DE102017007509A1 - Verfahren für eine optimale Infrarot-Strahlungserwärmung und Wärmespeicherung - Google Patents

Abstract

Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.Mit einer Relaisleiste(19) sind die Infrarotpaneele(1),(2),(3),(4) über einen Winkel(5) derart zueinander ausgerichtet, dass über jedes IR-Heizfeld(7),(8),(9),(10) durch den Abstrahlwinkel(6) die jeweils anderen drei Infrarotpaneele aus(1),(2),(3),(4) erwärmt werden. Alle IR-Heizfelder(7)-(18) haben den gleichen Stromverbrauch. Wenn der Ertrag aus Ertragszähler(21) zuzüglich Stromverbrauch eines(7)-(18) höher ist, als der Verbrauch aus Verbrauchszähler(22), wird gemäß einer in einer Regeleinheit(20) gespeicherten, wechselnden Reihenfolge zwischen(1),(2),(3),(4) ein weiteres IR-Heizfeld aus(7)-(18) über(20) an der Relaisleiste(19) hinzugeschaltet.Ist die gewünschte Betriebstemperatur erreicht, so verkleinert sich der Winkel(5) über eine Formgedächtnislegierung in den Scharnieren(27), bei Unterschreitung der Temperatur stellen sich die Infrarotpaneele(1),(2),(3),(4) in die Ursprungsposition zurück. Jedes(7)-(18) wird nach einer Zeitverzögerung(25) von(20) darauf überprüft, ob die Maximaltemperatur von Thermostat(23) oder(24) überschritten wurde und ob der Verbrauch aus(22) höher ist, als der Ertrag aus(21). Bei Überschreitung schaltet(20) über(19) das jeweilige IR-Heizfeld aus(7)-(18) ab. Mit einer Zeitverzögerung(26) nach Abschaltung wird erneut unter Berücksichtigung der Maximalwerte von(23),(24) und(21) in Abgleich mit(22) überprüft, ob das entsprechende Heizpaneel wieder angeschaltet werden kann.

