WO2023110698A1 - Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe Download PDF

Info

Publication number
WO2023110698A1
WO2023110698A1 PCT/EP2022/085283 EP2022085283W WO2023110698A1 WO 2023110698 A1 WO2023110698 A1 WO 2023110698A1 EP 2022085283 W EP2022085283 W EP 2022085283W WO 2023110698 A1 WO2023110698 A1 WO 2023110698A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat pump
heating register
limit value
heat
heating
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/085283
Other languages
English (en)
French (fr)
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Viessmann Climate Solutions Se filed Critical Viessmann Climate Solutions Se
Priority to EP22835637.4A priority Critical patent/EP4449027A1/de
Publication of WO2023110698A1 publication Critical patent/WO2023110698A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D5/00—Hot-air central heating systems; Exhaust gas central heating systems
    • F24D5/12—Hot-air central heating systems; Exhaust gas central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1084—Arrangement or mounting of control or safety devices for air heating systems
    • F24D19/1087—Arrangement or mounting of control or safety devices for air heating systems system using a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F12/002—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid
    • F24F12/003—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid using a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F12/006—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an air-to-air heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/258—Outdoor temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/395—Information to users, e.g. alarms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based
    • F24H15/45—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based remotely accessible
    • F24H15/457—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based remotely accessible using telephone networks or Internet communication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/08—Electric heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2221/00—Details or features not otherwise provided for
    • F24F2221/34—Heater, e.g. gas burner, electric air heater

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a heat pump with a heating register in a ventilation system.
  • the method is intended to prevent the heating register of the heat pump from being operated unintentionally when the outside temperature is above a limit temperature. As a result, an unnecessarily high energy consumption and correspondingly high costs can be avoided.
  • heat pumps used to heat a building and/or hot water are usually not designed for the absolute lowest possible temperatures in a specific location over the year. Instead, heat pumps often have an electrical heating device, for example a heating register for heating air or a heating rod for heating water, in order to provide additional heating capacity when the heat pump alone can no longer deliver the required heating capacity. This can be the case in particular when the outside temperatures are very low. Both air-to-water heat pumps and air-to-air heat pumps can work less efficiently when outside temperatures are particularly low.
  • An electrical heating register is less efficient than a heat pump and ideally can only generate one kilowatt hour of heat energy from one kilowatt hour of electrical energy.
  • the heat pump on the other hand, is significantly more efficient and, depending on the outside conditions, can generate 3 to 4 kilowatt hours of heat energy from one kilowatt hour of electrical energy.
  • a long operation of the heating register is therefore undesirable from an economic point of view and should be avoided if possible.
  • the heating register should only be operated if the heat pump alone cannot provide sufficient heat output.
  • long and/or frequent operation of a heating coil can give an indication that the heat pump or another part of a ventilation system with a heat pump is defective and/or needs maintenance. In order to ensure efficient and economical operation of a ventilation system with a heat pump, it is therefore desirable to be able to reliably and quickly identify long-term and/or frequent operation of the heating register in order to be able to take appropriate countermeasures.
  • a heat pump with an additional electric heating element is described, for example, in DE 699 25389 T2. If the outside temperature is below a limit value, the additional electric heating element is activated in order to heat up air supply to the heat pump.
  • the object of the present invention is to overcome the problems known in the prior art and to specify a method for operating a heat pump that is improved compared to the prior art. Furthermore, an improved ventilation system with a heat pump is to be provided. The object is achieved by the method according to claim 1 and by the ventilation system according to claim 7. Further aspects of the invention are the subject matter of the dependent claims, the following description of the exemplary embodiments and the drawings.
  • a heat pump according to the invention for heating air in a ventilation system for a building transfers heat to a fluid heat transfer medium, here in particular air, which flows through one or more ventilation ducts of the ventilation system.
  • the ventilation ducts can be designed, for example, as a system of tubes or lines through which the heat transfer medium flows.
  • the ventilation system comprises a supply duct, via which warm supply air is provided to a room, and a return duct, via which exhaust air is discharged from the room.
  • a flow duct is also referred to as a supply air duct.
  • a multiplicity of outlets for discharging the heated air into the room air of a room can also be arranged.
  • the return duct can have a large number of openings for sucking in room air as exhaust air.
  • At least one pump or at least one fan for generating an air flow can be arranged in the return duct and/or in the flow duct.
  • Such a return duct is also referred to as an exhaust air duct.
  • the ventilation system can have at least one ventilation duct for sucking in fresh outside air, which is also referred to as outside air duct.
  • the ventilation system can have at least one ventilation duct for discharging used exhaust air, which is also referred to as an exhaust air duct.
  • These ventilation ducts can be flow-connected to an environment of the building via suitable openings.
  • the ventilation ducts of the ventilation system can be divided into several subsystems, which can be separated according to heating purpose, for example.
  • a flow duct of a ventilation duct can branch out from the heat pump into two or more flow ducts.
  • a first supply duct can be provided for heating rooms on a first floor of a building.
  • a second supply duct may be provided for heating rooms on a second floor of a building.
  • a separate supply duct can be provided for each floor of a building.
  • the individual flow ducts can be opened or closed using suitable valves, so that a supply of warm air can be set individually for each floor.
  • the allocation can also be made according to apartments on one floor or according to other criteria.
  • the ventilation ducts can be supplied with fresh air (outside air) from outside the building via one supply duct or several supply ducts.
  • the heat pump can then heat the fresh air before it is fed to the flow duct.
  • exhaust air can be discharged to the outside via an exhaust air duct or several exhaust air ducts.
  • one or more supply ducts are coupled via a heat exchanger to one or more flow ducts for supply air, so that there is no direct air exchange of room air with the outside air via the ventilation system.
  • one or more exhaust air ducts can be coupled as return ducts via the heat exchanger to one or more exhaust air ducts for exhaust air.
  • supply air can be used for recirculated room air or for freshly supplied outside air or fresh air.
  • exhaust air can be used for indoor air that is sucked in by the ventilation system for recirculation, or that is discharged to the outside as exhaust air.
  • the heat pump can be arranged in such a way that an evaporator of the heat pump is arranged in the outgoing air duct for outgoing air. In this way, residual heat from the building can be reused for heating and the efficiency of the ventilation system can be increased.
  • a condenser of the heat pump can be arranged in the supply air flow duct in order to heat the supply air.
  • a heating coil can preferably be arranged downstream of the condenser in the direction of flow in order to supply additional heat to the supply air, in particular when the heat output of the heat pump is not sufficient to achieve a predetermined target temperature in the flow channel.
  • a heating register is understood to be a device that can heat the air in a ventilation duct and consumes electrical energy for this.
  • the heating register can have, for example, a large number of fins around which the air to be heated flows.
  • the heating coil can be Flow direction can be arranged before or after the compressor of the heat pump in the ventilation duct.
  • the ventilation system preferably includes an outside temperature sensor for detecting an outside temperature of the building.
  • the heat pump has an electrical heating register for transferring heat to the fluid heat transfer medium, here in particular outside air or supply air.
  • the control device is used to control an operating state of the heat pump and the heating register.
  • the control device is configured to carry out a method according to the invention for operating the heat pump.
  • An outside temperature can be detected in particular by an outside temperature sensor.
  • the outside temperature can also be recorded in a different way.
  • the outside temperature can be received from a server via a network or transmitted from another external device to the control device of the heat pump.
  • a running time of the electrical heating register of the heat pump is recorded, for example by the control device.
  • the limit temperature can be specified, for example, depending on a geographic position of the building.
  • the limit temperature can in particular correspond to a design temperature of the heat pump.
  • the heat pump can be designed to run efficiently most days of the year. In order to avoid expensive oversizing of the heat pump, the heat pump can be designed in such a way that a loss of efficiency of the heat pump is accepted on the coldest days of the year when the outside temperature is very low.
  • the electrical heating register can provide additional heat output.
  • the limit temperature is usually a temperature below zero and can in particular be changeable.
  • the limit temperature can be in a range between -15°C and -5°C. If the outside temperature is above the limit temperature, the heating register should not be operated. If the heating register is operated anyway, this can be an indication of a defect or reduced efficiency of the heat pump.
  • the running time of the heating register can be recorded in seconds, minutes or hours, for example.
  • the running time of the heating register means an integrated period of time during which the heating register is in operation, ie it consumes electrical energy or converts it into heat energy.
  • a running time per day or per 24 hours is recorded.
  • a running time per week, per month, per year and/or in total from the start of operation of the heat pump and/or from a last maintenance date of the heat pump can also be recorded.
  • the running time of the heating register is preferably recorded together with a respective time of operation of the heating register. In this way, it can be evaluated later at what times the heating register is used and whether there are certain times when the heating register is in operation particularly often. For example, after a night setback, heating up too quickly can result in the heating register being switched on to support the heat pump in order to reach a setpoint.
  • a first limit value is set for the running time within a fixed period of time. For example, a maximum runtime can be set within a fixed period of one day or within 24 hours.
  • the first limit value can be variable and can be defined as a function of various factors such as the time of year or a heating purpose. For example, a daily maximum running time of several minutes or a few hours can be specified, in particular in a range from 15 minutes to 2 hours.
  • a second limit is set for the energy consumed in the specified time period. It is thus possible to monitor in particular whether the energy consumed on a day or within 24 hours exceeds the second limit value.
  • the aim is to prevent or to recognize that the heating register consumes more than the permitted amount of energy. In comparison to monitoring only the running time alone, an undesired operation of the heating coil can thus be reliably detected.
  • An exemplary range for the second limit value can be between 1 and 4 kWh per day, in particular the second limit value can be 2 kWh per day.
  • a message is issued.
  • a message is only issued if both limit values are exceeded.
  • the “short period of time” mentioned above is in particular no longer than one hour, preferably no longer than half an hour and particularly preferably no longer than 15 minutes. If the heat pump is in an emergency operating state, the message does not need to be output.
