Modul Wärmepumpe

Technische Anleitung: Modul Wärmepumpe (Acond)

1. Funktion des Moduls

Dieses Modul dient der Ansteuerung und Regelung einer Acond Wärmepumpe. Es fungiert als Schnittstelle zwischen der übergeordneten Systemlogik (Heizanforderungen, Kaskaden-Management) und der spezifischen Steuerung der Wärmepumpe über Modbus.

Das Modul empfängt eine Soll-Temperatur vom System und regelt die internen Komponenten der Wärmepumpe (Kompressor, Pumpe) so, dass diese Temperatur effizient erreicht wird. Es stellt zudem Betriebsdaten, Leistungs- und Energiewerte zur Visualisierung und für andere Systemmodule bereit.

2. Konfiguration und Parameter

Die Funktion des Moduls wird über die folgenden Einstellungen in der Benutzeroberfläche angepasst.

2.1. Betriebsmodus

• Modus: Legt die grundlegende Arbeitsweise fest.
  • Aus: Die Wärmepumpe ist deaktiviert.
  • Manuell: Manuelle Steuerung (derzeit nicht implementiert, verhält sich wie Aus).
  • Automatik: Die Wärmepumpe reagiert auf Heizanforderungen aus dem System.
  • Nur Heizstab: Ausschließlich der elektrische Heizstab wird für die Wärmeerzeugung verwendet. Der Kompressor der Wärmepumpe bleibt dauerhaft abgeschaltet. Dieser Modus ist z.B. bei einem Kompressor-Defekt sinnvoll oder bei extremen Außentemperaturen, bei denen der Wärmepumpenbetrieb nicht mehr möglich ist. Kühlbetrieb ist in diesem Modus nicht verfügbar.

2.2. Kaskaden- & Bivalenz-Einstellungen

Diese Parameter steuern das Verhalten der Wärmepumpe im Zusammenspiel mit anderen Wärmeerzeugern.

• Kaskaden-Priorität: Legt die Priorität der Wärmepumpe fest, wenn mehrere Wärmeerzeuger verfügbar sind. Eine niedrigere Zahl bedeutet eine höhere Priorität (z.B. 1 ist höher als 2).
• Bivalenztemperatur: Die Außentemperatur, unter der die Wärmepumpe gesperrt wird und ein anderer Wärmeerzeuger (z.B. ein Heizstab oder Ölkessel) übernehmen muss.
• Maximale Temperatur: Die maximale Vorlauftemperatur, die die Wärmepumpe im Kaskadenbetrieb anstreben soll.

2.3. Regelungsparameter (Heizen)

Diese Einstellungen definieren, wie die Wärmepumpe ihre Leistung im Heizbetrieb anpasst.

• Rücklauf-Delta-T: Die gewünschte Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf. Die interne Pumpe wird so geregelt, dass dieser Wert erreicht wird.
• PID-Reglermodus: Bestimmt die Kernstrategie, nach der die Leistung des Verdichters geregelt wird.
  • Drehzahl: Der Regler passt die Verdichterdrehzahl direkt an, um die Soll-Rücklauftemperatur zu erreichen. Dies ist eine einfache und robuste Regelungsart.
  • Thermische Leistung: Der Regler ermittelt basierend auf der Rücklauftemperatur eine Soll-Wärmeleistung in Watt. Ein zweiter, unterlagerter Regler passt dann die Verdichterdrehzahl so an, dass die Wärmepumpe exakt diese Wärmeleistung abgibt. Dies ermöglicht eine präzisere Leistungsdosierung.
  • Elektrische Leistung: Dieser Modus ist für zukünftige Erweiterungen vorgesehen (z.B. für die Anbindung an einen Energy Manager) und aktuell nicht implementiert.

2.4. Drehzahl-Kennlinie (Speed Points)

Die Leistung der Wärmepumpe ist stark von der Außentemperatur abhängig. Über vier Kennlinienpunkte (SP1 bis SP4) wird die minimale und maximale Kompressordrehzahl in Abhängigkeit von der Außentemperatur festgelegt. Das System interpoliert zwischen diesen Punkten, um die optimale Drehzahl für die jeweilige Witterung zu finden.

• SPx Temperatur: Die Außentemperatur für diesen Kennlinienpunkt.
• SPx Min. Drehzahl: Die minimale Kompressordrehzahl bei dieser Temperatur.
• SPx Max. Drehzahl: Die maximale Kompressordrehzahl bei dieser Temperatur.

2.5. Laufzeit-Einstellungen

• Mindestlaufzeit: Die minimale Zeit in Minuten, die der Kompressor nach dem Start laufen muss. Verhindert schädliches Takten.
• Mindeststandzeit: Die minimale Zeit in Minuten, die der Kompressor nach dem Abschalten ausgeschaltet bleiben muss.

2.6. Silent-Modus

Ermöglicht einen zeitgesteuerten, geräuschreduzierten Betrieb (z.B. nachts).

• Silent-Modus aktiv: Aktiviert oder deaktiviert die Funktion.
• Startzeit / Stoppzeit: Definiert den Zeitraum, in dem der Silent-Modus aktiv ist.

3. Funktionsweise der Automatik

1. Anforderung: Das Modul erhält eine Heizanforderung (Soll-Vorlauftemperatur) von der übergeordneten Regelung (z.B. von einem Heizkreis oder Pufferspeicher).

2. Freigabe: Das Modul prüft, ob die Freigabebedingungen erfüllt sind:

   • Die Außentemperatur liegt über der eingestellten Bivalenztemperatur.
   • Die Mindeststandzeit seit dem letzten Lauf ist abgelaufen.

3. Regelung:

   • Die Wärmepumpe startet. Die Mindestlaufzeit beginnt.
   • Der Kompressor wird je nach gewähltem PID-Reglermodus entweder über die Drehzahl oder die thermische Leistung geregelt, um die geforderte Rücklauftemperatur zu erreichen. Die erlaubte Leistung wird dabei dynamisch aus der Kennlinie anhand der aktuellen Außentemperatur ermittelt.
   • Die interne Pumpe wird gleichzeitig so geregelt, dass die eingestellte Spreizung (Rücklauf-Delta-T) zwischen Vor- und Rücklauf eingehalten wird.

4. Abschaltung: Die Wärmepumpe schaltet ab, wenn keine Heizanforderung mehr besteht. Die Mindeststandzeit beginnt.

4. Kaskadenbetrieb

Im Zusammenspiel mit anderen Wärmeerzeugern meldet das Modul kontinuierlich seinen Status an die Kaskadenlogik:

• Priorität: Die eingestellte Priorität.
• Betriebsbereitschaft (EnergyLow): Das Modul meldet, ob es aktuell ineffizient läuft (z.B. weil die Temperaturdifferenz am Verdampfer zu gering ist). Die Kaskade kann dann entscheiden, einen anderen Wärmeerzeuger zu nutzen.
• Kosten pro kWh: Basierend auf dem aktuellen Strompreis und dem Wirkungsgrad (COP) berechnet das Modul die Kosten für eine erzeugte Kilowattstunde Wärme. Dies ermöglicht der Kaskade eine ökonomische Entscheidung.