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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Schmelzen von Schnee oder Eis, insbesondere auf Dächern, in Dach-Fallrohren und Regenrinnen, sowie um Einsteigeschächte auf Strassen und dergleichen, umfassend eine Heizeinrichtung, ein Temperatursensormittel und eine Steuereinheit zum Ein- und Ausschalten der Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der abgefühlten Temperatur.
Es gibt nach dem Stand der Technik bekannte andere Ausführungsformen von Steuersystemen zur Steuerung von Heizleitern oder dergleichen zum Schmelzen von Schnee und Eis auf Dach-Fallrohren, in Regenrinnen und dergleichen. Im Prinzip sind heute zwei Steuersysteme auf dem Markt. Bei einem davon wird die Lufttemperatur gemessen und werden Heizleiter in einem einstellbaren Temperaturintervall, z. B. zwischen-5 und +5 C, eingeschaltet. Beim anderen System wird eine Lufttemperatur gemessen und diese mit einem Wassersensor in einer Regenrinne kombiniert, und ein Heizleiter wird eingeschaltet gelassen, so lange die Temperatur unter dem Schmelzpunkt liegt und der Wassersensor gleichzeitig Feuchtigkeit in der Regenrinne registriert.
Die Schwäche des ersten Systems besteht darin, dass es viel Strom verbraucht. Das zweite System bleibt eingeschaltet, so lange Minusgrade und Schnee vorliegen. Aber in Regenrinnen sammelt sich immer viel Schmutz an, was rasch zu Fehlern beim Registrieren durch den Wassersensor führen kann.
Weiters beschreibt die DE 2 006 312 A eine Vorrichtung, die keinen Sensor für die Dachtemperatur aufweist, sondern lediglich mit einem ersten Sensor für die Lufttemperatur und einem zweiten Sensor ausgestattet ist, der die Temperatur nahe einem Heizelement abfühlt, das sich an der Unterseite einer Regenrinne befindet, nicht auf einem Dach. Der erste Temperatursensor ist Teil eines Thermostats, der das Heizelement bei einer Temperatur über-2 C einschaltet. Hinter dem Heizelement befindet sich ein (den zweiten Sensor umfassender) zweiter Thermostat, der das Heizelement bei +20 C ausschaltet und das Heizelement bei +15 C wieder einschaltet. So bleibt das Heizelement eingeschaltet, solange sich Schmelzwasser in der Regenrinne befindet, weil die Temperatur dann jedenfalls unter +15 C liegt.
Die genannte Vorrichtung misst die Temperatur aber an der Unterseite der Regenrinne, also nicht dort, wo das Schneeschmelzen beginnt, nämlich auf der Dachoberfläche. Weiters wird die Lufttemperatur verwendet, um eine untere Grenze zum Einschalten des Heizelements einzustellen. Das Heizelement wird immer dann eingeschaltet, wenn Regen, Schnee und Schmelzwasser vom Dach die Temperatur in der Regenrinne unter +15 C halten. Die daraus resultierenden langen Regelzeiten bewirken in der Praxis einen unnötig hohen Stromverbrauch.
Die CH 514 052 beschreibt ein Gerät, das im Prinzip auf ähnliche Weise wie die Vorrichtung nach DE 2 006 312 funktioniert und umfasst einen Schneesensor, der Feuchtigkeit abfühlt. Der Schneesensor ist jedoch in einer Regenrinne angeordnet und fühlt Feuchtigkeit in der Regenrinne ab. Die Temperatur der Dachoberfläche findet dabei keine Berücksichtigung.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anlage bereitzustellen, die auf effiziente Weise Eisbildung verhindert und dadurch freien Wasserdurchgang an den einleitend erwähnten Stellen gewährleistet und sehr wirtschaftlich im Betrieb ist, wobei der Stromverbrauch im Vergleich zu Anlagen nach dem Stand der Technik sehr gering ist.
Die obengenannten Ziele werden mit einer Anlage des oben angeführten Typs erreicht, die gemäss vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Temperatursensormittel einen ersten Temperatursensor zum Abfühlen der Oberflächentemperatur an der Stelle des zu schmelzenden Schnees oder Eises und einen zweiten Temperatursensor zum Abfühlen der Lufttemperatur umfasst, und dass der Schneesensor auf der Oberfläche angeordnet ist und die Steuereinheit beim Überschreiten der Oberflächentemperatur über einen gewählten Minuswert beim ersten Temperatursensor oder beim Unterschreiten der Lufttemperatur unter einen gewählten Pluswert beim zweiten Temperatursensor den Schneesensor einschaltet, und die Steuereinheit das Heizmittel dann einschaltet, wenn der Schneesensor über einen vorgewählten Zeitraum Schnee registriert, und das Heizmittel dann ausschaltet,
wenn der zweite Temperatursensor ein Überschreiten der Lufttemperatur über den gewählten Pluswert registriert oder der erste Temperatursensor ein Unterschreiten der Oberflächentemperatur unter den gewählten Minuswert registriert, in beiden Fällen jedoch nur unter der Bedingung, dass der intermittierend arbeitende Schneesensor Schnee registriert.
