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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lüftungsgerät zum Belüften eines Gebäudes, wobei das Lüftungsgerät dazu ausgebildet ist, Luftaustauschströme zwischen Gebäudeäußerem und Gebäudeinnerem zu fördern, und optional einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen den Luftaustauschströmen aufweist, wobei das Lüftungsgerät weiter aufweist: einen Anschluss an ein elektrisches AC-Versorgungsnetz zur Energieversorgung des Lüftungsgerätes, eine Messeinrichtung zur Messung zumindest einer Temperatur, einen Anschluss zum Versorgen oder Steuern einer elektrischen Heiz- und/oder Kühleinrichtung mit elektrischer Energie, und eine Steuereinrichtung, die mit der Messeinrichtung verbunden ist, die Luftaustauschströme einstellt und den Anschluss für die elektrische Heiz- und/oder Kühleinrichtung ansteuert.
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Durch bessere Gebäudeisolierung und effizientere Heizanlagen gelingt es, den Energiebedarf für die Gebäudeheizung mehr und mehr zu senken. Aus verschiedenen Gründen ist jedoch ein Mindestluftaustausch zwischen Gebäudeinnerem und Gebäudeäußerem zwingend erforderlich. Die Wärmeverluste bei solcher Lüftung werden deshalb mehr und mehr zu einer besonders störenden Größe. Man setzt deshalb Lüftungsvorrichtungen der eingangs genannten Art ein, um lüftungsbedingte Wärmeverluste zu reduzieren. Aus Effizienzgründen sind dabei rekuperative Lüftungsvorrichtungen zu bevorzugen, welche die sensible Wärme des Innenraums im Winter rückgewinnen bzw. es im Sommer erlauben, den Innenraum zu kühlen. Für die Belüftung von Gebäuden sind zur reinen Rückgewinnung sowohl zentrale wie auch dezentrale Vorrichtungen bekannt. Für Passivhäuser werden derzeit oft zentrale Anlagen eingesetzt. Sie versprechen beste Wirkungsgrade und behandeln mit großvolumigen Wärmetauschern den Luftbedarf für ein gesamtes Gebäude zentral hinsichtlich der Energierückgewinnung. Die Verwendung zentraler Anlagen ist jedoch insofern nachteilig, als eine sehr aufwendige Luftverteilung im Gebäude vorgenommen werden muss. Bei der Konstruktion muss ein Passivhaus quasi um die Lüftungsanlage herum geplant werden und es entsteht ein beträchtlicher zusätzlicher Raumbedarf. Die Wartung und die Einhaltung von Hygienevorschriften der Zuluftleitungen ist problematisch. Dies dürfte ein Grund für die nur zögerliche Verbreitung dieser extrem energiesparenden Gebäudebauweise sein. Auch sind die Kosten für das eigentliche Lüftungsgerät nur ein kleiner Teil der Gesamtkosten für das Lüftungssystem. Zwei Drittel der Kosten entfallen für die Aufwendungen für die Luftverteilung. Zudem ist eine Nachrüstung an bestehenden Gebäuden nicht praktikabel.
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Es besteht deshalb Bedarf für dezentrale Anlagen. Dezentral arbeitende, sogenannte Komfort-Lüftungsgeräte erfreuen sich größerer Beliebtheit. Sie können ohne Hinzunahme eines Lüftungsplaners, beispielsweise von einem Elektriker installiert werden. Ein solches Lüftungsgerät ist beispielsweise aus den Patentschriften
DE 10 2010 042 948 B4 ,
DE 10 2010 042 950 B4 ,
EP 2 447 615 B1 ,
DE 10 2011 002 605 B4 , und
DE 10 2011 002 734 B4 bekannt. Sie sind insbesondere mittlerweile dahin weitergebildet worden, dass eine elektrische Heizung vom Lüftungsgerät angesteuert werden kann. Die elektrische Heizung ist üblicherweise über einen separaten Anschluss versorgt, der von der Steuereinrichtung gesteuert wird. Dies ermöglicht den Einsatz als Heizungs- und Lüftungseinrichtung in Wohnungen. Das Lüftungsgerät misst z.B. die Temperatur der geförderten Luftströme, insbesondere der Luft, die aus den von ihm versorgten Räumen abgezogen wird. Auf diese Weise ist der Steuereinrichtung des Lüftungsgerätes mindestens eine Raumtemperatur bekannt, in der Regel auch noch weitere Luftqualitätsparameter, wie CO
2-Wert und Luftfeuchte. Mindestens auf Basis der Raumtemperatur steuert die Steuereinrichtung im Falle einer elektrischen Heizung deren Tätigkeit.
