwert entspricht.
Dadurch kann das Steuerungsverfahren gezielt auf spezielle Situationen reagieren, die sich anhand von Abweichungsgrenzwerten definieren lassen, was die Einsatzflexibilität weiter steigert. Insbesondere kann beispielsweise ein Betrieb der Lüftungsvorrichtung unterbunden werden, wenn andernfalls Beschädigungen an der Wärmepumpenanlage drohen.
Wird beispielsweise festgestellt, dass die Temperatur im Innenraum des Sicherheitsgehäuses nur sehr gering von einer festgelegten Soll-Temperatur abweicht, kann der Betrieb der Lüftungsvorrichtung beendet werden.
So wird die Lebensdauer der Lüftungsvorrichtung verlängert, da diese nicht dauerhaft betrieben werden muss. Weiterhin emittiert die Lüftungsvorrichtung, wenn sie nicht betrieben wird, auch keine Geräusche. Das auf diese Weise vorteilhaft erweiterte Steuerungsverfahren verbessert folglich die akustische Performance der angeschlossenen Lüftungsvorrichtung.
Diese Ausführung des Steuerungsverfahrens ermöglicht also eine besonders komfortable Konfiguration anhand weniger Werte.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Wärmepumpensystem bereitgestellt, das eine vorstehend beschriebene Steuervorrichtung und eine Wärmepumpenanlage umfasst. Die Wärmepumpenanlage umfasst ihrerseits wenigstens ein Sicherheitsgehäuse, einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium, der zumindest teilweise in einem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet ist und eine Lüftungsvorrichtung, die mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden ist und eingerichtet ist, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen. Außerdem ist die Steuervorrichtung mit der Lüftungsvorrichtung der Wärmepumpenanlage gekoppelt und eingerichtet, diese mittels eines Verfahrens, insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt, zu steuern.
Vorzugsweise umfasst das Wärmepumpensystem zusätzlich wenigstens einen Hydraulikkreislauf, der zur Wärmeübertragung mit dem Arbeitskreislauf gekoppelt ist, wobei der Arbeitskreislauf eingerichtet ist, ein im Hydraulikkreislauf strömendes Hydraulikmedium zu temperieren.
Das Wärmepumpensystem kann auf diese Weise vielseitig eingesetzt werden, beispielsweise zur Temperierung von Räumen, oder um temperiertes Brauchwasser bereitzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Arbeitskreislauf der vom Wärmepumpensystem umfassten Wärmepumpenanlage eine Umschaltvorrichtung, über die der Arbeitskreislauf zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist, wobei in der ersten Betriebsart ein erster Wärmeübertrager das Arbeitsmedium erwärmt, also insbesondere als Verdampfungsvorrichtung für das Arbeitsmedium fungiert, und ein zweiter Wärmeübertrager das Arbeitsmedium abkühlt, also insbesondere als Kondensationsvorrichtung für das Arbeitsmedium fungiert, und wobei in der zweiten Betriebsart der zweite Wärmeübertrager das Arbeitsmedium erwärmt, also insbesondere als Verdampfungsvorrichtung für das Arbeitsmedium fungiert, und der erste Wärmeübertrager das Arbeitsmedium abkühlt, also insbesondere als Kondensationsvorrichtung für das Arbeitsmedium fungiert, dergestalt, dass die Wärmepumpenanlage zum Erwärmen und zum Abkühlen des Hydraulikmediums im Hydraulikkreislauf einsetzbar ist.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei Ausführung durch eine vorstehend beschriebene Steuervorrichtung eines Wärmepumpensystems, wie es ebenfalls vorstehend beschrieben ist, diese dazu veranlassen, ein Steuerungsverfahren ausführen, das oben näher beschrieben wurde.
Weitere Aspekte und deren Vorteile als auch speziellere Ausführungsbeispiele der zuvor genannten Aspekte und Ausführungsformen werden im Folgenden unter Zuhilfenahme der in den beigefügten Figuren gezeigten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A zeigt in einer schematischen Ansicht ein Beispiel eines Wärmepumpensystems mit lediglich einem Luftkenngrößensensor.
Fig. 1B zeigt eine schematische Ansicht einer Abwandlung des Beispiels aus Fig. 1A.
Fig. 2A zeigt in einer schematischen Ansicht ein ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems.
Fig. 2B zeigt eine schematische Ansicht einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 3A zeigt in einer schematischen Ansicht eines Beispiels drittes eines Wärmepumpensystems mit lediglich einem Luftkenngrößensensor..
Fig. 3B zeigt eine schematische Ansicht einer Abwandlung des Beispiels aus Fig. 3A.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Fig. 7 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das qualitativ ein Einstellen einer Förderleistung in Abhängigkeit eines erfassten Ist-Wertes einer Luftkenngröße im Zuge eines Steuerns der Luftkenngröße zeigt.
Fig. 8 zeigt ein weiteres beispielhaftes Diagramm, das qualitativ ein Einstellen einer Förderleistung in Abhängigkeit eines erfassten Ist-Wertes einer Luftkenngröße im Zuge eines Steuerns der Luftkenngröße zeigt.
Fig. 9 zeigt ein weiteres beispielhaftes Diagramm, das qualitativ ein Einstellen einer Förderleistung in Abhängigkeit einer ermittelten Abweichung zwischen einem erfassten Ist-Wert und einem Soll-Wert einer Luftkenngröße im Zuge eines Steuerns der Luftkenngröße zeigt.

Es wird hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt ist. Die Erfindung umfasst weiterhin Modifikationen der genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die aus Modifikationen und/oder Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche hervorgehen.

