EP4361506A1 - Verfahren zum betrieb eines kraftwärmemaschinensystems, steuer- oder regelvorrichtung und kraftwärmemaschinensystem - Google Patents

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EP4361506A1
EP4361506A1 EP23205674.7A EP23205674A EP4361506A1 EP 4361506 A1 EP4361506 A1 EP 4361506A1 EP 23205674 A EP23205674 A EP 23205674A EP 4361506 A1 EP4361506 A1 EP 4361506A1
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EP
European Patent Office
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mode
heat
temperature
combined heat
heating
Prior art date
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Pending
Application number
EP23205674.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian EYERER
Daniel Feller
Simon Kaiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
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    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
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    • F24H15/18—Preventing sudden or unintentional change of fluid temperature
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    • F24H15/34—Control of the speed of pumps
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    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/375—Control of heat pumps
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04—Sensors
    • F24D2220/042—Temperature sensors

Definitions

  • a method for operating a combined heat and power system has already been proposed, with at least one service and/or drinking water tempering mode for water treatment, with at least one room tempering mode for tempering a heating and/or cooling circuit connected to the combined heat and power system and with a transition mode for adjusting a flow temperature of the combined heat and power system when changing from the service and/or drinking water tempering mode to the room tempering mode.
  • the invention is based on a method for operating a combined heat and power system, with at least one service and/or drinking water tempering mode for water treatment, with at least one room tempering mode for tempering a heating and/or cooling circuit connected to the combined heat and power system and with a transition mode for adjusting a flow temperature of the combined heat and power system when changing from the service and/or drinking water tempering mode to the room tempering mode.
  • the combined heat and power system preferably comprises a combined heat and power engine.
  • the combined heat and power engine can preferably be used as a heat source or as a heat sink in the room temperature control mode.
  • the heat distribution unit preferably comprises part of a heat transfer medium circuit for transporting heat from the combined heat and power engine to a consumer acting as a heat sink, for example a hot water tank and/or a radiator of the heating and/or cooling circuit, or from a consumer acting as a heat source, for example a cooling body of the heating and/or cooling circuit, to the combined heat and power engine.
  • the terms “heat source” and “heat sink” preferably each refer to a function of a component within the heat transfer medium circuit and in particular not to an external effect of the component.
  • the heat transfer medium conveying unit is preferably provided to circulate a heat transfer medium, in particular water, in the heat transfer medium circuit.
  • the heat transfer medium circuit preferably comprises at least one water treatment branch, a heating and/or cooling branch connected in parallel in terms of fluid technology, and at least one switching unit, in particular a three-way valve, for changing a fluid technology coupling of the power generation machine with the water treatment branch and a fluid technology coupling of the power generation machine with the heating and/or cooling branch.
  • the power generation machine is preferably fluid technology coupled to the water treatment branch in the service and/or drinking water tempering mode.
  • water in particular industrial water, service water or drinking water
  • a hot water tank can be designed as a continuous flow heater, with a storage capacity of the hot water tank being fluid technology-connected to the water treatment branch.
  • the hot water tank is designed as a service and/or drinking water tank, with the water treatment branch being fluid technology-separated from the storage capacity of the hot water tank through the hot water tank.
  • the heat transfer medium from the combined heat and power machine is heated to a flow temperature of more than 60°C, in particular to kill germs. heated.
  • the combined heat and power engine is fluidically coupled to the heating and/or cooling branch.
  • the heating and/or cooling circuit is tempered, in particular heated or cooled, by means of the heat transfer medium directly or indirectly, for example via a hydraulic switch or a heat exchanger.
  • the heating and/or cooling circuit is preferably provided for tempering a building, in particular a room and/or several rooms in a building.
  • a flow temperature value of less than 60°C is used, in particular when radiators are used in the heating and/or cooling circuit, or of less than 40°C, in particular when underfloor heating is used in the heating and/or cooling circuit.
  • the combined heat and power system preferably comprises at least one control or regulating device for carrying out the transition mode.
  • the control or regulating device preferably switches the switching unit in order to decouple the water treatment branch from the combined heat and power system and to couple the heating and/or cooling branch to the combined heat and power system.
  • the control or regulating device preferably adjusts the heat transfer unit in order to control the flow temperature and in particular to reduce it relative to a value of the flow temperature during the service and/or drinking water tempering mode.
  • the heat transfer unit is speed-controlled, with the control or regulating device specifying a speed setpoint.
  • the control or regulating device adjusts a delivery rate of the heat transfer unit by switching it on and off and a degree of utilization of the heat transfer unit.
  • at least one flow temperature sensor of the combined heat and power system detects the flow temperature.
  • at least one buffer temperature sensor detects a buffer temperature of the hydraulic switch.
  • the control or regulating device in the transition mode adjusts the heat transfer unit depending on the flow temperature and optionally depending on the buffer temperature.
  • the control or regulating device in the transition mode reduces the delivery rate of the heat transfer unit relative to that of the service and/or drinking water tempering mode, in particular to keep heat transfer from the heat carrier to the heating and/or cooling circuit to a minimum.
  • the control or regulating device only starts the room temperature control mode when the flow temperature falls below a predetermined threshold value.
  • the design according to the invention advantageously allows the risk of exceeding a permissible flow temperature for the heating and/or cooling circuit being kept low.
  • a cooling mode as a room temperature control mode the heating of the heating and/or cooling circuit by the heat transfer medium can be advantageously kept low and user comfort can be advantageously kept high.
  • the risk of damage to the heating and/or cooling circuit due to excessive heat input can advantageously be kept low.
  • a change from a water treatment circuit to the heating and/or cooling circuit is delayed at least until the flow temperature drops.
  • the water treatment circuit comprises in particular the water treatment branch and the hot water tank.
  • the change is preferably carried out by the switching unit.
  • "in at least one method step of the transition mode when changing to the cooling mode as a room tempering mode” is used for short "in the cooling transition mode”.
  • the control or regulating device preferably controls the switching unit depending on at least one measured value of the flow temperature.
  • the control or regulating device preferably switches the power generation machine from a heating mode to a cooling mode, for example by means of a four-way valve in a refrigerant circuit of the power generation machine.
  • the control or regulating device preferably sets the power generation machine, in particular a compressor of the power generation machine, to high-performance operation.
  • the combined heat and power engine in particular the compressor, delivers more than 50%, preferably more than 60%, particularly preferably more than 75%, optionally 100%, of a rated output of the combined heat and power engine.
  • the power provided by the combined heat and power engine in high-performance operation is dependent on a starting measured value of the flow temperature when the cooling transition mode is initiated.
  • the power provided by the combined heat and power engine in high-performance operation is determined independently of the measured value of the flow temperature.
  • a measuring point for the flow temperature is arranged within the heat distribution unit and in particular at a distance from the combined heat and power engine, in particular at a distance from a heat exchanger of the combined heat and power engine, which thermally couples the combined heat and power engine to the heat transfer circuit.
  • a distance between the combined heat and power engine and the measuring point of more than 10 meters, more than 20 meters, or more than 30 meters is possible.
  • the switching unit is only actuated when a drop in temperature is detected at the measuring point within the heat distribution unit.
  • control or regulating device compares the measured value at the measuring point within the heat distribution unit with another measured value of the flow temperature at an output of the combined heat and power engine and actuates the switching unit if a difference in the measured values falls below a tolerance value.
  • control or regulating device actuates the switching unit if the measured value at the measuring point within the heat distribution unit falls below a predetermined threshold value and/or has a predetermined minimum difference to the starting measured value.
  • control or regulating device determines a delay time with which the switching unit is actuated after detecting the drop in the flow temperature, in particular depending on the delivery rate of the heat transfer unit and a distance of the measuring point to a branch of the heat transfer circuit into the water treatment branch and into the heating and/or cooling branch.
  • control or regulating device actuates the switching unit immediately after detecting the drop in the flow temperature. Due to the design according to the invention, an advantageously large proportion of still heated heat transfer medium is passed through the water treatment circuit before the change to the heating and/or cooling circuit takes place. Furthermore, cooling of the water treatment circuit by the inflowing cooled heat transfer medium can advantageously be kept to a minimum.
  • a delivery rate of the heat transfer unit is reduced relative to the domestic and/or drinking water tempering mode.
  • the delivery rate in the cooling transition mode is reduced to less than 50% of a maximum delivery rate, preferably to less than 25% of a maximum delivery rate, particularly preferably to a minimum value of the delivery rate.
  • a spatial distance within a flow of the heat transfer medium circuit between relatively hot and relatively cold heat transfer medium can advantageously be kept small, so that a cold front forms within the flow, which is pushed towards the distribution unit with the relatively low delivery rate.
  • An advantageously sudden drop in the flow temperature can be recorded at the measuring point.
  • the switching unit can advantageously be switched precisely, in particular so that an advantageously large proportion of the still relatively hot heat transfer medium flows into the water treatment circuit and an advantageously large proportion of the relatively cold heat transfer medium flows into the heating and/or cooling circuit.
  • a combined heat and power engine of the combined heat and power engine system when changing from the service and/or drinking water tempering mode to a cooling mode, is operated in a high-performance mode, in particular the aforementioned one.
  • the design according to the invention allows the heat transfer medium to be cooled down advantageously quickly in the cooling transition mode.
  • a delivery rate of the heat transfer unit is regulated as a function of a heat exchanger temperature of a, in particular the already mentioned, combined heat and power machine of the combined heat and power machine system.
  • the heat exchanger temperature is preferably detected at an output of the combined heat and power engine and optionally extrapolated to a temperature within the heat exchanger.
  • the control or regulating device preferably sets the delivery rate of the heat transfer medium delivery unit as a function of the heat exchanger temperature.
  • the control or regulating device preferably sets the delivery rate of the heat transfer medium delivery unit such that the heat exchanger temperature, in particular the temperature within the heat exchanger, remains above a limit value.
  • the limit value is preferably more than 15°C, preferably more than 20°C, particularly preferably 25°C.
  • the control or regulating device particularly preferably sets the delivery rate to the lowest possible value with which the limit value of the heat exchanger temperature can be maintained.
  • the design according to the invention advantageously allows the risk of ice formation on and/or in the heat exchanger to be kept low in the cooling transition mode.
  • the heat transfer unit when changing from the domestic and/or drinking water temperature control mode to a heating mode as a room temperature control mode, is controlled as a function of a buffer temperature, in particular the one already mentioned.