Ein Hauptmerkmal der Anlage gemäss vorliegender Erfindung besteht darin, dass zwei Tempe-
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ratursensoren zur Steuerung des Einschaltens und Ausschaltens des Heizmittels der Anlage, üblicherweise ein Heizleiter, verwendet werden, nämlich ein erster Sensor zum Abfühlen der Oberflächentemperatur an der lokalen Stelle, z. B. einer Dachoberfläche, und ein zweiter Sensor zum Abfühlen der Lufttemperatur an der Stelle. Wie bekannt, liegt die Temperatur an der Dachoberfläche eines Gebäudes aufgrund der Wärme vom Dach mehr oder weniger über der Temperatur der Umgebungsluft. Die Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur und der Lufttemperatur ist niemals konstant, sondern variiert je nach den Schneemengen auf dem Dach und dem Feuchtigkeitsgehalt des Schnees.
Ausserdem variiert sie zwischen verschiedenen Gebäuden je nach Isolierung und Belüftung. Bei der Anlage gemäss vorliegender Erfindung werden beide genannten Temperaturen gemessen, so dass der Betrieb der Anlage unabhängig von Schwankungen in der Temperaturdifferenz erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass der Heizleiter der Anlage nur zu den Zeiten eingeschaltet ist, wenn die Notwendigkeit dazu besteht, d. h. wenn die Lufttemperatur im Bereich zwischen 0 C und dem Minuswert liegt, bei dem die Oberflächentemperatur an der lokalen Stelle, z. B. einer Dachoberfläche, gleich 0 C ist.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben, in denen
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anlage gemäss vorliegender Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische Zeichnung einer Schalttafel zeigt, die einen Teil der Anlage bilden kann; und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Dach-Abfallrohres zeigt, worin eine Anlage gemäss vorliegender Erfindung eingebaut ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage umfasst eine Steuereinheit 1 in Form eines Elektronikteils, an den verschiedene Sensoren und andere Ausrüstung angeschlossen sind, die Teil der Anlage bilden.
Die Steuereinheit besteht aus einem Kasten, der verschiedene elektrische/elektronische Schaltungen zum Betrieb und zur Steuerung der Anlage enthält, so dass diese auf die nachstehend beschriebene Weise funktioniert. Die Schaltungen sind so konstruiert, dass sie bestimmten Betriebsspezifikationen entsprechen, und basieren auf herkömmlicher Technik, mit der ein Experte auf dem entsprechenden Fachgebiet vertraut ist. Eine weitere Beschreibung der Konstruktion und des Betriebs dieser Schaltungen wird für das Verstehen der Erfindung nicht als notwendig erachtet und ist in der vorliegenden Beschreibung daher nicht enthalten.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Steuereinheit 1 einen Eingang 2 zum Anschliessen einer Betriebsspannung, d.h. normalerweise 220 V Wechselspannung, auf. Eine Leitung 3 führt zu einem ersten Temperatursensor 4 zum Abfühlen der Oberflächentemperatur an der Stelle, wo Schnee und/oder Eis zu schmelzen ist, d. h. einer Dachoberfläche, und eine zweite Leitung 5 führt zu einem zweiten Temperatursensor 6 zum Abfühlen der Lufttemperatur an der lokalen Stelle. Die Leitungen bestehen aus Kabeln geeigneter Länge und Qualität. An die Einheit ist weiters ein Schneesensor 7 angeschlossen, der aus einem geeigneten Heizleiter 8 und einem Wassersensor oder Wasserdetektor 9 besteht, der über ein geeignetes Kabel 10 an die Einheit angeschlossen ist.
Der Wassersensor kann z. B. aus einem Paar säurebeständiger Stifte bestehen.
Die Heizeinrichtung der Anlage besteht aus einem Heizleiter 11, z. B. mit maximal 3,6 kW, die über ein Kabel 12 an die Steuereinheit angeschlossen ist.
