METHOD OF REGULATING A HEATING UNIT COMPRISING AN ABSORPTION HEAT PUMP

Abstract: 1. Method for controlling a heating plant being capable to be changed over from heat pump to direct heating operation and having an absorption heat pump provided with a solvent cycle with solvent pump 3, an expeller 6 being heated by a heat source, a rectifier 5, a separator 7, an absorber 8, a condenser 10, and a vaporizer 11, in said absorption heat pump, heat being transferred over heat exchangers (16, 9, 14, 15) to the room heating radiators 13 of a heat carrier cycle, and the heating energy of the heating plant being adapted, depending on the outside-air temperature, to the respective heat demand, characterized by that during the heat pump operation of the heating plant, a) the volume flow of the solvent conveyed by solvent pump 3 is held nearly constant even with variations of the desired value SH of the initial heating agent temperature being dependent on the outside air temperature TL , and b) the desired value SH of the initial heating agent temperature as well as the solvent temperature LA used for expeller 6 are adjusted to a value being dependent on the respective outside air temperature, whereby c) additional heat is fed into the solvent only when the actual value of the heating energy of the heating plant is smaller than desired value SH .

Description: Verfahren zur Regelung einer Absorptions-Heizanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Ab sorptions-Heizanlage mit einer Wärmepumpe, die einen Lö- sungsmittelkreislauf mit Lösungsmittelpumpe, Wärmetauscher, Rektifikator, von einer Heizquelle beheiztem Aus treiber, Abscheider und Absorber, sowie einen Wärineträgerkreislauf enthält, und eine Absorptions-Heizanlage zur Durchführung des Verfahrens. Eine derartige Absorptions-Heizanlage dient vorzugsweise zur Raum- und/oder Brauchwass erhe izung von Ein-- und Mehrfamilienhäusern. Sie wird bis zu einer bestimmten Aussen Lufttemperatur als Wärmepumpe betrieben.. Bei Aussen-Lufttemperaturen unter diesem Grenzwert wird die zum Beheizen des Austreibers beispielsweise in einem Brenner freigesetzte Heizenergie über einen Wärme träger direkt an den Verbraucherkreislauf übertragen. Im Hinblick auf sparsamen Energieeinsatz ist es notwendig, die Heizleistung dem jeweiligen Wärmebedarf anzupassen, und dies insbesondere beim Wärmepumpbetrieb, da die Absorptions Reizanlage überwiegend im Wärmepumpbetrieb arbeitet. Es ist ein Verfahren zur Regelung einer Absorptions-Heizanlage bekannt (Zeitschrift "Clima-Commerce-International Nr. 1 (1980) S. 21 - 23), bei welchem die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers und damit die Leistung der Heizanlage durch pnderung der umlaufenden Lösungsmittelmenge an den Jeweili- gen Bedarf angepasst wird. Dies geschieht entweder durch direkte Anpassung des Förcerstroms der Lbsungsmittelpumpe über die Änderung der Pumpendrehzahl bzw. der Frequenz des An- triebsmotors der Pumpe, oder indirekt durch Rückführung eines gesteuerten Teilstroms des Lösungsmittels von der Druckzur Saugseite der Lösungsmittelpumpe. Bei dem bekannten Verfahren wird die Iosungsmitteltemperatur hinter dem Austreiber auf hohem Niveau konstant gehalten in der Absicht, durch hohe Entgasungsbreiten vergleichsweise geringe spezifische tsungsmittelumläufe zu erreichen. Unter Entgasungsbreite ist der Konzentrationsunterschied