Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Verdichtersatzes oder eines Lüftersatzes, aufweisend einen oder mehrere Verdichter bzw. einen oder mehrere Lüfter.

Bei gattungsgemäßen Verfahren, die in Kälteanlagen bzw. -maschinen zur Anwendung kommen, erfolgt die Regelung des Saugdruckes durch Zu- bzw. Abschalten eines oder mehrerer Verdichter. Die Regelung des Hochdruckes erfolgt durch Zu- bzw. Abschalten einer oder mehrerer Lüfterstufen.

Zur Erzielung der geforderten Leistung und zur Vermeidung einer zu hohen Schalthäufigkeit - diese würde die Verdichter bzw. die Lüfter unverhältnismäßig belasten -, werden die einzelnen Leistungsstufen zeitverzögert zu- und abgeschaltet. Hierbei setzt sich die Zeitverzögerung t_g aus einer Basiseinschaltzeit t_b - die als konstant angenommen wird - und eine von der Regelabweichung abhängigen variablen Schaltzeit t_v zusammen.

Die Ermittlung der Zeitverzögerung t_g erfolgt nach folgender Formel: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{g}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{b}}+{\mathrm{t}}_{\mathrm{v}}$$
wobei für t_v gilt: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{v}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{v\_max}}-\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{v\_max}}*\mathrm{d}\mathrm{t}\right)/\mathrm{d}{\mathrm{t}}_{\max }$$
Hierbei sind:

• t_v = variable Schaltzeit
• t_{v_max} = maximale variable Schaltzeit
• dt = Regelabweichung
• dt_max = maximale Regelabweichung
  wobei sofern dt > dt_max, dann gilt dt = dt_max.

Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass sich die Zeitverzögerung t_g umgekehrt proportional zu der Regelabweichung dt verhält.

Zu lange Schaltzeiten führen zu vergleichsweise hohen Regelabweichungen. Zu kurze Schaltzeiten hingegen bewirken ein Überschreiten der zulässigen Schalthäufigkeit der Verdichter bzw. Lüfter. Zwar werden zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme einer Kälteanlage bzw. -maschine die Schaltzeiten eingestellt, jedoch sind diese nur für den bei der Inbetriebnahme herrschenden Anlagenzustand als optimal anzusehen.

Ändert sich der Leistungsbedarf - bspw. im Nachtbetrieb, wenn der oder einzelne Verbraucher abgedeckt und/oder abgeschaltet werden - und/oder variieren die Umgebungsbedingungen der Anlage - bspw. bei Änderungen der Außentemperatur und/oder der Temperatur im Verkaufsraum -, so weichen die aktuellen Schaltzeiten von den zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme eingestellten Optimalwerten ab.

In DE 35 00 636 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Anzahl von Kompressoren beschrieben, von denen jeder mit einem Leistungsregler ausgestattet ist, der die Abgabeleistung des Kompressors stufenweise derart ändern kann, dass eine gesamte Abgabeleistung bereit gestellt wird, die den Leistungsbedarf erfüllt, der sich momentan ändert. Bei diesem Verfahren ist das Steuersystem in eine Leistungssteuerschleife zum Reagieren auf eine verhältnismäßig kleine Laständerung und eine Kompressorsteuerschleife zum Reagieren auf eine verhältnismäßig große Laständerung aufgeteilt. Die Kompressoren und die Leistungsregler werden sequentiell in Betrieb gesetzt, wobei die Zeitdauern des Betriebes der Kompressoren und der Leistungsregler gemessen werden. Die Leistungssteuerschleife ist weiterhin in eine Unterschleife für Leistungsregler eines Kompressors aufgeteilt, der am längsten gearbeitet hat und der zuerst anzuhalten ist, und in eine Unterschleife für die Leistungsregler der anderen Kompressoren. Der lastlose Betrieb beginnt vorzugsweise bei der Unterschleife für die Leistungsregler des zuerst anzuhaltenden Kompressors, während der Belastungsbetrieb zuerst bei der Unterschleife für die Leistungsregler der anderen Kompressoren ausgeführt wird.