Description

• Eine wesentliche Herausforderung in der Energiewende besteht darin, die endlichen fossilen Energien durch regenerative Energien zu ersetzen. Durch den Ausbau regenerativer Energien entstehen erhebliche Probleme, da hier erhebliche Überkapazitäten ins Stromnetz geleitet werden, zum Beispiel wenn gleichzeitig bei Photovoltaik bei Sonne von vielen Produzenten Strom eingespeist wird, der für sehr hohe Kosten gespeichert werden muss. Das hat schon dazu geführt, dass nur 50% der erzeugbaren Stroms in Verbindung mit Batterien überhaupt eingespeist werden darf. Eine weitere Herausforderung stellen die permanenten zum Beispiel durch Wolken verursachten Einspeisespitzen dar.
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 3.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, Stromspitzen im Verbrauch zu verhindern und den Verbrauch optimal an die Ertragskurze einer dezentralen regenerativen Stromerzeugung anzugleichen. Des weiteren soll Wärme in Räumen, wenn sie nicht benutzt werden, zwischengespeichert werden.
• Nach dem Stand der Technik gibt es nur sehr wenige Energieverbraucher, die sich in sehr kleinen Verbrauchsschritten sinnvoll an die Ertragskurve anpassen lassen. So brauchen Klimaanlagen, Waschmaschinen, und ähnliches, abhängig von den Anforderungen der eigenen Regeltechnik, in Spitzen bis zu 90% mehr Strom, als in Minimalverbrauchsphasen. Das Problem der ständig sich ändernden Verbrauchspitzen entsteht also schon durch die Verbraucher ohne Eigenertrag. Strom muss auf der einen Seite teuer zentral zwischengespeichert werden oder auf der anderen Seite müssen meist mit fossilen Rohstoffen arbeitende Kraftwerke in Reserve gehalten werden, um die Spitzenzeiten abzufangen.
• Die erfindungsgemäße Infrarotheizung ist ideal geeignet, um als Kurvenglätter eingesetzt zu werden. Schließlich wandelt sie bis zu 100% der eingebrachten Leistung in Wärme um.
• Infrarotheizungen haben nach dem Stand der Technik den Nachteil, dass sie eine zu lange Anlaufzeit haben, bis sie Strahlungswärme abgeben und dass sie in der Regel erst ab 300 Watt Heizlast sinnvoll sind und auch nicht dimmbar sind.
• Insofern wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruch 1 und 2 dadurch gelöst, dass ein Infrarotpaneel in verschiedene einzeln zu schaltende Infrarotheizfelder aufgeteilt wird. Ein einzelnes Infrarotheizfeld mit zirka 100 Watt reicht zwar nicht aus, um einen Raum zu erwärmen. Allerdings durch die erfindungsgemäße Anordnung der Paneele mit ihren Heizfeldern zueinander, kann jedes einzelne Infrarotheizfeld alle Paneele so aufheizen, dass mit einer geringen Heizlast eine direkte Abgabe von erhaltener Strahlungswärme möglich ist und nicht, wie nach dem Stand der Technik nötig, mehrere Minuten vorgeheizt werden muss.
• In zirka 100 Watt Stufen werden erfindungsgemäß dann, abhängig vom Ertragsüberschuss zum Beispiel durch eine Photovoltaikanlage, weitere Infrarotheizfelder dazugeschaltet. So wird dann schnell je nach Ausstattung eine - mit 1200 Watt oder bei mehr Heizfeldern auch mehr - produzierte Strahlungswärme erzeugt.
• Ein Home Zone Sensor könnte zum Beispiel das Öffnen des Garagentores melden. In der Zeit, die ein Bewohner benötigt, es sich im Haus bequem zu machen, soll möglichst eine angenehme Wärme erreicht sein.
• Bei Erreichen der Betriebstemperatur wird die Strahlung nicht mehr auf die Heizpaneele fokussiert. Diese klappen auf und vergrößern so den Strahlungsbereich. So kann die Heizperiode einer klassischen Heizung je nach Wärmedämmung erheblich verkürzt werden und die Stromkurve wird geglättet.
• Strom, der ins Stromnetz eingespeist wird, wenn alle Strom haben, muss nach dem Stand der Technik teuer zwischengespeichert werden und erhöht so den Strombezugspreis. Auch wenn derzeit eingespeister Strom subventioniert wird, sind Lösungen zu schaffen, um ohne teure Technologie Strom dezentral speichern zu können.
• Insofern wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruch 3 dadurch gelöst, dass überflüssiger Strom für die Erwärmung eines Kellerraums auf über 30 Grad genutzt wird. Im Raum darüber wird kontrolliert, ob bei Anwesenheit die Temperatur nicht zu warm ist. Über Nacht steigt die Wärme vom Keller nach oben.
• Ein ähnliches Verfahren ist auch für normale Räume möglich, wenn wie der Erfinder in 10 2016 008 598.3 angemeldet hat, über Sensoren die Anwesenheit erfasst wird. Hier werden erfindungsgemäß die Räume über Normaltemperatur in sonnenreichen Stunden aufgeheizt, wenn niemand anwesend ist. Alternativ kann auch erfindungsgemäß über dieses Verfahren ein Wasserboiler aufgeheizt werden. Die nach dem Stand der Technik vorhandenen Heizstäbe arbeiten in mindestens 500 Watt Stufen und sind für eine Glättung des Stromverbrauchs oder Anpassung an die Ertragskurve nicht geeignet.

Claims (3)