zwi- schen kaltemittelarmem und kältemittelreichem Losungsmittel zu verstehen, der umso höher ist, Je stärker das Losungsmit tel im Austreiber erwärmt wird. Das vorstehend beschriebene Verfahren ist Jedochnachteilig, da infolge des grossen Temperaturgefälles von den heissen zu den kälteren Teilen der Heizanlage und zur Umgebung Wärmeverluste auftreten. Dadurch wird das Wärmeverhältnis vor allem im Teillastbereich des Wärmepumpbetriebs deutlich schlechter. Weiters bedeutet die Realisierung einer die ten Anpassung des Lösungsmittelstroms oder einer Bypass Rückführung eines Teilstroms des Lösungsmittels einen relativ grossen Aufwand. Darüberhinaus muB mit Abnahme der Lö sungsmittelmenge eine Verschlechterung des Wärmetausches im Absorber und im Wärmetauscher in Kauf genommen werden. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und insbesondere ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das sich durch eine Senkung des Energieverbrauchs auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Anpassung der Jeweiligen-Ist- an die Soll-Heizleistung der Heizanlage ausschliesslich durch Veränderung der Lösungsmitteltemperatur im Austreiber vorgenommen wird. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird eine zeitlich konstante Lösungsmittelmenge durch die Lösungsmittelpumpe umgewälzt. Die Regelung der Heizleistung erfolgt durch eine Ver änderung der Lösungsmftteltemperatur im Austreiber, und zwar wird dem Lösungsmittel keine zusätzliche Wärme zuge fahrt, solange der Ist-Wert der Heizleistung der Heizanlage grösser oder gleich dem Soll-Wert ist. Erst wenn der Ist Wert kleiner als der Soll-Wert wird, wird die Lösungsmitteltemperatur erhöht. Zumindest im Teillastbereich ist die tösungsmitteltemperatur niedriger als bei den bisherigen Verfahren. Das erfindungs gemsse Verfahren führt im Teillastbereich der Wärme pumpe durch die niedrigere Lösungsmitteltemperatur zu einer Verringerung der.Wärmeverluste und zu einer Verkleinerung der Abgasverluste. Die grössere Fördermenge in diesem Betriebsbereich erfordert zwar - verglichen mit dem bisherigen Verfahren - eine etwas höhere Antriebs leistung der Lösungsmit- telpumpe, die durch die mit dem erfindungsgemässen Verfahren ermöglichte Temperaturabsenkung des Lösungsmittels erzielte Energieeinsparung ist Jedoch deutlich grösser. Es wird daher eine Verbesserung des Wärmeverhältnisses erzielt, die vor allem auch deswegen von Interesse ist, weil sie sich auf die beim Heizbetrieb am häufigsten auftretenden Bedingungen bezieht. Nben dem geringen Aufwand zur Realisierung des Rege lungsverfahrens ist als weiterer Vorteil noch die im zeitlichen Mittel erheblichen geringere thermische Belastung des Lösungsmittel zu nennen. Durch das niedrigere Temperaturniveau ist die Gefahr des Disoziierens erheblich reduziert und das Lösungsmittel bleibt länger verwendbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegen standes wird bei Unterschreiten der Soll-Heizleistung eine Heizquelle zum Heizen des Austreibers eingeschaltet. Bei einer Wärmepumpe ist ohnehin eine Heizquelle zum Beheizen des Austreibers vorhanden, so dass das Erhitzen des Lösungsmittels zweckmässigerweise durch diese Heizquelle erfolgt. Die Heizquelle ist beispielsweise ein Brenner, der entweder in einer oder mehrere Stufen oder kontinuierlich regelbar ist. Ein Mehrstufenbrenner oder kontinuierlich regelbarer Brenner erlaubt