An die Steuereinheit 1 ist auch ein Wasserpegelsensor 13 angeschlossen, der die Aufgabe hat, zu warnen, wenn sich die Regenrinnen mit Wasser füllen. Weiters weist die Steuereinheit einen Eingang 14 zum Anschliessen eines zusätzlichen Oberflächentemperatursensors sowie einen Eingang 15 zum Anschliessen eines zusätzlichen Schneesensors auf. Es ist auch ein Eingang 16 zum Anschliessen eines Schalters (23 in Fig. 3) zur manuellen Steuerung, d. h. Einschalten der Anlage für z. B. 24 h unabhängig von den Temperaturbedingungen, angeordnet. Schliesslich ist die Steuereinheit mit einem Eingang 17 zum Anschliessen einer Schalttafel zur Überprüfung und Steuerung der verschiedenen Funktionen der Anlage versehen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Schalttafel, die mit 20 bezeichnet ist. Die Tafel weist einen Ausgang 21 zum Anschliessen eines geeigneten Mehraderkabels 22 auf, das zum Eingang 17 der Steuereinheit führt. Auf der Tafel ist eine Anzahl von Schaltern angeordnet, im spezielleren ein Schalter 23 zum Ein- und Ausschalten der Anlage, ein Schalter 24 für die obengenannte manuelle Steuerung der Anlage und ein Schalter 25 zum Rücksetzen der Anlage nach einem Wasserpegelalarm (gewarnt durch den Sensor 13). Es ist weiters ein Schalter 26 zum automati-
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sehen Abschalten der gesamten Anlage angeordnet, wenn der Lufttemperatursensor 6 eine Temperatur registriert, die eine bestimmte Grenze, z. B. +5 C, übersteigt. Dadurch wird Überhitzung des Dachbelags vermieden, sollte der Heizleiter durch einen Fehler eingeschaltet sein.
Die Tafel umfasst weiters eine Anzahl von Überwachungslampen, z. B. Leuchtdioden, im spezielleren eine Lampe 27 (grün), die leuchtet, wenn die Anlage eingeschaltet ist, eine Lampe 28 (blau), die leuchtet, wenn der Schneesensor 7 eingeschaltet ist, eine Lampe 29 (gelb), die leuchtet, wenn der Hauptheizleiter 11 eingeschaltet ist, und eine Lampe 30 (rot), die leuchtet, wenn ein Wasserpegelalarm gegeben wird. Zusätzlich zum Leuchten der Lampe 30 bei einem solchen Alarm wird auch ein hörbares Signal von einem Summer 31 abgegeben.
Die Schalttafel 20 weist weiters einen Ausgang 32 zur Weiterleitung des Wasserpegelalarms an eine Anlage zur zentralen Betriebssteuerung auf, sowie einen Ausgang 33 für einen Lautsprecher oder eine Sirene.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Flachdaches 40, wo eine Anlage gemäss vorliegender Erfindung in Verbindung mit einem Dachregenwasserauslass mit einem inneren Fallrohr angebracht ist. Wie zu sehen, ist das Dach durch eine Isolation 42 isoliert, die von einem Dachbelag 43 bedeckt wird. Der Dachauslass ist mit einer Gullykappe 44 abgedeckt.
Es wird gezeigt, dass die Steuereinheit 1 der Anlage an einem Dachelement 45 befestigt ist, aber sie kann statt dessen z. B. an einer entfernten zentralen Stelle, möglicherweise zur Steuerung von Heizmitteln an verschiedenen Stellen, angebracht sein. Die Steuereinheit ist über jeweilige Leitungen mit den Heizmitteln 11, mit dem Schneesensor 7, mit dem Oberflächentemperatursensor 4 und mit dem Lufttemperatursensor 6 verbunden. Das Heizmittel kann aus einer Heizmatte oder aus einer geeigneten Anordnung aus einem oder mehreren Heizleitern bestehen, die um den Gully 41 herum angeordnet sind. Die verschiedenen Sensoren sind in einem geeigneten Abstand vom Gully angebracht.
Die Betriebsweise der Anlage wird nachstehend weiter beschrieben ; für den Fall, dass die Temperatur steigt.
Der Temperatursensor 4 misst die Oberflächentemperatur der Dachoberfläche und schaltet den Schneesensor 7, d. h. den Heizleiter 8 und den Wasserdetektor 9, ein, wenn die Temperatur ansteigt und einen gewählten Wert von-0,4 C übersteigt. Wenn der Wasserdetektor 9 Wasser während eines Zeitraums von 30 min nach dem Einschalten registriert, wird der Hauptheizleiter 11 von der Steuerungseinheit 1 eingeschaltet, und gleichzeitig wird der Heizleiter 8 des Schneesensors abgeschaltet. Der Hauptheizleiter bleibt eingeschaltet, bis der Lufttemperatursensor 6 registriert, dass die Lufttemperatur auf einen gewählten Wert von +0,4 C angestiegen ist. Das ist jedoch durch die Tatsache bedingt, dass der Schneesensor 7 in Intervallen Schnee auf der Dachoberfläche registriert.
Aus diesem Grund wird der Wasserdetektor 9 nach dem ersten Abschalten alle 4 Stunden wieder für einen gewählten Zeitraum von 10 min eingeschaltet. (In diesem Fall ist der Schneesensor-Heizleiter 8 nicht eingeschaltet. ) Wenn während dieses Zeitraums Wasser registriert wird, soll der Hauptheizleiter 11 eingeschaltet bleiben. Wenn jedoch im Verlauf dieses Zeitraums (10 min) kein Wasser registriert wird, wird der Heizleiter abgeschaltet, auch wenn die Lufttemperatur nicht +0,4 C erreicht hat.
