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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung von Infrarotheizungen in Gebäuden usw. mit mindestens einer Niedertemperatur-Infrarotheizplatte, bei welcher die Oberflächentemperatur der Niedertemperatur-Infrarotheizplatte in Abhängigkeit der Raumtemperatur steht.
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Infrarotheizungen werden zum Beheizen von Räumen verwandt. Derartige mit elektrischem Strom betriebene Infrarotheizungen haben den Vorteil, dass diese bei einer geeigneten Stromversorgung universell für unterschiedlichste Arten und Zwecke von Räumen einsetzbar sind, es keiner gesonderten Installation von herkömmlichen Anlagen wie Öl-und Gasheizungen bedarf und aufgrund der Strahlungswärme eine schnelle Erwärmung von Gegenständen und Körpern bei geringer Vor-bzw. Nachheizzeit ermöglicht wird.
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Eine Infrarotheizung sollte in der Lage sein, schnellstmöglich mittels Strahlungswärme der erwärmten Oberfläche den zur Erwärmung beabsichtigten Raum zu erwärmen. Niedertemperatur-Infrarotheizungen senden im Betriebszustand langwellige Wärmestrahlung aus, welche beim Auftreffen auf Körper in Wärme umgewandelt werden. Die Luft wird erst durch Rückstrahlung der erwärmten Körper erwärmt. Die Wohlfühltemperatur wird dadurch 2-3 °C heruntergesetzt. Damit ist die Infrarotheizung grundsätzlich die wirtschaftlichste Art, elektrisch zu heizen. Die Wärmestrahlung wird erreicht, indem eine abstrahlende Fläche auf über 65 °C erwärmt wird. Dadurch werden in der Regel entweder Heizdrähte oder Heizfolien verwendet. Je nach Konstruktion werden auch wesentlich höhere Oberflächentemperaturen erreicht. Allen ist gemeinsam, dass bei niedriger Umgebungstemperatur die Oberfläche der Infrarotheizung stärker gekühlt wird als bei höherer Umgebungstemperatur. Je wärmer es also im zu beheizenden Raum wird, umso höher wird die Oberflächentemperatur der Heizung, obwohl diese höhere Wärme zu Heizzwecken nicht erforderlich wäre.
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Bekannt ist aus der
DE 20 2013 009 779 U1 eine Steuerung einer durch elektrischen Strom betriebenen Heiz-bzw. Kühlanlage, welche in Kombination optimiert zeit-und temperaturgesteuert sowohl automatisiert und manuell per Hand als auch per Fernwartung gesteuert werden kann ohne einer weiteren Übertragungseinheit. Die Steuerungseinheit umfasst unter anderem einen Sensor für die Raum-Temperaturmessung, optional auch weitere Sensoren für die Boden-, Wand und/oder Decken-Temperaturmessung. Des Weiteren umfasst die Steuerungseinheit eine integrierte Zeitschaltfunktion für zeitoptimiertes bzw. zeitprogrammiertes Heizen bzw. Kühlen sowie ein Modem und weitere Kommunikationstechnologien für die Übertragung von Daten. Die Heiz-bzw. Kühlanlagen bekommen von der Steuerungseinheit so lange ein Signal wie dies gemäß Maximal-(heizen) bzw. Minimaltemperatur (kühlen) hinterlegt worden ist.
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Bekannt ist aus der
DE 10 2016 120 765 A1 eine Infrarotheizung umfassend unter anderem eine Steuerung, die derart eingerichtet ist, dass die Heizschicht eine zuvor festgelegte Maximaltemperatur nicht überschreitet. Zur Erreichung von Energieeinsparungen weist der Infrarotheizkörper einen Temperaturfühler auf, der an die elektrische Steuerung angeschlossen ist, wobei die Steuerung zur Leistungssteuerung der Heizschicht eingerichtet ist. Der Temperaturfühler erfasst die Temperatur der Heizschicht. Durch die Steuerung mit integriertem Temperaturfühler kann die Heizzeit etwa 20-25 % reduziert werden, was einer Energieeinsparung in gleicher Höhe entspricht. Nach Erreichen der Betriebstemperatur von ca. 100°, welche den Regelbetrieb darstellt, wird die höchstzulässige Leistung reduziert und die Heizschicht mit einer reduzierten Leistung auf einer konstanten Temperatur gehalten.
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Aus der
DE 202 10825 U1 ist ein Infrarotheizgerät als Hellstrahler mit einer auf etwa 100 °C reduzierten Temperatur der Oberseite der Wärmedämmplatte bekannt.
