Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steuereinrichtung für eine Bodenbeheizungsanlage im Freien, die in Abhängigkeit von jeweils herrschenden Witterungsverhältnissen ihre Tätigkeit ausübt, mit einem auf Niederschläge ansprechenden Fühlerelement und mindestens einem Temperaturfühler, der mit einem elektrischen Schalter zusammenwirkt.
Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Bodenbeheizungen für Strassen, Plätze, Brücken u. dgl. in Abhängigkeit der herrschenden Witterungsverhältnisse automatisch-so zu steuern, dass Schnee möglichst schnell nach seinem Fall geschmolzen wird und anderseits die Heizung nur so lange eingeschaltet bleibt, als dies bei den herrschenden Witterungsverhältnissen wirklich erforderlich ist, um den Stromverbrauch möglichst gering zu halten.
Die Erfindung, mit der dies ermöglicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das auf Niederschläge ansprechende Fühlerelement so ausgebildet ist, dass es auf die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit einer Schicht zwischen zwei voneinander distanzierten Elektroden im trockenen und feuchten Zustand zur Auslösung eines Steuervorganges anspricht, und der Temperaturfühler so eingebaut ist, dass er die Bodentemperatur feststellt.
Dadurch wird erreicht, dass die Heizung einerseits in Abhängigkeit der Bodentemperatur und anderseits in Abhängigkeit der Niederschläge nur dann und nur so lange eingeschaltet wird, wenn dies tatsächlich aufgrund der Witterungsverhältnisse sinnvoll ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine im Boden eingelassene Fühler-Kombination,
Fig. 2 ein Schaltdiagramm für die Steueranlage der Bodenbeheizung.
Die Fühler-Kombination gemäss Fig. 1 enthält eine Tragplatte 1, die im Freien üblicherweise etwa bündig in den Boden über der Bodenbeheizung eingelassen wird. Mit der Tragplatte 1 ist ein Gehäuse 2 verbunden, das den unteren Teil von zwei im Abstand voneinander angeordneten Fühlerelementen 3, 4 umgibt. An die beiden Fühlerelemente 3, 4 ist ein elektrisches Kabel 5 angeschlossen, das zu einem vorzugsweise in einem benachbarten Gebäude angeordneten Apparatekasten führt, in welchem die elektronischen Bauteile enthalten sind.
Beide Fühlerelemente 3, 4 beruhen in ihrer Wirkung darauf, dass sich der elektrische Widerstand bzw. die Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 ändert, wenn die obere Stirnseite des dazwischen befindlichen Isoliermaterials 8 feucht ist, im Gegensatz zum trockenen Zustand. Diese Widerstandsänderung wird in einem transistorisierten Verstärker ausgewertet und in einen Schaltimpuls umgesetzt, der über Zwischenglieder zur Steuerung der Bodenheizung dient.
Die zentrale Elektrode 7 ist aussen von einem Ring 8 aus elektrisch isolierendem Material umgeben. Eine äussere ringförmige Elektrode 6 erstreckt sich um diesen Ring 8 herum, wobei die Elektrode 6 und der Ring 8 die zentrale Elektrode 7 konzentrisch umgibt. Die Stirnfläche 11 des Isolierringes 8 liegt gegenüber den Elektroden 6, 8 etwas vertieft, so dass sich Regenwasser bzw. Schneeschmelzwasser in dieser Vertiefung ansammeln kann. Im Hohlraum 9 - der sich nach unten öffnet - der zentralen Elektrode 7 befindet sich eine elektrische Heizpatrone 10, mit der dieses Fühlerelement 3 beheizt werden kann, um zu bewirken, dass Wasser auf dem Isolierring 8 schneller verdunstet und dieses Fühlerelement 3 somit früher trocken ist als das Fühlerelement 4, bei dem keine solche Heizung eingebaut ist.
Im Hohlraum 11 des zweiten Fühlerelementes 4 ist dagegen ein Temperaturfühler 14 untergebracht, dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit der Temperatur ändert. Bei Erreichen einer einstellbaren oberen Temperatur bewirkt ein elektronisches Auswertgerät im Apparatekasten, dass ein Schaltvorgang ausgelöst wird, und beim Absinken der Temperatur auf einen unteren einstellbaren Wert erfolgt ebenfalls ein Schaltvorgang. Die Differenztemperatur beträgt vorzugsweise etwa 5C, d. h. die untere Temperatur, bei der ein Schaltvorgang ausgelöst wird, beträgt etwa -3 C und die obere Temperatur etwa +2oC.