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Die genannten Lüftungsgeräte sind sehr energiesparend und damit umweltschonend. Dies ist für Benutzer, deren Umweltschutzbedürfnis steigt, auch ein wesentliches Qualitätskriterium. Die Benutzer wünschen zudem eine einfache Bedienung der Lüftungsgeräte bei gesteigertem Umweltschutz.
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Aus der
JP S62-213 638 A ist ein Steuergerät für eine Heizungsanlage bekannt, das die Netzfrequenz bei der Steuerung berücksichtigt. Aus der
JP 2012-233 684 A ist eine Klimaanlage bekannt, welche im Betrieb die Netzfrequenz berücksichtigt. Aus der
EP 1 990 584 A3 ist eine Steuerung eines Gebläses bekannt, das die Netzfrequenz berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lüftungsgerät so weiterzubilden, dass die Bedienung vereinfacht ist, und zugleich auch der Betrieb besonders umweltschonend verläuft.
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Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Es ist ein Lüftungsgerät zum Einbau in eine thermische Gebäudehülle vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, Luftaustauschströme zwischen Gebäudeäußerem und Gebäudeinnerem zu fördern. Optional weist das Lüftungsgerät einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen den Luftaustauschströmen auf. Das Lüftungsgerät umfasst eine Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Temperatur, insbesondere einer Raumtemperatur. Diese Messeinrichtung kann im Lüftungsgerät selbst integriert sein, beispielsweise in Form eines Messfühlers, der die Temperatur der geförderten Luft misst. Die Messeinrichtung kann aber auch separat innerhalb der thermischen Gebäudehülle oder an einem von der Heizung beheizten Warmwasserspeicher angeordnet und über eine Leitung mit dem Lüftungsgerät verbunden sein. Das Lüftungsgerät verfügt über einen Anschluss für ein elektrisches AC-Versorgungsnetz. Hierüber wird das Lüftungsgerät mit Energie versorgt. Weiter ist im Lüftungsgerät ein Anschluss zum Versorgen oder Steuern einer elektrischen Heiz- und/oder Kühleinrichtung mit elektrischer Energie vorgesehen. Dieser Anschluss kann direkt im Lüftungsgerät vorhanden sein oder ausgelagert sein. Er ist jedoch in beiden Varianten von einer Steuereinrichtung angesteuert, die mit der Messeinrichtung verbunden ist und die die Luftaustauschströme einstellt. Dabei kann der Anschluss die elektrische Energie, die er zum Betrieb der Heiz- und/oder Kühleinrichtung bereitstellt, vom Lüftungsgerät erhalten. Es ist aber auch möglich, dass diese Energie dem Anschluss separat, d.h. unabhängig vom Lüftungsgerät zugeführt ist, und die Steuereinrichtung nur das Durchschalten dieser Energie steuert.
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Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, eine aktuelle Ist-Netzfrequenz des Versorgungsnetzes zu erfassen. Sie weist weiter eine Vorgabeeinrichtung auf, an der durch einen Benutzer ein Komfortwert vorgebbar ist. Dieser Komfortwert spezifiziert eine zulässige Abweichung der Temperatur von einer Soll-Temperatur. Diese Abweichung oder Variation der zulässigen Temperatur ändert sich mit dem Komfortwert; nimmt z.B. mit steigendem Komfortwert ab. Die Steuereinrichtung steuert den Anschluss für die elektrische Heiz- und/oder Kühleinrichtung nicht nur abhängig von der gemessenen Temperatur, sondern auch vom Wert der aktuellen Netzfrequenz und vom Komfortwert an, so dass abhängig von diesen Werten der Anschluss die elektrische Heiz- und/oder Kühleinrichtung mit Energie versorgt oder abschaltet. Die Steuereinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie einen Schwellwert für die Netzfrequenz vorsieht und den Anschluss zum Abschalten oder zur elektrischen Leistungsreduktion der elektrischen Heiz- und/oder Kühleinrichtung ansteuert, wenn die Ist-Netzfrequenz unterhalb des Schwellwertes liegt. Die Steuereinrichtung hebt dabei den Schwellwert mit steigendem (oder fallendem -je nach Zuordnung) Komfortwert an.
