Wärmepumpe

Die Funktion Wärmepumpe ist eine zentrale Funktion des WPC3. Sie steuert alle direkt auf den Energieerzeuger Wärmepumpe bezogenen Komponenten. Dabei werden zeitliche Faktoren wie die Mindestlaufzeit und die Mindest-Stillstandzeit der Kompressoren ebenso berücksichtigt wie Druck- und/oder Temperaturvorgaben sowie der von anderen Funktionen ermittelte Wärmebedarf.

Eine in Hardware ausgeführte Sicherungskette überwacht mögliche Fehler der Anlage:
Kompressor-Störung, Niederdruck- und Hochdruck-Störung (Pressostaten), Motorschutzschalter, Soledruck- und Strömungswächter. Zusätzlich kann ein Phasenfolgerelais zur Überwachung der Drehstromphasen und der Phasenfolge angeschlossen werden.
Alle Fehler werden in einer Fehlerliste mit Uhrzeit und Datum aufgezeichnet (s.a. Datenlogger).

Für Luft/Wasser-Wärmepumpen steht eine Abtaufunktion mit umfangreichen Einstellmöglichkeiten zur Verfügung. Von Verzögerungszeiten über Temperaturniveaus vor und während des Abtauens bis hin zur Abtropfzeit können viele Parameter optimiert werden.

Umfangreiche Einstellmöglichkeiten bei den Betriebs- und Störgrenzen erlauben eine optimale Anpassung des Reglers an die zu regelnde Wärmepumpe. Ergänzt werden diese durch eine Frostschutzfunktion.

Heiz-/Kühlkreis

Diese Erweiterungsfunktion erlaubt es, konventionelle Heiz- und/oder Kühlkreise in die Anlage zu integrieren. Die Raumtemperatur kann sehr feinfühlig vorgegeben werden. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit der Raumtemperatur und/oder der Aussentemperatur (witterungsgeführt).
Bei witterungsgeführter Regelung besteht zusätzlich die Möglichkeit, mit Hilfe eines Raumthermostaten korrigierend einzugreifen.

In Verbindung mit der Hardware-Option WPC3-RG und dem entsprechenden Raumgerät (z.B. RG3-PSTL ) ist neben der Raum-Solltemperatur auch der Betriebszustand des Heizkreises (Ein, Aus, Absenkbetrieb) vom Raum aus einstell- und ablesbar (LED-Anzeige).

Die Ansteuerung des Heizkreis-Mischventils erfolgt in Form einer Dreipunkt-Regelung über zwei 230VAC-Ausgänge oder in Verbindung mit den Hardware-Optionen WPC3-010Vout , WPC3-010V oder WPC3-010VEEV und unter Zuhilfenahme der Erweiterungsfunktion PID-Regler über einen analogen 0-10VDC-Spannungsausgang.

Ladungs-Steuerung

Die Erweiterungsfunktion Ladungs-Steuerung erlaubt es, einen Speicher, einen Heizkreis, einen Kühlkreis oder einen Heiz-Kühlkreis von einer beliebigen Wärmequelle (z.B. Wärmepumpe, Elektroeinsatz, Holz, Öl, Gas o.a.) zu speisen. Dabei besteht die Möglichkeit, die Wärmepumpe im Parallel- oder Alternativbetrieb mit anderen Erzeugern einzusetzen.
Die Speicherladung kann über einen oder bei Bedarf zwei Temperaturfühler gesteuert werden (oberer Fühler schaltet Ladung ein, unterer aus). Alle Ausgänge können frei konfiguriert werden.

Es stehen drei Speicherladungsprogramme zu Verfügung:
Beim Programm "Warmwasser" erfolgt die Ladung des Speichers über eine externe Wärmequelle, sobald Wärme benötigt wird.
Das Programm "Heizkreis" übernimmt die berechnete Vorlauf-Solltemperatur der Erweiterung Heiz- und/oder Kühlkreis als Speicher-Solltemperatur oder berechnet die Solltemperatur abhängig von der Aussentemperatur anhand einer separaten Heizkurve.
Das Programm "Desinfektion" bietet eine zuverlässige und energiesparende Möglichkeit des Legionellenschutzes. Dabei wird der Speicher in periodischen Abständen (Periode einstellbar bis 14 Tage) auf eine hohe Temperatur geladen. Zwischen den Desinfektionsvorgängen wird die Speichertemperatur abhängig vom Verbrauch niedriger gewählt.