  • “in at least one method step of the transition mode when changing to the heating mode as a room temperature control mode” is used for short “in the heating transition mode”.
  • the heat transfer unit is preferably controlled by the control or regulating device so that the buffer temperature remains below a permissible maximum value of the flow temperature.
  • the control or regulating device controls the heat transfer unit as a function of a setpoint value of the flow temperature.
  • the setpoint value is specified, for example, by a user or an external building control system.
  • the control or regulating device attempts to adjust the measured value of the flow temperature to the setpoint value, in particular without the buffer temperature exceeding the permissible maximum value.
  • the control or regulating device prioritizes compliance with the permissible maximum value over adaptation to the setpoint value.
  • the control or regulating unit reduces the conveying rate of the heat transfer unit, and in particular thereby the flow temperature, if the buffer temperature is less than a minimum distance from the permissible maximum value.
  • control or regulating unit increases the conveying rate of the heat transfer medium conveying unit, and in particular thereby the flow temperature, if the buffer temperature is more than a minimum distance from the permissible maximum value.
  • the design according to the invention advantageously allows the risk of exceeding the permissible maximum value of the flow temperature to be kept low. Furthermore, compliance with the setpoint can advantageously be reliably observed despite restrictions during the change. A high level of comfort can be achieved.
  • a combined heat and power engine of the combined heat and power engine system when changing from the domestic and/or drinking water tempering mode to a heating mode as room tempering mode, is switched off until the temperature, in particular the buffer temperature and/or the flow temperature, falls below a threshold value.
  • the compressor of the combined heat and power engine is switched off.
  • the combined heat and power engine, in particular the compressor is reactivated when the measured value of the flow temperature falls below the setpoint, optionally minus a hysteresis factor.
  • the combined heat and power engine is switched off at the start of the heating transition mode and left switched off for the duration of the heating transition mode.
  • the control or regulating device switches the combined heat and power engine off and on again at most once during the heating transition mode.
  • the control or regulating device selects, depending on a starting measured value of the flow temperature when the heating transition mode is initiated, whether the combined heat and power engine is switched off completely or continues to operate at minimum power.
  • the design according to the invention allows the heat present in the heat transfer circuit to be used advantageously before the combined heat and power engine has to be activated.
  • the number of start-up processes of the combined heat and power engine, in particular the compressor can be kept advantageously low and the service life of the combined heat and power engine, in particular the compressor, can be kept advantageously high.
  • a delivery rate of the heat transfer unit when changing from the domestic and/or drinking water temperature control mode to a heating mode as room temperature control mode, has a sawtooth-like time profile, which is formed by reaching threshold values and/or limit values of the temperature.
  • an increase in the delivery rate of the heat transfer unit has a smaller step size per unit of time than a reduction in the delivery rate.
  • the delivery rate is set to a minimum value of the delivery rate when there is a reduction with a maximum rate of change. The minimum value of the delivery rate can be zero or a value other than zero.
  • the maximum rate of change is limited, for example, in particular only, by a moment of inertia, a motor power and/or a control of the heat transfer unit.
  • the maximum rate of change is greater than 1%/s, preferably greater than 5%/s, particularly preferably greater than or equal to 10%/s, with percentages referring to the maximum delivery rate of the heat transfer unit.
  • the delivery rate is preferably increased at a rate of change that is at least 2 times slower than the maximum rate of change, preferably at least 3 times slower, particularly preferably at least 5 times slower.
  • the delivery rate is particularly preferably increased at a rate of change of less than 1%/s, preferably less than 0.5%/s, particularly preferably less than 0.1%/s, most preferably less than 0.085%/s, with percentages referring to the maximum delivery rate of the heat transfer unit.
  • the control or regulating device preferably sets the delivery rate to the minimum value at the start of the heating transition mode.
  • the control or regulating device preferably increases the delivery rate until the buffer temperature reaches a holding threshold.
  • the control or regulating device preferably keeps the delivery rate constant when the holding threshold is exceeded by the buffer temperature.
  • the control or regulating device preferably reduces the delivery rate, in particular to the minimum value, when the buffer temperature reaches a switch-off limit.
  • the control or regulating device increases the feed rate when the buffer temperature falls to a resumption threshold.
  • the shutdown threshold is preferably greater than the hold threshold.
  • the resumption threshold is preferably less than the Holding threshold.
  • the switch-off limit is preferably less than or equal to the permissible maximum value of the flow temperature.
  • the holding threshold, the switch-off limit and/or the restart limit can be predetermined or variable, for example depending on the setpoint value of the flow temperature and/or a hysteresis of the heat transfer medium circuit. Due to the design according to the invention, heat present in the heat transfer medium circuit can be gradually released to the heating and/or cooling circuit without the permissible maximum value of the flow temperature being exceeded. Furthermore, an amplitude of a sudden increase in a volume flow of the heat transfer medium can advantageously be kept small when using check valves in the heat transfer medium circuit.
  • a conveying rate of the heat transfer unit is kept constant when a threshold value, in particular the aforementioned holding threshold value, of the temperature, in particular the buffer temperature, is exceeded.
  • control or regulating device for carrying out a method according to the invention.
  • a “control and/or regulating device” is to be understood in particular as a unit with at least one control electronics.
  • control electronics is to be understood in particular as a unit with a processor unit and with a memory unit as well as with an operating program stored in the memory unit.
  • the design according to the invention enables a combined heat and power system to be operated with advantageously high user comfort and/or advantageously with low wear.
  • a combined heat and power system with at least one, in particular the already mentioned, combined heat and power engine, with at least one Heat distribution unit and with at least one control or regulating device according to the invention.
  • the power generation machine is preferably designed as a compression power generation machine, in particular as an air-water heat pump.
  • the power generation machine preferably comprises the refrigerant circuit with the compressor, a condenser, an expansion element and an evaporator.
  • the power generation machine preferably comprises at least one actuating element, in particular a four-way valve, in order to switch between heating operation and cooling operation.
  • the power generation machine preferably comprises the heat exchanger connected to the heat carrier circuit, which functions as the evaporator in cooling operation and as the condenser in heating operation.
  • the power generation machine is preferably arranged in a housing which is designed in particular to protect the power generation machine from the effects of the weather.
  • the power generation machine is intended in particular for outdoor installation.
  • the heat distribution unit is preferably arranged at a distance from the combined heat and power engine and is particularly intended for installation inside a building.
  • the heat distribution unit is fluidically connected to the combined heat and power engine, preferably by heat transfer lines.
  • the heat transfer lines are preferably fluidically connected to the heat exchanger of the combined heat and power engine.
  • the heat exchanger and the heat transfer lines preferably form part of the heat transfer circuit.
  • the heat distribution unit preferably comprises the water treatment branch and the heating and/or cooling branch of the heat transfer circuit.
  • the heat distribution unit comprises the hot water tank.
  • the water treatment branch comprises connections to a connection of an external hot water tank.
  • the heat distribution unit comprises the hydraulic switch.
  • the heating and/or cooling branch comprises connections to a connection of an external hydraulic switch or to a direct integration of the heating and/or cooling circuit into the heat transfer circuit.
  • the heat distribution unit preferably comprises the heat transfer unit.
  • the heat transfer unit is preferably designed as a pump.
  • the heat distribution unit preferably comprises the switching unit.
  • the switching unit is preferably designed as a single three-way valve. Alternatively, the switching unit comprises several shut-off valves.
  • the combined heat and power system preferably comprises a sensor unit for detecting the temperature.
  • the sensor unit preferably comprises at least one flow temperature sensor element in the heat distribution unit for detecting the flow temperature.
  • the sensor unit preferably comprises at least one buffer temperature sensor element on or in the hydraulic switch for detecting the buffer temperature.
  • the sensor unit preferably comprises at least one heat exchanger temperature sensor element at an output of the combined heat and power engine for detecting the heat exchanger temperature.
  • the transition mode can advantageously be implemented without additional components, such as a bypass valve.
  • a combined heat and power system with a transition mode can be manufactured with advantageously little installation space and/or at advantageously low costs.
  • the method according to the invention, the control or regulating device according to the invention and/or the combined heat and power system according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the method according to the invention, the control or regulating device according to the invention and/or the combined heat and power system according to the invention can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from the number stated herein in order to fulfill a function described herein.
  • values within the stated limits should also be considered disclosed and can be used as desired.
  • Figure 1 shows a combined heat and power system 12a.
  • the combined heat and power system 12a comprises at least one combined heat and power engine 28a.
  • the combined heat and power system 12a comprises at least one heat distribution unit 22a.
  • the combined heat and power system 12a comprises at least one control or regulating device 34a.
  • the control or regulating device 34a is provided for carrying out a method 10a which is described in Figure 2 is explained in more detail.
  • the combined heat and power engine 28a preferably comprises a coolant circuit 36a.
  • the combined heat and power engine 28a preferably comprises at least one heat exchanger 40a as part of the coolant circuit 36a.
  • the heat exchanger 40a thermally couples the coolant circuit 36a to a heat transfer medium circuit 42a of the combined heat and power engine system 12a.
  • the combined heat and power engine 28a is connected to the heat distribution unit 22a via heat transfer medium lines, namely via at least one flow line 46a and via at least one return line 44a of the heat transfer medium circuit 42a.
  • the combined heat and power engine 28a preferably comprises a control or regulating unit 38a for adjusting the refrigerant circuit 36a, in particular a compressor of the refrigerant circuit 36a.
  • the combined heat and power engine 28a preferably comprises a housing in which the refrigerant circuit 36a and/or the control or regulating unit 38a are arranged.
  • the combined heat and power engine 28a preferably has at least one data interface for data exchange between the control or regulating unit 38a and the control or regulating device 34a.
  • the data interface is preferably an interface of a bus system, for example a Controller Area Network (CAN-BUS) interface.
  • the combined heat and power engine system 12a preferably comprises at least one heat exchanger temperature sensor element 48a, which is preferably arranged at a flow outlet of the heat exchanger 40a.
  • the heat distribution unit 22a preferably comprises a water treatment branch 50a of the heat transfer medium circuit 42a.
  • the heat distribution unit 22a preferably comprises a heating and/or cooling branch 52a of the heat transfer medium circuit 42a.
  • the water treatment branch 50a and the heating and/or cooling branch 52a are preferably connected in parallel to the flow line 46a in terms of fluid technology.
  • the heat distribution unit 22a preferably comprises at least one switching unit 54a in order to optionally couple the water treatment branch 50a or the heating and/or cooling branch 52a to the heat exchanger 40a in terms of fluid technology.
