DE102012108936A1 - Method for controlling function of radiator, particularly for heating of inner space or outdoor space, involves switching- on or off electrical heating element of radiator based on time or temperature and activating latent heat accumulator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionssteuerung eines mit einem Latentwärmespeicher und einem elektrischen Heizelement bestückten Heizkörper sowie einen Heizkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3. The invention relates to a method for controlling the function of a fitted with a latent heat storage and an electric heating element radiator and a radiator according to the preamble of claim 3rd
Ein solcher Heizkörper, wie er aus der
Dabei zeichnet sich dieser Heizkörper durch eine hohe Wärmespeicherdichte des Latentwärmespeichers aus, sowohl hinsichtlich seiner Speicherkapazität wie auch seiner Speicherdauer. Latentwärmespeicher werden auch als PCM (Phase Change Material) bezeichnet, da sie ihren Aggregatzustand nach Aufnahme oder Abgabe von Wärme ändern. In this case, this radiator is characterized by a high heat storage density of the latent heat storage, both in terms of its storage capacity as well as its storage duration. Latent heat storage devices are also referred to as PCM (Phase Change Material) because they change their state of aggregation after heat absorption or release.
So verflüssigt sich beispielsweise festes Paraffin bei Zufuhr von Wärme, wobei die zugeführte Wärme gespeichert wird. Die Abgabe der gespeicherten Wärme erfolgt, wenn das PCM bei Erreichen seiner Erstarrungstemperatur rekristallisiert. Bei PCMs, die eine Unterkühlung aufweisen, wozu viele Salzhydrate gehören, die selbst bei Raumtemperatur im unterkühlten Zustand vorliegen, ist hierzu eine punktuelle Initialisierung der Kristallisation notwendig, nach der das PCM die latente Wärme abgibt. For example, solid paraffin liquefies upon the supply of heat, whereby the supplied heat is stored. The stored heat is released as the PCM recrystallizes upon reaching its solidification temperature. For PCMs that have hypothermia, which includes many salt hydrates that are in the supercooled state even at room temperature, this requires a selective crystallization initiation, after which the PCM releases the latent heat.
Der bekannte Heizkörper bezieht seine Energie zur Wärmeerzeugung aus dem Stromnetz, wobei das Heizelement typischerweise als Widerstandsheizung ausgelegt ist. Allerdings sind bislang keine Maßnahmen vorgesehen, die eine effiziente Nutzung hinsichtlich der Wärme- bzw. Stromaufnahme einerseits und eine optimale, an die Bedürfnisse der Nutzer angepasste Wärmeabgabe andererseits ermöglichen. The known radiator draws its energy for heat generation from the mains, wherein the heating element is typically designed as a resistance heater. However, to date no measures have been envisaged which permit efficient use with regard to heat or power consumption on the one hand and optimum heat dissipation adapted to the needs of the users on the other hand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. einen Heizkörper der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass ein hinsichtlich der kosten- sowie der personenbezogenen Nutzung optimierter Betrieb möglich ist. The invention has for its object to further develop a method or a radiator of the generic type so that in terms of cost and personal use optimized operation is possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Heizkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a radiator having the features of
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun z.B. möglich, den besonders günstig zu Schwachlastzeiten angebotenen Strom zur Aufheizung des Latentwärmespeichers zu nutzen. Dies erfolgt erfindungsgemäß tageszeitabhängig, wozu eine Steuerungsvorrichtung dem Heizkörper zugeordnet ist, mit der die von den Stromanbietern bekannt gegebenen günstigsten Tageszeiten eingestellt und geschaltet werden. Insbesondere bieten sich hierzu die Nachtstunden an, in denen auch die herkömmlichen Elektrospeicheröfen mit Strom versorgt werden. By means of the method according to the invention, it is now e.g. possible to use the particularly favorable for low load periods offered power to heat the latent heat storage. This is done according to the invention of the time of day, for which purpose a control device is assigned to the radiator, with the announced by the electricity providers given most favorable times of the day and are switched. In particular, this is the night hours, in which the conventional electric storage heaters are supplied with electricity.
Die hohe Speicherfähigkeit des Latentwärmespeichers in Kombination mit den günstigsten Strom-Beschaffungskosten, ermöglicht einen Betrieb des Heizkörpers, der in jeder Beziehung optimiert ist. The high storage capacity of the latent heat storage in combination with the cheapest electricity procurement costs, allows operation of the radiator, which is optimized in every respect.