Die Speichersolltemperatur kann in den Programmen Warmwasser und Heizkreis in bis zu drei Zeitfenstern separat eingestellt werden, sodass die Solltemperatur im Tagesverlauf verbrauchsgerecht angepasst wird.

Prioritäten-Steuerung

Die Funktion Prioritäten-Steuerung erlaubt es, jeder Warmwasser-, Heizkreis- und Kühlkreis-Ladung eine individuelle Priorität zuzuordnen. Es stehen dabei fünf Prioritäts-Stufen zur Verfügung: sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch und sehr hoch.

Ausserdem stellt die Prioritäten-Steuerung sicher, dass beim Umschalten zwischen Heiz- und Kühlbetrieb jeweils einstellbare Verzögerungszeiten eingehalten werden. So wird ein schnelles Hin- und Herschalten des Anlagenzustands zwischen Heizen und Kühlen wirksam verhindert.

Aufheizprogramm

Das Aufheizprogramm ermöglicht das automatische, kontinuierliche Verändern aller Heizkreis-Sollwerte linear über bis zu 30 Tage (Start- und Stopptemperatur frei einstellbar) oder als flexibler Temperaturverlauf über bis zu 21 Tage (Temperatur pro Tag einstellbar).

Schwellenwert-Schalter

Auf Grund der freien Wahl der Ein- und Ausgänge ist die Funktion Schwellenwert-Schalter äusserst flexibel einsetzbar.

Der Schwellenwert-Schalter arbeitet dabei wie ein Komparator: Er vergleicht einen gemessenen Istwert mit einem Sollwert. Überschreitet der Istwert den Sollwert, so wird der Ausgang eingeschaltet. Unterschreitet der Istwert den Sollwert um die einstellbare Hysterese, so schaltet der Ausgang aus. Der Ausgang lässt sich bei Bedarf invertieren.
Auf diese Weise lassen sich mit der Funktion Schwellenwert-Schalter u.a. Thermostaten und Pressostaten nachbilden.

Als Istwert-Eingang kann dabei ein einzelner Eingang oder ein Differenzeingang dienen. Es können Temperaturen, Drücke und Durchflüsse als Istwerteingänge verwendet werden. Auch sogenannte interne Variablen und berechnete Variablen können gewählt werden.

Als Sollwerte können ebenfalls Temperaturen, Drücke und Durchflüsse sowie interne und berechnete Variablen eingesetzt werden. Die Sollwerte lassen sich zusätzlich über eine kubische Gleichung gewichten. Alternativ kann eine Konstante als Sollwert definiert werden.

PID-Regler

Der PID-Regler ist eine universell nutzbare Regelfunktion mit jeweils einstellbaren Proportional-, Integral- und Differentialanteilen. Alle drei Anteile können ausserdem separat nach unten und nach oben begrenzt werden (Minimum und Maximum).

Als Ausgänge können zwei 230VAC-Ausgänge zur Dreipunktregelung, optionale 0-10VDC-Ausgänge oder ein optionaler Schrittmotorausgang z.B. zur Ansteuerung von elektronischen Expansionsventilen eingesetzt werden.

Zum Ausgangswert des Reglers wird ein einstellbarer Offset addiert. Eine ebenfalls einstellbare Fehlertoleranz des Ausgangs verhindert, dass der Ausgang zu oft nachgeführt wird, was insbesondere in Verbindung mit einem Schrittmotor-Ausgang wichtig sein kann. Der Ausgang wird dabei erst aktualisiert, wenn der berechnete Ausgangswert um die Fehlertoleranz vom aktuellen Ausgangswert abweicht.

Für die Soll- und Istwert-Eingänge stehen Einzel- oder Differenz-Eingänge für Temperatur, Druck, Durchfluss sowie interne und berechnete Variablen zur Auswahl.
Als Sollwerte können ausserdem berechnete Sollwerte (Überhitzung, Unterkühlung) sowie Konstanten gewählt werden.
Gemessene und berechnete Sollwerte lassen sich ausserdem mit Hilfe einer kubischen Gleichung gewichten.

Der Regler kann über einen Freigabe-Eingang ein- und ausgeschaltet werden. Für den Ausgang lassen sich dabei separate Start- und Stopp-Rampen definieren. Neben der Rampendauer kann die Kurvenform mit Hilfe einer polynomischen Approximation (Koeffizienten einer kubischen Gleichung) eingestellt werden.