  • the message can in particular be a warning to draw the attention of a user of the heat pump to the fact that the heating register is or was in operation longer and/or with higher energy consumption than permitted or desired.
  • a user can in particular also be understood as a person or the like commissioned and/or responsible for the maintenance of the heat pump or for the operation of the ventilation system, such as a heating technician or heating installer.
  • the message can be any output that can be further processed electronically, for example in order to carry out a control intervention.
  • the message can be transmitted, for example, via the network to the server or a cloud.
  • the report can include a large amount of data about the operating status of the heat pump and/or the heating register, so that this data can be stored and/or processed further on the server or in the cloud, as will be described in more detail below.
  • control engineering intervention can be carried out automatically or suggested by the control device in response to the message, so that it is only carried out after confirmation by a user.
  • the message can already include the proposal for the control intervention.
  • a possible problem with the heat pump can be reported along with an appropriate solution to the problem.
  • the control-technical intervention can include that a night setback is adjusted.
  • Night setback can mean that a target temperature (e.g. of the flow duct) is reduced overnight.
  • Night setback means that energy can be saved overnight.
  • reducing the target temperature(s) overnight to a lesser extent can have the advantage that less operation of the heat pump in the morning is sufficient to achieve the target temperature(s) during the day to reach again. Operation of the heating coil can then be reduced, particularly at low outside temperatures.
  • the control intervention can include adjusting the heating times (or operating times). If, for example, it is recognized that the heating register is regularly used for heating in the morning hours (see night setback), an earlier point in time for starting a heating process by the heat pump can be set so that the target temperature(s) can be reached at a specified point in time without (or without). can be achieved with less) help from the heating register.
  • the warning can be output by a control device of the heat pump to the user's end device, in particular a mobile end device such as a smartphone, tablet, laptop or other suitable device.
  • the end device can receive the warning in particular via a network, for example the Internet.
  • the warning can be displayed additionally or instead via a display device of the control device.
  • the message or the warning can advantageously be used to avoid an undesired operating state of the heat pump.
  • the warning can be used to determine that the heating register has exceeded the first and/or the second limit value. Appropriate countermeasures can then be taken accordingly.
  • the warning can be an indication that the heat pump is working inefficiently and that the heat pump should be serviced.
  • the control device of the heat pump regulates and/or controls the heat pump in particular as a function of one or more parameters, such as a set flow temperature, the outside temperature and the like.
  • the Control device can receive the parameters from an external device, for example via a network.
  • the parameters for regulating and/or controlling the heat pump can also be preprogrammed or stored in a local memory device.
  • the heat pump can be controlled by means of a heating curve. Operating parameters are stored in the control device, in particular for emergency operation.
  • the recorded values of the outside temperature and/or the running time of the heating register and/or the energy consumed by the heating register and/or the first limit value and/or second limit value and/or control parameters of the heat pump can be transmitted from the control device of the heat pump via the network to the cloud and /or be transferred to the server.
  • This transmission of the values can take place independently of the message described above.
  • the transmission can take place at regular time intervals, for example, so that a time series of data becomes available in the server and/or the cloud.
  • the cloud and/or the server can further process the transmitted data and values and, in particular, evaluate them as a function of the first limit value and the second limit value.
  • machine learning can also be used here, for example in order to recognize or predict a decrease in the efficiency of the heat pump at an early stage. Accordingly, the message can also be generated and output by the server.
  • the server can determine optimized control parameters for the operation of the heat pump and the heater, and communicate the optimized control parameters via the network the
  • the first limit value and/or the second limit value can be defined as a function of an operating state of the heat pump.
  • operating states can be defined depending on a heating purpose of the heat pump. For example, between a first operating state for providing warm air for heating a first room or a first group of rooms (e.g. a first of a plurality of floors of a building) and a second operating state for providing warm air for heating a second room or a second Group (e.g. a second of a plurality of floors of a building) can be distinguished from rooms.
  • the second limit value can be increased accordingly.
  • the heat pump In the second operating state, the heat pump should primarily be operated without the help of the heating register.
  • the first limit value and/or the second limit value can thus be reduced in the second operating state.
  • the first limit value and/or the second limit value can be adapted to the heating purpose by means of a weighting.
  • the weighting of the limit values can be reduced in the first operating state.
  • the weighting of the limit values can be increased accordingly.
  • the weighting can be set so that the message is issued earlier if the heating register is used for heating (second operating state).
  • the permissible running time (first limit value) or the permissible energy consumption (second limit value) can be increased by multiplying it by a weighting factor greater than one.
  • a weighting factor equal to two can be used. This can be implemented, for example, in such a way that the heating register is allowed to run for 30 minutes (first limit value) for operation in the second operating state and one hour for operation in the first operating state.
  • the second limit value can be defined in such a way that 1 kWh energy consumption of the heating register for operation in the second operating state and 2 kWh energy consumption of the heating register for operation in the first operating state are permitted per day.
  • the weighting with a factor of two is to be understood here in such a way that the heating register may be operated twice as long in the first operating state or may consume twice as much energy as in the second operating state before suitable countermeasures are taken.
  • FIG. 1 illustrates a heat pump with a heating element according to the prior art.
  • FIG. 2 illustrates a heat pump with a heating register according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a heat pump ventilation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method according to the invention for operating a heat pump with a heating register according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the heat pump 1 illustrates a conventional heat pump 1 according to the prior art.
  • the heat pump 1 shown is in particular an air-water heat pump 1, which is used as a heat generator for a building.
  • the air-to-water heat pump 1 can use the ambient air of the building as a heat source to heat the building.
  • the heat pump 1 is divided into an outdoor unit A and an indoor unit B as a so-called split device. Accordingly, the outdoor unit A may be located in an outdoor area of the building, while the indoor unit B may be located in an indoor area of the building.
  • a fan 3 actively sucks in outside air and forwards it to a heat exchanger, the evaporator 4 .
  • a refrigerant circulates in this which, due to its thermal properties, changes its state of aggregation even at low temperatures.
  • the circuit of the refrigerant is shown in FIG. 1 in dotted lines. If the refrigerant comes into contact with the "warm” outside air supplied, it heats up until it finally begins to evaporate. Since the temperature of the resulting steam is still relatively low, the steam flows on to an electrically driven compressor 5. This increases the pressure, which also causes the temperature to rise. Once the refrigerant vapor has reached the desired temperature level, it flows on to the next heat exchanger, the condenser 6. Here it transfers its heat to a hydraulic line system (shown in bold solid lines in FIG. 1) and condenses.
  • the heat gained in this way can be used for heating or hot water preparation.
  • the cooled refrigerant Before the cooled refrigerant can be heated and compressed again, it first flows through an expansion valve 8. The pressure and temperature drop to the initial level and the cycle can be repeated.
  • the expansion valve 8 can be electronically controlled.
  • the division of the components between the outdoor unit A and the indoor unit B is not fixed to that of FIG. 1 but can be variable.
  • the condenser 6 can be arranged in the indoor unit B instead of in the outdoor unit A.
  • the connection between the outdoor unit A and the indoor unit B can be made by means of refrigerant lines or by means of hydraulic lines.
  • Water circulates in the hydraulic lines as a fluid heat transfer medium.
  • the water absorbs heat from the refrigerant.
  • heat is therefore transferred from the refrigerant to the heat transfer medium.
  • a pump 7 arranged in the heating circuit can generate a desired volume or mass flow of the heat transfer medium.
  • the pump 7 is arranged in the flow between the condenser 6 and a heating element 2.
  • the arrangement of the pump 7 is not limited to this position.
  • the pump 7 can also be arranged in the return line RL, for example.
  • An electric heating element 2 is arranged in the internal unit B, which can function essentially like an electric immersion heater or instantaneous water heater and additionally heats the heat transfer medium if required.
  • a control device 10 (not shown in FIG. 1) of the heat pump 1 can control, in particular, an electrical power consumption of the heating rod 2 , a speed of the pump 7 , the fan 3 , a degree of opening of the expansion valve 8 and the compressor 5 .
  • the control device 10 can be arranged in the internal unit B, for example.
  • the internal unit also has a 3-way switching valve 9, at which the flow from the heat pump branches into two flow lines VL1, VL2.
  • the first flow line VL1 can lead, for example, into a heating circuit of a heating system (room heating).
  • the second flow line VL2 can be used, for example, as a hot water line (drinking water heating).
  • the ratio of the volume or mass flow of the heat transfer medium between the first flow VL1 and the second flow VL2 can be adjusted via the 3-way switching valve 9 .
  • the heat transfer medium flows from the heating system or drinking water lines of the building back to the heat pump 1 via a return RL.
  • the circuit of the refrigerant between the condenser 6 and the evaporator 4 is also referred to as the primary circuit or generator circuit.
  • the circuit of the heat transfer medium with flow and return is also referred to as the secondary circuit or consumer circuit.
  • Fig. 2 shows an exemplary embodiment of an air-to-air heat pump 1 according to the invention for a ventilation system, which is constructed similarly to the air-to-water heat pump from FIG. 1 and functions essentially identically to the air-to-water heat pump from FIG.
  • the operating principle of the heat pump 1 with evaporator 4, compressor 5, condenser 6 and expansion valve 8 is therefore not described again.
  • the air-to-air heat pump 1 does not transfer its heat to water at the condenser 6 but to air as the heat transfer medium.
  • the air flows through a large number of ventilation ducts L, which are shown here in Fig.
  • a pump or fan 7 sucks in outside air or fresh air.
  • the fresh air flows through a heat exchanger W.
  • the heat exchanger W can also be designed in such a way that room air and outside air are mixed, or that fresh outside air is used directly as supply air for rooms 11, 12.
  • heat is transferred from warm exhaust air from a room 11, 12 to fresh outside air at the heat exchanger W. Heat remaining in the exhaust air can be used on the evaporator to heat the coolant of the heat pump 2 .