Damit die Fühlerelemente 3, 4 durch die sich eventuell im Boden befindliche Feuchtigkeit nicht nachteilig beeinflusst werden, sind sie unten durch eine isolierende Vergussmasse 15 verschlossen.
Aus Ausführungsvariante könnte anstelle des Temperaturfühlers 14 und des zugeordneten elektronischen Auswertgerätes auch ein Thermoschalter treten, der bei gewissen Temperaturgrenzen direkt einen elektrischen Schaltvorgang bewirkt.
Nachfolgend sei die grundsätzliche Wirkungsweise anhand der Fig. 2 für eine elektrische Bodenheizung erläutert. Der Niederschlagsfühler A, weIcher dem beheizbaren Fühlerelement 3 entspricht, und der Feuchtigkeitsfühler, welcher dem Fühlerelement 4 entspricht, sind an ein elektronisches Auswertegerät E angeschlossen. Der Temperaturfühler C, der dem Temperaturfühler 14 entspricht, ist mit einem weiteren nachgeschalteten elektronischen Auswerteger.ät F verbunden. Die beiden Auswertegeräte und F stehen miteinander in leitender Verbindung. Dabei bewirkt das Auswertegerät F, dass eine obere Arbeitstemperatur von etwa + 2OC bei Niederschlägen und somit nassem Boden (Tautemperatur) und eine untere Absenktemperatur von etwa - 3 C bei trockener Witterung angenähert konstant gehalten werden.
Die Umschaltung wird durch das Auswertegerät E aufgrund der bei den Fühlerelementen A, B festgestellten Witterungsverhältnissen vorgenommen. Die Schaltimpulse des Auswertegerätes F werden einem Schaltrelais G od. dgl. zugeführt, das einen Schaltschützen H ein- oder ausschaltet. Dieser steht mit einem Heiztrafo J in elektrisch leitender Verbindung, dessen Kleinspannung von maximal 50 Volt abgebende Sekundärwicklung mit der elektrischen Bodenheizung K verbunden ist.
Die im Boden verlegten Heizleiter der Bodenheizung bewirken, dass fallender Schnee fortwährend geschmolzen und eine Eisbildung verunmöglicht wird. Der Temperaturfühler bewirkt, dass die Stromzufuhr bei Erreichen der eingestellten Solltemperatur unterbrochen wird. Damit die Oberfläche auch nach Aufhöhren des Schneefalls nachtrocknet, bewirkt der Feuchtigkeitsfühler, dass die Bodenheizung noch während einer gewissen Zeit eingeschaltet bleibt.
Bei kalter aber trockener Witterung hingegen hat es keinen Sinn, die Oberflächentemperatur über dem Gefrierpunkt zu halten. Wenn der Boden trocken ist, kann die Temperatur des Bodens auch auf einen einstellbaren Wert einige Grad unter den Nullpunkt fallen, beispielsweise auf - 30C. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass elektrische Heizenergie gespart wird, anderseits wird verhindert, dass die Bodentemperatur auf einen tieferen Wert absinkt, wodurch Frostschäden vermieden werden und das Aufheizen des Bodens bei Schneefall auf Schmeiztemperatur schnell erreicht wird.
Zusätzlich könnte die Steueranlage auch noch mit Lufttemperatur- und Luftfeuchtigkeitsfühlern ergänzt werden, mit welchen eine Früheinschaltung der Bodenheizung erreicht werden kann.
Anstelle einer elektrischen Bodenheizung könnte auch eine Warmwasser- bzw. Dampfheizung oder Heissgas mit im Boden verlegten Rohrschlangen vorgesehen werden. Die beschriebene Steuereinrichtung würde dann die Zirkulation des Heizmediums steuern, vorzugsweise unter Verwendung von Magnetventilen, die durch ein Schaltrelais G ein- oder ausge schaltet werden, bzw. den Durchfluss des Heizmediums mehr oder weniger drosseln.
The invention relates to an electrical control device for an outdoor floor heating system, which performs its activity depending on the prevailing weather conditions, with a sensor element responsive to precipitation and at least one temperature sensor that interacts with an electrical switch.
With the invention, the object is to be achieved, underfloor heating for streets, squares, bridges and. Like. Automatic control depending on the prevailing weather conditions so that snow is melted as quickly as possible after its fall and, on the other hand, the heating only remains switched on as long as this is really necessary in the prevailing weather conditions in order to keep power consumption as low as possible.
The invention, with which this is made possible, is characterized in that the sensor element responsive to precipitation is designed so that it responds to the different electrical conductivity of a layer between two spaced apart electrodes in the dry and wet state to trigger a control process, and the The temperature sensor is installed in such a way that it detects the floor temperature.