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Abhängig vom Komfortwert hat das Lüftungsgerät damit eine mehr oder weniger netzfrequenzstabilisierende Wirkung. Für elektrische Wechselspannungsversorgungsnetze ist die Netzfrequenz ein wesentlicher Parameter. Im europäischen Versorgungsnetz beträgt der Frequenzsollwert 50 Hz. Bei einem Überangebot an Strom steigt die Ist-Netzfrequenz über diesen Wert, bei einem Unterangebot sinkt sie darunter. Insbesondere mit der zunehmenden Verbreitung von regenerativen Energieerzeugungsanlagen, wie Windkraftwerken oder Solarkraftwerken, steigt der Anteil an Stromerzeugungseinrichtungen, die hinsichtlich ihrer Leistungsabgabe stark äußeren Einflüssen unterworfen und dementsprechend schlecht steuerbar sind. Ein ausgleichender Eingriff bei steuerbaren Stromerzeugungsanlagen, wie Wasserkraftwerken, Gaskraftwerken etc., ist im Hinblick auf die Verteilungsnetzbelastung und unter Effizienz- und Umweltgesichtspunkten nicht günstig. Das Lüftungsgerät reagiert damit lastseitig, indem es den Betrieb der elektrischen Heiz- und/oder Kühleinrichtung abhängig vom Komfortparameter und der Raumtemperatur möglichst in Phasen legt, in denen ein Überangebot an elektrischem Strom im Versorgungsnetz besteht. Die Steuerungseinrichtung erkennt dies an der Ist-Netzfrequenz.
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Durch die Berücksichtigung des Komfortwerts ist erreicht, dass der Benutzer durch einen einfachen Einstellwert darauf Einfluss nimmt, ob oder wie stark das netzstabilisierende Verhalten der Steuerungseinrichtung ist. Wünscht er hohen Komfort, stellt er einen hohen Komfortwert ein, und die Temperatur wird von der Soll-Temperatur nur zu einem sehr geringen Grad abweichen, da die Steuerungseinrichtung die Schaltfrequenz reduziert und damit ggf. auch zu Phasen elektrischen Strom an die Heiz- und/oder Kühleinrichtung zuteilt, zu denen die Netzfrequenz unter dem Frequenzsollwert liegt, also ein Mangel an Strom im Versorgungsnetz besteht. Ist der Benutzer hingegen mit einem weniger hohen Komfort zufrieden, toleriert er eine gewisse Abweichung zwischen Soll-Temperatur und der aktuellen Temperatur. Demgemäß kann die Steuereinrichtung die elektrische Versorgung der Heiz- und/oder Kühleinrichtung weitgehend oder vollständig auf Phasen beschränken, in denen ein Stromüberangebot zur Verfügung steht, also die Ist-Netzfrequenz über dem Frequenzsollwert liegt.
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Regungstechnisch kann dieses Verhalten der Steuereinrichtung besonders einfach dadurch umgesetzt werden, dass die Steuereinrichtung einen Regler enthält, welcher eine Stellgröße abhängig von Temperatur, Komfortwert und Ist-Netzfrequenz ermittelt. Die Stellgröße zeigt an, inwieweit der elektrischen Heiz- und/oder Kühleinrichtung, welche nicht zwingend Bestandteil des Lüftungsgerätes sein muss, am Anschluss elektrische Energie bereitgestellt wird. Eine besonders einfache Realisierung sieht eine Stellgröße vor, die lediglich ein Ein- und Ausschalten des Elektrogerätes vorgibt (2-Punkt-Verhalten). In einer Verfeinerung der Steuerung wird nicht nur ein Ein- und Ausschalten des Elektrogerätes von der Stellgröße vorgegeben, sondern auch welche Energiemenge aus dem Versorgungsnetz zugeteilt werden soll. Anstatt eines 2-Punkt-Verhaltens kann die Stellgröße damit ein Proportionalverhalten haben.
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Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Stellgröße so ermitteln, dass mit steigendem Komfortwert Zeitanteile zunehmen, in denen am Anschluss Energie aus dem Versorgungsnetz bereitgestellt wird und zugleich die Ist-Netzfrequenz unter dem Frequenzsollwert liegt. Eine Energieentnahme zu Zeitpunkten, zu denen die Ist-Netzfrequenz unter dem Frequenzsollwert liegt, ist aus Netzfrequenzstabilisierungsgründen eigentlich zu vermeiden. Eine Energieversorgung zu diesen Zeitpunkten wird deshalb in einer Weiterbildung vom Komfortwert abhängig gemacht.
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Insbesondere bei leistungsstarken Heiz- und/oder Kühleinrichtungen ist eine dreiphasige Energieversorgung üblich. In solchen Fällen ist es bevorzugt, dass die Stellgröße drei Komponenten enthält, wobei jede Komponente für genau eine der drei Phasen gilt.