  • heat is transferred from the refrigerant to the supply air in the ventilation duct (flow duct). Additional heating of the supply air can take place on heater register 2.
  • the arrangement shown of the heating register 2 in the supply air duct (flow duct), with the heating register 2 being connected downstream of the heat exchanger W, is referred to as a post-heating register.
  • a preheating register can be arranged in front of the heat exchanger W in the supply air duct for outside air, which can serve to prevent the heat exchanger W from icing up.
  • Another fan 7 is arranged in a ventilation duct or return duct and generates an air flow for discharging exhaust air from a room 11, 12.
  • the exhaust air flows through the heat exchanger W and can transfer heat to the sucked-in outside air.
  • the Exhaust air are discharged directly to the outside as exhaust air, where it flows through the evaporator 4.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a ventilation system 100 for a building with a heat pump 1 according to the invention.
  • a control device 10 of the ventilation system 100 controls an operating state of the heat pump 1 and monitors operating parameters of the heat pump 1.
  • the control device 10 detects an outside temperature of the building via an outside temperature sensor 13 .
  • a division of the heat pump 1 into an external unit and an internal unit is not shown in FIG. 3 .
  • the heat pump 1 can be divided as shown in FIG. 1 or FIG. 2 or can be designed as a monoblock device. From the heat pump 1, two flow channels VL1 and VL2 go out.
  • the first flow duct VL1 can, for example, lead to at least a first room 11 for heating the building.
  • the second flow channel VL2 can lead to a second space 12 accordingly.
  • the control device 10 is communicatively connected to a server 20 and a cloud 30 via a network 40 .
  • at least one terminal T for example a smartphone or a laptop or another device, can be communicatively connected to server 20, cloud 30 and control device 10 via network 40.
  • the control device 10 the server 20, the cloud 30 and the terminal T each have suitable communication interfaces, the details of which are not described in more detail.
  • the heat pump 1 with flow channels VL1, VL2 and return channel RL and the consumers 11, 12, the control device 10, the server 20, the cloud 30, the network 40, the terminal T and the outside temperature sensor 13 belong to the ventilation system 100, although not all components essential for the operation of the Ventilation system 100 are.
  • the outside temperature can also be transmitted from the server 20 via the network 40 to the control device 10 instead of from an outside temperature sensor 13 .
  • the server 20 and/or the cloud 30 serve as a memory and/or computing device for storing and evaluating data which are recorded and transmitted by the control device 10 .
  • the control device 10 detects and transmits operating parameters of the heat pump 1, including a running time and a power consumption of the heating register 2.
  • the control device 10 can also receive control parameters from the server 20 or the cloud 30, so that a control-related intervention in the operation of the heat pump can take place can.
  • a method according to the invention for operating the heat pump 1 according to the invention in the ventilation system 100 according to the invention is described below with reference to a flow chart shown in FIG. 4 .
  • the aim of the method is to detect undesired operation of the heating register 2 and to avoid it as far as possible or to enable measures to be taken to avoid the operation of the heating register 2 .
  • a first step S1 an outside temperature of the building is recorded.
  • the detected outside temperature is compared with a predetermined limit temperature.
  • the limit temperature can be specified, for example, as a function of a geographic location at which heat pump 1 is operated and/or as a function of a device type and a design of heat pump 1 .
  • the limit temperature is a temperature below the freezing point.
  • the limit temperature can be in a range between -15°C and -5°C.
  • a term of the electric heater 2 and energy consumed by heating register 2 is recorded.
  • the running time and the energy consumption are recorded over a defined period of time, which can generally be several hours or, for example, a day.
  • the defined period of time can begin with a warm-up phase in the early morning and last 24 hours.
  • the example below assumes a fixed period of one day (24 hours) that begins at 6:00 a.m.
  • the acquisition can take place continuously at regular time intervals over the defined period of time, for example every minute or even several times per minute.
  • the recorded data can be transmitted from the control device 10 to the server 20 and/or the cloud 30 via the network 40 .
  • the recorded values of the outside temperature, the running time of the heating register 2 and the energy consumed by the heating register 2 (or the current power consumption of the heating register 2) can be transmitted from the control device 10 via the network 40 to the cloud 30 and/or the server 20 be transmitted.
  • step S2 If the outside temperature is lower than the limit temperature (NO in step S2), the method goes back to step S1. In this case, the running time and the energy consumption of the heating register 2 are not monitored using the method according to the invention. In this case, it may be necessary or desirable to operate the heating register 2 .
  • the running time and the energy consumption are evaluated in the defined period of time.
  • the transmitted runtime data points can be integrated over the defined period of time in order to calculate the runtime of an entire day.
  • the energy consumption can be calculated accordingly, with, for example, individual transmitted data points that indicate a current power consumption of the heating register 2 being evaluated in order to calculate a total energy consumption of the heating register in the defined period of time.
  • Steps S2 and S3 and the next steps S4, S5 and S6 can be carried out by the control device 10, the server 20 or the cloud 30. In the following steps S4 and S5, the calculated total values of the running time and the energy consumption in the specified period are compared with respective limit values.
  • step S4 it is determined whether the running time exceeds a first limit value in the specified period. If this is the case (YES in S4), the method continues with step S5. If the first limit value is not exceeded (NO in S4), the daily running time of the heating register 2 is in the permitted range and the method goes back to the first step S1.
  • step S5 it is determined whether the energy consumed by the heating register 2 in the defined period of time exceeds a second limit value. If this is the case (YES in S5), the method continues with step S6. If the second limit value is not exceeded (NO in S5), the daily consumed energy of the heating register is in the permitted range and the method goes back to the first step S1.
  • a message is generated and issued.
  • the message can be a warning, for example, which indicates that the running time of the heating register 2 exceeds the first limit value and/or that the energy consumption of the heating register 2 exceeds the second limit value.
  • the message can also indicate whether heating register 2 is currently in operation.
  • the message or warning can be output by the control device 10 or by the server 20 or the cloud 30 to a terminal T of a user of the heat pump 1 that is communicatively connected to the network 40 .
  • the message can be output via a display device of the control device 10 .
  • the comparisons with the first limit value and the second limit value in steps S4 and S5 depend on each other in the present example. In other words, both the first limit and the second limit must be exceeded (YES in S4 AND S5) before the message is generated and issued in S6.
  • the method according to the invention is not limited to this. The method can also be carried out in such a way that exceeding just one of the two limit values (YES in S4 OR YES in S5) can be sufficient to generate and output the message in S6.
  • step S6 Determines control parameters for the operation of the heat pump 1 and the heating coil 2, and the optimized control parameters are transmitted via the network 40 to the control device 10 of the heat pump 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe (1) angegeben, die Wärme auf Luft überträgt, die durch Lüftungskanäle strömt. Eine Außentemperatur wird erfasst. Wenn die Außentemperatur höher als eine Grenztemperatur ist, werden eine Laufzeit eines elektrischen Heizregisters (2) der Wärmepumpe (1) und/oder einer vom Heizregister (2) verbrauchten Energie erfasst. Wenn die Laufzeit innerhalb eines festgelegten Zeitraums einen ersten Grenzwert überschreitet und/oder die vom Heizregister (2) im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie einen zweiten Grenzwert überschreitet, wird eine Meldung ausgegeben.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER WÄRMEPUMPE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe mit einem Heizregister in einem Lüftungssystem. Insbesondere soll durch das Verfahren verhindert werden, dass das Heizregister der Wärmepumpe ungewollt in Betrieb ist, wenn eine Außentemperatur über einer Grenztemperatur liegt. Hierdurch können ein unnötig hoher Energieverbrauch und entsprechend hohe Kosten vermieden werden.
Um Kosten zu sparen, werden Wärmepumpen, die zum Heizen eines Gebäudes und/oder zur Warmwasserbereitung verwendet werden, in der Regel nicht für die übers Jahr absolut tiefst möglichen Temperaturen an einem bestimmten Ort ausgelegt. Stattdessen weisen Wärmepumpen häufig eine elektrische Heizvorrichtung, beispielsweise ein Heizregister zum Erwärmen von Luft oder einen Heizstab zum Erwärmen von Wasser auf, um zusätzliche Heizleistung zur Verfügung zu stellen, wenn die Wärmepumpe alleine eine geforderte Heizleistung nicht mehr liefern kann. Dies kann insbesondere bei sehr tiefen Außentemperaturen der Fall sein. Sowohl Luft-Wasser-Wärmepumpen als auch Luft-Luft-Wärmepumpen können bei besonders tiefen Außentemperaturen weniger effizient arbeiten.
Ein elektrisches Heizregister arbeitet im Vergleich zur Wärmepumpe wenig effizient und kann aus einer Kilowattstunde elektrischer Energie im Idealfall nur eine Kilowattstunde Wärmeenergie erzeugen. Die Wärmepumpe dagegen hat eine deutlich höhere Effizienz und kann je nach Außenbedingungen beispielsweise 3 bis 4 Kilowattstunden Wärmeenergie aus einer Kilowattstunde elektrischer Energie erzeugen. Ein langer Betrieb des Heizregisters ist daher aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten unerwünscht und soll möglichst vermieden werden. Das Heizregister soll insbesondere nur dann betrieben werden, wenn die Wärmepumpe alleine nicht ausreichend Heizleistung liefern kann. Andererseits kann ein langer und/oder häufiger Betrieb eines Heizregisters einen Hinweis darauf liefern, dass die Wärmepumpe oder ein anderer Teil eines Lüftungssystems mitwärmepumpe defekt ist und/oder Wartung benötigt. Um einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb eines Lüftungssystems mit Wärmepumpe zu gewährleisten ist es somit wünschenswert, einen langen und/oder häufigen Betrieb des Heizregisters sicher und schnell zu erkennen, um entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
Eine Wärmepumpe mit zusätzlichem elektrischem Heizelement wird beispielsweise in der DE 699 25389 T2 beschrieben. Liegt die Außentemperatur unter einem Grenzwert wird das zusätzliche elektrische Heizelement aktiviert, um eine Zuführluft der Wärmepumpe zu erwärmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu überwinden und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe anzugeben. Ferner soll ein verbessertes Lüftungssystem mit einer Wärmepumpe bereitgestellt werden. Die Lösung der Aufgabe gelingt durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch das Lüftungssystem nach Anspruch 7. Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen.