  • the heat distribution unit 22a preferably comprises a heat transfer medium conveying unit 20a for circulating the heat transfer medium through the heat transfer medium circuit 42a.
  • the heat transfer unit 20a is preferably arranged in the common return line 44a of the water treatment branch 50a and the heating and/or cooling branch 52a to the combined heat and power engine 28a, in particular downstream of the switching unit 54a.
  • the combined heat and power engine system 12a preferably comprises a flow temperature sensor element 66a arranged in the heat distribution unit 22a on the flow line 46a for detecting a flow temperature of the heat transfer medium.
  • the flow temperature sensor element 66a is preferably arranged downstream of the heat exchanger temperature sensor element 48, in particular downstream of an electrical auxiliary heater 68a of the heat distribution unit 22a.
  • the flow temperature sensor element 66a is preferably arranged downstream of a branch of the heat transfer medium circuit.
  • the heat transfer unit 20a is preferably connected in terms of data technology to the control or regulating device 34a, for example via a local interconnect network (LIN-BUS) interface.
  • the heat distribution unit 22a preferably comprises a user interface 56a, in particular for specifying a desired hot water temperature and/or a desired room temperature.
  • the water treatment branch 50a preferably runs through a hot water tank 58a of the combined heat and power system 12a to temper water in the hot water tank 58a.
  • the combined heat and power system 12a preferably comprises a water temperature sensor element 60a, which is arranged on or in the hot water tank 58a, for detecting a water temperature of the water in the hot water tank 58a.
  • the heating and/or cooling branch 52 is preferably connected to a hydraulic switch 62a of the combined heat and power system 12a.
  • the hydraulic switch 62a is preferably provided to thermally couple a heating and/or cooling circuit 18a to the heat transfer medium circuit 42a.
  • the combined heat and power system preferably comprises at least one buffer temperature sensor element 64a in or on the hydraulic switch 62a for detecting a buffer temperature of the heat transfer medium located in or flowing into the hydraulic switch 62a.
  • the heating and/or cooling circuit 18a has in particular a further heat transfer medium conveying unit and forms a further heat transfer medium circuit that is hydraulically decoupled from the heat transfer medium circuit 42a.
  • FIG. 2 shows a flow chart of the method 10a for operating the combined heat and power system 12a.
  • the method 10a comprises at least one domestic and/or drinking water tempering mode 14a for water treatment.
  • the control or regulating device 34a sets the switching unit 54a to the water treatment branch 50a and the combined heat and power engine 28a to a heating mode in order to heat water in the hot water tank 58a.
  • the control or regulating device 34a ends the domestic and/or drinking water tempering mode 14a, when the water temperature sensor element 60a, which is arranged in particular at half the filling level of the hot water tank 58a, detects a water temperature above a threshold value, for example 60°C.
  • the heat transfer unit 20a is preferably switched on and the further heat transfer unit is preferably switched off.
  • the method 10a comprises at least one room temperature control mode, namely at least one heating mode 30a and/or one cooling mode 24a, for controlling the temperature of the heating and/or cooling circuit 18a connected to the combined heat and power system 12a.
  • the heating mode 30a the combined heat and power system 28a preferably operates in the heating mode.
  • the cooling mode 24a the combined heat and power system 28a preferably operates in the cooling mode.
  • the switching unit 54a is preferably set to the heating and/or cooling branch 52a.
  • the method 10a comprises a transition mode for adjusting the flow temperature of the combined heat and power system 12a when changing from the domestic and/or drinking water temperature control mode 14a to one of the room temperature control modes.
  • the method 10a has a cooling transition mode as the transition mode.
  • the method 10a has a heating transition mode as the transition mode.
  • the method 10a preferably comprises a temperature control requirement determination 70a.
  • the temperature control requirement determination 70a is preferably carried out after the domestic and/or drinking water temperature control mode 14 has ended.
  • the control or regulating device 34a preferably determines whether there is a heating requirement or a cooling requirement.
  • the control or regulating device 34a preferably switches on the further heat transfer unit.
  • the control or regulating device 34a preferably evaluates a measured value of the buffer temperature in order to detect a heating requirement or a cooling requirement. If the measured value of the buffer temperature is above a setpoint value of the flow temperature, in particular taking into account a hysteresis of the heating and/or Cooling circuit 18a, the control or regulating device 34a preferably concludes that there is a cooling requirement, in particular taking into account an outside temperature outside a building to be cooled by the combined heat and power system.
  • the control or regulating device 34a preferably concludes that there is a heating requirement, in particular taking into account the outside temperature outside a building to be heated by the combined heat and power system.
  • the control or regulating device 34a determines the setpoint value of the flow temperature, for example, based on the desired room temperature specified via the user interface 56a. If there is a cooling requirement, the control or regulating device 34a preferably carries out the cooling transition mode. If there is a heating requirement, the control or regulating device 34a preferably carries out the heating transition mode.
  • the cooling transition mode preferably includes a power engine switching step 72a.
  • the controller 34a preferably causes the power engine 28a to switch to the cooling mode.
  • the controller 34a sets the power engine 28a to high power operation in the cooling mode.
  • the cooling transition mode preferably comprises a delivery rate adjustment step 74a.
  • a delivery rate 16a (cf. Fig.3 ) of the heat transfer medium conveying unit 20a is reduced relative to the service and/or drinking water tempering mode 14a.
  • the control or regulating device 34a sets the conveying rate 16a to the smallest possible value.
  • the control or regulating device 34a determines the smallest possible value of the conveying rate 16a depending on the heat exchanger temperature of the combined heat and power engine 28a.
  • the control or regulating device 34a sets the conveying rate 16a such that the heat exchanger temperature remains at least above a minimum temperature, in particular 30°C, at the smallest possible conveying rate 16a.
  • the heat transfer medium conveying unit 20a is speed-controlled and the conveying rate 16a is a speed of the heat transfer medium conveying unit 20a.
  • the cooling transition mode preferably includes a cold front detection step 76a.
  • the delivery rate 16a is set so low and a cooling capacity of the combined heat and power engine 28a is set so high that a cold front forms in the heat transfer medium at an outlet of the combined heat and power engine 28a, which is pushed in the direction of the heat distribution unit 22a in accordance with the delivery rate 16a.
  • the heat transfer medium has a temperature gradient of more than 10 K/m across the cold front.
  • the control or regulating device 34a waits for the cold front to be detected at the flow temperature sensor element 66a within the heat distribution unit 22a.
  • the cooling transition mode preferably comprises a changeover step 78a.
  • a changeover from the water treatment branch 50a to the heating and/or cooling branch 52a is delayed at least until the flow temperature drops.
  • the control or regulating device 34a preferably carries out the changeover step 78a when the flow temperature sensor element 66a has detected the passage of the cold front.
  • the control or regulating device 34a waits a predetermined delay time after detecting the cold front before executing the changeover step 78a, the delay time being dependent on a distance of the flow temperature sensor element 66a from the branching of the heat transfer circuit 42a into the water treatment branch 50a and the heating and/or cooling branch 52a and from the delivery rate 16a.
  • the delay time can be implemented by the control or regulating device 34a by means of a timer or a signaling delay element.
  • the control or regulating device 34a preferably controls the switching unit 54a in order to carry out the changeover from the water treatment branch 50a to the heating and/or cooling branch 52a.
  • control or regulating device 34a changes to the cooling mode 24a, in which the control or regulating device 34a preferably sets the flow temperature according to a conventional method, in particular as a function of a control difference between the actual value and the setpoint value of a room temperature.
  • the control or regulating device 34a preferably controls the switching unit 54a in order to carry out the change from the water treatment branch 50a to the heating and/or cooling branch 52a.
  • the heating transition mode preferably has a flow temperature determination 80a. If in the flow temperature determination 80a the flow temperature and the heat exchanger temperature are lower than the setpoint value of the flow temperature, the control or regulating device 34a changes to the heating mode 30a. If in the flow temperature determination 80a the flow temperature or the heat exchanger temperature is higher than the setpoint value of the flow temperature, the control or regulating device 34a preferably switches off the combined heat and power engine 28a and sets the heat transfer medium conveying unit 20a to a minimum value 96a of the conveying rate 16a.
  • the heat transfer unit 20a is controlled depending on the buffer temperature.
  • the delivery rate 16a of the heat transfer unit 20a has a sawtooth-like time curve 32a (cf. Fig.3 ), which is formed by reaching threshold values and/or limit values of the buffer temperature.
  • the heating transition mode preferably includes a delivery rate increase step 82a.
  • the control or regulating device 34a increases the delivery rate 16a continuously or step by step.
  • the heating transition mode preferably includes a hold threshold check 86a.
  • the hold threshold check 86a the control or regulating device 34a compares an actual value of the buffer temperature with a hold threshold that is less than a permissible maximum value of the flow temperature. If the buffer temperature is less than the hold threshold, the control or regulating device 34a continues the delivery rate increase step 82a.
  • the heating transition mode preferably comprises a feed rate holding step 88a.
  • the control or regulating device 34a carries out the feed rate holding step 88a when the buffer temperature reaches the holding threshold.
  • the feed rate 16a of the heat transfer medium conveying unit 20a is the control or regulating device 34a is kept constant.
  • the heating transition mode preferably comprises a switch-off limit value monitoring 90a.
  • the control or regulating device 34a preferably compares the buffer temperature with a switch-off limit value that is less than or equal to the permissible maximum value of the flow temperature and greater than the holding threshold value. If the buffer temperature is less than the switch-off limit value, the control or regulating device 34a continues the delivery rate holding step 88a.
  • the heating transition mode preferably includes a rate reduction step 92a.
  • the controller 34a performs the rate reduction step 92a when the buffer temperature reaches the shutdown threshold.
  • the controller 34a preferably sets the rate 16a to the minimum value 96a.
  • the heating transition mode preferably includes a resume check 94a.
  • the controller 34a compares the buffer temperature to a resume threshold that is preferably less than the hold threshold. If the buffer temperature is greater than the resume threshold, the controller 34a preferably continues the rate reduction step 92a. If the buffer temperature is equal to or less than the resume threshold, the controller 34a preferably begins the rate increase step 82a again.
  • the heating transition mode preferably includes a cooling abort check 84a.
  • the control or regulating device 34a compares the actual value of the buffer temperature preferably with an abort threshold value.