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Wie bereits erwähnt, kann der Anschluss vom Lüftungsgerät mit elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz versorgt werden. Auf diese Weise ist die Verkabelung einfach vorgeben. Insbesondere, wenn das Lüftungsgerät ausschließlich eine Heizeinrichtung steuert und diese in unmittelbarer Nähe des Lüftungsgerätes oder gar im Lüftungsgerät selbst, beispielsweise in Form eines Heizregisters, welches die zugeführte Luft erwärmt, vorgesehen ist, ist diese Bauweise besonders vorteilhaft. Für größere Wohngebäude oder Wohnungen und auch zur Verringerung der Anschlussleistung, die das Lüftungsgerät benötigt, ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Anschluss direkt und eigenständig an das Versorgungsnetz angeschlossen ist und einen Anschlusspunkt für die elektrische Heiz- und/oder Kühleinrichtung aufweist. Dieser Anschlusspunkt ist mit dem Versorgungnetz über ein Schaltelement verbunden, welches den Anschlusspunkt vom Versorgungsnetz trennen kann oder den Anschlusspunkt mit dem Versorgungsnetz verbindet. Das Schaltelement ist von der Steuereinrichtung gesteuert. Die Steuereinrichtung ist dann mit dem Anschluss lediglich über eine Steuerverbindung, beispielsweise eine Funkverbindung oder ein Steuerkabel verbunden. Das Verwenden einer Funkverbindung reduziert den Verkabelungsaufwand beträchtlich. Zugleich ist am Lüftungsgerät kein weiterer elektrischer Anschluss nötig, was insbesondere bei Wartungsarbeiten vorteilhaft ist, bei denen das Lüftungsgerät teilweise ausgebaut werden muss. Solche Wartungsarbeiten treten, wie in der Patentschrift
EP 2 447 615 B1 beschrieben ist, wegen des Austauschs von Luftfiltern regelmäßig auf. Auch kann mit einem einzigen Funkmodul im Lüftungsgerät eine Vielzahl an Anschlüssen versorgt werden. So kann ein Lüftungsgerät, dass beispielsweise nicht nur die Luft aus einem Wohnraum, sondern auch aus einem Nebenraum, beispielsweise einem Bad etc., abzieht, elektrische Heizeinrichtung in den diversen Räumen steuern, beispielsweise einer Hauptheizeinrichtung im Wohnraum und eines Handtuchtrockners im Bad. Leitungsgebundene Schaltverbindungen haben den Vorteil, dass sie störungssicherer sind. Zudem ist der elektrische Aufwand im Anschluss reduziert. Beispielsweise kann auf einen kostentreibenden Mikroprozessor im Anschluss dann verzichtet werden. Das Schaltelement kann nach der Art und Funktion eines Relais ausgebildet werden, für 2-Punkt-Verhalten schaltet es ein und aus, für Proportionalverhalten kann es takten. Um den apparativen Aufwand im Zusammenhang mit der Wartung und der teilweisen Zerlegung des Lüftungsgerätes gering zu halten, ist es dann bevorzugt, die Steuerleitung an einem Gehäuseelement des Lüftungsgerätes kontaktlos, insbesondere über einen optischen Koppler anzuschließen.
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Um dem Benutzer die Auswahl des Komfortwertes möglichst einfach zu gestalten, ist eine Anzeige zweckmäßig, die den gewählten Komfortwert visualisiert, beispielsweise in einer Stufenanzeige. Eine besonders einfache Bauweise sieht beispielsweise einen Farbcode vor, der z. B. von blau über grün und gelb nach rot wechselt.
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Die Temperatur, welche gemessen wird, hängt von der Art der Heiz- und/oder Kühleinrichtung ab. Bei einer Raumheizung und/oder -kühlung ist es die Raumtemperatur.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine Schemadarstellung eines Lüftungsgerätes in einem Wohngebäude,
- 2 eine Schemadarstellung eines Reglers in einer Steuereinrichtung des Lüftungsgerätes der 1 zur Versorgung von elektrischer Heizung und Klimaanlage im Wohngebäude der 1,
- 3 eine Schemadarstellung eines Anschlusses, der von der Steuereinrichtung des Lüftungsgerätes der 1 zur Versorgung einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung gesteuert wird,
- 4 eine Schemadarstellung des Lüftungsgerätes zur Veranschaulichung der Kopplung einer Steuerleitung zum Anschluss der 3, und
- 5 bis 8 Diagramme zur Veranschaulichung eines Steuerverhaltens.