Ausführliche Figurenbeschreibung

Fig. 1A zeigt in einer schematischen Ansicht ein Beipiel eines Wärmepumpensystems 100, umfassend die Wärmepumpenanlage 101 und die Steuervorrichtung 50, das aber lediglich einen Luftkenngrößensensor 51 umfasst.
Fig. 2A zeigt in einer schematischen Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des vorgestellten Wärmepumpensystems 100, umfassend die Wärmepumpenanlage 101 und die Steuervorrichtung 50.
Fig. 3A zeigt in einer schematischen Ansicht eines Beispiels eines Wärmepumpensystems 100, umfassend die Wärmepumpenanlage 101 und die Steuervorrichtung 50, das aber lediglich einen Luftkenngrößensensor 51 umfasst.
Die Beispiele und das Ausführungsbeispiel der Fig. 1A, 2A und 3A werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben. Insoweit gelten die in einem Absatz gemachten Ausführungen für alle drei Fälle, so lange nichts Gegenteiliges beschreiben wird oder explizit auf ein einziges Ausführungsbeispiel oder Beispiel gemäß einer der Fig. 1 bis 3 abgestellt wird.
Das Wärmepumpensystem 100 ist zum Einsatz in einem Energietransportsystem eines Gebäudes vorgesehen, das insbesondere zum Heizen und/oder Kühlen eines Gebäudes oder eines Gebäudeteils und/oder zum Bereitstellen von temperiertem Brauchwasser eingerichtet ist.
Die Wärmepumpenanlage 101 umfasst ein Sicherheitsgehäuse 20, das einen Innenraum 21 umgibt, und einen Arbeitskreislauf 10 für ein Arbeitsmedium der Wärmepumpenanlage der Wärmepumpenanlage 101.
Der Arbeitskreislauf 10 umfasst wiederum zumindest einen ersten Wärmeübertrager 11 und vorzugsweise einen zweiten Wärmeübertrager 12, über die dem Arbeitsmedium jeweils Wärmeenergie zugeführt und/oder entzogen werden kann.
Weiterhin umfasst der Arbeitskreislauf 10 eine Verdichtungsvorrichtung 14 zum Verdichten des Arbeitsmediums und eine Expansionsvorrichtung 13 zum Expandieren des Arbeitsmediums.
Die einzelnen Komponenten des Arbeitskreislaufs 10 sind dabei vorzugsweise über Leitungen 19 miteinander verbunden, wobei eine Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in Fig. 1A beispielhaft über die Pfeile in den Leitungen 19 angedeutet ist.
Dem Arbeitsmedium wird beim Durchströmen des ersten Wärmeübertragers 11 Wärme entzogen und beim Durchströmen des zweiten Wärmeübertragers 12 wird dem Arbeitsmedium Wärme zugeführt. Insbesondere fungiert der erste Wärmeübertrager 11 dabei als Kondensationsvorrichtung und der zweite Wärmeübertrager 12 als Verdampfungsvorrichtung.
Der erste Wärmeübertrager 11 ist beispielhaft und nicht beschränkend als Gegenstromwärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager 12 ist beispielhaft und nicht beschränkend als Gleichstromwärmeübertrager ausgeführt.
Zumindest der erste Wärmeübertrager 11 und der zweite Wärmeübertrager 12 des Arbeitskreislaufs 10 sind gemeinsam im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 angeordnet. Vorzugsweise sind auch die Verdichtungs- und die Expansionsvorrichtung 13, 14 im Innenraum 21 angeordnet.
Das Sicherheitsgehäuse 20 ist vorzugsweise und abseits der unterseitig konstruktiv vorgesehenen Auslassöffnung 22 im Wesentlichen gasdicht gegenüber einer Umgebung der Wärmepumpenanlage 100 abgeschlossen.
Die gezeigte Wärmepumpenanlage 101 ist über den ersten Wärmeübertrager 11 mit einem ersten Hydrauliksystem des Energietransportsystems gekoppelt, um Wärmeenergie zwischen dem Arbeitsmedium und einem im ersten Hydrauliksystem geführten Hydraulikmedium zu übertragen.
Das erste Hydrauliksystem ist dabei nur teilweise mit einer zum ersten Wärmeübertrager 11 führenden Zuleitung 212 und einer von diesem wegführenden Ableitung 211 dargestellt.
Weiterhin ist die gezeigte Wärmepumpenanlage 101 über den zweiten Wärmeübertrager 12 mit einem zweiten Hydrauliksystem des Energietransportsystems gekoppelt, um Wärmeenergie zwischen dem Arbeitsmedium und einem im zweiten Hydrauliksystem geführten weiteren Hydraulikmedium zu übertragen.
Das zweite Hydrauliksystem ist dabei nur teilweise mit einer zum zweiten Wärmeübertrager 12 führenden Zuleitung 312 und einer von diesem wegführenden Ableitung 311 dargestellt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Hydrauliksystem um ein Sekundärsystem des Energietransportsystems, mittels dessen eine Zielgröße im Gebäude steuerbar ist, beispielsweise eine Raumtemperatur.
Vorzugsweise handelt bei dem zweiten Hydrauliksystem um ein Primärsystem des Energietransportsystems zu Bereitstellung von Wärme- und/oder Kälteenergie aus einer Umgebungsenergiequelle, beispielsweise durch das Prinzip der Aerothermie, Geothermie oder Hydrothermie.
In den gezeigten Beispielen und dem Ausführungsbeispiel handelt es sich vorzugsweise um Wärmeenergie zum Erwärmen des Arbeitsmediums im zweiten Wärmeübertrager 12.
Das Wärmpumpensystem 100 umfasst weiter eine Steuervorrichtung 50, die eingerichtet ist, die Wärmepumpenanlage 101 des Wärmepumpensystems 100 zu steuern. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 50 mit der Lüftungsvorrichtung der Wärmepumpenanlage 101 gekoppelt und eingerichtet, diese zu steuern.
Die Lüftungsvorrichtung umfasst dabei sämtliche Lüftungskomponenten. Vorzugsweise sind wenigstens ein Abluftkanal 41 und eine Strömungsmaschine 42 umfasst. Zusätzlich kann die Lüftungsvorrichtung auch eine eigene Steuervorrichtung 40 umfassen. Diese Steuervorrichtung 40 muss jedoch nicht zwingend vorhanden sein und die Steuervorrichtung 50 kann vorteilhaft auch eingerichtet sein, die Lüftungsvorrichtung durch direktes Ansteuern der Strömungsmaschinen 42 zu steuern, wie dies zum Beispiel bei dem Ausführungsbeipiel und dem Beispiel gemäß Fig. 2A und 3 der Fall ist.
Die Strömungsmaschine 42 ist vorzugsweise innerhalb des Sicherheitsgehäuses 20 angeordnet (siehe hierzu auch Fig. 1B, 2B und 3B) oder bildet eine Schnittstelle zwischen dem Sicherheitsgehäuse 20 und dem Abluftkanal 41.
Die Strömungsmaschine 42 kann aber auch, wie in Fig. 1A, 2A und 3A dargestellt, vorzugsweise im Abluftkanal 41 oder an dessen Ende und insbesondere außerhalb des Gebäudes angeordnet sein.
Die in den Fig. 1A, 2A, 3A dargestellten Komponenten der Lüftungsvorrichtung sind lediglich als Beispiele aufzufassen. Das erfindungsgemäße Wärmepumpensystem 100 kann auch eine Wärmepumpenanlage 101 mit einer Lüftungsvorrichtung umfassen, die andere als die dargestellten Lüftungskomponenten umfasst.
Der Begriff Lüftungskomponenten umfasst insbesondere unterschiedliche Strömungsmaschinen, wie radiale oder axiale Ventilatoren oder Lüfter, die insbesondere auch inline angeordnet sein können und weitere Komponenten wie Klappen und Drosseln.
Je nach Einsatzzweck können in der Lüftungsvorrichtung unterschiedliche Lüftungskomponenten zum Einsatz kommen. Diese können jeweils an unterschiedlichen Positionen in der Lüftungsvorrichtung, beispielsweise an einem Einlass- und/oder Auslassende eines Belüftungskanals und/oder Schlauch oder innerhalb eines Belüftungskanals und/oder Schlauchs (inline) vorgesehen sein. Es sind ohne Einfluss auf den Effekt der Erfindung auch Kombinationen der genannten Lüftungskomponenten denkbar.
Die Kopplung der Steuervorrichtung 50 mit der Lüftungsvorrichtung ist als Verbindung zwischen den beiden Vorrichtungen zu verstehen, über die in beide Richtungen, also von der Steuervorrichtung 50 an die Lüftungsvorrichtung und in umgekehrter Richtung Informationen und auch Steuerbefehle übertragen werden können.
Beispielsweise kann, wie in Fig. 1A dargestellt, eine Steuerverbindung 53 von der Steuervorrichtung 50 zu einer Steuervorrichtung 40 der Lüftungsvorrichtung existieren, über die die Steuervorrichtung 50 Steuerinformationen (auch Steuerbefehle genannt) an die Lüftungsvorrichtung überträgt und Informationen von der Lüftungsvorrichtung empfängt.
Alternativ kann die Kopplung der Steuervorrichtung 50 mit der Lüftungsvorrichtung auch ohne eine externe Steuervorrichtung 40 erfolgen. Eine solche Kopplung ist beispielhaft in Fig. 2A dargestellt. Hier ist die Steuervorrichtung 50 direkt mit einer Strömungsmaschine 42 der Lüftungsvorrichtung verbunden. So kann die Steuervorrichtung 50 vorteilhaft mittels einer Steuerleitung 43 Steuerbefehle direkt an die Strömungsmaschine 42 der Lüftungsvorrichtung übermitteln. Weiterhin kann eine zusätzliche Steuerverbindung 53 bestehen, die die Steuervorrichtung 50 beispielsweise mit einem in der Strömungsmaschine 42 integrierten Steuergerät oder ähnlichen Vorrichtungen verbindet.