Eine erfindungsgemäße Wärmepumpe zum Erwärmen von Luft in einem Lüftungssystem für ein Gebäude überträgt Wärme auf ein fluides Wärmeträgermedium, hier insbesondere Luft, die durch einen oder mehrere Lüftungskanäle des Lüftungssystems strömt. Die Lüftungskanäle können beispielsweise als System von Rohren bzw. Leitungen, durch die das Wärmeträgermedium strömt, ausgebildet sein. Das Lüftungssystem umfasst insbesondere einen Vorlaufkanal, über den warme Zuluft an einen Raum bereitgestellt wird, und einen Rücklaufkanal, über den Abluft aus dem Raum abgeführt wird. Solch ein Vorlaufkanal wird auch als Zuluftkanal bezeichnet. In den Lüftungskanälen, insbesondere im Vorlaufkanal, kann zudem eine Vielzahl von Auslässen zum Abgeben der erwärmten Luft an eine Raumluft eines Raumes angeordnet sein. Der Rücklaufkanal kann eine Vielzahl von Öffnungen zum Ansaugen von Raumluft als Abluft aufweisen. Im Rücklaufkanal und/oder im Vorlaufkanal kann jeweils mindestens eine Pumpe bzw. mindestens ein Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms angeordnet sein. Solch ein Rücklaufkanal wird auch als Abluftkanal bezeichnet.
Das Lüftungssystem kann mindestens einen Lüftungskanal zum Ansaugen frischer Außenluft aufweisen, der auch als Außen luftka na I bezeichnet wird. Außerdem kann das Lüftungssystem mindestens einen Lüftungskanal zum Abgeben verbrauchter Fortluft aufweisen, der auch als Fortluftkanal bezeichnet wird. Diese Lüftungskanäle können über geeignete Öffnungen mit einer Umgebung des Gebäudes strömungsverbunden sein.
Die Lüftungskanäle des Lüftungssystems können in mehrere Teilsysteme unterteilt sein, die zum Beispiel nach Heizzweck getrennt sein können. So kann sich beispielsweise ein Vorlaufkanal eines Lüftungskanals ausgehend von der Wärmepumpe in zwei oder mehr Vorlaufkanäle verzweigen. Ein erster Vorlaufkanal kann zum Heizen von Räumen in einem ersten Stockwerk eines Gebäudes vorgesehen sein. Ein zweiter Vorlaufkanal kann zum Heizen von Räumen in einem zweiten Stockwerk eines Gebäudes vorgesehen sein. Entsprechend kann für jedes Stockwerk eines Gebäudes ein getrennter Vorlaufkanal vorgesehen sein. Die einzelnen Vorlaufkanäle können über geeignete Ventile geöffnet bzw. geschlossen werden, so dass eine Zufuhr von warmer Luft für jedes Stockwerk individuell eingestellt werden kann. In ähnlicher Weise kann die Aufteilung auch nach Wohnungen in einem Stockwerk oder nach anderen Kriterien erfolgen.
Die Lüftungskanäle können über einen Zufuhrkanal oder mehrere Zufuhrkanäle mit Frischluft (Außenluft) von außerhalb des Gebäudes versorgt werden. Die Wärmepumpe kann dann die Frischluft erwärmen, bevor sie dem Vorlaufkanal zugeführt wird. Entsprechend kann Fortluft über einen Fortluftkanal oder mehrere Fortluftkanäle nach außen abgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein oder mehr Zufuhrkanäle über einen Wärmetauscher mit einem oder mehr Vorlaufkanäle für Zuluft gekoppelt, so dass kein direkter Luftaustausch von Raumluft über das Lüftungssystem mit der Außenluft stattfindet. Entsprechend können ein oder mehrere Abluftkanäle als Rücklaufkanäle über den Wärmetauscher mit einem oder mehreren Fortluftkanälen für Fortluft gekoppelt sein. Der Begriff Zuluft kann im Folgenden für rezirkulierte Raumluft oder für frisch zugeführte Außenluft bzw. Frischluft verwendet werden. Der Begriff Abluft kann im Folgenden für Raumluft verwendet werden, die zum Rezirkulieren vom Lüftungssystem angesaugt wird, oder die als Fortluft nach außen abgeführt wird.
Die Wärmepumpe kann bei einer Ausführungsform mit Wärmetauscher so angeordnet sein, dass ein Verdampfer der Wärmepumpe im Fortluftkanal für Fortluft angeordnet ist. Auf diese Weise kann Restwärme aus dem Gebäude zum Heizen wiederverwendet werden und die Effizienz des Lüftungssystems kann erhöht werden. Ein Verflüssiger der Wärmepumpe kann im Vorlaufkanal für Zuluft angeordnet sein, um die Zuluft zu erwärmen. In Strömungsrichtung hinter dem Verflüssiger kann vorzugsweise ein Heizregister angeordnet sein, um der Zuluft zusätzliche Wärme zuzuführen, insbesondere dann, wenn die Wärmeleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, um eine vorgegebene Solltemperatur im Vorlaufkanal zu erreichen.
Als Heizregister wird im Folgenden eine Vorrichtung verstanden, die Luft in einem Lüftungskanal erwärmen kann, und dafür elektrische Energie verbraucht. Hierzu kann das Heizregister beispielsweise eine Vielzahl von Lamellen aufweisen, die von der zu erwärmenden Luft umströmt werden. Das Heizregister kann in Strömungsrichtung vor oder nach dem Verdichter der Wärmepumpe im Lüftungskanal angeordnet sein.
Das Lüftungssystem umfasst vorzugsweise einen Außentemperatursensor zum Erfassen einer Außentemperatur des Gebäudes. Die Wärmepumpe weist ein elektrisches Heizregister zum Übertragen von Wärme auf das fluide Wärmeträgermedium, hier insbesondere Außenluft oder Zuluft, auf. Die Regeleinrichtung dient zum Regeln eines Betriebszustands der Wärmepumpe und des Heizregisters. Die Regeleinrichtung ist konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpe auszuführen.
Das Erfassen einer Außentemperatur kann insbesondere durch einen Außentemperatursensor erfolgen. Alternativ kann die Außentemperatur auch auf andere Weise erfasst werden. Beispielsweise kann die Außentemperatur über ein Netzwerk von einem Server empfangen werden oder von einer sonstigen externen Einrichtung an die Regeleinrichtung der Wärmepumpe übertragen werden.
Wenn die Außentemperatur höher als eine Grenztemperatur ist, wird eine Laufzeit des elektrischen Heizregisters der Wärmepumpe erfasst, beispielsweise durch die Regeleinrichtung. Die Grenztemperatur kann beispielsweise in Abhängigkeit einer geographischen Position des Gebäudes vorgegeben werden. Die Grenztemperatur kann insbesondere einer Auslegungstemperatur der Wärmepumpe entsprechen. Üblicherweise kann die Wärmepumpe so ausgelegt werden, dass ein effizienter Betrieb an den meisten Tagen eines Jahres möglich ist. Um eine teure Überdimensionierung der Wärmepumpe zu vermeiden, kann die Wärmepumpe so ausgelegt werden, dass an den kältesten Tagen eines Jahres mit sehr niedriger Außentemperatur ein Effizienzverlust der Wärmepumpe in Kauf genommen wird. Fällt die Außentemperatur unter die Grenztemperatur kann das elektrische Heizregister zusätzliche Heizleistung bereitstellen. Die Grenztemperatur ist in der Regel eine Temperatur unter dem Nullpunkt und kann insbesondere veränderbar sein. Beispielsweise kann die Grenztemperatur in einem Bereich zwischen -15°C und -5°C liegen. Wenn die Außentemperatur über der Grenztemperatur liegt, soll ein Betrieb des Heizregisters nicht stattfinden. Wird das Heizregister trotzdem betrieben, kann dies ein Hinweis auf einen Defekt oder verringerte Effizienz der Wärmepumpe sein.
Die Laufzeit des Heizregisters kann beispielsweise in Sekunden, Minuten oder Stunden erfasst werden. Mit Laufzeit des Heizregisters ist eine integrierte Zeitdauer gemeint, während der das Heizregister in Betrieb ist, also elektrische Energie verbraucht bzw. in Wärmeenergie umwandelt. Insbesondere wird eine Laufzeit pro Tag bzw. pro 24 Stunden erfasst. Darüber hinaus können auch jeweils eine Laufzeit pro Woche, pro Monat, pro Jahr und/oder insgesamt ab Inbetriebnahme der Wärmepumpe und/oder ab einem letzten Wartungstermin der Wärmepumpe erfasst werden.
Die Laufzeit des Heizregisters wird vorzugsweise zusammen mit einer jeweiligen Uhrzeit des Betriebs des Heizregisters erfasst. So kann später ausgewertet werden, zu welchen Uhrzeiten das Heizregister verwendet wird, und ob es bestimmte Uhrzeiten gibt, zu denen das Heizregister besonders häufig in Betrieb ist. Beispielsweise kann nach einer Nachtabsenkung ein zu schnelles Aufheizen dazu führen, dass das Heizregister zum Unterstützen der Wärmepumpe eingeschaltet wird, um einen Sollwert zu erreichen.