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1 zeigt schematisch die Energieversorgung einer Wohneinheit 1 aus einem elektrischen Wechselspannungs-Versorgungsnetz 2. Das Versorgungsnetz 2 wird von stromerzeugenden Anlagen gespeist, im Bespiel schematisch von einer Windkraftanlage 4 und einem Gaskraftwerk 6. Die einzelnen, Strom erzeugenden Anlagen sind in einem Verteilernetz 8 zusammengeführt. Das Versorgungsnetz 2 ist ein Wechselspannungsnetz, für das ein Frequenzsollwert F-s vorgeben ist. In Europa beträgt dieser Wert 50 Hz. Liegt ein Stromüberangebot vor, steigt die Netzfrequenz über diesen Wert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Windkraftanlage 4 mit hoher Leistung arbeitet. Liegt hingegen im Verteilernetz 8 ein Unterangebot an Strom vor, sinkt die Netzfrequenz unter den Frequenzsollwert F-s.
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Das Versorgungsnetz
2 ist an einen Übergabepunkt
10 der Wohneinheit
1 angeschlossen. Innerhalb der Wohneinheit
1 ist eine nicht näher bezeichnete Netzverkabelung vorgesehen. An diese Netzverkabelung ist u.a. ein Stromanschluss
11 eines Lüftungsgeräts
12 angeschlossen, das in eine thermische Gebäudehülle
13 eingebaut ist und die Gebäudebelüftung besorgt und dazu verbrauchte Luft aus der Wohneinheit
1 abzieht sowie Frischluft zuführt, wie der Doppelpfeil symbolisiert. Dabei kann im Lüftungsgerät
12 ein Wärmetauscher vorgesehen sein. Das Lüftungsgerät
12 kann beispielsweise die in den Patentschriften
DE 10 2010 042 948 B4 oder
EP 2 447 615 B1 beschriebene Bauweise haben.
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Das Lüftungsgerät 12 verfügt über eine Steuereinrichtung 14, welches den Betrieb des Lüftungsgerätes 12 und der an ihr angeschlossenen Elemente steuert. Die Steuereinrichtung 14 verfügt über eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 15, deren Funktion später noch erläutert werden wird. Mit der Steuereinrichtung 14 ist weiter über eine Signalleitung ein Temperatursensor 16 verbunden. Der Temperatursensor 16 ist in der Schemadarstellung der 1 als externer Sensor eingezeichnet. In den meisten Ausführungsformen wird er jedoch im Lüftungsgerät 12 integriert sein, beispielsweise in Form eines Temperatursensors, der die Temperatur der aus der Wohneinheit abgezogenen Raumluft misst und dadurch die Raumtemperatur R ermittelt.
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Weiter ist an die Steuereinrichtung 14 über eine Schaltleitung eine Anschlussklemme 18 angeschlossen, die hier als Mehrfachanschlussklemme ausgeführt ist. Sie ist weiter einerseits mit dem Übergabepunkt 10 verbunden, von dem sie mit elektrischer Leistung aus dem Versorgungsnetz 2 versorgt wird. Anderseits ist sie mit elektrischen Leitungen mit einer elektrischen Heizung 22 sowie einem elektrischen Klimagerät 24 verbunden.
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Die Anschlussklemme 18 wird vom Steuergerät 14 angesteuert hinsichtlich der Durchschaltung der elektrischen Energie vom Übergabepunkt 10 zur Heizung 22 und der Klimaanlage 24. Die Anschlussklemme 18 versorgt somit über eine elektrische Versorgungsleitung elektrische Verbraucher in Form der elektrischen Heizung 22 und der Klimaanlage 24.
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Zur Verdeutlichung des Unterschiedes zwischen elektrischen Versorgungsleitungen und Steuer- oder Messleitungen, sind die elektrischen Versorgungsleitungen in den Darstellungen der 1, 5 und 6 punktiert gezeichnet, die Mess- oder Schaltleitungen als Doppellinien.
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Die Steuereinrichtung 14 steuert den Betrieb der elektrischen Heizung 22 und der Klimaanlage 24, abhängig von der Netzfrequenz des elektrischen Versorgungsnetzes 2 am Übergabepunkt 10. Wenn ein vollständiges Abschalten des Verbrauchers zulässig ist, wie z.B. bei der Heizung 22, steuert die Steuereinrichtung 14, die gesamte elektrische Versorgung über den Anschluss 18. Ist ein vollständiges Abschalten aber nicht zweckmäßig, wie z.B. bei der Klimaanlage 24, steuert die Steuereinrichtung 14 den Verbraucher nur zum Abschalten eines elektrischen Lastteils an. So kann z.B. ein Steuergerät der Klimaanlage 24 weiter energieversorgt bleiben.