1. (effiziente Strahlungswärmegewinnung), dadurch gekennzeichnet • dass mindestens zwei Infrarotpaneele mit jeweils mindestens zwei Infrarotheizfeldern versehen sind, • dass mindestens ein Thermostat von einer Regeleinheit überprüft wird, ob die hinterlegte Maximaltemperatur überschritten wurde, • dass mindestens ein Infrarotpaneel in der Grundstellung in einem Winkel zu mindestens einem weiteren Infrarotpaneel angeordnet ist, dass mindestens ein darauf angeordnetes Infrarotheizfeld mit seinem Abstrahlwinkel alle angeordneten Infrarotpaneele mit der direkten Heizstrahlung erreicht, • dass die Heizlast von jedem Infrarotheizfeld so ausgelegt ist, dass alle zugehörigen Infrarotpaneele soweit erwärmt werden können, dass bei Einschalten in kurzer Zeit Strahlungswärme produziert werden kann, • dass mindestens ein Infrarotheizfeld je Infrarotheizpaneel in der Position zu mindestens einem weiteren Infrarotpaneel in der Grundstellung angeordnet ist, dass es mit seinem Abstrahlwinkel alle angeordneten Infrarotpaneele mit der direkten Heizstrahlung auf der gesamten Fläche erreicht, • dass die Heizlast eines Infrarotheizfeldes ausreicht, um alle angeordneten ausgeschalteten Infrarotpaneele in die benötigte Temperatur zu versetzen, um bei Einschalten über jedes Infrarotheizfeld sofort Strahlungswärme abgeben zu können, • dass ein Infrarotheizfeld mindestens solange angeschaltet bleibt, bis es die maximale Strahlungswärme erreicht hat, • dass nach Abschalten eines Infrarotheizfeldes von einer Regeleinheit nach einer Zeitverzögerung, gemessen an der durchschnittlichen Zeitspanne, die das Infrarotheizfeld bis zu Abkühlung auf die Mindestwärme zur Abgabe von Strahlungswärme benötigt, überprüft wird, ob unter Berücksichtigung von Messtemperaturmaximalwerten eine Anschaltung wieder möglich ist, • dass unter Berücksichtigung von Messtemperaturmaximalwerten mit Wechsel der Infrarotheizfelder, diese von einer Regeleinheit gemäß einer gespeicherten Reihenfolge hintereinander oder gleichzeitig erwärmt werden, • dass je nach Ausführung bei Erreichen der Planmaximaltemperatur über eine in einem Scharnier eingebundene Formgedächtnislegierung die Infrarotpaneele den Winkel der Grundstellung in Richtung einer planen Fläche verlassen und so den Strahlungsbereich vergrößern können, • dass je nach Ausführung bei Unterschreiten der Planmaximaltemperatur über eine in einem Scharnier eingebundene Formgedächtnislegierung die Infrarotpaneele zu dem Winkel der Grundstellung zurückfinden können,
2. (Stromspitzenauslastung), dadurch gekennzeichnet • dass an eine Regeleinheit mindestens ein Thermostat, ein Verbrauchszähler und ein Ertragszähler angeschlossen sind, • dass ein Schaltkriterium ist, ob der den Verbrauch übersteigende Ertrag der Heizlast eines weiteren anzuschaltenden Infrarotheizfeldes entspricht oder diese übersteigt, • dass ein Schaltkriterium ist, ob die in der Regeleinheit hinterlegte Maximaltemperatur von mindestens einem Thermostat unterschritten wird, • dass bei Einhaltung aller Schaltkriterien ein weiteres Infrarotheizfeld von einer Regeleinheit, gemäß der hier hinterlegten Reihenfolge und bei Berücksichtigung der bereits angeschalteten Infrarotheizfelder, angeschaltet wird,
3. (Speicherfunktion), dadurch gekennzeichnet • dass ein nicht deckenisolierter Keller benutzt werden kann, um für Zeiten niedrigen Stromertrags, Wärme durch Heizen auf eine erhöhte Raumtemperatur in Zeiten erhöhten Stromertrags zu speichern, • dass die erhöhte Raumtemperatur durch einen in der Regeleinheit eingestellten erhöhten Maximaltemperaturwert hinterlegt wird, • dass über einen Anwesenheitssensor die Benutzung bei Kelleraufstellung gemessen wird, • dass bei Erkennung einer Anwesenheit die Regeleinheit auf einen zweiten niedrigeren Maximaltemperaturwert abregelt, • dass bei Nutzung eines Kellers als Speicher ein dritter Maximaltemperaturwert im Raum über dem Keller gemessen wird, • dass die Regeleinheit solange Infrarotheizfelder ausschaltet, bis kein Maximaltemperaturwert mehr überschritten wird, • dass normale Räume benutzt werden können, um für Zeiten niedrigen Stromertrags, Wärme durch Heizen auf eine erhöhte Raumtemperatur in Zeiten erhöhten Stromertrags, zu speichern, • dass über einen Anwesenheitssensor die Benutzung eines Raumes oder die Annäherung über eine Home Zone Erkennung gemessen wird, • dass bei Erkennung einer Anwesenheit die Regeleinheit auf einen zweiten niedrigeren Maximaltemperaturwert abregelt, • dass mindestens zwei Infrarotpaneele als Deckel für einen Boiler zur Aufheizung von Warmwasser benutzt werden können, • dass zusätzlich ein an die Infrarotstrahlung angepasster, an den Seiten des Boilers des Boilers angebrachter Latentwärmespeicher erhitzt werden kann, • dass die Beheizung des Wassers von der Regeleinheit abhängig von einem im Boiler angebrachten Thermostat geregelt wird, • dass, wenn genügend Stromertrag da ist, die Boilertemperatur immer auf dem Maximaltemperaturlevel gehalten wird, • dass, wenn der in der Regeleinheit hierfür hinterlegte Temperaturminimalwert unterschritten wird, ein Infrarotheizfeld ungeachtet vom Stromertrag zugeschaltet wird, • dass, wenn der in der Regeleinheit hierfür hinterlegte Temperaturminimalwert unterschritten wird, in den hinterlegten Zeiten der Nichtbenutzung, ein Infrarotheizfeld nur zugeschaltet wird, wenn der Stromertrag ausreicht,

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