Regler Expansionsventil (Überhitzungsregler)

Der Regler Expansionsventil basiert auf der Funktion PID-Regler, wurde jedoch speziell zur Steuerung eines schrittmotor-getriebenen, elektronischen Expansionsventils in Abhängigkeit der Überhitzung angepasst. Zum Betrieb dieser Funktion ist die Hardware-Option WPC3-010VEEV erforderlich.

Die aktuelle Überhitzung (Istwert) wird aus dem gemessenen Druck und der Sauggastemperatur berechnet. Die Eingänge für den Drucksensor (0-10VDC- oder 4-20mA-Eingang) und den Sauggas-Temperaturfühler sind frei konfigurierbar.

Die Überhitzungs-Sollwerte können in Abhängigkeit der Aussentemperatur und der Vorlauftemperatur an vier Punkten eingestellt werden. Der Regler ermittelt dann den aktuellen Sollwert durch lineare Interpolation zwischen diesen Punkten.

Die Proportional-, Integral- und Differential-Koeffizienten des PID-Reglers lassen sich in weiten Bereichen einstellen. Es können dabei zwei Parameter-Sätze definiert werden. Der zweite Parametersatz wird aktiv, wenn ein einstellbarer Druck und eine einstellbare Überhitzung überschritten wird.
Der Ausgangswertebereich lässt sich nach unten und oben hin begrenzen.

Solarfunktion

Mit Hilfe der Erweiterung Solarfunktion lässt sich eine thermische Solaranlage in die Wärmepumpenanlage integrieren. Die Bedienung der gesamten Heizungsanlage inkl. der Solaranlage erfolgt dadurch einheitlich über die Bedieneinheit des WPC3.

Es stehen insgesamt 13 Solar-Anlageschemata zur Verfügung:

Schemata mit einem Kollektorfeld ohne Schwimmbad

Anlagen
mit einem
Solarspeicher
Solarschema (0.1) 1F1S1W: 1 Flachkollektorfeld, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher
Anlagen
mit zwei
Solarspeichern
Solarschema (1.1) 1F2SD2W: 1 Flachkollektorfeld, 2 Speicher (jeweils ein Wärmetauscher) mit Dreiwegeventil-Umschaltung Solarschema (1.2) 1F2SZ2W: 1 Flachkollektorfeld, 2 Speicher (jeweils ein Wärmetauscher) mit Zweiwegeventil-Umschaltung
Solarschema (1.3) 1F2SP2W: 1 Flachkollektorfeld, 2 Speicher (jeweils ein Wärmetauscher) mit Pumpen-Umschaltung
Anlagen
mit drei
Solarspeichern
Solarschema (2.1) 1F3SD3W: 1 Flachkollektorfeld, 3 Speicher (jeweils ein Wärmetauscher) mit Dreiwegeventil-Umschaltung

Schemata mit einem Kollektorfeld und Schwimmbad

Anlagen
mit einem
Solarspeicher
Solarschema (3.1) 1F1S1WSD: 1 Flachkollektorfeld, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher und ein Schwimmbad mit Dreiwegeventil-Umschaltung Solarschema (3.2) 1F1S1WSZ: 1 Flachkollektorfeld, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher und ein Schwimmbad mit Zweiwegeventil-Umschaltung
Solarschema (3.3) 1F1S1WSP: 1 Flachkollektorfeld, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher und ein Schwimmbad mit Pumpen-Umschaltung
Anlagen
mit zwei
Solarspeichern
Solarschema (4.1) 1F2SD2WSD: 1 Flachkollektorfeld, 2 Speicher (jeweils ein Wärmetauscher) und ein Schwimmbad mit Dreiwegeventil-Umschaltung

Schemata mit zwei Kollektorfeldern

Anlagen
mit einem
Solarspeicher
Solarschema (6.1) 2FP1S1W: 2 Flachkollektorfelder mit Pumpen-Umschaltung, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher
Solarschema (6.2) 2FD1S1W: 2 Flachkollektorfelder mit Dreiwegeventil-Umschaltung, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher Solarschema (6.3) 2FZ1S1W: 2 Flachkollektorfelder mit Zweiwegeventil-Umschaltung, 1 Speicher mit einem Wärmetauscher
Anlagen
mit zwei
Solarspeichern
Solarschema (7.1) 2FP2SD2W: 2 Flachkollektorfelder mit Pumpen-Umschaltung, 																		2 Speicher (jeweils ein Wärmetauscher) mit Dreiwegeventil-Umschaltung

Logik

Die Erweiterung Logikfunktion ermöglicht die Umsetzung komplexer Abhängigkeiten zwischen beliebigen anderen Erweiterungsfunktionen.

