News aus der Wärmepumpen-Forschung - FWS

News aus der Wärmepumpen-Forschung
18. Tagung des BFE-Forschungsprogramms
«Wärmepumpen und Kälte»
27. Juni 2012, HTI Burgdorf
Seite 18
entwickelten Regelung wurde ein Prototyp einer kontinuierlich leistungsgeregelten L/W-WP
entwickelt, aufgebaut und einer umfangreichen Messreihe unterzogen.
Ein/Aus-Regelung vs. Leistungsregelung von L/W-WP
Ungünstige Betriebscharakteristik von L/W-WP mit Ein/Aus-Regelung
Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die vom Gebäude erforderliche Heizleistung ab.
Demgegenüber ist das Verhalten von L/W-WP, deren Kompressor mit konstanter Drehzahl
betrieben wird, gerade konträr. Je kleiner die vom Gebäude erforderliche Heizleistung und
Heiztemperatur, umso höher ist die erzeugte Heizleistung und Heiztemperatur (Bild 1). Dieses
Verhalten führt dazu, dass solche L/W-WP im Taktbetrieb arbeiten (Ein/Aus-Regelung). Dies
hat zur Folge, dass mit steigender Umgebungstemperatur die Temperaturgefälle für die
Wärmeübertragung in Verdampfer und Kondensator ansteigen, eine deutliche Diskrepanz
zwischen erforderlicher und erzeugter Heiztemperatur entsteht und der erzeugte Temperaturhub
gegenüber dem idealen Temperaturhub weniger stark abnimmt. Dies führt zu schlechten
Teillast-Wirkungsgraden und tiefen Jahresarbeitszahlen.
Heizleistung [kW]
10
8
6
4
2
0
-10
erzeugte Heizleistung
erfoderliche Heizleistung
-5
0
Umgebungstemperatur [°C]
Bild 1: Erzeugte und erforderliche
Heizleistung in Funktion der
Umgebungstemperatur (aus
Simulationen [2])
5
10
exergetischer Wirkungsgrad [-]
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
-10
exergetischer Wirkungsgrad
Leistungszahl COP
-5
0
Umgebungstemperatur [°C]
Bild 2: Leistungszahl und exergetischer
Wirkungsgrad einer L/W-WP mit Ein/Aus-
Regelung in Funktion der Umgebungstemperatur
(aus Messungen [2])
Ursache für das schlechte Teillastverhalten und die daraus resultierende mässig gute Effizienz
von L/W-WP mit Ein/Aus-Regelung ist die ungünstige Betriebscharakteristik, welche aus der
Charakteristik des drehzahlkonstanten Kompressors resultiert. Mit zunehmender
Umgebungstemperatur steigt die Leistungszahl solcher Anlagen zwar an – im Gegensatz dazu
nimmt der exergetische Wirkungsgrad jedoch ab (Bild 2). Die Thermodynamik des Heizens
würde dagegen einen Anstieg des exergetischen Wirkungsgrades erlauben.
Zur Erreichung einer markanten Effizienzsteigerung muss deshalb die Regelstrategie des
Heizsystems und im Speziellen der Wärmepumpe geändert werden. Durch die kontinuierliche
5
10
4
3
2
1
0
Leistungszahl COP [-]