Wenn die Außentemperatur höher als die Grenztemperatur ist kann eine vom Heizregister verbrauchte Energie erfasst werden, beispielsweise durch die Regeleinrichtung. Die verbrauchte Energie kann auch durch Erfassen der aufgenommenen Leistung und der Laufzeit und Bilden des Produkts bestimmt werden. Für die Laufzeit innerhalb eines festgelegten Zeitraums wird ein erster Grenzwert festgelegt. Beispielsweise kann eine maximale Laufzeit in einem festgelegten Zeitraum von einem Tag bzw. innerhalb von 24 Stunden festgelegt werden. Der erste Grenzwert kann insbesondere variabel sein und in Abhängigkeit verschiedener Faktoren wie beispielsweise der Jahreszeit oder eines Heizzwecks festgelegt werden. Beispielsweise kann eine tägliche maximale Laufzeit von mehreren Minuten oder wenigen Stunden festgelegt werden, insbesondere in einem Bereich von 15 Minuten bis 2 Stunden.
Für die im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie wird ein zweiter Grenzwert festgelegt. Somit kann insbesondere überwacht werden, ob die an einem Tag bzw. innerhalb von 24 Stunden verbrauchte Energie den zweiten Grenzwert überschreitet. Ziel ist es zu verhindern bzw. zu erkennen, dass das Heizregister mehr als eine erlaubte Energiemenge verbraucht. Im Vergleich zur Überwachung nur der Laufzeit alleine kann somit zuverlässig ein ungewünschter Betrieb des Heizregisters erkannt werden. Ein beispielhafter Bereich für den zweiten Grenzwert kann zwischen 1 und 4 kWh am Tag liegen, insbesondere kann der zweite Grenzwert 2 kWh an einem Tag betragen.
Wenn der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert überschritten wird/werden, wird eine Meldung ausgegeben. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn nur bei Überschreiten beider Grenzwerte eine Meldung ausgegeben wird. Es kann in bestimmten Fällen wünschenswert sein, über einen kurzen Zeitraum eine hohe Leistungsaufnahme des Heizregisters zu tolerieren. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn kurzfristig eine große Menge an warmer Luft benötigt wird, zum Beispiel schnellen Aufheizen eines Raumes. Ein solcher kurzfristiger Bedarf an warmer Luft kann nämlich unter Umständen von der Wärmepumpe alleine nicht erfüllt werden. Der oben genannte „kurze Zeitraum“ ist insbesondere nicht länger als eine Stunde, vorzugsweise nicht länger als eine halbe Stunde und besonders vorzugsweise nicht länger als 15 Minuten. Befindet sich die Wärmepumpe in einem Notbetriebszustand, kann auf die Ausgabe der Meldung verzichtet werden. Die Meldung kann insbesondere ein Warnhinweis sein, um einen Benutzer der Wärmepumpe darauf aufmerksam zu machen, dass das Heizregister länger und/oder mit höherem Energieverbrauch als erlaubt bzw. gewünscht in Betrieb ist bzw. war. Als Benutzer kann im Folgenden insbesondere auch eine mit der Wartung der Wärmepumpe bzw. eine für den Betrieb des Lüftungssystems beauftragte und/oder verantwortliche Person oder dergleichen verstanden werden, wie zum Beispiel ein Heizungstechniker oder Heizungsinstallateur.
Ferner kann die Meldung eine beliebige Ausgabe sein, die elektronisch weiterverarbeitet werden kann, um beispielsweise einen regelungstechnischen Eingriff vorzunehmen. Hierzu kann die Meldung beispielsweise über das Netzwerk an den Server oder eine Cloud übertragen werden. Die Meldung kann insbesondere eine Vielzahl von Daten über den Betriebszustand der Wärmepumpe und/oder das Heizregister umfassen, so dass diese Daten im Server oder in der Cloud gespeichert und/oder weiterverarbeitet werden können, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Der regelungstechnische Eingriff kann in Reaktion auf die Meldung von der Regeleinrichtung automatisch vorgenommen oder vorgeschlagen werden, so dass er erst nach Bestätigen durch einen Benutzer vorgenommen wird. Alternativ kann die Meldung den Vorschlagfür den regelungstechnischen Eingriff bereits umfassen. So kann in vorteilhafter Weise ein mögliches Problem der Wärmepumpe zusammen mit einer geeigneten Lösung für das Problem gemeldet werden.
Der regelungstechnische Eingriff kann beinhalten, dass eine Nachtabsenkung angepasst wird. Die Nachtabsenkung kann bedeuten, dass eine Solltemperatur (z.B. des Vorlaufkanals) über Nacht reduziert wird. Durch die Nachtabsenkung kann somit über Nacht Energie gespart werden. Ein weniger starkes Reduzieren der Solltemperatur(en) über Nacht kann jedoch den Vorteil haben, dass am Morgen ein geringerer Betrieb der Wärmepumpe ausreicht, um die Solltemperatur(en) am Tag wieder zu erreichen. Insbesondere bei tiefen Außentemperaturen kann dann ein Betrieb des Heizregisters reduziert werden.
Der regelungstechnische Eingriff kann ein Anpassen der Heizzeiten (bzw. Betriebszeiten) beinhalten. Wenn beispielsweise erkannt wird, dass das Heizregister regemäßig in den Morgenstunden zum Aufheizen verwendet wird (siehe Nachtabsenkung), kann ein früherer Zeitpunkt zum Starten eines Aufheizvorgangs durch die Wärmpumpe eingestellt werden, so dass die Solltemperatur(en) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt auch ohne (oder mit geringerer) Hilfe des Heizregisters erreicht werden kann.
Der Warnhinweis kann von einer Regeleinrichtung der Wärmepumpe an ein Endgerät des Benutzers ausgegeben werden, insbesondere ein mobiles Endgerät wie zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet, ein Laptop oder ein sonstiges dafür geeignetes Gerät. Das Endgerät kann den Warnhinweis insbesondere über ein Netzwerk, beispielsweise das Internet, empfangen. Der Warnhinweis kann zusätzlich oder stattdessen über eine Anzeigeeinrichtung der Regeleinrichtung angezeigt werden.
Die Meldung bzw. der Warnhinweis können vorteilhaft dazu verwendet werden, einen ungewünschten Betriebszustand der Wärmepumpe zu vermeiden. Insbesondere kann anhand des Warnhinweises festgestellt werden, dass das Heizregister den ersten und/oder den zweiten Grenzwert überschritten hat. Entsprechend können dann geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann der Warnhinweis ein Hinweis dafür sein, dass die Wärmepumpe ineffizient arbeitet und eine Wartung der Wärmepumpe durchgeführt werden sollte.
Die Regeleinrichtung der Wärmepumpe regelt und/oder steuert die Wärmepumpe insbesondere in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter, wie zum Beispiel einer Vorlaufsolltemperatur, der Außentemperatur und dergleichen. Die Regeleinrichtung kann die Parameter von einer externen Vorrichtung beispielsweise über ein Netzwerk empfangen. Die Parameter zum Regeln und/oder Steuern der Wärmepumpe können aber auch vorprogrammiert bzw. in einer lokalen Speichereinrichtung gespeichert sein. Ferner kann die Wärmepumpe mittels einer Heizkurve gesteuert werden. Insbesondere für einen Notbetrieb sind Betriebsparameter in der Regeleinrichtung hinterlegt.
Die erfassten Werte der Außentemperatur und/oder der Laufzeit des Heizregisters und/oder der vom Heizregister verbrauchten Energie und/oder der erste Grenzwert und/oder zweite Grenzwert und/oder Regelparameter der Wärmepumpe können von der Regeleinrichtung der Wärmepumpe über das Netzwerk an die Cloud und/oder den Server übertragen werden. Diese Übertragung der Werte kann unabhängig von der oben beschriebenen Meldung erfolgen. Die Übertragung kann beispielsweise in regelmäßigen Zeitintervallen erfolgen, so dass eine Zeitreihe von Daten im Server und/oder der Cloud verfügbar wird.
Die Cloud und/oder der Server können die übertragenen Daten und Werte weiterverarbeiten und insbesondere in Abhängigkeit des ersten Grenzwerts und des zweiten Grenzwerts auswerten. Hierbei kann beispielsweise auch maschinelles Lernen angewendet werden, beispielsweise um frühzeitig eine Abnahme der Effizienz der Wärmepumpe zu erkennen bzw. vorauszusagen. Entsprechend kann die Meldung auch vom Server erzeugt und ausgegeben werden.
Wenn die Laufzeit innerhalb des festgelegten Zeitraums den ersten Grenzwert überschreitet und/oder die vom Heizregister im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie den zweiten Grenzwert überschreitet, kann der Server optimierte Regelparameter für den Betrieb der Wärmepumpe und des Heizregisters bestimmen, und die optimierten Regelparameter über das Netzwerk an die
Regeleinrichtung der Wärmepumpe übertragen. Der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert können in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Wärmepumpe festgelegt werden. Insbesondere können Betriebszustände in Abhängigkeit eines Heizzwecks der Wärmepumpe definiert werden. Beispielsweise kann zwischen einem ersten Betriebszustand zum Bereitstellen warmer Luft zum Heizen eines ersten Raumes bzw. einer ersten Gruppe von Räumen (z.B. ein erstes einer Vielzahl von Stockwerken eines Gebäudes) und einem zweiten Betriebszustand zum Bereitstellen warmer Luft zum Heizen eines zweiten Raumes bzw. einer zweiten Gruppe (z.B. ein zweites einer Vielzahl von Stockwerken eines Gebäudes) von Räumen unterschieden werden.
Im ersten Betriebszustand kann wie oben beschrieben über einen kurzen Zeitraum eine hohe Leistungsaufnahme des Heizregisters toleriert werden. Befindet sich die Wärmepumpe längere Zeit im ersten Betriebszustand kann der zweite Grenzwert entsprechend angehoben werden.
Im zweiten Betriebszustand soll die Wärmepumpe vorrangig ohne Hilfe durch das Heizregister betrieben werden. Somit können der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert im zweiten Betriebszustand herabgesetzt werden.