eine stärker differenzierte Regelung, da es moglich ist, in Abhängigkeit von der Grösse der Regelabweichung eine stärkere oder schwächere Leistungsstufe ein- oder auszuschalten. Es erweist sich als günstig, wenn gemäss einer weiteren Aus führungsform des Erfindungsgegenstandes die Ist-Heizleistung mit der Soll-Heizleistung in einer Regel einheit verglichen wird, von der bei die Soll-Heizleistung unterschreitender Ist-Heizleistung durch Steuerimpulse die Heizquelle des Aus treibers eirigeschaltet wird. Der RegeleiSleit werden charakteristische Ist-Werte zugelei tet und dort mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen Ist- und Soll-Wert grösser oder gleich Null ist, wird ein Steuerimpuls erzeugt, durch den die Heizquelle ausgeschaltet wird. Umgekehrt wird die Heizquelle bei Unterschreiten des Soll-Wertes durch einen weiteren Steuerimpuls eingeschaltet. Es ist von Vorteil, wenn der Regeleinheit die Werte der Aussen-LuSttemperatur und der Vorlauftemperatur des Wärmeträgers zugeleitet werden. Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Absorptions-Heizanlage unterhalb einer vorgegebenen Temperatur von Wärmepump- auf Direktheizbetrieb umgeschaltet und die umgewälzte Lösungsmittelmenge beim Wärmepumpbetrieb so eingestellt, dass sie dem am Umschaltpunkt erforderlichen Volumensstrom entspricht. Da die Regelung der Heizleistung im Wärmepumpbetrieb erfindungsgemäss durch Veränderung der Losungsmitteltempera- tur im Austreiber vorgenommen wird, ist die umgewälzte Db- sungsmittelmenge zumindest innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar. Sie wird daher so gewählt werden, dass sie dem am Umschaltpunkt erforderlichen Volumensstrom des Lösungsmit tels im Direktheizbetrieb entspricht. Es hat sich indessen auch als zweckmässig erwiesen, beim Umschalten auf Direktheizbetrieb die Lösungsmittelpumpe abzuschalten und die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers über die Heizquelle zu regeln. Eine Absorptions-Heizanlage zur Durchführung des erfindung gemässen Verfahrens umfasst eine Wärmepumpe, die einen Lösungsmittelkreislauf mit Lösungsmittelpumpe, Wärmetauscher, Rektifikator, von einer Heizquelle beheiztem Austreiber, Abscheider und Absorber enthält, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle für den Austreiber mit einer Regeleinheit zur Steuerung der Heizquelle verbunden ist. Die Erfindung und Einzelheiten der Erfindung werden anhand schematisch dargestellter Ausfilhrungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen: Figur 1 ein Flussdiagramm einer erfindungsgemässen Absorptions-Heizanlage, Figur 2 den Sollwert der Heizmittelvorlauftemperatur als Funktion der Aussen-Lufttemperatur, Figur 3 die Lösungstemperatur im Austreiber als Funktion der Aussen-Lufttemperatur. Die Absorptions-Heizanlage gemäss der Erfindung enthält eine Wärmepumpe mit einem Lösungsmittelkreislauf und einem Kältemittelkreislauf. Kältemittelreiches Lösungsmittel, z.B. Wasser mit Ammoniak, wird von einer Lösungsmittelpumpe 3 umgewälzt. Das kältemittelreiche Lösungsmittel wird in einem Wärmetauscher 4 in Wärmetausch mit kältemittelarmem Lösungsmittel gebracht und erwärmt sich dabei. Anschie ssend wird es über ein Rückschlagventil in einen Rektifikator 5 geleitet, in dem eine Zerlegung des kältemittelrei- chen Lösungsmittels in eine kältemittelreiche Flüssigkeit, die sich im Sumpf des Rektifikators 5 