Wie in Fig. 3A dargestellt, können solche Verbindungen auch auf eine einzelne Verbindung 53/43 zusammenfallen. Das heißt beispielsweise, dass ein in einer Strömungsmaschine 42 integriertes Steuergerät Steuerbefehle von der Steuervorrichtung 50 entgegennimmt und weiterhin eingerichtet ist, über den selben Kommunikationskanal Daten an die Steuervorrichtung 50 zu übertragen.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Technologien bekannt, wie solche Verbindungen realisiert werden können. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf eine bestimmte Verbindungstechnologie. Insbesondere können kabelgebundene oder kabellose Verbindungen eingesetzt werden.
Weiterhin ist die Erfindung auch nicht auf spezielle Kommunikationsarten beschränkt. Das heißt, die Steuervorrichtung 50 kann mit unterschiedlichen Steuergeräten und/oder Strömungsmaschinen 42 und/oder sonstigen ansteuerbaren Komponenten der Lüftungsvorrichtung, wie Klappen 44 oder Drosseln, jeweils mittels gleicher oder unterschiedlicher Kommunikationstechnologien und/oder -protokolle kommunikativ verbunden sein.
Weiterhin umfasst die Steuervorrichtung 50 wenigstens einen Luftkenngrößensensor 51, 52, der eingerichtet ist, eine Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 zu erfassen.
Die Steuervorrichtung 50 ist dabei eingerichtet, im Zuge eines Steuerns der Lüftungsvorrichtung eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit eines vom Luftkenngrößensensor 51, 52 erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 einzustellen.
In Fig. 1A ist der Luftkenngrößensensor 51 hierfür im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 angeordnet. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend. Der Sensor kann auch als Sensorsystem ausgebildet sein, welches Komponenten umfasst, die außerhalb des Sicherheitsgehäuses 20 montiert sind und welches die Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 beispielsweise mittels einer Sonde erfassen.
Vorteilhaft können auch nur Messonden im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 montiert sein. Diesfalls sind Komponenten, die zur Weiterverarbeitung benötigt werden (zum Beispiel entsprechende Elektronik) in der Steuervorrichtung 50 integriert.
Generell können auch Luftkenngrößensensoren/ -sonden kabellos oder kabelgebunden kommunikativ mit der Steuervorrichtung 50 verbunden sein. Auch diese Verbindungen sind im Hinblick auf mögliche Kommunikationsprotokolle nicht eingeschränkt.
Die Fig. 1A und 3A zeigen jeweils eine Konfiguration der Steuervorrichtung 50, die einen Luftkenngrößensensor 51 zum Erfassen einer Luftkenngröße im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 umfasst.
Dagegen zeigt Fig. 2A eine Konfiguration mit zwei Luftkenngrößensensoren 51, 52.
Wie bereits vorstehend erläutert, kommt in Abhängigkeit der zu erfassenden Luftkenngröße eine Vielzahl von Sensoren in Frage.
Beispielsweise kann es sich bei den Luftkenngrößensensoren 51, 52 jeweils um ein Thermometer, Barometer, Hygrometer oder einen Gassensor handeln. Vorteilhaft sind die Luftkenngrößensensoren 51, 52 jeweils so angeordnet, dass Störeinflüsse der im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 verbauten Komponenten reduziert werden.
So ist beispielsweise ein Thermometer vorteilhaft nicht in direkter Umgebung von Komponenten, die starke Abwärme produzieren angeordnet.
Weiter vorteilhaft ist die Position, an der die Luftkenngröße erfasst wird, in Abhängigkeit des Steuerungszwecks gewählt.
Soll die Steuervorrichtung 50 beispielsweise eingesetzt werden, um die Temperatur einer leistungselektronischen Komponente zu überwachen und gegenzusteuern, kann der Luftkenngrößensensor 51, 52 als Thermometer ausgeführt werden, welches die Lufttemperatur in direkter Nähe der entsprechenden Komponente erfasst.
Auf diese Weise wird die erfasste Temperatur in größerem Maße von der jeweiligen Komponente beeinflusst, sodass die Steuervorrichtung 50 besser auf Temperaturänderungen der Komponente reagieren kann.
Vorzugsweise kann die Lüftungsvorrichtung insbesondere für diesen Einsatzzweck der Temperatursteuerung mit zwei Kanälen ausgebildet sein, wie in Fig. 3A dargestellt. So kann über den Absaugkanal 41 warme Luft aus dem Sicherheitsgehäuse 20 abgesaugt werden und durch eine Außenwand 2000 des Gebäudes, in dem das Wärmepumpensystem 100 vorzugsweise aufgestellt ist, ins Freie befördert werden, wenn die Steuervorrichtung 50 die Lüftungsvorrichtung entsprechend ansteuert.
Bevorzugt kann die Steuervorrichtung 50 bezogen auf das Beispiel in Fig. 3A die Lüftungsvorrichtung auch derart ansteuern, dass eine Förderleistung frischer Zuluft eingestellt werden kann. Dies kann vorzugsweise mittels einer Strömungsmaschine 42 des Zuluftkanals 45 erreicht werden.
Es sei angemerkt, dass der Zuluftkanal 45 aber auch ohne besagte Strömungsmaschine 42 auskommen kann, so wie dies beispielsweise für das Beispiel gemäß Fig. 3B der Fall ist.
Die Strömungsmaschine 42 für den Zuluftkanal 45 ist vorzugsweise innerhalb des Zuluftkanals 42 angeordnet, so wie in Fig. 3A dargestellt, kann aber auch eine Schnittstelle zwischen dem Sicherheitsgehäuse 20 und dem Zuluftkanal 45 bilden. Die Strömungsmaschine 42 für den Zuluftkanal 45 kann aber auch vorzugsweise an einem Ende des Zuluftkanals 45 angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform können Luftkenngrößensensoren eine Temperatur der Zu-, beziehungsweise Abluft in direkter Nähe der Einlassöffnung 23 respektive der Auslassöffnung 22 erfassen. So kann die Steuervorrichtung 50 die Lüftungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform mittels der Strömungsmaschinen 42 der entsprechenden Kanäle 45, 41 in Abhängigkeit von drei erfassten Luftkenngrößen (Temperatur in der Nähe der im Wesentlichen zu überwachenden Komponente, Zulufttemperatur, Ablufttemperatur) ansteuern.
Weiter vorteilhaft kann die Steuervorrichtung 50 eine Förderleistung zusätzlich durch Ansteuern einer Klappe 44 einstellen, so wie im Beispiel in Fig. 3A gezeigt, wobei es sich bei der Klappe lediglich um eine optionale Komponente handelt.
Im Falle des Ausführungsbeispiels in Fig. 2A umfasst die Steuervorrichtung 50 zwei Luftkenngrößensensoren 51, 52, die an unterschiedlichen Positionen im Innenraum 21 des Sicherheitsgehäuses 20 angeordnet sind. Die Luftkenngrößensensoren 51, 52 können dabei die gleiche oder unterschiedliche Luftkenngrößen erfassen. Im erstgenannten Fall wird ein redundantes System mit zusätzlicher Absicherung bereitgestellt, falls einer der beiden Sensoren ausfallen sollte. Im zweitgenannten Fall, kann dagegen eine simultane Steuerung von zwei unterschiedlichen Luftkenngrößen im Innenraum 21 erfolgen. Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung 50 dabei eingerichtet, die Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit von erfassten Ist-Werten beider Luftkenngrößensensoren 51, 52 zu steuern und dazu eine Förderleistung in Abhängigkeit besagter erfasster Ist-Werte einzustellen.
Die Fig. 1B, 2B und 3B zeigen jeweils schematische Ansichten von weiteren Ausführungsbeispielen und Beispielen, die als Abwandlungen der Beispiele und des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1A, 2A und 3B gesehen werden können.
Um Doppelungen bei der Beschreibung zu vermeiden, werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen den Beispielen und Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1B, 2B und 3B in jeweiligem Bezug zu dem Ausführungsbeispiel und der Beispiele der Fig. 1A, 2A und 3A beschrieben.
Die Beispiele und Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1B, 2B und 3B unterscheiden sich dabei durch den Aufbau der Lüftungsvorrichtung sowie durch die Ausgestaltung des unteren Bereichs des Sicherheitsgehäuses.
Im Gegensatz zur Ausgestaltung des Sicherheitsgehäuses 20 aus den Fig. 1A, 2A und 3B weist der untere Bereich des Sicherheitsgehäuses 20 in den Fig. 1B, 2B und 3B keine zum Abluftkanal 41 hin geneigten Gehäuseinnenflächen auf, sondern weist eine ebene Gehäuseinnenfläche auf, die vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zu den seitlichen Gehäuseinnenflächen und/oder horizontal ausgerichtet ist.
Geneigte Gehäuseinnenflächen setzten zwar einen Sammelbereich für schwereres Gas um, sind im Vergleich zu einer ebenen Gehäuseinnenfläche aber mit höheren Kosten und einem höheren Fertigungsaufwand verbunden.