This ensures that the heating is switched on, on the one hand, depending on the soil temperature and, on the other hand, depending on the precipitation, and only for as long as it actually makes sense due to the weather conditions.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing. Show it:
1 shows a vertical section through a sensor combination embedded in the floor,
Fig. 2 is a circuit diagram for the control system of the floor heating.
The sensor combination according to FIG. 1 contains a support plate 1 which, outdoors, is usually embedded approximately flush into the floor above the floor heating. A housing 2 is connected to the support plate 1 and surrounds the lower part of two sensor elements 3, 4 arranged at a distance from one another. An electrical cable 5 is connected to the two sensor elements 3, 4 and leads to an apparatus box which is preferably arranged in an adjacent building and in which the electronic components are contained.
The effect of both sensor elements 3, 4 is based on the fact that the electrical resistance or conductivity between the two electrodes 6 and 7 changes when the upper end of the insulating material 8 located between them is moist, in contrast to the dry state. This change in resistance is evaluated in a transistorized amplifier and converted into a switching pulse which is used to control the floor heating via intermediate elements.
The central electrode 7 is surrounded on the outside by a ring 8 made of electrically insulating material. An outer ring-shaped electrode 6 extends around this ring 8, the electrode 6 and the ring 8 concentrically surrounding the central electrode 7. The end face 11 of the insulating ring 8 lies somewhat recessed opposite the electrodes 6, 8, so that rainwater or snowmelt water can collect in this recess. In the cavity 9 - which opens downwards - of the central electrode 7 there is an electrical heating cartridge 10, with which this sensor element 3 can be heated in order to cause water on the insulating ring 8 to evaporate more quickly and this sensor element 3 to dry out earlier than the sensor element 4, in which no such heater is installed.
In the cavity 11 of the second sensor element 4, however, a temperature sensor 14 is accommodated, the electrical resistance of which changes as a function of the temperature. When an adjustable upper temperature is reached, an electronic evaluation device in the equipment box triggers a switching process, and when the temperature drops to a lower adjustable value, a switching process also takes place. The difference temperature is preferably about 5C, i.e. H. the lower temperature at which a switching process is triggered is approximately -3 C and the upper temperature approximately + 2oC.
So that the sensor elements 3, 4 are not adversely affected by any moisture in the ground, they are closed at the bottom by an insulating potting compound 15.
As a variant embodiment, a thermal switch could also be used instead of the temperature sensor 14 and the associated electronic evaluation device, which directly effects an electrical switching process at certain temperature limits.
The basic mode of operation for an electrical floor heating system is explained below with reference to FIG. 2. The precipitation sensor A, which corresponds to the heated sensor element 3, and the humidity sensor, which corresponds to the sensor element 4, are connected to an electronic evaluation device E. The temperature sensor C, which corresponds to the temperature sensor 14, is connected to a further electronic evaluation device F connected downstream. The two evaluation devices and F are in conductive connection with one another. The evaluation device F ensures that an upper working temperature of around + 2OC in the case of precipitation and thus wet soil (dew temperature) and a lower lower temperature of around -3 C in dry weather are kept approximately constant.
The switchover is carried out by the evaluation device E based on the weather conditions determined for the sensor elements A, B. The switching pulses of the evaluation device F are fed to a switching relay G or the like, which switches a contactor H on or off. This is in an electrically conductive connection with a heating transformer J, whose secondary winding, which emits a maximum of 50 volts, is connected to the electrical floor heating K.
The underfloor heating conductors laid in the ground ensure that falling snow is continuously melted and ice formation is made impossible. The temperature sensor causes the power supply to be interrupted when the set target temperature is reached. So that the surface dries up after the snowfall has stopped, the moisture sensor ensures that the floor heating remains switched on for a certain time.
In cold but dry weather, however, there is no point in keeping the surface temperature above freezing point. If the floor is dry, the temperature of the floor can also drop to an adjustable value a few degrees below zero, for example to -30C. This measure ensures that electrical heating energy is saved; on the other hand, it prevents the floor temperature from dropping to a lower value, which prevents frost damage and the floor is quickly heated to melting temperature when it snows.
In addition, the control system could also be supplemented with air temperature and humidity sensors, with which the floor heating can be switched on early.
Instead of electrical floor heating, hot water or steam heating or hot gas could be provided with pipe coils laid in the floor. The control device described would then control the circulation of the heating medium, preferably using solenoid valves that are switched on or off by a switching relay G, or throttle the flow of the heating medium more or less.