Hierzu trägt auch bei, dass erfindungsgemäß eine Initialisierung zur Kristallisation des Latentwärmespeichers abhängig von der Raumtemperatur oder über einen Handschalter erfolgt. This also contributes to the fact that according to the invention an initialization for the crystallization of the latent heat storage depends on the room temperature or via a manual switch.
Dies geschieht, indem die Kristallisation eines unterkühlten PCM gezielt ausgelöst wird und/oder indem, gemäß einer anderen Variante der Erfindung, eine Wärmeisolierung zwischen PCM und Umgebung entfernt wird. This is done by the crystallization of a supercooled PCM is triggered targeted and / or by, according to another variant of the invention, a thermal insulation between the PCM and the environment is removed.
Die Wärmeabgabe wird so von der Stromaufnahme zeitlich entkoppelt und die Wärme kann abgerufen werden, wenn sie vom Nutzer benötigt wird. The heat dissipation is temporally decoupled from the power consumption and the heat can be retrieved when needed by the user.
Zur raumtemperaturabhängigen Schaltung ist ein Raumthermostat vorgesehen, der in an sich bekannter Weise an geeigneter Stelle des Raumes angeordnet ist und mit dem auch die Menge der zu speichernden Wärme regelbar ist. Dies kann im Übrigen auch zusätzlich durch einen Außentemperaturfühler erfolgen, der vorgibt, wie lange die Aufheizung des Latentwärmespeichers, in Abhängigkeit von der Außentemperatur zu erfolgen hat. For room temperature-dependent circuit, a room thermostat is provided, which is arranged in a conventional manner at a suitable location of the room and with the amount of heat to be stored is regulated. Incidentally, this can also be done by an external temperature sensor, which specifies how long the heating of the latent heat accumulator, depending on the outside temperature has to be done.
Zur Initialisierung der Kristallisation, also quasi als Keimbildner, können beispielsweise beschichtete Stäbe oder Gitter vorgesehen sein, die mittels einer Steuerungseinrichtung in die Schmelze des Latentwärmespeichers gefahren und nach erfolgter Initialisierung wieder entfernt werden. Als PCM werden dabei vorzugweise Salzhydrate eingesetzt, da diese bei Raumtemperatur vielfach eine deutliche Unterkühlung zeigen. To initialize the crystallization, that is, as a kind of nucleating agent, it is possible, for example, to provide coated rods or grids which are driven into the melt of the latent heat accumulator by means of a control device and are removed again after initialization. In this case, salt hydrates are preferably used as the PCM, since these often show marked hypothermia at room temperature.
Gleichfalls möglich ist eine magnetisch gesteuerte Anregung, bei der auf ein Durchdringen der Schmelze verzichtet werden kann. Likewise possible is a magnetically controlled excitation, which can be dispensed with a penetration of the melt.
Alternativ kann die Kristallisation durch eine mechanische oder akustische Anregung der Gehäusewände oder dergleichen ausgelöst werden, wobei hierzu Kristallbildner in bestimmter Menge z.B. an der Gehäusewand vorgesehen werden, die sich durch eine elektronisch gesteuerte Anregung aktivieren lassen und so den Kristallisationsprozess einleiten. Alternatively, the crystallization may be initiated by mechanical or acoustic excitation of the housing walls or the like, using crystallizers of a certain amount, e.g. be provided on the housing wall, which can be activated by an electronically controlled excitation and thus initiate the crystallization process.
Denkbar ist auch, an der Gehäuseinnenwand oder an geeigneter Stelle zumindest ein thermoelektrisches Kühlelement, wie es als Peltier-Element bekannt ist, vorzusehen, mit dem durch eine lokale Kühlung kleiner Volumina die Kristallisation ausgelöst wird. It is also conceivable, on the housing inner wall or at a suitable location, at least one thermoelectric cooling element, such as a Peltier element It is known to provide, with which the crystallization is triggered by a local cooling of small volumes.