In US 5 231 846 A ist ein Verfahren zum stufenweisen Betreiben von Kompressoren für ein Kältesystem mit mehreren Kompressoren beschrieben, wobei bei dem Verfahren folgende Stufen vorgesehen sind: es wird ein erster Betriebszustand für jeden Kompressor aufgerechnet, sowie ein zweiter Betriebszustand für jeden Kompressor. Weiterhin wird der Status eines jeden Kompressors bestimmt, wobei davon eine erste Liste von Schaltungen mit Kompressoren erstellt wird, die verfügbar sind, eingeschaltet zu werden, und eine zweite Liste von Schaltungen mit Kompressoren erstellt wird, die verfügbar sind, um abgeschaltet zu werden. Für die Steuerung der Kompressoren mit Hilfe der erstellten Listen wird danach unterschieden, ob die Kälteleistung gesteigert werden soll oder demgegenüber reduziert werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Schaltzeiten der Verdichter bzw. Lüfter an die jeweils aktuellen Umgebungsbedingungen und/oder an den jeweils erforderlichen Leistungsbedarf anzupassen.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Verfahrensweise gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird nunmehr zur Begrenzung der Schalthäufigkeit der Verdichter bzw. Lüfter zunächst die maximale Anzahl der Schaltungen je Stunde je Verdichter bzw. je Lüfter vorgegeben. Mittels dieses Parameters wird festgelegt, in welchen minimalen Zeitabständen ein Verdichter bzw. Lüfter eingeschaltet werden kann bzw. darf.

Beträgt bspw. die maximale Schalthäufigkeit 10 Schaltungen pro Stunde, kann ein Verdichter bzw. Lüfter folglich frühestens alle 6 Minuten erneut eingeschaltet werden; Voraussetzung hierfür ist selbstverständlich, dass der Verdichter bzw. Lüfter zuvor ausgeschaltet wurde.

Bei Kälte- bzw. Wärmebedarf erfolgt das Zu- und Abschalten von Verdichtern bzw. Lüftern in Abhängigkeit von der Abweichung von einem voreingestellten Sollwert. Hieraus ergibt sich eine Bedarfszykluszeit t_az; diese ist definiert als Zeitintervall zwischen dem Einschalten eines Verdichters bzw. Lüfters und dem nächstfolgenden Zeitpunkt, zu dem erneut ein Kälte- bzw. Wärmebedarf besteht und zeitverzögert ein Verdichter bzw. Lüfter zugeschaltet wird.

Das Zuschalten eines oder mehrerer Verdichter bzw. Lüfter erfolgt nach einer Verzögerungszeit t_{V_EIN}, das Abschalten eines oder mehrerer Verdichter bzw. Lüfter nach einer Verzögerungszeit t_{V_AUS}.

Zur Einhaltung der geforderten maximalen Schalthäufigkeit ist ein erneutes Zuschalten eines oder mehrerer Verdichter bzw. Lüfter erst nach Ablauf der Einschaltverzögerungszeit t_E möglich. Die Einschaltverzögerungszeit t_E wird mittels der maximal vorgegebenen Schaltungen pro Stunde berechnet; somit gilt:
t_E = 60 Minuten / maximale Anzahl der Schaltungen pro Stunde

Durch die Einschaltverzögerungszeit t_E ergibt sich je Verdichter bzw. Lüfter eine Einschaltsperrzeit t_{S_EIN}. Diese Einschaltsperrzeit wird wie folgt berechnet: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{E}}-{\mathrm{t}}_{\mathrm{BZ}}-{\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_EIN}}$$

Bei zu langen Ein- und Ausschaltverzögerungszeiten ist das Ergebnis negativ, bei zu kurzen Zeiten positiv. Bei mehreren Verdichtern bzw. Lüftern ergeben sich im Regelfall unterschiedliche Einschaltsperrzeiten; bei der nachfolgenden Berechnung wird lediglich die kürzeste Einschaltsperrzeit herangezogen.