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Die Steuereinrichtung 14 misst eine aktuelle Ist-Netzfrequenz F-a am Anschluss 11 und berücksichtigt sie bei der Versorgung der genannten elektrischen Verbraucher. Dazu weist die Steuereinrichtung 14 einen Lastregler 26 auf, der in 2 schematisch gezeigt ist. Für jeden Verbraucher ist ein eigener Lastregler 26 vorgesehen. Eingangsgröße für den Lastregler 26 ist neben der Ist-Netzfrequenz F-a eine Vorgabe für einen Komfortwert. Der Komfortwert bezieht sich auf die Leistung des entsprechenden elektrischen Verbrauchers und beschreibt eine Abweichung, die von einer Soll-Raumtemperatur zulässig ist.
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Aus den genannten drei Eingabegrößen, Raumtemperatur T, Vorgabe für den Komfortwert K und Ist-Netzfrequenz F-a, bestimmt der Lastregler 26 eine Stellgröße S. Die Stellgröße S zeigt in einer einfachen Ausführungsform an, ob das entsprechende Elektrogerät, beispielsweise die Heizung 22 mit Strom von der Anschlussklemme 18 versorgt werden soll oder nicht. Die Stellgröße S kann also ein Zwei-Punkt-Verhalten haben. In einer Verfeinerung gibt die Stellgröße S einen variierenden Wert, beispielsweise einen Proportionalwert aus, der angibt, welche Energiemenge, beispielsweise welcher Strom, an der Anschlussklemme 18 abgeben werden soll.
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Der Wert der Stellgröße S hängt von allen Eingangsgrößen ab. Dabei erfolgt eine Verknüpfung derart, dass mit steigendem Komfortwert letztlich auf die Ist-Netzfrequenz F-a immer weniger Rücksicht genommen wird. So nehmen z. B. Zeitanteile, in denen die Stellgröße S eine Versorgung des Verbrauchers vorgibt, obwohl die Ist-Netzfrequenz F-a unter dem Frequenzsollwert F-s liegt, mit steigendem Komfortanspruch zu.
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1 zeigt, dass die elektrischen Verbraucher nicht zwingend den Betriebszustand rückmelden müssen. Ihr Betriebszustand ergibt sich mittelbar durch Temperaturmessung, welche vom Lüftungsgerät 12 ausgeführt wird. Es ist deshalb keine direkte Rückmeldung vom elektrischen Verbraucher an das Steuergerät 14 nötig, gleichwohl aber möglich, z.B. im Fall einer Warmwasserheizung, die dann die Temperaturmessung erledigen kann.
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Die Ausführungsform der 1 enthält ein optionales Merkmal, das besonders benutzerfreundlich ist, nämlich eine einfache Eingabemöglichkeit für den Komfortwert K und eine entsprechende Rückmeldung über diese Eingabe, z.B. über die Eingabeeinrichtung 15, die z.B. mehrere Tasten oder einen Schieberegler aufweist. Der Benutzer drückt eine der Tasten, um den gewünschten Komfortwert K einzustellen. Eine optionale integrierte Anzeigeeinrichtung zeigt über entsprechende unterschiedlich farbige Leuchten die gewählte Komfortstufe an. Beispielsweise können die Leuchten in vier verschiedenen Farben aufleuchten, insbesondere von blau über grün und gelb nach rot. Gleichermaßen ist es auch möglich, den Komfortwert K durch ein einziges leuchtendes Feld, das seine Farbe wechselt oder eine Zahlenangabe etc. anzuzeigen. Eine Stufenanzeige kann insofern auf verschiedene Weisen realisiert werden.