Die Wärmeisolierung zwischen PCM und Umgebung kann durch einen reduzierbaren Luftspalt zwischen einer Gehäuse-Frontplatte und dem PCM sowie durch einen zusätzlichen Infrarotreflektor realisiert werden. Auf diese Weise werden Wärmeleitung und Wärmestrahlung in Richtung Umgebung minimiert. Zur Abgabe der im PCM gespeicherten Wärme kann der Luftspalt durch Andrücken der Gehäuse-Frontplatte an das PCM beseitigt werden. Zweckmäßig ist es, zusätzlich in an sich bekannter Weise eine rückseitige Wärmeisolierung einzubauen. The thermal insulation between PCM and the environment can be realized by a reducible air gap between a housing front plate and the PCM as well as an additional infrared reflector. In this way, heat conduction and heat radiation in the direction of the environment are minimized. To release the heat stored in the PCM, the air gap can be removed by pressing the housing front panel to the PCM. It is expedient to additionally install in a conventional manner, a rear thermal insulation.
Eine solche schaltbare Wärmedämmung ist sowohl mit einem PCM ohne Unterkühlung, beispielsweise Paraffin, wie auch mit einem Salzhydrat-PCM verwendbar. Im letzteren Fall hat die Wärmedämmung den Vorteil, dass das PCM nach Aufladung langsamer abkühlt. Dies führt im Vergleich zu einer ungedämmten Ausführung zu einer geringeren Unterkühlung und damit zur Abgabe einer größeren Wärmemenge nach dem Auslösen der Kristallisation und Beseitigen des Luftspaltes. Damit wird der steuerbare Wärmeanteil vergrößert. Such a switchable thermal insulation is usable with both a PCM without supercooling, for example paraffin, as well as with a salt hydrate PCM. In the latter case, the thermal insulation has the advantage that the PCM cools down more slowly after charging. This results in comparison to a non-insulated design to a lower supercooling and thus to deliver a larger amount of heat after the initiation of crystallization and eliminating the air gap. This increases the controllable heat content.
Der Heizkörper ist im Übrigen als Infrarotheizkörper konzipiert, d.h., seine Oberflächentemperatur ist so hoch und seine Oberflächen sind derart gestaltet, dass mehr Wärme in Form von IR-Strahlung als über Konvektion abgegeben wird. Die Phasenübergangstemperatur des PCM ist entsprechend hoch zu wählen. Incidentally, the radiator is designed as an infrared radiator, that is, its surface temperature is so high and its surfaces are designed so that more heat is emitted in the form of IR radiation than via convection. The phase transition temperature of the PCM is to be selected correspondingly high.
Des Weiteren muss das PCM verkapselt, d.h. in einer Einhüllung vorliegen, da es beim Phasenübergang zu einer Verflüssigung kommt. Eine solche Verkapselung liegt auch dann vor, wenn das PCM in eine ausreichend stabile Trägermatrix eingebunden ist, die ein Auslaufen des PCM in flüssigem Zustand verhindert. Furthermore, the PCM must be encapsulated, i. be present in an envelope, since it comes to the liquefaction during the phase transition. Such an encapsulation is also present when the PCM is embedded in a sufficiently stable carrier matrix which prevents leakage of the PCM in the liquid state.
Um einen Austausch des PCM bei Nachlassen der Funktionsfähigkeit zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, ist das PCM oder sind die damit befüllten Kapseln in einem flexiblen Bezug, beispielsweise aus einer Kunststofffolie, gehalten, so dass der Latentwärmespeicher praktisch als Kissen vorliegt, das insoweit den Raum des Gehäuses ausfüllt und ohne weiteres entnommen werden kann. In order to facilitate or facilitate replacement of the PCM when the functional capability is reduced, the PCM or the capsules filled with it are held in a flexible cover, for example made of a plastic film, so that the latent heat storage device is present in the form of a cushion, insofar as the space fills the housing and can be removed easily.
Es besteht durchaus die Möglichkeit, die Umhüllung wieder zu verwenden, da lediglich das PCM zu entnehmen und die Umhüllung neu zu befüllen ist. It is quite possible to reuse the wrapper, since only the PCM has to be removed and the wrapper has to be refilled.