Weiterhin unterscheidet sich die Lüftungsvorrichtungen in den Fig. 1B, 2B und 3B dadurch, dass die Strömungsmaschine 42 für den Abluftkanal 41 jeweils innerhalb des Sicherheitsgehäuses 20 angeordnet ist.
Zudem weist die Ausführung in Fig. 3B im Vergleich zu Fig. 3A keine Strömungsmaschine 42 für den Zuluftkanal 45 auf. Dies stellt beispielsweise eine kostengünstigere Variante dar.
Weiter weist die Ausführung in Fig. 3B im Vergleich zu Fig. 3A auch keine Klappe 44 am Zuluftkanal 45 auf. Diese ist nicht zwingend erforderlich.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Im Schritt S1 erfolgt ein Bereitstellen einer Wärmepumpenanlage, die wenigstens ein Sicherheitsgehäuse, einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium und eine Lüftungsvorrichtung umfasst.
Das Sicherheitsgehäuse der im Schritt S1 bereitgestellten Wärmepumpenanlage umgibt einen Innenraum, in dem zumindest teilweise der Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium der Wärmepumpenanlage angeordnet ist.
Die Lüftungsvorrichtung der im Schritt S1 bereitgestellten Wärmepumpenanlage ist mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden und eingerichtet, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuse Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen. Vorzugsweise sind hierfür entsprechende Belüftungsöffnungen und/oder -kanäle und/oder -leitungen am Sicherheitsgehäuse vorgesehen und ein Luftstrom kann mittels einer entsprechen eingerichteten Strömungsmaschine der Lüftungsvorrichtung erzeugt werden.
Im Schritt S2 erfolgt ein Zu- und/oder Abführen von Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuse/aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuse mittels der Lüftungsvorrichtung. Hierfür umfasst die Lüftungsvorrichtung vorzugsweise wenigstens eine Strömungsmaschine, die entsprechend betrieben wird.
Im Schritt S3 erfolgt ein Erfassen eines Ist-Werts einer Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses. Wie bereits geschildert kann der Ist-Wert der Luftkenngröße je nach Einsatzzweck an unterschiedlichen Positionen im Innenraum des Sicherheitsgehäuses erfasst werden.
In Schritt S3 werden mehrere Ist-Werte, insbesondere auch unterschiedlicher Luftkenngrößen, erfasst. Im weiteren Verfahren stehen alle diese Ist-Werte zur Verfügung.
Im Schritt S4 erfolgt Steuern der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit der im Schritt S3 erfassten Ist-Wertee der Luftkenngrößen im Innenraum des Sicherheitsgehäuses.
Das Steuern im Schritt S4 umfasst wenigstens einen Schritt in dem die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit der im Schritt S3 erfassten Ist-Werte der Luftkenngrößen im Innenraum des Sicherheitsgehäuses eingestellt wird.
Wie bereits beschrieben, kann die Förderleistung dabei auf unterschiedliche Arten eingestellt werden. Beispielsweise wird die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung über Drehzahlen von Strömungsmaschinen der Lüftungsvorrichtung eingestellt. Vorzugsweise kann die Förderleistung zusätzlich über das (auch teilweise) Öffnen und/oder Schließen von Klappen oder Drosseln der Lüftungsvorrichtung erfolgen.
Das Steuern im Schritt S4 erfolgt dabei in Abhängigkeit mehrerer Ist-Werte, insbesondere unterschiedlicher Luftkenngrößen.
Die Abhängigkeit kann dabei auf unterschiedliche Arten modelliert werden. Einige Beispiele hierzu sind in den Fig. 7 bis 9 gezeigt.
Bevorzugt wird das Verfahren nach Schritt S4 für eine vorbestimmte Zeit pausiert, bevor das Verfahren anschließend beginnend mit Schritt S3 wiederholt wird.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel schafft eine vorteilhafte Möglichkeit zur flexiblen Steuerung einer Wärmepumpenanlage, die in höchstem Maße an konkrete Einsatzzwecke anpassbar ist.
Je nach erfasster Luftkenngröße, beziehungsweise nach erfassten Luftkenngrößen und der im Schritt S4 gewählten Abhängigkeit, lässt sich eine Vielzahl von Steuerungszielen erreichen. Konkrete Anwendungen, wie eine Leckageabführung, die Steuerung zum Zwecke der Frostvermeidung oder einer Temperatursteuerung für den Innenraum oder bevorzugt für bestimmte verbaute Komponenten wurden vorstehend beschrieben.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Das Verfahren von Fig. 5 unterscheidet sich von dem Verfahren, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, durch den zusätzlichen Schritt SF, in dem ein erster und ein zweiter Förderleistungswert festgelegt werden, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen, wobei die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null ist und die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner ist als für den zweiten Förderleistungswert..
Weiter unterscheidet sich das Verfahren in Fig. 5 dadurch, dass das Einstellen der Förderleistung im Schritt S4 auf Basis der festgelegten Förderleitungswerte erfolgt. Hierzu wird , zunächst in Abhängigkeit des im Schritt S3 erfassten Ist-Werts ein Förderleistungswert aus der Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte. Anschließen wird die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung auf den zuvor ausgewählten Förderleistungswert eingestellt.
Auf diese Weise wird ein Steuerungsverfahren bereitgestellt, das besonders einfach zu konfigurieren ist. Insbesondere ist eine hohe Betriebssicherheit garantiert, da die Lüftungsvorrichtung in aktivem Zustand zu jeder Zeit wenigstens mit dem ersten festgelegten Förderleistungswert betrieben wird.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Die Schritte S1 und S2 sind identisch zu den Schritten S1 und S2, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind. Auf wiederholende Ausführungen wird daher verzichtet.
Im Schritt SF wird ein Soll-Wert für die Luftkenngröße, für die ein Ist-Wert erfasst wird, festgelegt. Weiterhin werden im Schritt SF zwei Förderleistungswerte festgelegt.
Im Schritt SG werden drei Abweichungsgrenzwerte festgelegt, die beeinflussen, wie in den weiteren Schritten des Verfahrens die Förderleistung eingestellt wird.
Im Schritt S3 des Verfahrens wird ein Ist-Wert für die Luftkenngröße erfasst und eine Abweichung zwischen dem im Schritt SF festgelegten Soll-Wert und dem erfassten Ist-Wert ermittelt.
Im Schritt S4 wird die Lüftungsvorrichtung gesteuert, wobei die Steuerung in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung, der festgelegten Förderleistungswerte und der festgelegten Abweichungsgrenzwerte aus den vorherigen Schritten erfolgt.
Vorzugsweise wird die einzustellende Förderleistung der Lüftungsvorrichtung im Schritt S4 im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart ausgewählt, dass der erste im Schritt SF festgelegte Förderleistungswert ausgewählt wird, falls die im Schritt S3 ermittelte Abweichung den zweiten im Schritt SG festgelegten Abweichungsgrenzwert überschreitet.
Weiter vorzugsweise wird im Schritt S4 im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart ausgewählt, dass der zweite, im Schritt SF festgelegte Förderleistungswert gewählt wird, falls die im Schritt S3 ermittelte Abweichung den dritten im Schritt SG festgelegten Abweichungsgrenzwert überschreitet.
So wird ein Verfahren bereitgestellt, das unter anderem flexibel konfiguriert werden kann. Da die Förderleistungswerte unabhängig von den Abweichungsgrenzwerten festgelegt werden können, erlaubt das Verfahren flexibel Einstellungen und ermöglicht trotzdem einen effizienten Betrieb der Lüftungsvorrichtung.
Vorzugsweise können die Förderleistungswerte auf die Komponenten der Lüftungsvorrichtung angepasst sein.
Weiter vorzugsweise kann das Verfahren so ausgebildet sein, dass die Förderleitung nur nach vorheriger Authentifizierung und Autorisierung geändert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform können im Schritt SF auch mehrere SollWerte für mehrere unterschiedliche Luftkenngrößen festgelegt werden. Im Schritt S3 werden dann vorzugsweise auch mehrere Abweichungen ermittelt, anhand derer im Schritt S4 die Förderleistung eingestellt wird.
Bevorzugt wird das Verfahren nach Schritt S4 für eine vorbestimmte Zeit pausiert, bevor das Verfahren anschließend beginnend mit Schritt S3 wiederholt wird.
Fig. 7 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das qualitativ ein Einstellen einer Förderleistung FL in Abhängigkeit eines erfassten Ist-Wertes einer Luftkenngröße LK im Zuge eines Steuerns der Luftkenngröße LK zeigt.