Wenn die Temperatur fällt, ist die Betriebsweise folgende:
Wenn der Lufttemperatursensor 6 registriert, dass die Lufttemperatur unter den gewählten Wert von +0,4 C fällt, wird der Schneesensor 7, der kontrolliert, ob sich Schnee auf dem Dach befindet, auf eine Weise eingeschaltet, die der oben beschriebenen entspricht (der Heizleiter 8 und der Wasserdetektor 9 werden 30 min lang eingeschaltet). Wenn kein Schnee registriert wird, geht die Anlage nicht in Betrieb. Wenn Schnee registriert wird, wird der Hauptheizleiter 11eingeschaltet und bleibt eingeschaltet, bis der Oberflächentemperatursensor 4 registriert, dass die Oberflächentemperatur unter-0,4 C fällt. Gleichzeitig mit dem Einschalten des Heizleiters 11 überprüft der Wassersensor 9, ob immer noch Wasser dazukommt, genauer gesagt 10 min lang alle 4 Stunden.
Wenn kein Wasser registriert wird, wird der Heizleiter abgeschaltet.
Die obengenannte Funktion der Anlage im Fall sinkender Temperatur soll darin bestehen, sie durch einen (nicht gezeigten) Schalter in der Steuereinheit abzuschalten. Das ist zum Stromsparen wichtig, wenn die Anlage auf Glasdächern verwendet wird.
Es ist zu bemerken, dass die genannten Temperaturgrenzen von 0,4 C für die Stromsensoren als Sicherheitsspanne gewählt sind, um zu gewährleisten, dass die Anlage nicht wegen Unge-
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nauigkeiten an den Messgeräten zu spät eingeschaltet oder zu früh ausgeschaltet wird. Es kann auch angemessen sein, grössere Sicherheitsspannen zu verwenden, z.B. 1 C. Wenn von ziemlich genauen Temperaturmessgeräten ausgegangen wird, betragen die Temperaturgrenzen 0 C.
Zusätzlich zu den obengenannten Funktionen kann die Steuerungseinheit auch so angeordnet sein, dass der Hauptheizleiter 11erst nach einem gewählten Zeitraum ausgeschaltet wird, nachdem die gewählte Temperaturgrenze vom lokalen Temperatursensor registriert worden war. Dieser Zeitraum kann einstellbar sein, z. B. in Schritten zwischen 1 h und bis zu 6 h. Auf diese Weise können Schwankungen in der Konstruktion oder in der Schneehöhe kompensiert bzw. ausgeglichen werden. Es ist beispielsweise nicht sicher, dass der Oberflächentemperatursensor immer dort angebracht ist, wo der Wärmeverlust am grössten ist. Weiters kann der Lufttemperatursensor einem unbeabsichtigten Einfluss durch Wärme, z. B. von einem geöffneten Fenster, ausgesetzt sein.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Anlage zum Schmelzen von Schnee oder Eis, insbesondere auf Dächern, in Dach-
Fallrohren und Regenrinnen, und um Einsteigeschächte in Strassen und dergleichen, um- fassend ein Heizmittel (11), ein Temperatursensormittel (4,6), einen Schneesensor (7) und eine Steuereinheit (1), wobei das Heizmittel (11) durch die Steuereinheit (1) in Abhän- gigkeit von abgefühlter Temperatur ein- und ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatursensormittel einen ersten Temperatursensor (4) zum Abfühlen der
Oberflächentemperatur an der Stelle des zu schmelzenden Schnees oder Eises und einen zweiten Temperatursensor (6) zum Abfühlen der Lufttemperatur umfasst, und dass der
Schneesensor (7) auf der Oberfläche angeordnet ist und die Steuereinheit (1)
beim Über- schreiten der Oberflächentemperatur über einen gewählten Minuswert beim ersten Tempe- ratursensor (4) oder beim Unterschreiten der Lufttemperatur unter einen gewählten Plus- wert beim zweiten Temperatursensor (6) den Schneesensor (7) einschaltet, und die Steu- ereinheit (1) das Heizmittel (11) dann einschaltet, wenn der Schneesensor über einen vor- gewählten Zeitraum Schnee registriert, und das Heizmittel (11) dann ausschaltet, wenn der zweite Temperatursensor (6) ein Überschreiten der Lufttemperatur über den gewählten
Pluswert registriert oder der erste Temperatursensor (4) ein Unterschreiten der Ober- flächentemperatur unter den gewählten Minuswert registriert, in beiden Fällen jedoch nur unter der Bedingung, dass der intermittierend arbeitende Schneesensor (7) Schnee regist- riert.