Der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert können mittels einer Gewichtung auf den Heizzweck angepasst werden. Entsprechend kann im ersten Betriebszustand die Gewichtung der Grenzwerte verringert werden. Im zweiten Betriebszustand kann die Gewichtung der Grenzwerte entsprechend erhöht werden. Die Gewichtung kann insbesondere so eingestellt werden, dass die Meldung früher ausgegeben wird, wenn das Heizregister zum Heizen (zweiter Betriebszustand) verwendet wird.
Die Gewichtung kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass die Funktion im zweiten Betriebszustand schärfer reagiert, also insbesondere ab dem eingestellten Grenzwert (Gewichtung = 1), während im ersten Betriebszustand ein Betrieb des Heizregisters eher toleriert werden kann (Gewichtung > l), da hierbei kurzfristig eine hohe Leistung notwendig ist, um ausreichend warme Luft bereitstellen zu können. Insbesondere im ersten Betriebszustand ist das Erwärmen der Räume somit wichtiger als das Vermeiden eines Betriebs des Heizregisters. Um dies zu ermöglichen, können die zulässige Laufzeit (erster Grenzwert) bzw. der zulässige Energieverbrauch (zweiter Grenzwert) durch Multiplizieren mit einem Gewichtungsfaktor größer als eins erhöht werden.
Beispielsweise kann ein Gewichtungsfaktor gleich zwei verwendet werden. Dies kann z.B. so implementiert sein, dass am Tag 30 Minuten Laufzeit (erster Grenzwert) des Heizregisters für den Betrieb im zweiten Betriebszustand und eine Stunde Laufzeit für den Betrieb im ersten Betriebszustand zugelassen werden. Entsprechend kann der zweite Grenzwert so festgelegt werden, dass pro Tag 1 kWh Energieverbrauch des Heizregisters für den Betrieb im zweiten Betriebszustand und 2 kWh Energieverbrauch des Heizregisters für den Betrieb im ersten Betriebszustand zugelassen werden. Die Gewichtung mit Faktor zwei ist hier so zu verstehen, dass das Heizregister im ersten Betriebszustand doppelt so lange betrieben werden darf oder doppelt so viel Energie verbrauchen darf wie im zweiten Betriebszustand, bevor geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 illustriert eine Wärmepumpe mit Heizstab gemäß dem Stand der Technik. Figur 2 illustriert eine Wärmepumpe mit Heizregister gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Figur 3 illustriert ein Lüftungssystem mit Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Wärmepumpe mit Heizregister gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Fig. 1 illustriert eine herkömmliche Wärmepumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die dargestellte Wärmepumpe 1 ist insbesondere eine Luft-Wasser-Wärmepumpe 1, die als Wärmeerzeuger für ein Gebäude verwendet wird.
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe 1 kann die Umgebungsluft des Gebäudes als Wärmequelle nutzen, um das Gebäude mit Wärme zu versorgen. In Fig. 1 ist die Wärmepumpe 1 als sogenanntes Split-Gerät in eine Außeneinheit A und eine Inneneinheit B aufgeteilt. Die Außeneinheit A kann entsprechend in einem Außenbereich des Gebäudes angeordnet sein, wobei die Inneneinheit B in einem Innenbereich des Gebäudes angeordnet sein kann.
Im Betrieb saugt ein Ventilator 3 aktiv Außenluft an und leitet sie an einen Wärmeübertrager, den Verdampfer 4 weiter. In diesem zirkuliert ein Kältemittel, das aufgrund seiner thermischen Eigenschaften seinen Aggregatzustand bereits bei geringer Temperatur ändert. Der Kreislauf des Kältemittels ist in Fig. 1 gepunktet dargestellt. Kommt das Kältemittel mit der zugeführten “warmen” Außenluft in Kontakt, erwärmt es sich solange, bis es schließlich zu verdampfen anfängt. Da die Temperatur des dabei entstehenden Dampfes noch verhältnismäßig niedrig ist, strömt der Dampf weiter an einen elektrisch angetriebenen Verdichter 5. Dieser erhöht den Druck, wodurch auch die Temperatur ansteigt. Hat der Kältemitteldampf das gewünschte Temperaturniveau erreicht, strömt er weiter zum nächsten Wärmeübertrager, dem Verflüssiger 6. Hier überträgt er seine Wärme auf ein hydraulisches Leitungssystem (in Fig. 1 durch fette durchgezogene Linien dargestellt) und kondensiert.
Die so gewonnene Wärme kann zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Bevor das abgekühlte Kältemittel wieder erwärmt und verdichtet werden kann, durchströmt es zunächst ein Expansionsventil 8. Dabei sinken Druck und Temperatur auf das Ausgangsniveau und der Kreislauf lässt sich wiederholen. Das Expansionsventil 8 kann elektronisch regelbar sein.
Die Aufteilung der Komponenten zwischen Außeneinheit A und Inneneinheit B ist nicht auf die der Fig. 1 festgelegt sondern kann variabel sein. Insbesondere kann der Verflüssiger 6 statt in der Außeneinheit A in der Inneneinheit B angeordnet sein. Entsprechend kann die Verbindung zwischen Außeneinheit A und Inneneinheit B mittels Kältemittelleitungen oder mittels hydraulischer Leitungen erfolgen.
In den hydraulischen Leitungen zirkuliert Wasser als fluides Wärmeträgermedium. Im Verflüssiger 6 nimmt das Wasser Wärme vom Kältemittel auf. Im Verflüssiger findet also ein Wärmeübertrag vom Kältemittel auf das Wärmeträgermedium statt. Eine im Heizkreis angeordnete Pumpe 7 kann einen gewünschten Volumen- bzw. Massenstrom des Wärmeträgermediums erzeugen. In Fig. 1 ist die Pumpe 7 im Vorlauf zwischen Verflüssiger 6 und einem Heizstab 2 angeordnet. Die Anordnung der Pumpe 7 ist aber nicht auf diese Position beschränkt. Die Pumpe 7 kann beispielsweise auch im Rücklauf RL angeordnet sein. In der Inneneinheit B ist ein elektrischer Heizstab 2 angeordnet, der im Wesentlichen wie ein elektrischer Tauchsieder bzw. Durchlauferhitzer funktionieren kann und das Wärmeträgermedium bei Bedarf zusätzlich erwärmt. Eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) Regeleinrichtung 10 der Wärmepumpe 1 kann insbesondere eine elektrische Leistungsaufnahme des Heizstabs 2, eine Drehzahl der Pumpe 7, den Ventilator 3, einen Öffnungsgrad des Expansionsventils 8 sowie den Verdichter 5 regeln. Die Regeleinrichtung 10 kann beispielsweise in der Inneneinheit B angeordnet sein.
Die Inneneinheit weist ferner ein 3-Wege-Umschaltventil 9 auf, an dem sich der Vorlauf von der Wärmepumpe in zwei Vorlaufleitungen VL1, VL2 verzweigt. Die erste Vorlaufleitung VL1 kann beispielsweise in einen Heizkreis eines Heizungssystems (Raumbeheizung) führen. Die zweite Vorlaufleitung VL2 kann beispielsweise als Warmwasserleitung (Trinkwassererwärmung) dienen. Je nach Bedarf kann über das 3-Wege-Umschaltventil 9 das Verhältnis des Volumen- bzw. Massenstroms des Wärmeträgermediums zwischen erstem Vorlauf VL1 und zweitem Vorlauf VL2 eingestellt werden.
Über einen Rücklauf RL fließt das Wärmeträgermedium aus dem Heizungssystem bzw. Trinkwasserleitungen des Gebäudes zurück zur Wärmepumpe 1. Der Kreislauf des Kältemittels zwischen Verflüssiger 6 und Verdampfer 4 wird auch als Primärkreis oder Erzeugerkreis bezeichnet. Der Kreislauf des Wärmeträgermediums mit Vorlauf und Rücklauf wird auch als Sekundärkreis oder Verbraucherkreis bezeichnet.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Luft-Luft- Wärmepumpe 1 für ein Lüftungssystem, welche ähnlich aufgebaut ist wie die Luft- Wasser-Wärmepumpe aus Fig. 1 und im Wesentlichen identisch funktioniert wie die Luft-Wasser-Wärmepumpe aus Fig. 1. Das Wirkungsprinzip der Wärmepumpe 1 mit Verdampfer 4, Verdichter 5, Verflüssiger 6 und Expansionsventil 8 wird daher nicht erneut beschrieben. Im Unterschied zur Luft-Wasser-Wärmepumpe aus Fig. 1 überträgt die Luft-Luft- Wärmepumpe 1 ihre Wärme am Verflüssiger 6 nicht auf Wasser sondern auf Luft als Wärmeträgermedium. Die Luft strömt durch eine Vielzahl von Lüftungskanälen L, die hier in Fig. 2 als Lüftungskanal zum Ansaugen frischer Außenluft, als Vorlaufkanal zum Zuführen von Zuluft an einen Raum 11, 12, als Rücklaufkanal zum Ansaugen von Abluft aus dem Raum 11, 12 und als Lüftungskanal zum Abführen von Fortluft nach außen dargestellt sind.
Eine Pumpe bzw. Ventilator 7 saugt Außenluft bzw. Frischluft an. Die Frischluft strömt über einen Wärmetauscher W. Hiermit kann eine vollständige Entkoppelung der Volumenströme von Frischluft und Raumluft erreicht werden, so dass keine Außenluft in das Gebäude gelangt. Der Wärmetauscher W kann aber auch so ausgelegt sein, dass Raumluft und Außenluft vermischt werden, bzw. dass frische Außenluft direkt als Zuluft für Räume 11, 12 verwendet wird.