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3 zeigt schematisch eine mögliche Bauweise für die Anschlussklemme 18, hier als einfache Anschlussdose zur Versorgung der Heizung 22. Die Anschlussklemme 18 umfasst ein Schaltelement 26, das abhängig von einem Signal einer Steuerleitung 30 eine Versorgungsspannung, welche vom Übergabepunkt 10 zugeführt wurde, zu einem Anschlusspunkt 28 für die Heizung 22 durchschaltet oder nicht. 3 zeigt exemplarisch die Bauweise als Relais. Die Steuerleitung des Relais wird zur Steuereinrichtung 14 geführt. Diese Bauweise ist besonders einfach, da in der Anschlussklemme 18 kein Mikroprozessor etc. nötig ist. In einer alternativen Bauweise wird die Energie nicht vom Übergabepunkt 10, sondern vom Lüftungsgerät 12 oder der Steuereinrichtung 14 bereitgestellt. In diesem Fall liegt das Schaltelement 26 und damit die gesamte Dose 18 bevorzugt im Lüftungsgerät 12 bzw. der Steuereinrichtung 14. In einer weiter möglichen Abwandlung erfolgt die Kommunikation zwischen Steuereinrichtung 14 und dann erneut externer Anschlussklemme 18 oder dem gesteuerten Verbraucher nicht über eine Leitung, wie die Steuerleitung 30 der 1, sondern per Funk. In diesem Fall verfügt z.B. die Anschlussklemme 18 über ein Funkkommunikationsmodul, das mit einem zugehörigen Funkkommunikationsmodul in der Steuereinrichtung 14 kommuniziert. Auf diese Weise wird der Verbraucher funkgesteuert zum Last erzeugenden Betrieb angesteuert.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der die Anschlussklemme
18 über eine Steuerleitung
30 angesteuert wird, ist diese, wie
4 zeigt, über einen optischen Koppler
32 mit der Steuereinrichtung
14 verbunden. Die Verwendung des Kopplers
32 ist besonders vorteilhaft, wenn das Lüftungsgerät die in der Patentschrift
EP 2 447 615 B1 beschriebene Bauweise mit einem Mauerkasten
34 hat. Das Lüftungsgerät
12 kann zu Wartungszwecken aus dem Mauerkasten
34 herausgezogen werden. Aufgrund des Kopplers
32 müssen dabei zwischen Steuereinrichtung
14 und Steuerleitung
30 keine mechanischen Kontakte gelöst oder geschlossen werden. Bei dieser Bauweise kann die Anschlussklemme
18 weiterhin so ausgeführt werden, dass sie keinen Prozessor benötigt. Sie versorgt vielmehr den Koppler
32 an dem ihr zugewiesenen Ende über die Steuerleitung
30 mit Spannung und nimmt die Steuersignale über die Steuerleitung
30 entgegen.
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3 zeigt eine einzige Anschlussklemme 18. Natürlich ist für jeden Verbraucher, der so von der Steuereinrichtung 14 gesteuert wird, eine eigene Anschlussklemme 18 vorgesehen. Auch kann die Anschlussklemme 18 natürlich im Sinne einer Steckverbindung, beispielweise einer Anschlussdose ausgeführt werden.
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Die 5 bis 8 beziehen sich auf die Arbeitsweise des Lastreglers 26, wobei nachfolgend der Schwerpunkt auf die Auswirkung der Netzfrequenz bei der Tätigkeit der Steuereinrichtung 14 gelegt wird. Andere Regelungsaspekte, welche sich auf Heizung und/oder Kühlung auswirken, beispielsweise eine schwankende Außentemperatur etc., werden bewusst nicht geschildert, da sie für die Auswirkung der Netzfrequenz nicht weiter relevant sind und deshalb als konstant angenommen werden können, was die Zwecke der Beschreibung angeht.
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Auch wird in der nachfolgenden Beschreibung auf eine Raumheizung Bezug genommen. Der entsprechende Messwert ist deshalb die Raumtemperatur T. Gleichermaßen kann die Steuereinrichtung jedoch über die Anschlussklemme 18 auch eine Warmwasser-Heizung versorgen. Der Sensor 16 erfasst dann natürlich nicht die Temperatur im Raum, sondern in einem Warmwasserspeicher.
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Die Kurve in 5 zeigt exemplarisch ein Schaltverhalten für zwei unterschiedliche Komfortwerte K1, K2. In einem ersten Fall wirkt sich der Wert K1 in einem Schwellwert SF1 der Netzfrequenz aus, oberhalb dessen die Verbraucher mit Energie versorgt werden. Für die Vorgabe mit einem höheren Komfortwert K2 wird hingegen ein geringerer Schwellwert SF2 verwendet. 5 zeigt die Auswirkung. Dort ist der Verlauf der Ist-Netzfrequenz F-a über der Zeit t exemplarisch aufgetragen. Der Frequenzsollwert F-s von 50 Hz ist als durchgezogene Linie gezeichnet. Liegt die Ist-Netzfrequenz F-a über diesem Wert, was zwischen den Zeitpunkten t1 und t8 der Fall ist, besteht ein Überangebot an Strom. Im Falle des geringen Komfortwertes K1 und dem entsprechend gewählten, vergleichsweise hohen Schwellwert SF1 wird z.B. die Heizung zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 mit Energie versorgt; nur dann führt der Anschlusspunkt 28 der der Heizung 22 zugeordneten Anschlussklemme 18 Spannung, sonst nicht. Daraus resultiert eine vergleichsweise höhere Abweichung der aktuellen Leistung des Verbrauchers vom technisch Möglichen. Bei einem höheren Wert für die Vorgabe des Komfortparameters ergibt sich ein Schwellwert SF2, der niedriger ist. Dementsprechend wird die Heizung 22 zwischen den Zeitpunkten t2 und t5 sowie t6 und t7 jeweils mit Energie versorgt. Die Raumtemperatur T ist näher am Sollwert; die Temperaturabweichung dT ist geringer.