Hierzu zeigt das Diagramm, wie in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wertes einer Luftkenngröße LK eine Förderleistung FL auf einen ersten festgelegten Förderleistungswert F1 oder auf einen zweiten festgelegten Förderleistungswert F2 über die Zeit T eingestellt wird.
Die erste y-Achse des Diagramms (links) bezieht sich auf die Förderleistung FL mit den zwei festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte F1 und F2 an. Die zweite y-Achse des Diagramms (rechts) bezieht sich auf die Luftkenngröße LK. Auf der x-Achse ist die Zeit T aufgetragen.
Der zeitliche Verlauf der eingestellten Förderleistung FL der Lüftungsanlage ist als gestrichelte Linie dargestellt.
Die Punkt-gestrichelte Linie zeigt den zeitlichen Verlauf des Ist-Werts der Luftkenngröße LK.
Es handelt sich um eine qualitative Darstellung, um eine mögliche Abhängigkeit zwischen Ist-Werten einer Luftkenngröße und eingestellten Förderleistungen zu verdeutlichen, weswegen auf Einheiten verzichtet wurde. Beispielsweise und nicht beschränkend kann für den Fall, dass die Luftkenngröße eine Temperatur mit der beispielhaften Einheit °C ist. Beispielsweise und nicht beschränkend kann der Förderleistungswert eine Volumenstrom sein mit der beispielhaften Einheit m³/h.
In Fig. 7 wird eine beispielhafte Abhängigkeit dargestellt, die auf Grenzwerten basiert. Zu Beginn wird die Lüftungsvorrichtung mit einer Förderleistung gleich dem ersten Förderleitungswert F1 betrieben, bevor der Ist-Wert der Luftkenngröße zum Zeitpunkt t1 einen Grenzwert überschreitet. Dann wird die Lüftungsvorrichtung mit dem zweiten Förderleistungswert F2 betrieben. Zum Zeitpunkt t2 unterschreitet der Ist-Wert der Luftkenngröße den Grenzwert wieder und die Lüftungsvorrichtung wird ab dann wieder mit dem Förderleistungswert F1 weiterbetrieben.
Diese Abhängigkeit erlaubt, wie beschrieben, eine einfache Konfiguration lediglich über zwei festzulegende Förderleistungswerte und einen Grenzwert.
Fig. 8 zeigt ein weiteres beispielhaftes Diagramm, das qualitativ ein Einstellen einer Förderleistung FL in Abhängigkeit eines erfassten Ist-Wertes einer Luftkenngröße LK im Zuge eines Steuerns der Luftkenngröße LK zeigt.
Der Aufbau des Diagramms aus Fig. 7 und wird daher an dieser Stelle nicht wiederholt beschrieben.
Fig. 7 zeigt, wie eine Förderleistung FL stufenlos zwischen einem ersten Förderleistungswert F1 und einem zweiten Förderleistungswert F2 eingestellt werden kann. So kann die Lüftungsvorrichtung effizienter betrieben werden.
Mit steigendem Ist-Wert der Luftkenngröße LK steigt dabei ausgehend vom ersten Förderleistungswert F1 die Förderleistung FL an, um einem Anstieg in der Luftkenngröße LK entgegenzuwirken. Als Beispiel sei ein Fall genannt, bei dem die Luftkenngröße LK eine Gaskonzentration beschreibt und die Lüftungsvorrichtung nun auf eine höhere Förderleistung FL eingestellt wird, um die Gaskonzentration im Innenraum wieder zu senken. Der Anstieg geht so lange, bis der zweite Förderleistungswert F2 erreicht ist.
Zum Zeitpunkt t2 ist die Luftkenngröße LK beispielsweise wieder am Sinken, sodass die Lüftungsvorrichtung nicht mehr mit dem höheren zweiten Förderleistungswert F2 betrieben werden muss. Dementsprechend sinkt die Förderleistung FL in Abhängigkeit des Ist-Werts der Luftkenngröße LG wieder ab.
Fig. 9 zeigt ein weiteres beispielhaftes Diagramm, das qualitativ ein Einstellen einer Förderleistung in Abhängigkeit einer ermittelten Abweichung zwischen einem erfassten Ist-Wert und einem Soll-Wert einer Luftkenngröße im Zuge eines Steuerns der Luftkenngröße zeigt.
Hierzu zeigt das Diagramm, wie in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung ΔLK zwischen einem Ist-Wert einer Luftkenngröße und einem bereitgestellten Soll-Wert der Luftkenngröße eine Förderleistung FL über die Zeit T eingestellt wird.
Die erst y-Achse des Diagramms (links) bezieht sich auf die Förderleistung FL mit den zwei festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerten F1 und F2 an. Die zweite y-Achse des Diagramms (rechts) bezieht sich auf die Abweichung ΔLK mit drei Abweichungsgrenzwerten G1, G2 und G3. Auf der x-Achse ist die Zeit T aufgetragen.
Der zeitliche Verlauf der eingestellten Förderleistung FL der Lüftungsanlage ist als gestrichelte Linie dargestellt.
Die Punkt-gestrichelte Linie zeigt den zeitlichen Verlauf der Abweichung ΔLK der Luftkenngröße.
Zu Beginn liegt die Abweichung ΔLK unter einem ersten Abweichungsgrenzwert G1. Entsprechend wird die Lüftungsvorrichtung nicht betrieben. Dadurch kann Energie eingespart werden und eine Lärmbelastung reduziert werden
In dem Zeitintervall von t1 bis t2 liegt die Abweichung ΔLK zwar über dem ersten Abweichungsgrenzwert G1, jedoch unter dem zweiten Abweichungsgrenzwert G2. Die Lüftungsvorrichtung wird dementsprechend zwar betrieben, jedoch nur mit einer minimalen Förderleistung, die noch unter dem ersten festgelegten Förderleistungswert F1 liegt.
Ab dem Zeitpunkt t2 überschreitet die ermittelte Abweichung ΔLK dann den zweiten Abweichungsgrenzwert G2, nicht jedoch den dritten Abweichungsgrenzwert G3. Die Förderleistung wird nun vorzugsweise auf den erste festgelegten Förderleistungswert F1 eingestellt.
Ab dem Zeitpunkt t3 überschreitet die Abweichung ΔLK auch den dritten Abweichungsgrenzwert G3. Nun wird die Förderleistung vorzugsweise auf den zweiten festgelegten Förderleistungswert F2 eingestellt.
Auf diese Weise kann eine auf der Abweichung ΔLK basierende Steuerung umgesetzt werden. Vereinfacht gesagt nimmt die Förderleistung dabei mit steigender Abweichung ΔLK des Ist-Werts der Luftkenngröße vom Soll-Wert der Luftkenngröße zu, wobei das Einstellen der Förderleistung auf einer Grenzwertbetrachtung basiert.
Die in Fig. 9 dargestellten Abweichungsgrenzwerte G1, G2, G3 sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Vorteilhaft können auch mehrere Grenzwerte festgelegt werden, sodass eine Steuerung erzielt werden kann, die sich bei ansteigender Abweichung ΔLK von Ist-Wert und Soll-Wert einer Luftkenngröße anders verhält als bei sinkender Abweichung von Ist-Wert und Soll-Wert.
Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie deren Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Es wird erneut hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt ist. Die Erfindung umfasst weiterhin Modifikationen der genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die aus Modifikationen und/oder Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche hervorgehen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Wärmepumpenanlage bereitgestellt, wobei die Wärmepumpenanlage zumindest umfasst ein Sicherheitsgehäuse , einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium, der zumindest teilweise in einem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet ist; und eine Lüftungsvorrichtung, die mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden ist und dazu eingerichtet ist, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen; wobei die Steuervorrichtung mit der Lüftungsvorrichtung koppelbar ist und in einem gekoppelten Zustand eingerichtet ist, die Lüftungsvorrichtung zu steuern. Die Steuervorrichtung umfasst einen Luftkenngrößensensor , der zum Erfassen einer Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, im Zuge eines Steuerns der Lüftungsvorrichtung eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit eines vom Luftkenngrößensensor erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses einzustellen.
Bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, im Zuge des Einstellens der Förderleistung die Förderleistung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße zumindest auf einen ersten und einen zweiten Förderleistungswert einzustellen, wobei die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null ist und die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner ist als für den zweiten Förderleistungswert, und die Lüftungsvorrichtung vorzugsweise bei eingestelltem ersten Förderleistungswert eingerichtet ist, ein Gasvolumen von wenigstens 35 m³/h zu fördern, wobei die Steuervorrichtung insbesondere eingerichtet ist, im Zuge des Einstellens der Förderleistung die Förderleistung zusätzlich auf einen oder mehrere Zwischenförderleistungswerte zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert einzustellen, besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Förderleistung stufenlos zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert einzustellen.