sammelt, und ein im wesentlichen das Kältemittel (z.B. Ammoniak) enthaltendes Gas, das sich am Kopf des Rektifikators 5 sammelt, stattfindet. Die kältemittelreiche Flüssigkeit wird aus dem Sumpf ent nominen und gelangt in einen Wärmegenerator 1. Sie wird dort in einem Austreiber 6, der von einem Brenner 2 beheizt wird, erhitzt, wobei das leichter siedende Kältemittel aus dem Lösungsmittel verdampft. Das entstehende i'lüssigkeits-Dampf- Gemisch wird in einen Abscheider 7 geleitet, in dem eine Phasentrennung durchgeführt wird: Das Gas wird in den unteren Teil des Rektifikators 5 eingeleitet, während das verbleibende kältemittelarme Lösungsmittel (Wasser) im Wärmetauscher 4 gegen kältemittelreiches Lösungsmittel abgekühlt und über einen Schwimmerregler, der in Abhängigkeit von der Standhöhe der Sumpfflüssigkeit im Rektifikator 5 den Leitungsquerschnitt für das Lösungsmittel öffnet und schliesst, in einen Absorber 8 eingesprüht wird. Vom Kopf des Rektifikators 5 wird gasförmiges Kältemittel entnommen und über eine mit einem Magnetventil verschliessbare Leitung einem Verflüssiger 10 zugeführt, in dem das Kältemittel verflüssigt wird. Das Kältemittel wird dann auf Verdampfungsdruck entspannt und in einem Verdampfer 11 durch Zuführung von Wärme, beispielsweise aus der Umgebungsluft, die von einem Ventilator 18 angesaugt wird, verdampft. Das gasförmige Kältemittel wird anschliessend dem Absorber 8 zugeführt. Im Absorber 8 wird das gasförmige Kältemittel durch das Lö sungsmittel absorbiert. Das im Sumpf gebildete kältemittelreiche Lösungsmittel verlässt den Absorber 8 und wird der Lösungsmittelpumpe 3 zugeführt. Der Lösungsmittelkreislauf der Wärmepumpe enthält als Komponenten Lösungsmittelpumpe 3, Wärmetauscher 4, Rektifikator 5, Austreiber 6, Abscheider 7 und Absorber 8, der Xältemittelkreislauf beginnt am Kopf des Rektifikators 5 und rührt über Verflüssiger 10 und Verdampfer 11 zum Absorber 8. Die Absorptions- Heizanlage umfasst ferner einen Wärmeträgerkreislauf, in dem ein Wärmeträger, z.B. Wasser, über eine Umwälzpumpe 12 einer Verbrauchergruppe 13, beispielsweise mehreren Raumheizkörpern, zugeführt wird. Der Wärmeträger gibt in der Verbrauchergruppe Wärme ab. Er gelangt anscrme ssend an ein Mehrwegenventil, das beim Wärmepumpbetrieb nur den Weg in die Rohrschlange 14 im Verflüssiger 10 freigibt. Dort wird der Wärmeträger erwärmt und dann weiter in die Rohrschlange 15 im Absorber 8 geführt, wo er sich durch Auf nahme der Absorptionswärme weiter erwärmt, Nachfolgend gelangt der Wärmeträger in einen Rücklaufkühler 9 im Kopf des Rektifikators und in einen Wärmetauscher 16, der im Rauchgasstrom des Wärmegenerators 1 angeordnet ist, wobei er sich jeweils weiter erwärmt, bevor er der Umwälzpumpe r2 wieder zugeführt wird. Gemäss der Erfindung wird die Heizleistung der Heizanlage ausschliesslich durch Anpassung der Temperatur des Lösungsmittels im Austreiber 6 geregelt. Im gezeigten Beispiel bedeutet dies, dass die Heizleistung umso höher ist, Se grösser die durch den Brenner 2 dem Austreiber 6 zugeführte Energie ist. Der Brenner 2 kann beispielsweise kontinuierlich regelbar oder in einer oder mehreren Stufen aus- und einschalt- bar ausgebildet sein. Unabhängig von der Art des Brenners 2 erfolgt seine Steuerung durch eine Regeleinheit 17. Der Regeleinheit 17 werden Signale veränderlicher Grössen zugeordnet, die charakter stisch für die