  • the abort threshold value is preferably equal to the setpoint value of the flow temperature minus a hysteresis factor. If the buffer temperature is greater than the abort threshold value, the control or regulating device 34a preferably continues the heating transition mode. If the buffer temperature is less than or equal to the abort threshold value, the control or regulating device 34a switches the power generation machine 28a back on and preferably switches to the heating mode 30a.
  • the control or regulating device 34a preferably sets the flow temperature according to a conventional method, in particular depending on a control difference between the actual value and the setpoint of the room temperature.
  • the delivery rate 16a is plotted against time 98a.
  • the time curve 32a is preferably sawtooth-shaped, with relatively long rise times starting from the minimum value 96a of the delivery rate 16a and relatively short fall times when the switch-off limit is reached by the buffer temperature.
  • FIG. 4 shows a combined heat and power system 12b.
  • the combined heat and power system 12b comprises at least one combined heat and power engine 28b.
  • the combined heat and power system 12b comprises at least one heat distribution unit 22b.
  • the combined heat and power system 12b comprises at least one control or regulating device 34b.
  • a heating and/or cooling circuit 18b is connected directly, in particular without a hydraulic switch or the like, to a heat transfer circuit 42b of the combined heat and power system 12b.
  • the heat transfer circuit 42b and the heating and/or cooling circuit 18b are hydraulically coupled in at least one setting of a switching unit 54b of the heat distribution unit 22b.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftwärmemaschinensystems, mit zumindest einem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zur Wasseraufbereitung, mit zumindest einem Raumtemperierungsmodus zu einer Temperierung eines an dem Kraftwärmemaschinensystem angeschlossenen Heiz- und/oder Kühlkreislaufs (18a; 18b) und mit einem Übergangsmodus zu einer Anpassung einer Vorlauftemperatur des Kraftwärmemaschinensystems bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu dem Raumtemperierungsmodus.Es wird vorgeschlagen, dass in dem Übergangsmodus zumindest eine Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) einer Wärmeverteilungseinheit (22a; 22b) des Kraftwärmemaschinensystems in Abhängigkeit von zumindest einer Temperatur, insbesondere der Vorlauftemperatur, der Wärmeverteilungseinheit (22a; 22b) eingestellt wird.

Description

    Stand der Technik
  • Es ist bereits ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwärmemaschinensystems, mit zumindest einem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zur Wasseraufbereitung, mit zumindest einem Raumtemperierungsmodus zu einer Temperierung eines an dem Kraftwärmemaschinensystem angeschlossenen Heiz- und/oder Kühlkreislaufs und mit einem Übergangsmodus zu einer Anpassung einer Vorlauftemperatur des Kraftwärmemaschinensystems bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu dem Raumtemperierungsmodus, vorgeschlagen worden.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftwärmemaschinensystems, mit zumindest einem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zur Wasseraufbereitung, mit zumindest einem Raumtemperierungsmodus zu einer Temperierung eines an dem Kraftwärmemaschinensystem angeschlossenen Heiz- und/oder Kühlkreislaufs und mit einem Übergangsmodus zu einer Anpassung einer Vorlauftemperatur des Kraftwärmemaschinensystems bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu dem Raumtemperierungsmodus.
  • Es wird vorgeschlagen, dass in dem Übergangsmodus zumindest eine Wärmeträgerfördereinheit einer Wärmeverteilungseinheit des Kraftwärmemaschinensystems in Abhängigkeit von zumindest einer Temperatur, insbesondere der Vorlauftemperatur, der Wärmeverteilungseinheit eingestellt wird. Das Kraftwärmemaschinensystem umfasst vorzugsweise eine Kraftwärmemaschine. Die Kraftwärmemaschine kann in dem Raumtemperierungsmodus vorzugsweise als Wärmequelle oder als Wärmesenke eingesetzt werden. Die Wärmeverteilungseinheit umfasst vorzugsweise einen Teil eines Wärmeträgerkreislaufs zu einem Transport von Wärme von der Kraftwärmemaschine zu einem als Wärmesenke fungierenden Verbraucher, beispielsweise einem Warmwasserspeicher und/oder einem Heizkörper des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs, oder von einem als Wärmequelle fungierenden Verbraucher, beispielsweise einem Kühlkörper des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs, zu der Kraftwärmemaschine. Die Begriffe "Wärmequelle" und "Wärmesenke" beziehen sich vorzugsweise jeweils auf eine Funktion eines Bauteils innerhalb des Wärmeträgerkreislaufs und insbesondere nicht auf eine Au-ßenwirkung des Bauteils. Die Wärmeträgerfördereinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, einen Wärmeträger, insbesondere Wasser, in dem Wärmeträgerkreislauf umzuwälzen. Der Wärmeträgerkreislauf umfasst vorzugsweise zumindest einen Wasseraufbereitungszweig, einen dazu fluidtechnisch parallel geschalteten Heiz- und/oder Kühlzweig und zumindest eine Schalteinheit, insbesondere ein Dreiwegeventil, zu einem Wechsel einer fluidtechnischen Kopplung der Kraftwärmemaschine mit dem Wasseraufbereitungszweig und einer fluidtechnischen Kopplung der Kraftwärmemaschine mit dem Heiz- und/oder Kühlzweig. Vorzugsweise ist die Kraftwärmemaschine in dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus mit dem Wasseraufbereitungszweig fluidtechnisch gekoppelt. In dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus wird vorzugsweise Wasser, insbesondere Nutzwasser, Brauchwasser oder Trinkwasser, mittels Wärmeübertragung von dem Wärmeträger in einem Warmwasserspeicher temperiert, insbesondere erhitzt. Der Warmwasserspeicher kann als Durchlauferhitzer ausgebildet sein, wobei eine Speicherkapazität des Warmwasserspeichers fluidtechnisch an dem Wasseraufbereitungszweig angeschlossen ist. Alternativ ist der Warmwasserspeicher als Brauch- und/oder Trinkwasserspeicher ausgebildet, wobei der Wasseraufbereitungszweig fluidtechnisch getrennt von der Speicherkapazität des Warmwasserspeichers durch den Warmwasserspeicher geführt wird. Vorzugsweise wird in dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus der Wärmeträger von der Kraftwärmemaschine, insbesondere zur Abtötung von Keimen, auf einen Wert der Vorlauftemperatur von mehr als 60°C erhitzt. Vorzugsweise ist die Kraftwärmemaschine in dem Raumtemperierungsmodus mit dem Heiz- und/oder Kühlzweig fluidtechnisch gekoppelt. In dem Raumtemperierungsmodus wird der Heiz- und/oder Kühlkreislauf mittels des Wärmeträgers direkt oder indirekt, beispielsweise vermittelt über eine hydraulische Weiche oder einen Wärmeübertrager, temperiert, insbesondere erhitzt oder gekühlt. Der Heiz- und/oder Kühlkreislauf ist vorzugsweise zur Temperierung eines Gebäudes, insbesondere eines Raums und/oder mehrerer Räume eines Gebäudes, vorgesehen. Vorzugsweise wird in dem Raumtemperierungsmodus ein Wert der Vorlauftemperatur von weniger als 60°C, insbesondere bei der Verwendung von Radiatoren in dem Heiz- und/oder Kühlkreislauf, oder von weniger als 40°C, insbesondere bei Verwendung einer Fußbodenheizung in dem Heiz- und/oder Kühlkreislauf, verwendet.
  • Das Kraftwärmemaschinensystem umfasst vorzugsweise zumindest eine Steuer- oder Regelvorrichtung zur Durchführung des Übergangsmodus. Die Steuer- oder Regelvorrichtung stellt in einem Verfahrensschritt des Übergangsmodus vorzugsweise die Schalteinheit um, um den Wasseraufbereitungszweig von der Kraftwärmemaschine zu entkoppeln und den Heiz- und/oder Kühlzweig mit der Kraftwärmemaschine zu koppeln. Die Steuer- oder Regelvorrichtung stellt in dem Übergangsmodus vorzugsweise die Wärmeträgerfördereinheit ein, um die Vorlauftemperatur zu kontrollieren und insbesondere relativ zu einem Wert der Vorlauftemperatur während des Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu senken. Vorzugsweise ist die Wärmeträgerfördereinheit drehzahlgeregelt, wobei die Steuer- oder Regelvorrichtung einen Drehzahlsollwert vorgibt. Alternativ stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit durch An- und Ausschalten und einen Auslastungsgrad der Wärmeträgerfördereinheit ein. Vorzugsweise erfasst zumindest ein Vorlauftemperatursensor des Kraftwärmemaschinensystems die Vorlauftemperatur. Optional erfasst zumindest ein Puffertemperatursensor eine Puffertemperatur der hydraulischen Weiche. Vorzugsweise stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung in dem Übergangsmodus die Wärmeträgerfördereinheit in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur und optional in Abhängigkeit von der Puffertemperatur ein. Besonders bevorzugt verringert die Steuer- oder Regelvorrichtung im Übergangsmodus die Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit relativ zu derjenigen des Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus, insbesondere um einen Wärmeübertrag von dem Wärmeträger auf den Heiz- und/oder Kühlkreislauf gering zu halten. Vorzugsweise startet die Steuer- oder Regelvorrichtung den Raumtemperierungsmodus erst, wenn die Vorlauftemperatur einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Risiko, dass eine zulässige Vorlauftemperatur für den Heiz- und/oder Kühlkreislauf überschritten wird, vorteilhaft klein gehalten werden. Insbesondere kann bei einem Kühlmodus als Raumtemperierungsmodus ein Aufheizen des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs durch den Wärmeträger vorteilhaft klein und ein Benutzerkomfort kann vorteilhaft hoch gehalten werden. Insbesondere kann bei einem Heizmodus als Raumtemperierungsmodus ein Risiko einer Beschädigung des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs durch einen zu hohen Wärmeeintrag vorteilhaft gering gehalten werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Kühlmodus als Raumtemperierungsmodus ein Wechsel von einem Wasseraufbereitungskreislauf auf den Heiz- und/oder Kühlkreislauf zumindest bis zu einem Abfallen der Vorlauftemperatur verzögert wird. Der Wasseraufbereitungskreislauf umfasst insbesondere den Wasseraufbereitungszweig und den Warmwasserspeicher. Der Wechsel wird vorzugsweise durch die Schalteinheit ausgeführt. Im Weiteren wird für "in zumindest einem Verfahrensschritt des