Insbesondere findet am Wärmetauscher W ein Wärmeübertrag von warmer Abluft aus einem Raum 11, 12 auf frische Außenluft statt. In der Fortluft verbleibende Wärme kann am Verdampfer genutzt werden, um das Kältemittel der Wärmepumpe 2 zu erwärmen. Am Verflüssiger 6 findet ein Wärmeübertrag vom Kältemittel auf die Zuluft im Lüftungskanal (Vorlaufkanal) statt. Eine zusätzliche Erwärmung der Zuluft kann am Heizregister 2 erfolgen. Die gezeigte Anordnung des Heizregisters 2 im Zuluftkanal (Vorlaufkanal), wobei das Heizregister 2 dem Wärmetauscher W nachgeschaltet ist, wird als Nachheizregister bezeichnet. Zusätzlich kann vor dem Wärmetauscher W im Zuluftkanal für Außenluft ein Vorheizregister angeordnet sein, welches dazu dienen kann, ein Vereisen des Wärmetauschers W zu verhindern.
Ein weiterer Ventilator 7 ist in einem Entlüftungskanal bzw. Rücklaufkanal angeordnet und erzeugt einen Luftstrom zum Abführen von Abluft aus einem Raum 11, 12. Die Abluft strömt durch den Wärmetauscher W und kann Wärme auf die angesaugte Außenluft übertragen. Ja nach Aufbau des Wärmetauschers W kann die Abluft direkt als Fortluft nach außen abgeführt werden, wobei sie über den Verdampfer 4 strömt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Lüftungssystems 100 für ein Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 1. Eine Regeleinrichtung 10 des Lüftungssystems 100 regelt einen Betriebszustand der Wärmepumpe 1 und überwacht Betriebsparameter der Wärmepumpe 1. Über einen Außentemperatursensor 13 erfasst die Regeleinrichtung 10 eine Außentemperatur des Gebäudes.
Eine Aufteilung der Wärmepumpe 1 in Außeneinheit und Inneneinheit ist in Fig. 3 nicht dargestellt. Die Wärmepumpe 1 kann aber wie in Fig. 1 oder Fig. 2 dargestellt aufgeteilt sein oder als Monoblock-Gerät ausgeführt sein. Von der Wärmepumpe 1 gehen zwei Vorlaufkanäle VL1 und VL2 aus. Der erste Vorlaufkanal VL1 kann beispielweise zu mindestens einem ersten Raum 11 zum Heizen des Gebäudes führen. Der zweite Vorlaufkanal VL2 kann entsprechend zu einem zweiten Raum 12 führen.
Die Regeleinrichtung 10 ist über ein Netzwerk 40 kommunikativ mit einem Server 20 und einer Cloud 30 verbunden. Außerdem kann mindestens ein Endgerät T, beispielsweise ein Smartphone oder ein Laptop oder ein sonstiges Gerät, über das Netzwerk 40 kommunikativ an Server 20, Cloud 30 und Regeleinrichtung 10 angebunden sein. Für die Kommunikation über das Netzwerk 40 weisen die Regeleinrichtung 10, der Server 20, die Cloud 30 und das Endgerät T jeweils geeignete Kommunikationsschnittstellen auf, deren Einzelheiten nicht näher beschrieben werden.
Die Wärmepumpe 1 mit Vorlaufkanälen VL1, VL2 und Rücklaufkanal RL sowie den Verbrauchern 11, 12, die Regeleinrichtung 10, der Server 20, die Cloud 30, das Netzwerk 40, das Endgerät T und der Außentemperatursensor 13 gehören zum Lüftungssystem 100, wobei nicht alle Komponenten wesentlich für den Betrieb des Lüftungssystems 100 sind. Beispielsweise kann die Außentemperatur statt von einer Außentemperatursensor 13 auch vom Server 20 über das Netzwerk 40 an die Regeleinrichtung 10 übermittelt werden.
Der Server 20 und/oder die Cloud 30 dienen als Speicher und/oder Recheneinrichtung zum Speichern und Auswerten von Daten, welche von der Regeleinrichtung 10 erfasst und übertragen werden. Insbesondere erfasst und überträgt die Regeleinrichtung 10 Betriebsparameter der Wärmepumpe 1 einschließlich einer Laufzeit und einer Leistungsaufnahme des Heizregisters 2. Ferner kann die Regeleinrichtung 10 vom Server 20 bzw. der Cloud 30 Regel para meter empfangen, so dass ein regelungstechnischer Eingriff auf den Betrieb der Wärmepumpe erfolgen kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Wärmepumpe 1 im erfindungsgemäßen Lüftungssystem 100 wird im Folgenden anhand eines in Fig. 4 dargestellten Flussdiagramms beschrieben. Ziel des Verfahrens ist es, einen unerwünschten Betrieb des Heizregisters 2 zu erkennen und möglichst zu vermeiden bzw. zu ermöglichen, Maßnahmen zum Vermeiden des Betriebs des Heizregisters 2 zu treffen.
In einem ersten Schritt S1 wird eine Außentemperatur des Gebäudes erfasst. Im zweiten Schritt S2 wird die erfasste Außentemperatur mit einer vorgegebenen Grenztemperatur verglichen. Die Grenztemperatur kann beispielsweise in Abhängigkeit eines geographischen Orts, an dem die Wärmepumpe 1 betrieben wird, und/oder in Abhängigkeit eines Gerätetyps und einer Auslegung der Wärmepumpe 1 vorgegeben werden. In der Regel ist die Grenztemperatur eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt. Beispielsweise kann die Grenztemperatur in einem Bereich zwischen -15°C und -5°C liegen.
Wenn die Außentemperatur höher als die Grenztemperatur ist (JA in Schritt S2), werden im nächsten Schritt S3 eine Laufzeit des elektrischen Heizregisters 2 und eine vom Heizregister 2 verbrauchte Energie erfasst. Das Erfassen der Laufzeit und des Energieverbrauchs erfolgt über einen festgelegten Zeitraum, der in der Regel mehrere Stunden oder beispielsweise einen Tag langsein kann. Insbesondere kann der festgelegte Zeitraum mit einer Aufheizphase am frühen Morgen beginnen und 24 Stunden andauern. Im Folgenden wird beispielhaft von einem festgelegten Zeitraum von einem Tag (24 Stunden) ausgegangen, der um 6:00 Uhr morgens beginnt. Das Erfassen kann über den festgelegten Zeitraum kontinuierlich in regelmäßigen Zeitintervallen erfolgen, beispielsweise jede Minute oder sogar mehrmals pro Minute. Ferner können die erfassten Daten von der Regeleinrichtung 10 über das Netzwerk 40 an den Server 20 und/oder die Cloud 30 übertragen werden.
Insbesondere können in S1 die erfassten Werte der Außentemperatur, der Laufzeit des Heizregisters 2 und der vom Heizregister 2 verbrauchten Energie (bzw. die aktuelle Leistungsaufnahme des Heizregisters 2) von der Regeleinrichtung 10 über das Netzwerk 40 an die Cloud 30 und/oder den Server 20 übertragen werden.
Ist die Außentemperatur kleiner als die Grenztemperatur (NEIN in Schritt S2) geht das Verfahren zurück zu Schritt Sl. In diesem Fall werden die Laufzeit und der Energieverbrauch des Heizregisters 2 nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überwacht. Ein Betrieb des Heizregisters 2 kann in diesem Fall notwendig bzw. erwünscht sein.
Im nächsten Schritt S3 findet eine Auswertung der Laufzeit und des Energieverbrauchs statt im festgelegten Zeitraum. Insbesondere können in diesem Schritt die übertragenen Laufzeitdatenpunkte über den festgelegten Zeitraum integriert werden, um die Laufzeit eines ganzen Tages zu berechnen. Entsprechend kann der Energieverbrauch berechnet werden, wobei zum Beispiel einzelne übertragene Datenpunkte, die eine momentane Leistungsaufnahme des Heizregisters 2 angeben, ausgewertet werden, um einen Gesamtenergieverbrauch des Heizregisters im festgelegten Zeitraum zu berechnen. Schritte S2 und S3 sowie die nächsten Schritte S4, S5 und S6 können von der Regeleinrichtung 10, dem Server 20 oder der Cloud 30 ausgeführt werden. In den folgenden Schritten S4 und S5 werden die berechneten Gesamtwerte der Laufzeit und des Energieverbrauchs im festgelegten Zeitraum mit jeweiligen Grenzwerten verglichen.
In Schritt S4 wird ermittelt, ob die Laufzeit im festgelegten Zeitraum einen ersten Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall (JA in S4) geht das Verfahren mit Schritt S5 weiter. Wird der erste Grenzwert nicht überschritten (NEIN in S4), so liegt die tägliche Laufzeit des Heizregisters 2 im erlaubten Bereich und das Verfahren geht zurück zum ersten Schritt Sl.
In Schritt S5 wird ermittelt, ob die vom Heizregister 2 im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie einen zweiten Grenzwert überschreitet. Ist dies der Fall (JA in S5) geht das Verfahren mit Schritt S6 weiter. Wird der zweite Grenzwert nicht überschritten (NEIN in S5), so liegt die tägliche verbrauchte Energie des Heizregisters im erlaubten Bereich und das Verfahren geht zurück zum ersten Schritt Sl.
In Schritt S6 wird eine Meldung erzeugt und ausgegeben. Die Meldung kann beispielsweise ein Warnhinweis sein, der angibt, dass die Laufzeit des Heizregisters 2 den ersten Grenzwert überschreitet und/oder dass der Energieverbrauch des Heizregisters 2 den zweiten Grenzwert überschreitet. Die Meldung kann zusätzlich angeben, ob das Heizregister 2 aktuell in Betrieb ist.