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Natürlich kann der Schwellwert SF auch unter dem Frequenzsollwert F-s liegen, wenn ein besonders hoher Komfortwert gewünscht ist. 6 zeigt diesen Fall, bei dem der Schwellwert SF2 aufgrund eines vergleichsweise hohen Komfortwerts unterhalb des Frequenzsollwertes F-s liegt. Der entsprechende Verbraucher wird dadurch zwischen den Zeitpunkten t9 und t10 mit Energie versorgt, d. h. auch zu Phasen zwischen t9 und t1 bzw. t8 und t10, in denen die Ist-Frequenz F-a unter dem Frequenzsollwert F-s liegt.
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Weiter ist es möglich, den Schwellwert SF abhängig von der Temperatur zu verschieben. Die Darstellung der 5 und 6 dient lediglich zur Veranschaulichung, dass grundsätzlich die Eingangsgrößen T bzw. dT, K, und F-a zum Ermitteln der Stellgröße S verknüpft werden. Die 7 und 8 zeigen exemplarisch, wie der Schwellwert SF als Funktion des Wertes T und verschiedener Komfortwerte K1, K2, K3 gewählt werden kann. 7 zeigt eine exemplarisch geradlinige Kurve, die abhängig vom Komfortwert verschoben wird. Bei einem niedrigen Komfortwert K1 liegt die Kurve höher; es wird also erst zu höheren Ist-Netzfrequenzen F-a eingeschaltet. Bei einem höheren Komfortwunsch und entsprechend höherer Vorgabe K2 oder K3 liegt die Kurve niedriger, so dass jeweils früher eingeschaltet wird. Eine analoge Vorgehensweise, jedoch mit Verschwenkung statt Verschiebung der Kurve, zeigt 8. Die Schwenkung erfolgt hier um den Punkt, der bei einer Temperaturabweichung Null gegeben ist. Zu diesem Wert ist kein Energiebedarf gegeben, so dass der Schwellwert sehr hoch gewählt werden kann. Ausgehend von diesem Wert fallen die Kurven für SF mit unterschiedlichen Steigungen, je nach Komfortwert K1, K2 oder K3. Natürlich können die Ansätze der 7 und 8 auch kombiniert werden. Darüber hinaus können die Einflüsse von T bzw. dT und K in den Kurven auch vertauscht werden. Gleichermaßen ist eine Weiterbildung möglich, in der ein Kennfeld oder eine Tabelle bereitgestellt wird, in das/die die genannten Größen T bzw. dT, K und F-a eingehen, und das/die einen Wert für die Stellgröße S liefert. In einem einfachen Fall ist deren Wert 0 oder 1, d. h. das Gerät wird mit Energie versorgt oder nicht. In einer Verfeinerung erhält man als Stellgröße S eine Angabe, welche Energiemenge dem Verbraucher zugeführt wird (Proportionalverhalten). Der Anschluss 18 ist dann ggf. geeignet ausgeführt.
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Die Steuereinrichtung 14 ist in Ausführungsformen mit einer Rückmeldeschnittstelle versehen, die eine Rückmeldung an den Stromversorger liefert und dadurch eine Vergütung für das netzfrequenzstabilisierende Verbrauchsverhalten gibt, beispielsweise indem Strommengen, die zu Zeiten mit über dem Frequenzsollwert liegender Netzfrequenz entnommen wurden, vergünstig sind. Eine solche Rückmeldung kann auf üblichem Wege per Funk, beispielsweise per Mobilfunknetz oder auch per physikalischem Datenträger erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist im Übergabepunkt 10 ein protokollierender Stromzähler vorgesehen (sog. Smartmeter), der in gewissen Zeiteinheiten (beispielsweise 15 Min.), den jeweiligen Verbrauch misst und protokolliert. Aufgrund dieser Protokolle kann der Energieversorger sehr einfach feststellen, bei welchen Netzfrequenzen Energie entnommen wurde, und auf diese Weise eine Vergütung für ein netzfrequenzstabilisierendes und letztlich umweltschonendes Verhalten leisten.