Übergangsmodus bei einem Wechsel zu dem Kühlmodus als Raumtemperierungsmodus" kurz "in dem Kühlübergangsmodus" verwendet. In dem Kühlübergangsmodus steuert die Steuer- oder Regelvorrichtung die Schalteinheit vorzugsweise in Abhängigkeit von zumindest einem Messwert der Vorlauftemperatur an. In dem Kühlübergangsmodus stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Kraftwärmemaschine vorzugsweise von einem Heizbetrieb auf einen Kühlbetrieb um, beispielsweise mittels eines Vierwegeventils in einem Kältemittelkreislauf der Kraftwärmemaschine. In dem Kühlübergangsmodus stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Kraftwärmemaschine, insbesondere einen Kompressor der Kraftwärmemaschine, vorzugsweise auf einen Hochleistungsbetrieb. In dem Hochleistungsbetrieb erbringt die Kraftwärmemaschine, insbesondere der Kompressor, mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 60 %, besonders bevorzugt mehr als 75 %, optional 100%, einer Nennleistung der Kraftwärmemaschine. Optional ist die in dem Hochleistungsbetrieb erbrachte Leistung der Kraftwärmemaschine abhängig von einem Startmesswert der Vorlauftemperatur bei Einleitung des Kühlübergangsmodus. Alternativ wird die in dem Hochleistungsbetrieb erbrachte Leistung der Kraftwärmemaschine unabhängig von dem Messwert der Vorlauftemperatur festgelegt. Vorzugsweise ist eine Messstelle der Vorlauftemperatur innerhalb der Wärmeverteilungseinheit angeordnet und insbesondere beabstandet von der Kraftwärmemaschine, insbesondere beabstandet von einem Wärmeübertrager der Kraftwärmemaschine, welcher die Kraftwärmemaschine mit dem Wärmeträgerkreislauf thermisch koppelt. Insbesondere bei einer Außeninstallation der Kraftwärmemaschine ist in manchen Ausgestaltungen des Kraftwärmemaschinensystems ein Abstand zwischen der Kraftwärmemaschine und der Messstelle von mehr als 10 Metern, mehr als 20 Metern, oder mehr als 30 Metern möglich. Vorzugsweise wird die Schalteinheit erst dann betätigt, wenn ein Temperaturabfall an der Messstelle innerhalb der Wärmeverteilungseinheit erfasst wird. Optional vergleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung den Messwert an der Messstelle innerhalb der Wärmeverteilungseinheit mit einem weiteren Messwert der Vorlauftemperatur an einem Ausgang der Kraftwärmemaschine und betätigt die Schalteinheit, wenn eine Differenz der Messwerte unter einen Toleranzwert fällt. Alternativ betätigt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Schalteinheit, wenn der Messwert an der Messstelle innerhalb der Wärmeverteilungseinheit unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt und/oder eine vorgegebene Mindestdifferenz zu dem Startmesswert aufweist. Optional ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Verzögerungszeit, mit welcher die Schalteinheit nach Feststellung des Abfallens der Vorlauftemperatur betätigt wird, insbesondere in Abhängigkeit von der Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit und einem Abstand der Messstelle zu einer Aufzweigung des Wärmeträgerkreislaufs in den Wasseraufbereitungszweig und in den Heiz- und/oder Kühlzweig. Alternativ betätigt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Schalteinheit unmittelbar nach Feststellung des Abfallens der Vorlauftemperatur. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein vorteilhaft großer Anteil an noch erhitztem Wärmeträger über den Wasseraufbereitungskreislauf geleitet, bevor der Wechsel auf den Heiz- und/oder Kühlkreislauf erfolgt. Ferner kann ein Abkühlen des Wasseraufbereitungskreislaufs durch den nachströmenden gekühlten Wärmeträger vorteilhaft gering gehalten werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Kühlmodus als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit relativ zu dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus verringert wird. Vorzugsweise wird die Förderrate in dem Kühlübergangsmodus auf weniger als 50 % einer maximalen Förderrate, bevorzugt auf weniger als 25 % einer maximalen Förderrate, besonders bevorzugt auf einen Minimalwert der Förderrate gesenkt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft schnelle Abkühlung des Wärmeträgers an der Kraftwärmemaschine erreicht werden. Ferner kann ein räumlicher Abstand innerhalb eines Vorlaufs des Wärmeträgerkreislaufs zwischen relativ heißem und relativ kaltem Wärmeträger vorteilhaft klein gehalten werden, sodass sich innerhalb des Vorlaufs eine Kältefront ausbildet, welche mit der relativen geringen Förderrate in Richtung Verteilungseinheit geschoben wird. An der Messstelle kann ein vorteilhaft sprunghafter Abfall der Vorlauftemperatur erfasst werden. Die Schalteinheit kann vorteilhaft präzise geschaltet werden, insbesondere so, dass ein vorteilhaft großer Anteil des noch relativ heißen Wärmeträgers in den Wasseraufbereitungskreislauf strömt und ein vorteilhaft großer Anteil des relativ kalten Wärmeträgers in den Heiz- und/oder Kühlkreislauf.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Kühlmodus eine, insbesondere die bereits genannte, Kraftwärmemaschine des Kraftwärmemaschinensystems in einem, insbesondere dem bereits genannten, Hochleistungsbetrieb betrieben wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann in dem Kühlübergangsmodus der Wärmeträger vorteilhaft schnell abgekühlt werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Kühlmodus als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit in Abhängigkeit von einer Wärmeübertragertemperatur einer, insbesondere der bereits genannten, Kraftwärmemaschine des Kraftwärmemaschinensystems geregelt wird. Die Wärmeübertragertemperatur wird vorzugsweise an einem Ausgang der Kraftwärmemaschine erfasst und optional auf eine Temperatur innerhalb des Wärmeübertragers extrapoliert. Die Steuer- oder Regelvorrichtung stellt die Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit vorzugsweise in Abhängigkeit von der Wärmeübertragertemperatur ein. Vorzugsweise stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit so ein, dass die Wärmeübertragertemperatur, insbesondere die Temperatur innerhalb des Wärmeübertragers, oberhalb eines Grenzwerts bleibt. Der Grenzwert beträgt vorzugsweise mehr als 15°C, bevorzugt mehr als 20°C, besonders bevorzugt 25°C. Besonders bevorzugt stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate auf den geringstmöglichen Wert, mit welchem der Grenzwert der Wärmeübertragertemperatur eingehalten werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann in dem Kühlübergangsmodus ein Risiko von Eisbildung an und/oder in dem Wärmeübertrager vorteilhaft klein gehalten werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Heizmodus als Raumtemperierungsmodus die Wärmeträgerfördereinheit in Abhängigkeit von einer, insbesondere der bereits genannten, Puffertemperatur geregelt wird. Im Weiteren wird für "in zumindest einem Verfahrensschritt des Übergangsmodus bei einem Wechsel zu dem Heizmodus als Raumtemperierungsmodus" kurz "in dem Heizübergangsmodus" verwendet. In dem Heizübergangsmodus wird die Wärmeträgerfördereinheit von der Steuer- oder Regelvorrichtung vorzugsweise so angesteuert, dass die Puffertemperatur unterhalb eines zulässigen Maximalwerts der Vorlauftemperatur bleibt. Vorzugsweise steuert die Steuer- oder Regelvorrichtung die Wärmeträgerfördereinheit in Abhängigkeit von einem Sollwert der Vorlauftemperatur an. Der Sollwert wird beispielsweise von einem Benutzer oder einer externen Gebäudesteuerung vorgegeben. Vorzugsweise versucht die Steuer- oder Regelvorrichtung den Messwert der Vorlauftemperatur an den Sollwert anzugleichen, insbesondere ohne, dass die Puffertemperatur den zulässigen Maximalwert übersteigt. Vorzugsweise priorisiert die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Einhaltung des zulässigen Maximalwerts gegenüber einer Anpassung an den Sollwert. Vorzugsweise senkt die Steuer- oder Regeleinheit die Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit, und insbesondere dadurch die Vorlauftemperatur, wenn die Puffertemperatur weniger als einen Mindestabstand von dem zulässigen Maximalwert entfernt ist. Vorzugsweise erhöht die Steuer- oder Regeleinheit die Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit, und insbesondere dadurch die Vorlauftemperatur, wenn die Puffertemperatur um mehr als einen Mindestabstand von dem zulässigen Maximalwert entfernt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Risiko eines Überschreitens des zulässigen Maximalwerts der Vorlauftemperatur vorteilhaft gering gehalten werden. Ferner kann eine Einhaltung des Sollwerts trotz Einschränkung während des Wechsels vorteilhaft zuverlässig befolgt werden. Es kann ein hohes Maß an Komfort erreicht werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Heizmodus als Raumtemperierungsmodus eine, insbesondere die bereits genannte, Kraftwärmemaschine des Kraftwärmemaschinensystems ausgeschaltet wird, bis die Temperatur, insbesondere die Puffertemperatur und/oder die Vorlauftemperatur, einen Schwellenwert unterschreitet. Bevorzugt wird der Kompressor der Kraftwärmemaschine ausgeschaltet. Vorzugsweise wird die Kraftwärmemaschine, insbesondere der Kompressor, reaktiviert, wenn der Messwert der Vorlauftemperatur unter den Sollwert, optional abzüglich eines Hysteresefaktors, fällt. Vorzugsweise wird die Kraftwärmemaschine zu Beginn des Heizübergangsmodus ausgeschaltet und für die Dauer des Heizübergangsmodus ausgeschaltet gelassen. Vorzugsweise schaltet die Steuer- oder Regelvorrichtung die Kraftwärmemaschine während des Heizübergangsmodus höchstens einmal aus und einmal wieder an. Alternativ zu einer vollständigen Abschaltung der Kraftwärmemaschine wird diese in dem Heizübergangsmodus mit einer Minimalleistung weiterbetrieben. Optional wählt die Steuer- oder Regelvorrichtung in Abhängigkeit von einem Startmesswert der Vorlauftemperatur bei Einleitung des Heizübergangsmodus aus, ob die Kraftwärmemaschine vollständig ausgeschaltet wird oder mit Minimalleistung weiterbetrieben wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die im Wärmeträgerkreislauf vorhandene Wärme vorteilhaft genutzt werden, bevor die Kraftwärmemaschine aktiviert werden muss. Eine Anzahl von Startvorgängen der Kraftwärmemaschine, insbesondere des Kompressors, kann vorteilhaft gering und eine Lebensdauer der Kraftwärmemaschine, insbesondere des Kompressors, vorteilhaft hoch gehalten werden