Die Meldung bzw. Warnhinweis kann von der Regeleinrichtung 10 bzw. vom Server 20 oder der Cloud 30 an ein mit dem Netzwerk 40 kommunikativ verbundenes Endgerät T eines Benutzers der Wärmepumpe 1 ausgegeben werden. Zusätzlich bzw. stattdessen kann die Meldung über eine Anzeigeeinrichtung der Regeleinrichtung 10 ausgegeben werden. Man beachte, dass die Vergleiche mit dem ersten Grenzwert und dem zweiten Grenzwert in Schritten S4 und S5 im vorliegenden Beispiel voneinander abhängen. In anderen Worten, sowohl der erste Grenzwert als auch der zweite Grenzwert müssen überschritten werden (JA in S4 UND S5), bevor die Meldung in S6 erzeugt und ausgegeben wird. Allerdings ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht hierauf beschränkt. Das Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass ein Überschreiten nur eines der beiden Grenzwerte (JA in S4 ODER JA in S5) ausreichen kann, um die Meldung in S6 zu erzeugen und auszugeben.
Wenn die Laufzeit innerhalb des festgelegten Zeitraums den ersten Grenzwert überschreitet (JA in S4) und/oder die vom Heizregister 2 im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie den zweiten Grenzwert überschreitet (JA in S5), können in Schritt S6 vom Server 20 oder der Cloud 30 optimierte Regelparameter für den Betrieb der Wärmepumpe 1 und des Heizregisters 2 bestimmt, und die optimierten Regelparameter über das Netzwerk 40 an die Regeleinrichtung 10 der Wärmepumpe 1 übertragen werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

22 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe (1), die Wärme auf Luft als Wärmeträgermedium überträgt, das durch einen oder mehrere Lüftungskanäle strömt, wobei das Verfahren umfasst:
Erfassen einer Außentemperatur; wenn die Außentemperatur höher als eine Grenztemperatur ist, Erfassen einer Laufzeit eines elektrischen Heizregisters (2) der Wärmepumpe (1) und/oder einer vom Heizregister (2) verbrauchten Energie; und wenn die Laufzeit innerhalb eines festgelegten Zeitraums einen ersten Grenzwert überschreitet und/oder die vom Heizregister (2) im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie einen zweiten Grenzwert überschreitet, ausgeben einer Meldung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Meldung ein Warnhinweis ist, der von einer Regeleinrichtung (10) der Wärmepumpe (1) an ein Endgerät eines Benutzers der Wärmepumpe (1) und/oder über eine Anzeigeeinrichtung der Regeleinrichtung (10) ausgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Meldung angibt, ob das Heizregister (2) aktuell in Betrieb ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend:
Übertragen der erfassten Werte der Außentemperatur, der Laufzeit des Heizregisters (2) und der vom Heizregister (2) verbrauchten Energie von einer Regeleinrichtung (10) der Wärmepumpe (1) über ein Netzwerk (40) an eine Cloud (30) oder einen Server (20), wobei die Cloud (30) oder der Server (20): die übertragenen Werte in Abhängigkeit des ersten Grenzwerts und des zweiten Grenzwerts auswertet; und die Meldung erzeugt und ausgibt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Cloud oder der Server: wenn die Laufzeit innerhalb des festgelegten Zeitraums den ersten Grenzwert überschreitet und/oder die vom Heizregister (2) im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie den zweiten Grenzwert überschreitet, optimierte Regelparameter für den Betrieb der Wärmepumpe (1) und des Heizregisters (2) bestimmt, und die optimierten Regelparameter über das Netzwerk (40) an die Regeleinrichtung (10) der Wärmepumpe (1) überträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Wärmepumpe (1) festgelegt werden.
7. Lüftungssystem (100) zum Bereitstellen von warmer Luft, umfassend: einen Außentemperatursensor (13) zum Erfassen einer Außentemperatur; eine Wärmepumpe (1) zum Übertragen von Wärme auf Luft als Wärmeträgermedium, das durch einen oder mehrere Lüftungskanäle des Lüftungssystems (100) strömt; ein elektrisches Heizregister (2) zum Übertragen von Wärme auf das fluide Wärmeträgermedium; eine Regeleinrichtung (10) zum Regeln eines Betriebszustands der Wärmepumpe (1) und des Heizregisters (2), wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist: wenn die Außentemperatur höher als eine Grenztemperatur ist, eine Laufzeit des Heizregisters (2) und/oder eine vom Heizregister (2) verbrauchte Energie zu erfassen; und wenn die Laufzeit innerhalb eines festgelegten Zeitraums einen ersten Grenzwert überschreitet und/oder die vom Heizregister (2) im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie einen zweiten Grenzwert überschreitet, eine Meldung auszugeben.
8. Lüftungssystem (100) nach Anspruch 7, wobei die Regeleinrichtung (10) über ein Netzwerk (40) mit einer Cloud (30) oder einem Server (20) verbunden ist und die Regeleinrichtung (10) ferner konfiguriert ist: die erfassten Werte der Außentemperatur, der Laufzeit des Heizregisters (2) und der vom Heizregister (2) verbrauchten Energie über das Netzwerk (40) an die Cloud (30) oder den Server (20) zu übertragen; wenn die Laufzeit innerhalb des festgelegten Zeitraums den ersten Grenzwert überschreitet und/oder die vom Heizregister (2) im festgelegten Zeitraum verbrauchte Energie den zweiten Grenzwert überschreitet, optimierte Regelparameter für den Betrieb der Wärmepumpe (1) und des Heizregisters (2) über das Netzwerk (40) von der Cloud (30) oder dem Server (20) zu empfangen; und den Betriebszustand der Wärmepumpe (1) und des Heizregisters (2) in Abhängigkeit der optimierten Regel para meter zu regeln.
9. Lüftungssystem (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste Grenzwert und/oder der zweite Grenzwert in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Wärmepumpe (1) festgelegt sind.
PCT/EP2022/085283 2021-12-16 2022-12-12 Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe WO2023110698A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22835637.4A EP4449027A1 (de) 2021-12-16 2022-12-12 Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021133511.6A DE102021133511A1 (de) 2021-12-16 2021-12-16 Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe
DE102021133511.6 2021-12-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023110698A1 true WO2023110698A1 (de) 2023-06-22

Family

ID=84799964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/085283 WO2023110698A1 (de) 2021-12-16 2022-12-12 Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4449027A1 (de)
DE (1) DE102021133511A1 (de)
WO (1) WO2023110698A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5752654A (en) * 1996-03-04 1998-05-19 The Comfort Guardian, Inc. Method and apparatus for providing supplemental heating
US6149066A (en) * 1998-01-23 2000-11-21 Carrier Corporation Method and apparatus for controlling supplemental heat in a heat pump system
EP2799784A2 (de) * 2013-04-25 2014-11-05 Panasonic Corporation Wärmepumpesteuerung, Wärmepumpesystem und Verfahren zur Steuerung einer Wärmepumpe

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020215669A1 (de) 2020-12-10 2022-06-15 Viessmann Climate Solutions Se Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5752654A (en) * 1996-03-04 1998-05-19 The Comfort Guardian, Inc. Method and apparatus for providing supplemental heating
US6149066A (en) * 1998-01-23 2000-11-21 Carrier Corporation Method and apparatus for controlling supplemental heat in a heat pump system
DE69925389T2 (de) 1998-01-23 2005-11-24 Carrier Corporation Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Zusatzwärme für eine Wärmepumpe
EP2799784A2 (de) * 2013-04-25 2014-11-05 Panasonic Corporation Wärmepumpesteuerung, Wärmepumpesystem und Verfahren zur Steuerung einer Wärmepumpe

Also Published As

Publication number Publication date
EP4449027A1 (de) 2024-10-23
DE102021133511A1 (de) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005061599A1 (de) Modulares Kühlsystem und Kälteerzeugungseinrichtung für ein solches Kühlsystem
EP3034955B1 (de) Verfahren zum durchführen eines automatisierten hydraulischen abgleich einer heinzungsanlage
DE102012020750B4 (de) Verfahren zur Optimierung eines thermischen und eines hydraulischen Abgleichs in einer Temperieranlage
EP3059652B1 (de) Steuereinrichtung sowie anlage zur raumtemperaturregelung
EP3607249B1 (de) Wärmepumpenanlage
DE102013005035A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Einkopplung von Wärme aus einem Nahwärmenetz
EP2375174B1 (de) Wärmepumpenanlage und Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpenanlage
EP3438567A1 (de) Softsensor zur identifikation und regelung oder steuerung eines wärmepumpensystems
DE102014102275B4 (de) Verfahren zur Regelung einer Heizungs- und/oder Klimaanlage und Heizungs- und/oder Klimaanlage hierzu
EP2492599B1 (de) Heizanlage mit Biomassefeuerung und Wärmepumpe
EP3473939B1 (de) Verfahren zum betreiben einer heizungsanlage und heizungsanlage
DE102007063009B4 (de) Verfahren zur Belüftung von Objekten und Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage
EP4259978A1 (de) Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe
DE102010025115A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage
DE102012109483A1 (de) System, Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Regelung eines Energieversorgungssystem
WO2023110698A1 (de) Verfahren zum betreiben einer wärmepumpe
DE102016117129A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum optimierten Betreiben von Heizungsanlagen mit mehreren Wärmeerzeugern
DE69105742T2 (de) Zentralheizungsanlage.
DE2704857C2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Kühlung und Heizung von Gebäuden mit Zweirohr-Wassernetzen mittels Kältemaschinen mit wassergekühlten Kondensatoren und Warmwasser-Heizregistern
EP2905671A2 (de) Verfahren zum Synchronisieren einer Thermoanlage mit einem Thermosystem
DE102018213258A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Heizsystems
DE102018115838A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Temperieranlage, Temperieranlage sowie Messvorrichtung
EP3971484B1 (de) Verfahren zur bereitung von warmwasser in einem gebäude, warmwasserbereitungsanlage und steuereinrichtung für eine warmwasserbereitungsanlage
DE102022133190A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, Computerprogramm, Regel- und Steuergerät und Heizungsanlagen
DE102008028375A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Regeln des Volumenstroms eines Übergabemediums einer Heiz- oder Kühlanlage

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22835637

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022835637

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022835637

Country of ref document: EP

Effective date: 20240716