Zur Vermeidung der Einschaltsperrzeit werden die Ein- und Ausschaltverzögerungszeiten t_{V_EIN} und t_{V_AUS} je Verdichter bzw. Lüfter jeweils für den nächsten Bedarfszyklus neu berechnet.

Wie oben beschrieben, setzen sich die Ein- und Ausschaltverzögerungszeiten aus einer Basiseinschaltzeit t_b und einer variablen Schaltverzögerung bzw. Schaltzeit t_v zusammen. Die (kürzeste) Einschaltsperrzeit t_{S_EIN} wird prozentual auf beide Verzögerungszeiten verteilt.
P_{V_EIN} = Prozentualer Anteil auf die variable Einschaltverzögerung
(z. 8. 0,8 = 80 % der Abweichung auf Einschaltverzögerung, 20 % auf Ausschaltverzögerung)
P_{B_ EIN} = Prozentualer Anteil auf die Basiseinschaltverzögerung
(z. B. 0,5 = 50 % der Abweichung auf Basiseinschaltverzögerung, 50 % auf variable)

Berechnung der neuen Basiseinschaltzeit t_{V_EIN_B}: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_EIN\_B}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_Ein\_B}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}\right)\ast \mathrm{P}$$
wobei P ein Proportionalitätsfaktor ist, mittels dessen eine Verstärkung oder Dämpfung des Reglers erfolgen kann.

Berechnung der neuen variablen Einschaltzeit t_{V_EIN_V}. $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_EIN\_V}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_Ein\_V}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}\right)\right)\ast \mathrm{P}$$

Berechnung der neuen Basisausschaltzeit t_{V_AUS_B}: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_B}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_B}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\right)\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}\right)\ast \mathrm{P}$$

Berechnung der neuen variablen Ausschaltzeit t_{V_AUS_V}: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_V}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_V}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\right)\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}\right)\right)\ast \mathrm{P}$$

Die vier angeführten Formeln gelten jedoch nur dann, wenn lediglich ein Verdichter bzw. Lüfter vorgesehen ist. Kommen mehrere Verdichter bzw. Lüfter zur Anwendung, so sind die in den Klammem angeführten Produkte durch einen Faktor N zu teilen, wobei N für die Anzahl der Verdichter bzw. Lüfter, die während einer Bedarfszykluszeit eingeschaltet sind, steht. Die vier vorgenannten Formeln lauten dann: $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_EIN\_B}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_Ein\_B}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}/\mathrm{N}\right)\ast \mathrm{P}$$ $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_EIN\_V}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_Ein\_V}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}\right)/\mathrm{N}\right)\ast \mathrm{P}$$ $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_B}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_B}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\right)\ast {\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}/\mathrm{N}\right)\ast \mathrm{P}$$ $${\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_V}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{V\_AUS\_V}}+\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{S\_EIN}}\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{V\_EIN}}\right)\ast \left(1-{\mathrm{P}}_{\mathrm{B\_EIN}}\right)/\mathrm{N}\right)\ast \mathrm{P}$$

Nach der bereits angeführten Formel t_g = t_b + t_v für die Zeitverzögerung kann nunmehr die Zeitverzögerung t_{g_EIN}, mit der ein Verdichter bzw. Lüfter zugeschaltet wird, nach folgender Formel ermittelt werden: t_{g_EIN} = t_{V_EIN_B} + t_{V_EIN_V}.

Die Zeitverzögerung t_{g_AUS}, mit der ein Verdichter bzw. Lüfter abgeschaltet wird, berechnet sich nach folgender Formel: t_{g_AUS} = t_{V_AUS_B} + t_{V_AUS_V}

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln eines Verdichtersatzes oder eines Lüftersatzes ermöglicht eine Optimierung der Schaltzeiten der Verdichter und Lüfter eines Verdichter- bzw. Lüftersatzes. Eine manuelle Optimierung der Schaltzeiten - wie sie bisher vorgenommen wird - erübrigt sich dank des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Optimierung der Schaltzeiten der Verdichter und Lüfter eines Verdichter- bzw. Lüftersatzes hat zur Folge, dass sich die Lebensdauer der Verdichter und Lüfter erhöht.