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Heizmodus als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit einen sägezahnartigen Zeitverlauf aufweist, welcher durch Erreichen von Schwellenwerten und/oder Grenzwerten der Temperatur gebildet wird. Vorzugsweise weist eine Erhöhung der Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit eine geringere Schrittweite pro Zeiteinheit auf als eine Verringerung der Förderrate. Besonders bevorzugt wird die Förderrate bei einer Verringerung mit einer maximalen Änderungsrate auf einen Minimalwert der Förderrate eingestellt. Der Minimalwert der Förderrate kann Null oder ein von Null verschiedener Wert sein. Die maximale Änderungsrate ist beispielsweise, insbesondere nur, durch ein Trägheitsmoment, eine Motorleistung und/oder eine Steuerung der Wärmeträgerfördereinheit beschränkt. Bevorzugt ist di maximale Änderungsrate größer als 1 %/s, bevorzugt größer als 5 %/s, besonders bevorzugt größer oder gleich 10 %/s, wobei sich Prozentangaben auf die maximale Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit beziehen. Eine Erhöhung der Förderrate erfolgt vorzugsweise mit einer Änderungsrate, welche zumindest um den Faktor 2, vorzugsweise zumindest um den Faktor 3, besonders bevorzugt zumindest um den Faktor 5, langsamer ist als die maximale Änderungsrate. Besonders bevorzugt wird in dem Heizübergangsmodus die Förderrate mit einer Änderungsrate von weniger als 1 %/s, bevorzugt von weniger als 0,5 %/s, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 %/s, überaus bevorzugt von weniger als 0,085 %/s, erhöht, wobei sich Prozentangaben auf die maximale Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit beziehen. Vorzugsweise stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate zu Beginn des Heizübergangsmodus auf den Minimalwert. Vorzugsweise erhöht die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate, bis die Puffertemperatur einen Halteschwellwert erreicht. Vorzugsweise hält die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate bei Überschreiten des Halteschwellwerts durch die Puffertemperatur konstant. Vorzugsweise verringert die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate, insbesondere auf den Minimalwert, wenn die Puffertemperatur einen Abschaltgrenzwert erreicht. Vorzugsweise erhöht die Steuer- oder Regelvorrichtung die Förderrate, wenn die Puffertemperatur auf einen Wiederaufnahmegrenzwert fällt. Der Abschaltgrenzwert ist vorzugsweise größer als der Halteschwellwert. Der Wiederaufnahmegrenzwert ist vorzugsweise kleiner als der Halteschwellwert. Der Abschaltgrenzwert ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem zulässigen Maximalwert der Vorlauftemperatur. Der Halteschwellwert, der Abschaltgrenzwert und/oder der Wiederaufnahmegrenzwert können vorgegeben oder variabel sein, beispielsabhängig abhängig von dem Sollwert der Vorlauftemperatur und/oder einer Hysterese des Wärmeträgerkreislaufs. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine in dem Wärmeträgerkreislauf vorhandene Wärme nach und nach an den Heiz- und/oder Kühlkreislauf abgegeben werden, ohne dass der zulässige Maximalwert der Vorlauftemperatur überschritten wird. Ferner kann eine Amplitude eines sprunghaften Anstiegs eines Volumenstroms des Wärmeträgers bei der Verwendung von Rückschlagventilen in dem Wärmeträgerkreislauf vorteilhaft klein gehalten werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus zu einem Heizmodus als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate der Wärmeträgerfördereinheit bei Überschreiten eines Schwellenwerts, insbesondere des bereits genannten Halteschwellenwerts, der Temperatur, insbesondere der Puffertemperatur, konstant gehalten wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Risiko eines Überschreitens des zulässigen Maximalwerts der Vorlauftemperatur durch die Puffertemperatur vorteilhaft niedrig gehalten werden.
  • Ferner wird eine Steuer- oder Regelvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Unter einer "Steuer- und/oder Regelvorrichtung" soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer "Steuerelektronik" soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Kraftwärmemaschinensystem mit vorteilhaft hohem Benutzerkomfort und/oder vorteilhaft verschleißarm betrieben werden.
  • Darüber hinaus wird ein Kraftwärmemaschinensystem mit zumindest einer, insbesondere der bereits genannten, Kraftwärmemaschine, mit zumindest einer Wärmeverteilungseinheit und mit zumindest einer erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung vorgeschlagen. Die Kraftwärmemaschine ist vorzugsweise als Kompressionskraftwärmemaschine, insbesondere als Luft-Wasser-Wärmepumpe, ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Kraftwärmemaschine den Kältemittelkreislauf mit dem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer. Die Kraftwärmemaschine umfasst vorzugsweise zumindest ein Stellelement, insbesondere ein Vierwegeventil, um zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb zu wechseln. Die Kraftwärmemaschine umfasst vorzugsweise den an dem Wärmeträgerkreislauf angeschlossenen Wärmeübertrager, welcher in dem Kühlbetrieb als der genannten Verdampfer und in dem Heizbetrieb als der genannte Kondensator fungiert. Die Kraftwärmemaschine ist vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, das insbesondere zu einem Schutz der Kraftwärmemaschine vor Witterungseinflüssen ausgebildet ist. Die Kraftwärmemaschine ist insbesondere zu einer Außeninstallation vorgesehen.
  • Die Wärmeverteilungseinheit ist vorzugsweise beabstandet von der Kraftwärmemaschine angeordnet und insbesondere zu einer Installation im Inneren eines Gebäudes vorgesehen. Die Wärmeverteilungseinheit ist mit der Kraftwärmemaschine fluidtechnisch vorzugsweise durch Wärmeträgerleitungen verbunden. Die Wärmeträgerleitungen sind vorzugsweise an dem Wärmeübertrager, der Kraftwärmemaschine fluidtechnisch angeschlossen. Der Wärmeübertrager und die Wärmeträgerleitungen bilden vorzugsweise einen Teil des Wärmeträgerkreislaufs. Die Wärmeverteilungseinheit umfasst vorzugsweise den Wasseraufbereitungszweig und den Heiz- und/oder Kühlzweig des Wärmeträgerkreislaufs. Optional umfasst die Wärmeverteilungseinheit den Warmwassertank. Alternativ umfasst der Wasseraufbereitungszweig Anschlüsse zu einem Anschluss eines externen Warmwassertanks. Optional umfasst die Wärmeverteilungseinheit die hydraulische Weiche. Alternativ umfasst der Heiz- und/oder Kühlzweig Anschlüsse zu einem Anschluss einer externen hydraulischen Weiche oder zu einer direkten Einbindung des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs in den Wärmeträgerkreislauf. Die Wärmeverteilungseinheit umfasst vorzugsweise die Wärmeträgerfördereinheit. Die Wärmeträgerfördereinheit ist vorzugsweise als Pumpe ausgebildet. Die Wärmeverteilungseinheit umfasst vorzugsweise die Schalteinheit. Die Schalteinheit ist bevorzugt als einzelnes Dreiwegeventil ausgebildet. Alternativ umfasst die Schalteinheit mehrere Sperrventile.
  • Das Kraftwärmemaschinensystem umfasst vorzugsweise eine Sensoreinheit zur Erfassung der Temperatur. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit zumindest ein Vorlauftemperatursensorelement in der Wärmeverteilungseinheit zur Erfassung der Vorlauftemperatur. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit zumindest ein Puffertemperatursensorelement an oder in der hydraulischen Weiche zu einer Erfassung der Puffertemperatur. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit zumindest ein Wärmeübertragertemperatursensorelement an einem Ausgang der Kraftwärmemaschine zu einer Erfassung der Wärmeübertragertemperatur.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Übergangsmodus vorteilhaft ohne zusätzliche Komponenten, wie beispielweise ein Bypassventil, umgesetzt werden. Insbesondere kann ein Kraftwärmemaschinensystem mit einem Übergangsmodus mit vorteilhaft geringem Bauraum und/oder zu vorteilhaft geringen Kosten hergestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Kraftwärmemaschinensystem sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Kraftwärmemaschinensystem zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
    • Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftwärmemaschinensystems,
    Fig. 2
    ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 3
    einen schematischen Zeitverlauf einer Förderrate einer Wärmeträgerfördereinheit im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kraftwärmemaschinensystems.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt ein Kraftwärmemaschinensystem 12a. Das Kraftwärmemaschinensystem 12a umfasst zumindest eine Kraftwärmemaschine 28a. Das Kraftwärmemaschinensystem 12a umfasst zumindest eine Wärmeverteilungseinheit 22a. Das Kraftwärmemaschinensystem 12a umfasst zumindest eine Steuer- oder Regelvorrichtung 34a. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a ist zur Durchführung eines Verfahrens 10a vorgesehen, das in Figur 2 näher erläutert wird.
  • Die Kraftwärmemaschine 28a umfasst vorzugsweise einen Kältemittelkreislauf 36a. Die Kraftwärmemaschine 28a umfasst als Teil des Kältemittelkreislaufs 36a vorzugsweise zumindest einen Wärmeübertrager 40a. Der Wärmeübertrager 40a koppelt den Kältemittelkreislauf 36a thermisch mit einem Wärmeträgerkreislauf 42a des Kraftwärmemaschinensystems 12a. Die Kraftwärmemaschine 28a ist über Wärmeträgerleitungen, namentlich über zumindest einen Vorlauf 46a und über zumindest einen Rücklauf 44a, des Wärmeträgerkreislaufs 42a mit der Wärmeverteilungseinheit 22a verbunden.
  • Die Kraftwärmemaschine 28a umfasst vorzugsweise eine Steuer- oder Regeleinheit 38a zu einem Einstellen des Kältemittelkreislaufs 36a, insbesondere eines Kompressors des Kältemittelkreislaufs 36a. Die Kraftwärmemaschine 28a umfasst vorzugsweise ein Gehäuse, in welchem der Kältemittelkreislauf 36a und/oder die Steuer- oder Regeleinheit 38a angeordnet sind. Das Kraftwärmemaschine 28a weist vorzugsweise zumindest eine Datenschnittstelle zu einem Datenaustausch zwischen der Steuer- oder Regeleinheit 38a und der Steuer- oder Regelvorrichtung 34a auf. Die Datenschnittstelle ist vorzugsweise eine Schnittstelle eines Bus-Systems, beispielweise eine Controller Area Network (CAN-BUS) Schnittstelle. Vorzugsweise umfasst das Kraftwärmemaschinensystem 12a zumindest ein Wärmeübertragertemperatursensorelement 48a, welches vorzugsweise an einem Vorlaufausgang des Wärmeübertragers 40a angeordnet ist.