Vorzugsweise ist der Heizkörper als Heizbild konzipiert, d.h., er besitzt nur eine geringe Tiefe und ist insbesondere für eine Wandmontage ausgelegt. Dabei kann der Heizkörper mit einer elektrischen Anschlussleitung von 800–1000 Watt betrieben werden, die nahezu vollständig in Wärme umgesetzt wird. Eine solche Heizleistung ist für einen Wohnraum mit einer Fläche von ca. 15 qm in einem frei stehenden Einfamilienhaus ausreichend. Die dynamische Aufladung des Latentwärmespeichers kann mit der angegebenen elektrischen Leistung innerhalb einer Stunde erfolgen, wobei die maximale Oberflächentemperatur des Heizkörpers etwa 100°C beträgt. Preferably, the radiator is designed as a heating image, that is, it has only a small depth and is designed in particular for wall mounting. The radiator can be operated with an electrical connection line of 800-1000 watts, which is almost completely converted into heat. Such heating power is sufficient for a living space with an area of about 15 square meters in a detached family house. The dynamic charging of the latent heat storage can be done with the specified electrical power within one hour, the maximum surface temperature of the radiator is about 100 ° C.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist zusätzlich zu dem dem Latentwärmespeicher zugeordneten Heizelement eine Heizeinrichtung vorgesehen, die an der Frontplatte befestigt ist, wobei die Frontplatte beispielsweise aus Glas besteht. According to a further aspect of the invention, in addition to the heating element associated with the latent heat storage device, a heating device is provided which is fastened to the front panel, the front panel consisting, for example, of glass.
Dabei ist diese Heizeinrichtung unabhängig von dem Heizelement betätigbar, d.h., ein- und ausschaltbar. Die Aktivierung der Heizeinrichtung kann thermostatgesteuert oder über einen Handschalter erfolgen, wobei sich die Heizeinrichtung besonders dazu eignet, sehr schnell also quasi unmittelbar Wärme bereitzustellen. Diese wird über die Frontplatte als Strahlungswärme im IR-Bereich abgegeben, die bei einer Frontplattentemperatur von etwa 100°C erfolgt. In this case, this heater is independent of the heating element operable, that is, on and off switchable. The activation of the heating device can be thermostatically controlled or via a manual switch, wherein the heating device is particularly suitable for providing heat almost instantaneously. This is emitted via the front panel as radiant heat in the IR range, which takes place at a front panel temperature of about 100 ° C.
Ferner ist vorgesehen, auf einer die Oberseite des Gehäuses bildenden Schmalseite zu öffnende und zu schließende Austrittsöffnungen in Form eines Gitters anzuordnen, die bei ausschließlichem Betrieb der Heizeinrichtung geschlossen und bei Betrieb des Latentwärmespeichers geöffnet sind. Die Öffnung bzw. Schließung kann händisch erfolgen, ist aber auch entsprechend der Wärmeabgabe des Latentwärmespeichers steuerbar. It is further provided to arrange on a narrow side to form the upper side of the housing to be opened and closed outlet openings in the form of a grid, which are closed during exclusive operation of the heater and open during operation of the latent heat storage. The opening or closing can be done manually, but is also controlled according to the heat output of the latent heat storage.
Im Übrigen kann die Heizeinrichtung auch als Frostschutz-Heizung dienen, wozu eine entsprechende Steuerung vorgesehen ist, die eine Initialisierung der Heizeinrichtung bewirkt, wenn ein Temperatursollwert, beispielsweise 5°C erreicht bzw. unterschritten wird. Incidentally, the heater can also serve as antifreeze heater, for which purpose a corresponding control is provided, which causes an initialization of the heater when a temperature setpoint, for example, 5 ° C is reached or fallen below.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Heizkörpers werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Embodiments of a radiator according to the invention are described below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
In den Figuren ist jeweils ein insgesamt mit dem Bezugszeichen
In thermischem Kontakt mit dem Heizelement
Der tageszeitabhängige Aufladezeitpunkt richtet sich sinnvollerweise nach einer lastschwachen Netzzeit, beispielsweise am späten Vormittag oder in der Nacht und kann über eine Steuereinheit
Bei dem in der
Die Initialisierung erfolgt abhängig von der Raumtemperatur oder über einen Handschalter, wobei zur Ermittlung der Raumtemperatur ein Thermostat vorgesehen ist, der beispielsweise in die Steuereinheit
Die einmal eingeleitete Kristallisation kann gestoppt werden, indem der Latentwärmespeicher
Bei dem in der
Ein zusätzlicher IR-Reflektor
Die linke Darstellung der
Durch Verstellen der Frontplatte
Im Unterschied zu dem in der
In der
Der Rahmen
Zur Regelung der Heizeinrichtung
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