Die Logikfunktion bietet wesentlich mehr Möglichkeiten, als nur einfache UND- und ODER-Verknüpfungen beim Einsatz mehrerer Regelfunktionen mit dem selben Relais-Ausgang:
Neben der Logik KEINE, welche zum Duplizieren oder Invertieren eines Signals (Relais-Ausgang oder virtueller Ausgang einer anderen Erweiterung) dient, stehen als Grundlogikfunktionen UND und ODER mit jeweils bis zu 8 Eingängen zur Verfügung. Jeder Eingang und der Ausgang kann separat invertiert werden. Damit sind alle einstufigen Logikfunktionen mit bis zu 8 Eingängen realisierbar (inkl. XOR).

Zusätzlich lassen sich die steigende und fallende Flanke des Ausgangssignals durch separat wählbare Logikelemente modifizieren. Die Flanken können verzögert werden (Dauer einstellbar in Minuten). Ausserdem können Sie durch die positive oder negative Flanke eines anderen Signals erzeugt / getriggert werden. Schliesslich besteht die Möglichkeit, die Flanken des Ausgangssignals durch eine Benutzerinteraktion zu triggern.

Energiezähler

Die Funktion Energiezähler ermöglicht die Energiemessung an beliebigen Stellen innerhalb der Anlage. Abhängig von der Positionierung der Vor- und Rücklauffühler kann beispielsweise die von der Wärmepumpe oder einem Solarkollektor gelieferte Energie oder auch die aus einem Speicher entzogene Energie gemessen werden.
Der Energiezähler ermittelt dabei die Gesamtenergie seit dem ersten Einsatz des Reglers und eine rückstellbare Teilenergie. Ausserdem wird die aktuelle Leistung angezeigt.

In Verbindung mit einem externen Stromzähler mit S0-Schnittstelle, der an einem Spannungseingang der Optionen WPC3-010V oder WPC3-010VEEV angeschlossen wird, ermittelt die Energiezählerfunktion ausserdem die aktuelle elektrische Leistung, den elektrischen Verbrauch in kWh in zwei Tarifen sowie einen momentanen und totalen COP. Weitere Details finden Sie im Abschnitt Anwendungen unter Energiemessung.

Die Vor- und Rücklauffühler sowie ggf. verwendete Impuls-, Spannungs- und Freigabeeingänge können frei konfiguriert werden. Die Wertigkeit des Impuls-Eingangs lässt sich in weiten Grenzen frei einstellen. Zum Einsatz eines Volumenmessteils ist die Hardware-Option WPC3-010V oder WPC3-010VEEV erforderlich.

Soll eine möglichst kostengünstige Energiemessung durchgeführt werden (geringere Genauigkeit) kann ein fester Durchfluss am Regler eingestellt werden. Ein Volumenmessteil kann dann entfallen. Vor- und Rücklauffühler sind in jedem Fall erforderlich. Abhängig von der zu messenden Energie und der Fühlerpositionierung können jedoch bereits vorhandene Temperaturfühler wiederverwendet werden.

Datenlogger

In einer Fehlerliste werden die jeweils letzten 30 Fehler mit Datum und Uhrzeit ihres Auftretens aufgezeichnet. Die Fehlerliste kann sowohl an der Bedieneinheit WPC3-MMI als auch mit Hilfe der Hardware-Option WPC3-ETH über den integrierten Webserver der Bedieneinheit abgerufen werden.

Über die Fernwartungsfunktion kann ausserdem auf die Logdatei zugegriffen werden. In dieser werden alle Temperaturen, die Zustände der Relais-Ausgänge sowie die Verdampfung, der Verdampfungs-Druck, die Kondensation und der Kondensations-Druck in einem einstellbaren Intervall aufgezeichnet.

Zusätzlich werden Zugriffe auf die Konfiguration des Reglers aufgezeichnet, sodass jederzeit geprüft werden kann, ob die Konfiguration einer bestimmten Funktion geändert wurde. Der Zugriff erfolgt auch hier über den integrierten Webserver der Bedieneinheit (Option WPC3-ETH erforderlich).