  • Die Wärmeverteilungseinheit 22a umfasst vorzugsweise einen Wasseraufbereitungszweig 50a des Wärmeträgerkreislaufs 42a. Die Wärmeverteilungseinheit 22a umfasst vorzugsweise einen Heiz- und/oder Kühlzweig 52a des Wärmeträgerkreislaufs 42a. Der Wasseraufbereitungszweig 50a und der Heiz- und/oder Kühlzweig 52a sind vorzugsweise fluidtechnisch parallel an dem Vorlauf 46a angeschlossen. Die Wärmeverteilungseinheit 22a umfasst vorzugsweise zumindest eine Schalteinheit 54a, um wahlweise den Wasseraufbereitungszweig 50a oder den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a fluidtechnisch mit dem Wärmeübertrager 40a zu koppeln. Vorzugsweise umfasst die Wärmeverteilungseinheit 22a eine Wärmeträgerfördereinheit 20a zu einem Umwälzen des Wärmeträgers durch den Wärmeträgerkreislauf 42a. Die Wärmeträgerfördereinheit 20a ist vorzugsweise in dem gemeinsamen Rücklauf 44a des Wasseraufbereitungszweigs 50a und des Heiz- und/oder Kühlzweigs 52a zu der Kraftwärmemaschine 28a, insbesondere stromabwärts der Schalteinheit 54a, angeordnet. Das Kraftwärmemaschinensystem 12a umfasst vorzugsweise ein in der Wärmeverteilungseinheit 22a an dem Vorlauf 46a angeordnetes Vorlauftemperatursensorelement 66a zur Erfassung einer Vorlauftemperatur des Wärmeträgers. Vorzugsweise ist das Vorlauftemperatursensorelement 66a stromabwärts des Wärmeübertragertemperatursensorelements 48, insbesondere stromabwärts eines elektrischen Zuheizers 68a der Wärmeverteilungseinheit 22a, angeordnet. Vorzugsweise ist das Vorlauftemperatursensorelement 66a stromabwärts einer Verzweigung des Wärmeträgerkreislaufs 42a in den Wasseraufbereitungszweig 50a und den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a angeordnet. Die Wärmeträgerfördereinheit 20a ist datentechnisch vorzugsweise an der Steuer- oder Regelvorrichtung 34a angeschlossen, beispielsweise über eine Local Interconnect Network (LIN-BUS) Schnittstelle. Die Wärmeverteilungseinheit 22a umfasst vorzugsweise eine Benutzerschnittstelle 56a, insbesondere zur Vorgabe einer gewünschten Warmwassertemperatur und/oder einer gewünschten Raumtemperatur.
  • Der Wasseraufbereitungszweig 50a verläuft vorzugsweise durch einen Warmwasserspeicher 58a des Kraftwärmemaschinensystems 12a zu einer Temperierung von Wasser in dem Warmwasserspeicher 58a. Das Kraftwärmemaschinensystem 12a umfasst vorzugsweise ein Wassertemperatursensorelement 60a, welches an oder in dem Warmwasserspeicher 58a angeordnet ist, zu einer Erfassung einer Wassertemperatur des in dem Warmwasserspeichers 58a befindlichen Wassers.
  • Der Heiz- und/oder Kühlzweig 52 ist vorzugsweise an einer hydraulischen Weiche 62a des Kraftwärmemaschinensystems 12a angeschlossen. Die hydraulische Weiche 62a ist vorzugsweise dazu vorgesehen, einen Heiz- und/oder Kühlkreislauf 18a mit dem Wärmeträgerkreislauf 42a thermisch zu koppeln. Das Kraftwärmemaschinensystem umfasst vorzugsweise zumindest ein Puffertemperatursensorelement 64a in oder an der hydraulischen Weiche 62a zur Erfassung einer Puffertemperatur des in der hydraulischen Weiche 62a befindlichen oder einströmenden Wärmeträgers. Der Heiz- und/oder Kühlkreislauf 18a weist insbesondere eine weitere Wärmeträgerfördereinheit auf und bildet einen von dem Wärmeträgerkreislauf 42a hydraulisch entkoppelten weiteren Wärmeträgerkreislauf.
  • Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 10a zum Betrieb des Kraftwärmemaschinensystems 12a. Das Verfahren 10a umfasst zumindest einen Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14a zur Wasseraufbereitung. In dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14a stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Schalteinheit 54a auf den Wasseraufbereitungszweig 50a und die Kraftwärmemaschine 28a auf einen Heizbetrieb, um Wasser in dem Warmwasserspeicher 58a zu erhitzen. Vorzugsweise beendet die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a den Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14a, wenn das, insbesondere auf halben Füllstand des Warmwasserspeichers 58a angeordnete, Wassertemperatursensorelement 60a eine Wassertemperatur oberhalb eines Schwellwerts erfasst, beispielsweise 60°C. In dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14a ist die Wärmeträgerfördereinheit 20a vorzugsweise eingeschaltet und die weitere Wärmeträgerfördereinheit vorzugsweise ausgeschaltet.
  • Das Verfahren 10a umfasst zumindest einen Raumtemperierungsmodus, namentlich zumindest einen Heizmodus 30a und/oder einen Kühlmodus 24a, zu einer Temperierung des an dem Kraftwärmemaschinensystem 12a angeschlossenen Heiz- und/oder Kühlkreislaufs 18a. In dem Heizmodus 30a arbeitet die Kraftwärmemaschine 28a vorzugsweise in dem Heizbetrieb. In dem Kühlmodus 24a arbeitet die Kraftwärmemaschine 28a vorzugsweise in dem Kühlbetrieb. In dem Heizmodus 30a und dem Kühlmodus 24a ist die Schalteinheit 54a vorzugsweise auf den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a eingestellt.
  • Das Verfahren 10a umfasst einen Übergangsmodus zu einer Anpassung der Vorlauftemperatur des Kraftwärmemaschinensystems 12a bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14a zu einem der Raumtemperierungsmodi. Bei einem Übergang zu dem Kühlmodus 24a weist das Verfahren 10a als Übergangsmodus einen Kühlübergangsmodus auf. Bei einem Übergang zu dem Heizmodus 30a weist das Verfahren 10a als Übergangsmodus einen Heizübergangsmodus auf. Das Verfahren 10a umfasst vorzugsweise eine Temperierungsbedarfsermittlung 70a. Die Temperierungsbedarfsermittlung 70a wird vorzugsweise nach einem Beenden des Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14 ausgeführt. In der Temperierungsbedarfsermittlung 70a ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise, ob ein Heizbedarf oder ein Kühlbedarf vorliegt. In der Temperierungsbedarfsermittlung 70a schaltet die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise die weitere Wärmeträgerfördereinheit an. In der Temperierungsbedarfsermittlung 70a wertet die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise einen Messwert der Puffertemperatur aus, um einen Heizbedarf oder einen Kühlbedarf zu erkennen. Ist der Messwert der Puffertemperatur oberhalb eines Sollwerts der Vorlauftemperatur, insbesondere unter Berücksichtigung einer Hysterese des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs 18a, schließt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise auf einen Kühlbedarf, insbesondere unter Berücksichtigung einer Außentemperatur außerhalb eines von dem Kraftwärmemaschinensystem zu kühlenden Gebäudes. Ist der Messwert der Puffertemperatur unterhalb eines Sollwerts der Vorlauftemperatur, insbesondere unter Berücksichtigung einer Hysterese des Heiz- und/oder Kühlkreislaufs 18a, schließt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise auf einen Heizbedarf, insbesondere unter Berücksichtigung der Außentemperatur außerhalb eines von dem Kraftwärmemaschinensystem zu heizenden Gebäudes. Den Sollwert der Vorlauftemperatur ermittelt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a beispielsweise anhand der über die Benutzerschnittstelle 56a vorgegebenen gewünschten Raumtemperatur. Liegt ein Kühlbedarf vor, führt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise den Kühlübergangsmodus aus. Liegt ein Heizbedarf vor, führt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise den Heizübergangsmodus aus.
  • Der Kühlübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Kraftwärmemaschinenumstellschritt 72a. In dem Kraftwärmemaschinenumstellschritt 72a veranlasst die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise, dass die Kraftwärmemaschine 28a in den Kühlbetrieb wechselt. Vorzugsweise stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Kraftwärmemaschine 28a in dem Kühlbetrieb auf einen Hochleistungsbetrieb ein.
  • Der Kühlübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Förderratenanpassungsschritt 74a. In dem Förderratenanpassungsschritt 74a wird eine Förderrate 16a (vgl. Fig. 3) der Wärmeträgerfördereinheit 20a relativ zu dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus 14a verringert. Besonders bevorzugt stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Förderrate 16a auf einen kleinstmöglichen Wert ein. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a ermittelt den kleinstmöglichen Wert der Förderrate 16a in Abhängigkeit von der Wärmeübertragertemperatur der Kraftwärmemaschine 28a. Vorzugsweise stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Förderrate 16a so ein, dass die Wärmeübertragertemperatur bei kleinstmöglicher Förderrate 16a zumindest über einer Mindesttemperatur, insbesondere 30°C, bleibt. Besonders bevorzugt ist Wärmeträgerfördereinheit 20a drehzahlgeregelt und die Förderrate 16a ist eine Drehzahl der Wärmeträgerfördereinheit 20a.
  • Der Kühlübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Kältefronterfassungsschritt 76a. Vorzugsweise wird die Förderrate 16a so gering und eine Kühlleistung der Kraftwärmemaschine 28a so hoch eingestellt, dass sich an einem Ausgang der Kraftwärmemaschine 28a eine Kältefront in dem Wärmeträger ausbildet, welche entsprechend der Förderrate 16a in Richtung der Wärmeverteilungseinheit 22a geschoben wird. Beispielsweise weist der Wärmeträger über die Kältefront hinweg einen Temperaturgradienten von mehr als 10 K/m auf. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a wartet in dem Kältefronterfassungsschritt 76a auf eine Detektion der Kältefront an dem Vorlauftemperatursensorelement 66a innerhalb der Wärmeverteilungseinheit 22a.