Bevorzugt ist der Luftkenngrößensensor als Temperatursensor ausgeführt, dergestalt, dass die Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Bevorzugt ist der Luftkenngrößensensor als Gassensor ausgeführt, der eingerichtet ist, eine Menge und/oder Konzentration eines Gases, das insbesondere gasförmiges Arbeitsmedium ist, zu erfassen, dergestalt, dass die Luftkenngröße eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Bevorzugt umfasst die Steuervorrichtung zusätzlich einen zweiten Luftkenngrößensensor umfasst, der eingerichtet ist, eine zweite Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu erfassen, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, im Zuge des Steuerns der Lüftungsvorrichtung die Förderleistung in Abhängigkeit des vom Luftkenngrößensensor erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße und eines vom zweiten Luftkenngrößensensor erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße einzustellen.
Bevorzugt ist der zweite Luftkenngrößensensor als Temperatursensor ausgeführt, dergestalt, dass die zweite Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Wärmepumpenanlage , umfassend ein Sicherheitsgehäuse , einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium und eine Lüftungsvorrichtung, wobei der Arbeitskreislauf zumindest teilweise in einem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet ist und die Lüftungsvorrichtung mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden ist und eingerichtet ist, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen; Zu- und/oder Abführen von Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuses / aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuse mittels der Lüftungsvorrichtung; Erfassen eines Ist-Werts einer Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ; und Steuern der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wertes der Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses , umfassend: Einstellen einer Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße, wobei das Verfahren vorzugsweise weiter die Schritte umfasst: Festlegen eines Soll-Werts für die Luftkenngröße; und Ermitteln einer Abweichung zwischen dem festgelegten Soll-Wert und dem erfassten Ist-Wert der Luftkenngröße; und wobei das Einstellen der Förderleistung insbesondere in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung erfolgt.
Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter den Schritt: Festlegen eines ersten und eines zweiten Förderleistungswerts der Lüftungsvorrichtung, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen, wobei die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null ist und die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner ist als für den zweiten Förderleistungswert, wobei das Einstellen der Förderleistung, ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße und ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert umfasst, vorzugsweise derart, dass der erste Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn der erfasste Ist-Wert der Luftkenngröße unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, und/oder der zweite Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn der erfasste Ist-Wert der Luftkenngröße oberhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts liegt, der insbesondere dem ersten Grenzwert entspricht, und wobei das Verfahren besonders bevorzugt weiter den Schritt umfasst: Festlegen von einem oder mehreren Zwischenförderleistungswerte der Lüftungsvorrichtung, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen und die zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert liegen, wobei das Einstellen der Förderleistung insbesondere ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte und der festgelegten einen oder mehreren Zwischenförderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße und ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert umfasst.
Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter den Schritt: Erfassen eines Ist-Werts einer zweiten Luftkenngröße im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ; und wobei das Einstellen der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße erfolgt.
Bevorzugt erfolgt das Verfahren mit der Maßgabe, eine Lufttemperatur im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu steuern, wobei die Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist; oder das Verfahren erfolgt mit der Maßgabe, eine Menge und/oder Konzentration eines Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu steuern, das insbesondere gasförmiges Arbeitsmedium ist, wobei die Luftkenngröße eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Bevorzugt erfolgt das Verfahren mit der Maßgabe, eine Lufttemperatur sowie eine Menge und/oder Konzentration eines Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses zu steuern, wobei die Luftkenngröße eine Temperatur der Luft im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist und die zweite Luftkenngröße eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum des Sicherheitsgehäuses ist.
Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter die Schritte: Festlegen eines Soll-Werts für die Luftkenngröße; und Ermitteln einer Abweichung zwischen dem festgelegten Soll-Wert und dem erfassten Ist-Wert der Luftkenngröße; und das Einstellen der Förderleistung in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung erfolgt, und wobei das Steuern der Lüftungsvorrichtung einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: Beenden des Betriebs der Lüftungsvorrichtung, falls die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen ersten Abweichungsgrenzwert unterschreitet; Starten des Betriebs der Lüftungsvorrichtung, falls die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen zweiten Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem ersten Abweichungsgrenzwert entspricht; und/oder wobei das Auswählen des Förderleistungswerts im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart erfolgt, dass der erste Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen dritten Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem zweiten Abweichungsgrenzwert entspricht, und/oder wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen vierten Abweichungsgrenzwert unterschreitet; und/oder wobei das Auswählen des Förderleistungswerts im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart erfolgt, dass der zweite Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen fünften Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem vierten Abweichungsgrenzwert entspricht.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Wärmepumpensystem bereitgestellt, das eine Steuervorrichtung gemäß dem fünften Aspekt oder einer von dessen bevorzugten Ausführungen umfasst; und eine Wärmepumpenanlage umfasst, wiederum umfassend: wenigstens ein Sicherheitsgehäuse , einen Arbeitskreislauf für ein Arbeitsmedium, der zumindest teilweise in einem Innenraum des Sicherheitsgehäuses angeordnet ist, und eine Lüftungsvorrichtung, die mit dem Sicherheitsgehäuse verbunden ist und die eingerichtet ist, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen; und wobei die Steuervorrichtung zum Steuern der Wärmepumpenanlage eingerichtet ist, insbesondere nach einem Verfahren gemäß dem sechsten Aspekt oder einer von dessen bevorzugten Ausführungen, und die Wärmepumpenanlage vorzugsweise in einem Gebäude aufgestellt ist, wobei die Lüftungsvorrichtung insbesondere eingerichtet ist, Luft aus einem Bereich außerhalb des Gebäudes in den Innenraum des Sicherheitsgehäuse zuzuführen und/oder Luft aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses in den Bereich außerhalb des Gebäudes abzuführen.
Bevorzugt umfasst das Wärmepumpensystem zusätzlich wenigstens einen Hydraulikkreislauf, der zur Wärmeübertragung mit dem Arbeitskreislauf gekoppelt ist, wobei der Arbeitskreislauf eingerichtet ist, ein im Hydraulikkreislauf strömendes Hydraulikmedium zu temperieren.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei Ausführung durch eine Steuervorrichtung gemäß dem fünften Aspekt oder einer von dessen bevorzugten Ausführungen eines Wärmepumpensystems gemäß des siebten Aspekts oder einer von dessen bevorzugten Ausführungen die Steuervorrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß dem sechsten Aspekt oder einer von dessen bevorzugten Ausführungen ausführen.