erforderliche Heizleistung sind* Diese Signa- le sind durch Pfeil 19 symbolisiert; Beispielsweise weiden als veränderliche Grössen die Aussen-Lufttemperatur und die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers gewählt. Diese veränder- lichen Ist-Werte werden in der Regeleinheit 17 mit vorgege- benen Soll-Werten verglichen. Die Soll-Werte.sind nicht notwendigerweise Konstante, in Figur 2 sind z.B. mehrere eiz- kurven für den Soll-Wert der Vorlauftemperatur des Heizmittels in Abhängigkeit von der Aussen-Lufttemperatur aufgetra gen. Jedesmal, wenn ein Ist-Wert von einem zugeordneten Soll-Wert nach oben oder nach unten abweicht, wird in der Regeleinheit 17 ein Schaltimpuls erzeugt. Die Schaltimpulse, die durch Pfeil 20 symbolisiert sind, steuern den Brenner 2. Die Rsge- lungsvorgänge werden im folgenden für den einfachsten Fall eines 3renners 2 mit einer "Ein"- und einer tAus"-Stellung beschrieben: Der Ist-Wert der Heizmittel-VorlauStemperatur sei zunächst grösser oder gleich dem Soll-Wert und der Brenner 2 ist demzufolge ausgeschaltet. Wenn nun der Ist-Wert unter den Soll Wert absinkt, wird in der Regeleinheit 17 ein Schaltimpuls erzeugt, durch den der Brenner 2 eingeschaltet wird. Dadurch wird das kältemittelreiche Lösungsmittel im Austreiber erhitzt und das Verhältnis kältemittelarmes/kältemittelreiches Lösungsmittel vergrössert. Folglich findet im Absorber 8 vermehrt Absorption statt und es wird mehr Wärme an das Heizmittel betragen, das sich dadurch erwärmt. Sobald der Ist Wert den Soll-Wert erreicht hat, wird ein weiterer Schalt im puls in der Regeleinheit 17 erzeugt, mit dem der Brenner 2 wieder ausgeschaltet wird. Bei einem .e7,wstufigen oder einem kontinuierlich regelbaren Brenner laufen diese Vorgänge prinzipiell in analoger Weise ab, jedoch lässt sich der Brenner noch genauer den Gegebenheiten anpassen, da in diesem Fall die Brennerleistung in Abhängigkeit von der Grösse der Abweichung eingestellt wird. In beiden Fällen läuft erfindungsgemäss die Lösungsmittelpumpe 3 unabhängig von der Stellung des Brenners 2 mit kon stanze Drehzahl, d.h. die Menge des umgewälzten Lösungsmittels ist zeitlich konstant. Pfeil 21 deutet die Energieversorgung der Regeleinheit 17 an. Wird eine vorgegebene Aussen-LuSttemperatur unterschritten, unterhalb der ein Wärmepumpbetrieb nicht mehr möglich ist, wird die dargestellte Absorptions-Heizanlage vom Wärmepumpe auf Direktheflzbetrieb v7mgeschaltet. Dann wird bei konstant gehaltener Lösungsmitteltemperatur die umgewälzte Lösungs mittelmenge nach dem Bedarf geregelt. Hierzu ist es uner lEsslich, dass die beim Wärmepumpbetrieb konstant eingestellte Fördermenge der Idsungsmittelpumpe 3 dem am Umschaltpunkt; erforderlichen Volumensstrom entspricht. Es hat sich indessen als besonders zweckmässig erwiesen, dass beim Umschalten die Lösungsmittelpumpe 3 abgeschaltet und die Wärmeträgervorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Sollwertabweichung in analoger Weise wie beim Wärmepumpbetrieb direkt über den Brenner 2 geregelt ist. Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist der Soll-Wert t der Heiz mittel-VorlauStemperatur abhängig von der Aussen-Lufttempe- ratur TL In der Figur 2 sind beispielhaft fünf verschiedene Heizkurven aufgetragen, die an der Regeleinheit 17 vorgewählt werden können. Oberhalb einer Temperatur Tl, z.B. 21 C, ist die Heizanlage ausgeschaltet. Sinkt die Aussen-Lufttempe raturen auf Werte unter T1 ab, beginnt die Heizanlage zu heizen, wobei der Ist-Wert der Heizmittelvorlauftemperatur mit dem oben beschriebenen Regelungsverfahren dem auf der vorgewählten Heizkurve liegenden, der herrschenden Aussen Lufttemperatur entsprechenden Soll-Wert angepasst.wird. Im Bereich I arbeitet die Heizanlage als Wärmepumpe. Unterhalb einer Temperatur T0 wird die Heizanlage auf Direktheizbe- trieb umgeschaltet (Bereich II). Die Heizkurven sind bei T0 stetig. In Figur 3 ist für den Bereich I der Heizanlage zwischen den Temperaturen T0 und T1 die Lösungsmitteltemperatur LA im Austreiber 6 als Funktion der Aussen-Lufttemperatur TL für die verschiedenen Soll-Werte der Heizmittelvorlauftempera tur aufgetragen. Jedem Soll-Wert der HeizmittelvorlauCtempe- ratur entspricht ein eindeutig definierter Wert der Lösungsmitteltemperatur im Austreiber 6. Entsprechend der Heizkurvenschar der Figur 2 ergibt die Menge aller dieser Werte ei ne Kurvenschar entsprechend Figur 3. Voraussetzung für diesen Zusammenhang ist ein angenähert konstanter Förderstrom der Lösungsmittelpumpe 3.

Claims: Patentans prüche 1. Verfahren zur Regelung einer Absorptions-Heizanlage mit einer Wärmepumpe, die einen Lösungsmittelkreislauf mit Lösungsmittelpumpe, Wärmetauscher, Rektifikator, von ei ner Heizquelle beheiztem Austreiber, Abscheider und Ab Absorber, sowie einen Wärmeträgerkreislauf enthält, da durch gekennzeichnet, dass die Anpassung der jeweiligen Ist- an die Soll-Heizleistung der Heizanlage ausschliess lich durch Veränderung der Lösungsmitteltemperatur im Austreiber (6) vorgenommen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten der Soll-Heizleistung eine Heizquelle zum Heizen des Austreibers (6)'eingeschaltet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Heizleistung mit der Soll-Heizleistung in ei ner Regeleinheit (17) verglichen wird, von der bei die Soll-Heizleistung unterschreitender Ist-Heizleistung durch Steuerimpulse die Heizquelle des Austreibers (6) eingeschaltet wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Regeleinheit (17) die Werte der Aussen-Lufttemperatur und der Vorlauftemperatur des Wärme trägers zugeleitet werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Absorptions-Heizanlage unterhalb einer vorgegebenen Temperatur von Wärmepump- auf Direkt heizbetrieb umgeschaltet und die umgewälzte Lösungsmittel- menge beim Wärmepumpbetrieb so eingestellt wird, dass sie dem am Umschaltpunkt erforderlichen Volumenstrom ent spricht. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Absorptions-Heizanlage unterhalb einer vorgegebenen Temperatur von Wärmepump- auf Direkt heizbetrieb umgeschaltet und dabei die Lösungsmittelpumpe (3) abgeschaltet und die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers durch Regelung der Heizquelle an ihren Soll-Wert angepasst wird. 7. Absorptions-Heizanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Wärmepumpe, die einen Lösungsmittelkreislauf mit Lösungsmittelpumpe, Wärmetauscher, Rektifikator, von einer Heizquelle be heiztem Austreiber, Abscheider und Absorber enthält, da durch gekennzeichnet, dass die Heizquelle für den Austrei ber (6) mit einer Regeleinheit (17) zur Steuerung der Heizquelle verbunden ist.

Inventors: HEIMBACH, PAUL
Applicants: BUDERUS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: F24J3
IPC codes: G05D23, F24D19, F25B30