Kaskaden und Stufen

Stell dir eine Basis vor, deren Abwärme in einen Kreis bei rund 150 °C muss – etwa weil draußen schon 127 °C herrschen, wie nachts auf Vulcan. Radiatoren geben nur Wärme ab, wenn ihr Kreis heißer ist als die Umgebung. Eine einzelne Klimaanlage müsste die Wärme also aus einem Raumkreis bei 18 °C bis in einen Kreis bei 150 °C pumpen. Je größer dieser Unterschied zwischen Eingang und Abwärme ist, desto mehr sinkt ihr TemperatureDifferentialEfficiency – sie arbeitet schlecht.

Zwei Stufen statt Brachialgewalt#

Die Klimaanlage hat drei Rohranschlüsse. Gas am Eingang (Input) wird auf die Zieltemperatur Setting gebracht und verlässt das Gerät am Ausgang (Output). Auf dem Abwärme-Netz (Waste) passiert das Gegenteil. In einer Kaskade arbeiten zwei Geräte hintereinander, jedes hebt die Wärme eine Stufe höher:

Jede Stufe überbrückt nur noch etwa die Hälfte des Temperatursprungs und bleibt dadurch in ihrem guten Wirkungsgradbereich. Zwei kleine Sprünge bringen mehr als ein großer.

Setting unter der Eingangstemperatur#

Das Setting ist bei der Klimaanlage Ziel und Richtung: Liegt es über der Temperatur am Eingang, heizt sie den Eingang und kühlt die Abwärme. Für eine Kaskadenstufe ist das fatal. Beim Kaltstart ist der Zwischenkreis vielleicht erst 20 °C warm. Steht Stufe 2 fest auf 80 °C, heizt sie den Zwischenkreis – mit Wärme, die sie aus dem heißen Abwärmekreis holt. Sie pumpt mit voller Leistung in die falsche Richtung.

Die Regel: Das Setting einer Stufe liegt immer unter der Temperatur ihres Eingangs.

sub set2 tZw MARGE        # mindestens MARGE unter dem Eingang
min set2 set2 ZIEL2       # aber nie ueber dem Ziel

Ist der Zwischenkreis 95 °C warm, gilt das Ziel von 80 °C. Ist er erst 20 °C warm, wird das Setting 18 °C – die Stufe kann dann höchstens kühlen, nie heizen.

Stufe zuschalten#

Stufe 1 läuft, sobald der Raumkreis über seinem Ziel liegt. Stufe 2 muss nicht dauernd mitlaufen: Der Zwischenkreis nimmt die Abwärme von Stufe 1 erst einmal auf, wie ein Puffer. Erst wenn er zu warm wird – Stufe 1 allein also nicht mehr reicht –, schaltet der Chip Stufe 2 zu. Mit Hysterese, damit sie nicht flattert:

sgt tmp tZw ZIEL2         # noch ueber dem Ziel?
and an2 an2 tmp           # sonst aus
sgt tmp tZw AN2           # ueber der Zuschaltschwelle?
or an2 an2 tmp            # dann an

Bei NaN liefern beide sgt eine 0 – fehlt der Analysator, bleibt Stufe 2 aus. Das Setting schreibst du trotzdem nie als NaN, sondern ersetzt es mit snan und select durch das Ziel.