  • Der Kühlübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Wechselschritt 78a. In dem Kühlübergangsmodus wird ein Wechsel von dem Wasseraufbereitungszweig 50a auf den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a zumindest bis zu einem Abfallen der Vorlauftemperatur verzögert. Vorzugsweise führt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a den Wechselschritt 78a aus, wenn ein Passieren der Kältefront von dem Vorlauftemperatursensorelement 66a detektiert wurde. Optional wartet die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a nach Detektion der Kältefront eine vorgegebene Verzögerungszeit ab, bevor sie den Wechselschritt 78a ausführt, wobei die Verzögerungszeit abhängig von einem Abstand des Vorlauftemperatursensorelements 66a von der Verzweigung des Wärmeträgerkreislaufs 42a in den Wasseraufbereitungszweig 50a und den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a und von der Förderrate 16a ist. Die Verzögerungszeit kann von der Steuer- oder Regelvorrichtung 34a mittels eines Zeitgebers oder eines signaltechnischen Verzögerungsglieds realisiert werden. In dem Wechselschritt 78a steuert die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise die Schalteinheit 54a an, um den Wechsel von dem Wasseraufbereitungszweig 50a auf den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a durchzuführen.
  • Ist der Wechselschritt 78a abgeschlossen, wechselt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a in den Kühlmodus 24a, in welchem die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Vorlauftemperatur vorzugsweise nach einem herkömmlichen Verfahren einstellt, insbesondere in Abhängigkeit von einer Regeldifferenz aus Istwert und Sollwert einer Raumtemperatur.
  • Zu Beginn des Heizübergangsmodus steuert die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise die Schalteinheit 54a an, um den Wechsel von dem Wasseraufbereitungszweig 50a auf den Heiz- und/oder Kühlzweig 52a durchzuführen. Der Heizübergangsmodus weist vorzugsweise eine Vorlauftemperaturermittlung 80a auf. Ist in der Vorlauftemperaturermittlung 80a die Vorlauttemperatur und die Wärmeübertragertemperatur geringer als der Sollwert der Vorlauftemperatur, wechselt die Steuer oder Regelvorrichtung 34a in den Heizmodus 30a. Ist in der Vorlauftemperaturermittlung 80a die Vorlauttemperatur oder die Wärmeübertragertemperatur höher als der Sollwert der Vorlauftemperatur, schaltet die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise die Kraftwärmemaschine 28a aus und stellt die Wärmeträgerfördereinheit 20a auf einen Minimalwert 96a der Förderrate 16a.
  • In dem Heizübergangsmodus wird die Wärmeträgerfördereinheit 20a in Abhängigkeit von der Puffertemperatur geregelt. In dem Heizübergangsmodus weist die Förderrate 16a der Wärmeträgerfördereinheit 20a einen sägezahnartigen Zeitverlauf 32a auf (vgl. Fig. 3), welcher durch Erreichen von Schwellenwerten und/oder Grenzwerten der Puffertemperatur gebildet wird.
  • Der Heizübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Förderratenerhöhungsschritt 82a. In dem Förderratenerhöhungsschritt 82a erhöht die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Förderrate 16a kontinuierlich oder schrittweise. Der Heizübergangsmodus umfasst vorzugsweise eine Halteschwellwertüberprüfung 86a auf. In der Halteschwellwertüberprüfung 86a vergleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a einen Istwert der Puffertemperatur mit einem Halteschwellwert, der kleiner ist als ein zulässiger Maximalwert der Vorlauftemperatur. Ist die Puffertemperatur kleiner als der Halteschwellwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a den Förderratenerhöhungsschritt 82a fort.
  • Der Heizübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Förderratenhalteschritt 88a. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a führt den Förderratenhalteschritt 88a aus, wenn die Puffertemperatur den Halteschwellwert erreicht. In dem Förderratenhalteschritt 88a wird die Förderrate 16a der Wärmeträgerfördereinheit 20a von der Steuer- oder Regelvorrichtung 34a konstant gehalten. Der Heizübergangsmodus umfasst vorzugsweise eine Abschaltgrenzwertüberwachung 90a. In der Abschaltgrenzwertüberwachung 90a vergleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise die Puffertemperatur mit einem Abschaltgrenzwert, der kleiner oder gleich dem zulässigen Maximalwert der Vorlauftemperatur und größer als der Halteschwellwert ist. Ist die Puffertemperatur kleiner als der Abschaltgrenzwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a den Förderratenhalteschritt 88a fort.
  • Der Heizübergangsmodus umfasst vorzugsweise einen Förderratenverringerungsschritt 92a. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a führt den Förderratenverringerungsschritt 92a aus, wenn die Puffertemperatur den Abschaltgrenzwert erreicht. In dem Förderratenverringerungsschritt 92a stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Förderrate 16a vorzugsweise auf den Minimalwert 96a ein. Der Heizübergangsmodus weist vorzugsweise eine Wiederaufnahmeprüfung 94a auf. Vorzugsweise vergleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a in der Wiederaufnahmeprüfung 94a die Puffertemperatur mit einem Wiederaufnahmegrenzwert, der vorzugsweise kleiner ist als der Halteschwellwert. Ist die Puffertemperatur größer als der Wiederaufnahmegrenzwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise den Förderratenverringerungsschritt 92a fort. Ist die Puffertemperatur gleich dem oder kleiner als der Wiederaufnahmegrenzwert, beginnt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise wieder mit dem Förderratenerhöhungsschritt 82a.
  • Der Heizübergangsmodus umfasst vorzugsweise eine Abkühlungsabbruchüberprüfung 84a auf. In der Abkühlungsabbruchüberprüfung 84a vergleicht die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a den Istwert der Puffertemperatur vorzugsweise mit einem Abbruchschwellenwert. Der Abbruchschwellenwert ist vorzugsweise gleich dem Sollwert der Vorlauftemperatur abzüglich eines Hysteresefaktors. Ist die Puffertemperatur größer als der Abbruchschwellenwert, setzt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a vorzugsweise den Heizübergangsmodus fort. Ist die Puffertemperatur kleiner oder gleich dem Abbruchschwellenwert, schaltet die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Kraftwärmemaschine 28a wieder an und wechselt vorzugsweise zu dem Heizmodus 30a. In dem Heizmodus 30a stellt die Steuer- oder Regelvorrichtung 34a die Vorlauftemperatur vorzugsweise nach einem herkömmlichen Verfahren ein, insbesondere in Abhängigkeit von einer Regeldifferenz aus Istwert und Sollwert der Raumtemperatur.
  • In Figur 3 ist beispielhaft die Förderrate 16a gegen die Zeit 98a aufgetragen. Der Zeitverlauf 32a ist vorzugsweise sägezahnartig ausgebildet, mit relativ langen Anstiegszeiten ausgehend von dem Minimalwert 96a der Förderrate 16a und relativ kurzen Abfallzeiten bei Erreichen des Abschaltgrenzwerts durch die Puffertemperatur.
  • In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des anderen Ausführungsbeispiels, d.h. der Figuren 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 3 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
  • Figur 4 zeigt ein Kraftwärmemaschinensystem 12b. Das Kraftwärmemaschinensystem 12b umfasst zumindest eine Kraftwärmemaschine 28b. Das Kraftwärmemaschinensystem 12b umfasst zumindest eine Wärmeverteilungseinheit 22b. Das Kraftwärmemaschinensystem 12b umfasst zumindest einer Steuer- oder Regelvorrichtung 34b. Ein Heiz- und/oder Kühlkreislauf 18b ist direkt, insbesondere ohne hydraulische Weiche oder dergleichen, an einen Wärmeträgerkreislauf 42b des Kraftwärmemaschinensystems 12b angeschlossen. Insbesondere sind der Wärmeträgerkreislauf 42b und der Heiz- und/oder Kühlkreislauf 18b in zumindest einer Einstellung einer Schalteinheit 54b der Wärmeverteilungseinheit 22b hydraulisch gekoppelt.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des Kraftwärmemaschinensystems 12b sei insbesondere auf die Figur 1 und deren Beschreibung verwiesen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftwärmemaschinensystems, mit zumindest einem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zur Wasseraufbereitung, mit zumindest einem Raumtemperierungsmodus zu einer Temperierung eines an dem Kraftwärmemaschinensystem angeschlossenen Heiz- und/oder Kühlkreislaufs (18a; 18b) und mit einem Übergangsmodus zu einer Anpassung einer Vorlauftemperatur des Kraftwärmemaschinensystems bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu dem Raumtemperierungsmodus, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergangsmodus zumindest eine Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) einer Wärmeverteilungseinheit (22a; 22b) des Kraftwärmemaschinensystems in Abhängigkeit von zumindest einer Temperatur, insbesondere der Vorlauftemperatur, der Wärmeverteilungseinheit (22a; 22b) eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Kühlmodus (24a) als Raumtemperierungsmodus ein Wechsel von einem Wasseraufbereitungskreislauf auf den Heiz- und/oder Kühlkreislauf (18a; 18b) zumindest bis zu einem Abfallen der Vorlauftemperatur verzögert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Kühlmodus (24a) als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate (16a) der Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) relativ zu dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) verringert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Kühlmodus (24a) eine Kraftwärmemaschine (28a; 28b) des Kraftwärmemaschinensystems in einem Hochleistungsbetrieb betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Kühlmodus (24a) als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate (16a) der Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) in Abhängigkeit von einer Wärmeübertragertemperatur einer Kraftwärmemaschine (28a; 28b) des Kraftwärmemaschinensystems geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Heizmodus (30a) als Raumtemperierungsmodus die Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) in Abhängigkeit von einer Puffertemperatur geregelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Heizmodus (30a) als Raumtemperierungsmodus eine Kraftwärmemaschine (28a; 28b) des Kraftwärmemaschinensystems ausgeschaltet wird, bis die Temperatur einen Schwellenwert unterschreitet.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Heizmodus (30a) als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate (16a) der Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) einen sägezahnartigen Zeitverlauf (32a) aufweist, welcher durch Erreichen von Schwellenwerten und/oder Grenzwerten der Temperatur gebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt bei einem Wechsel von dem Brauch- und/oder Trinkwassertemperierungsmodus (14a) zu einem Heizmodus (30a) als Raumtemperierungsmodus eine Förderrate (16a) der Wärmeträgerfördereinheit (20a; 20b) bei Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur konstant gehalten wird.
  10. Steuer- oder Regelvorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Kraftwärmemaschinensystem mit zumindest einer Kraftwärmemaschine (28a; 28b), mit zumindest einer Wärmeverteilungseinheit (22a; 22b) und mit zumindest einer Steuer- oder Regelvorrichtung nach Anspruch 10.
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