Liste der Bezugszeichen

10: Arbeitskreislauf
11: erster Wärmeübertrager
12: zweiter Wärmeübertrager
13: Expansionsvorrichtung
14: Verdichtungsvorrichtung
19: Leitung des Arbeitskreislaufs
20: Sicherheitsgehäuse
21: Innenraum des Sicherheitsgehäuses
22: Auslassöffnung
23: Einlassöffnung
40: Steuervorrichtung der Lüftungsvorrichtung
41: Absaugkanal
42: Strömungsmaschine der Lüftungsvorrichtung
43: Steuerverbindung mit einer Strömungsmaschine
44: Klappe der Lüftungsvorrichtung
45: Zuluftkanal
50: Steuervorrichtung
51: erster Luftkenngrößensensor
51a: Verbindung zum ersten Luftkenngrößensensor
52: zweiter Luftkenngrößensensor
52a: Verbindung zum zweiten Luftkenngrößensensor
53: Steuerverbindung mit der Lüftungsvorrichtung
100: Wärmepumpensystem
101: Wärmepumpenanlage
200: erstes Hydrauliksystem
211: Ableitung vom ersten Wärmeübertrager
212: Zuleitung zum ersten Wärmeübertrager
300: zweites Hydrauliksystem
311: Ableitung vom zweiten Wärmeübertrager
312: Zuleitung zum zweiten Wärmeübertrager
2000: Außenwand

Claims

Steuervorrichtung (50) zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101), wobei die Wärmepumpenanlage (101) zumindest umfasst:
- ein Sicherheitsgehäuse (20);

- einen Arbeitskreislauf (10) für ein Arbeitsmedium, der zumindest teilweise in einem Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) angeordnet ist; und

- eine Lüftungsvorrichtung, die mit dem Sicherheitsgehäuse (20) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, dem Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen;

wobei die Steuervorrichtung (50) mit der Lüftungsvorrichtung koppelbar ist und in einem gekoppelten Zustand eingerichtet ist, die Lüftungsvorrichtung zu steuern,

gekennzeichnet durch

einen ersten Luftkenngrößensensor (51, 52), der zum Erfassen einer ersten Luftkenngröße im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) eingerichtet ist, und einen zweiten Luftkenngrößensensor (51, 52), der zum Erfassen einer zweiten Luftkenngröße im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) eingerichtet ist,

wobei die Steuervorrichtung (50) eingerichtet ist, im Zuge eines Steuerns der Lüftungsvorrichtung eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit eines vom ersten Luftkenngrößensensor (51, 52) erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und eines vom zweiten Luftkenngrößensensor (51, 52) erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) einzustellen.
Steuervorrichtung (50) nach Anspruch 1, wobei
die Steuervorrichtung (50) eingerichtet ist, im Zuge des Einstellens der Förderleistung die Förderleistung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße zumindest auf einen ersten und einen zweiten Förderleistungswert einzustellen, wobei die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null ist und die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner ist als für den zweiten Förderleistungswert, und die Lüftungsvorrichtung vorzugsweise bei eingestelltem ersten Förderleistungswert eingerichtet ist, ein Gasvolumen von wenigstens 35 m³/h zu fördern,

wobei die Steuervorrichtung (50) insbesondere eingerichtet ist, im Zuge des Einstellens der Förderleistung die Förderleistung zusätzlich auf einen oder mehrere Zwischenförderleistungswerte zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert einzustellen, besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung (50) eingerichtet, die Förderleistung stufenlos zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert einzustellen.
Steuervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei
die erste und die zweite Luftkenngröße unterschiedliche Luftkenngrößen sind.
Steuervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
der erste Luftkenngrößensensor (51, 52) als Temperatursensor oder als Gassensor ausgeführt ist, dergestalt, dass die erste Luftkenngröße im Falle des Ausführung als Temperatursensor eine Temperatur der Luft im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) ist oder im Falle des Ausführung als Gassensor eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) ist.
Steuervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
der zweite Luftkenngrößensensor (51, 52) als Temperatursensor oder als Gassensor ausgeführt ist, dergestalt, dass die zweite Luftkenngröße im Falle des Ausführung als Temperatursensor eine Temperatur der Luft im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) ist oder im Falle des Ausführung als Gassensor eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) ist.
Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101), umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Wärmepumpenanlage (101), umfassend ein Sicherheitsgehäuse (20), einen Arbeitskreislauf (10) für ein Arbeitsmedium und eine Lüftungsvorrichtung, wobei der Arbeitskreislauf (10) zumindest teilweise in einem Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) angeordnet ist und die Lüftungsvorrichtung mit dem Sicherheitsgehäuse (20) verbunden ist und eingerichtet ist, dem Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen;

- Zu- und/oder Abführen von Luft in den Innenraum des Sicherheitsgehäuses (21)/ aus dem Innenraum des Sicherheitsgehäuse (21) mittels der Lüftungsvorrichtung;

- Erfassen eines Ist-Werts einer ersten Luftkenngröße im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20);

- Erfassen eines Ist-Werts einer zweiten Luftkenngröße im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20); und

- Steuern der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wertes der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Wertes der zweiten Luftkenngröße im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20), umfassend:
∘ Einstellen einer Förderleistung der Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Wertes der zweiten Luftkenngröße.
Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101) nach Anspruch 6, wobei das Verfahren weiter den Schritt umfasst:
- Festlegen eines ersten und eines zweiten Förderleistungswerts der Lüftungsvorrichtung, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen, wobei die Förderleistung der Lüftungsvorrichtung für den ersten und den zweiten Förderleistungswert ungleich Null ist und die Förderleistung für den ersten Förderleistungswert kleiner ist als für den zweiten Förderleistungswert,

wobei das Einstellen der Förderleistung, ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße sowie ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert umfasst,

vorzugsweise derart, dass der erste Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn der erfasste Ist-Wert der ersten Luftkenngröße unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, und/oder der zweite Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn der erfasste Ist-Wert der ersten Luftkenngröße oberhalb eines vorgegebenen zweiten Grenzwerts liegt, der insbesondere dem ersten Grenzwert entspricht,

und wobei das Verfahren besonders bevorzugt weiter den Schritt umfasst:
- Festlegen von einem oder mehreren Zwischenförderleistungswerte der Lüftungsvorrichtung, die eine Förderleistung der Lüftungsvorrichtung bestimmen und die zwischen dem ersten und dem zweiten Förderleistungswert liegen,

wobei das Einstellen der Förderleistung insbesondere ein Auswählen eines Förderleitungswerts aus einer Menge der festgelegten ersten und zweiten Förderleistungswerte und der festgelegten einen oder mehreren Zwischenförderleistungswerte in Abhängigkeit des erfassten Ist-Werts der ersten Luftkenngröße und des erfassten Ist-Werts der zweiten Luftkenngröße sowie ein Einstellen der Förderleistung auf den ausgewählten Förderleitungswert umfasst.
Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei
die erste und die zweite Luftkenngröße unterschiedliche Luftkenngrößen sind.
Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei
das Verfahren mit der Maßgabe erfolgt eine Lufttemperatur sowie eine Menge und/oder Konzentration eines Gases im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) zu steuern, wobei eine Luftkenngröße aus den ersten und zweiten Luftkenngrößen eine Temperatur der Luft im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) ist und die andere Luftkenngröße aus den ersten und zweiten Luftkenngrößen eine Menge und/oder Konzentration des Gases im Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) ist.
Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101) nach Anspruch 7, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Festlegen eines Soll-Werts für die erste Luftkenngröße; und

- Ermitteln einer Abweichung zwischen dem festgelegten Soll-Wert und dem erfassten Ist-Wert der ersten Luftkenngröße;
und das Einstellen der Förderleistung in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung erfolgt.
Verfahren zum Steuern einer Wärmepumpenanlage (101) nach Anspruch 10, wobei das Steuern der Lüftungsvorrichtung einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst:
- Beenden des Betriebs der Lüftungsvorrichtung, falls die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen ersten Abweichungsgrenzwert unterschreitet;

- Starten des Betriebs der Lüftungsvorrichtung, falls die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen zweiten Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem ersten Abweichungsgrenzwert entspricht;

und/oder wobei das Auswählen des Förderleistungswerts im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart erfolgt, dass der erste Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen dritten Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem zweiten Abweichungsgrenzwert entspricht, und/oder wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen vierten Abweichungsgrenzwert unterschreitet;

und/oder wobei das Auswählen des Förderleistungswerts im Zuge des Einstellens der Förderleistung der Lüftungsvorrichtung derart erfolgt, dass der zweite Förderleistungswert ausgewählt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorgegebenen fünften Abweichungsgrenzwert überschreitet, der insbesondere dem vierten Abweichungsgrenzwert entspricht.
Wärmepumpensystem, das umfasst:
- eine Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und

- eine Wärmepumpenanlage (101), wiederum umfassend:
∘ wenigstens ein Sicherheitsgehäuse (20),

∘ einen Arbeitskreislauf (10) für ein Arbeitsmedium, der zumindest teilweise in einem Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) angeordnet ist, und

∘ eine Lüftungsvorrichtung, die mit dem Sicherheitsgehäuse (20) verbunden ist und die eingerichtet ist, dem Innenraum des Sicherheitsgehäuses (21) Luft zuzuführen und/oder Luft aus diesem abzuführen; und

wobei die Steuervorrichtung zum Steuern der Wärmepumpenanlage (101) eingerichtet ist, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11,

und die Wärmepumpenanlage (101) vorzugsweise in einem Gebäude aufgestellt ist, wobei die Lüftungsvorrichtung insbesondere eingerichtet ist, Luft aus einem Bereich außerhalb des Gebäudes in den Innenraum des Sicherheitsgehäuse (21) zuzuführen und/oder Luft aus dem Innenraum (21) des Sicherheitsgehäuses (20) in den Bereich außerhalb des Gebäudes abzuführen.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 12, wobei
das Wärmepumpensystem zusätzlich wenigstens einen Hydraulikkreislauf umfasst, der zur Wärmeübertragung mit dem Arbeitskreislauf (10) gekoppelt ist, wobei der Arbeitskreislauf (10) eingerichtet ist, ein im Hydraulikkreislauf strömendes Hydraulikmedium zu temperieren.
Computerprogrammprodukt, das Befehle umfasst, die bei Ausführung durch eine Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eines Wärmepumpensystems nach einem der Ansprüche 12 oder 13 die Steuervorrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ausführen.