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Bekannt ist aus der
DE 10 2016 123 536 A1 ein Heizsystem für Gebäude, durch welches bei minimiertem Energieeinsatz gezielt für eine bzw. mehrere Personen Wärme erzeugt wird, welches zumindest ein mit einer Steuereinrichtung in Verbindung stehendes Heizgerät zur Erzeugung von Wärme für zumindest eine sich in einem Raum eines Gebäudes aufhaltende Person erzeugt, wobei die Steuereinrichtung zum Zwecke der Beeinflussung des zumindest einen Heizgerätes personenbezogene Informationen von einem im Raum installierten Melder erhält. Zu dem Zwecke, ein Heizungssystem für Gebäude zu schaffen, durch welches bei minimiertem Energieeinsatz gezielt für eine bzw. mehrere Personen Wärme erzeugt wird, wobei die Wärmeerzeugung auf die jeweilige Situation der Person bzw. der Personen abgestimmt wird, ist in dem Raum zumindest ein die Situation der zumindest einen Person erfassender Melder installiert, wobei durch die Infrarotheizgeräte in Abhängigkeit der von dem Melder an die Steuereinrichtung des Heizsystems abgegebenen Informationen im Zusammenwirken mit der zumindest einen sich im Raum aufhaltenden Person, gezielt für diese Wärme erzeugt wird.
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Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung zur Regelung von Infrarotheizungen mit mindestens einer Niedertemperatur-Infrarotheizplatte zu entwickeln, wobei die Infrarotheizung mittels einer Anordnung zur Regelung in der Lage ist, die Oberflächentemperatur der Niedertemperatur-Infrarotheizplatte in Abhängigkeit der Raumtemperatur zu regeln, aufgrund dessen die annähernd höchste Effektivität des als Energie genutzten elektrischen Stromes erreicht wird und die temporären Energieverbräuche fälschungssicher gesammelt und an Energieanbieter gesendet werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung von Infrarotheizungen mit Niedertemperatur-Infrarotheizplatten, wobei in der Infrarotheizplatte ein Thermofühler eingebaut ist, welcher über ein Steuergerät die Oberflächentemperatur der Niedertemperatur-Infrarotheizplatte in einem vorgegebenen optimalen Temperaturbereich regelt, in dem eine Abschaltung der Heizung bei Erreichen einer Solltemperatur bzw. die Zuschaltung bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes erfolgt. Die Ab- und Zuschaltung der Stromversorgung und damit der Heizleistung erfolgt in wechselnden Intervallen des Heizens und Nichtheizens. Durch die intervallweise Ab- und Zuschaltung der Energie entsteht eine Energieeinsparung von 20 - 25 %. Die Oberflächentemperatur wird im optimalen Bereich von bis zu 80°C gehalten.
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Einen weiteren Baustein der Erfindung stellt die Regelung der Oberflächentemperatur in Abhängigkeit der tatsächlichen Raumtemperatur dar. Bei niedriger Umgebungstemperatur wird die Oberfläche der Infrarotheizplatte stärker gekühlt als bei höherer Umgebungstemperatur, die Heizplatte arbeitet mit voller Leistung. Nimmt die die Raumtemperatur zu, steigt wegen der geringen Kühlung der Infrarotheizplatte, die Oberflächentemperatur, obwohl diese höhere Wärme zu Heizzwecken nicht erforderlich ist.
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Vorteilhaft ist deshalb eine Regelung der Gestalt, je weiter sich die Raumtemperatur des Sollwertes nähert, erfolgt eine Absenkung der Oberflächentemperatur des Heizkörpers. Dies wird erreicht, indem die Abschaltimpulse verlängert werden. Bei Unterschreiten der Oberflächentemperatur von 60 - 65 °C erfolgt die komplette Heizplattenabschaltung, da unter dieser Temperatur keine ausreichende Strahlung abgegeben wird. Die Zuschaltung erfolgt nach Unterschreitung des Sollwertes der Raumtemperatur. Dies ergibt eine weitere Energieeinsparung von ca. 10 - 15 %.
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Die Energiemessung erfasst den Elektroenergieverbrauch der einzelnen mindestens einer Niedertemperatur- Infrarotheizung. Ein Energiezähler sammelt die gemessenen Energieverbräuche der einzelnen mindestens einer Niedertemperatur- Infrarotheizung nach aufgenommener Energiemenge und Zeiten der Leistungsaufnahme sowie auch Zeiten der Nichtleistungsaufnehme aufgrund geregelter Abschaltung. Diese Messdaten werden von der Datenübertragungseinheit fälschungssicher an eine zentrale Stelle des Abnehmers geleitet und stehen von dort dem Energieversorger zur Verarbeitung zur Verfügung. Eine Schnittstelle ermöglicht einen Fernzugriff über Verwendung integrierter Informations-und Kommunikationstechnologie. Der Vorteil dieser Regelung ist, es besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit der Messdaten bei dem Energieversorger Sondertarife für die Verwendung von Elektroenergie zu Heizzwecken zu erhalten.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigen:
- 1: Blockschaltplan 1 statisch
- 2: Regelanordnung für Infrarotheizanlage mit einer Infrarotheizplatte dynamisch
- 3: geregelte Oberflächentemperatur einer Infrarotheizplatte in der Startphase
- 4: geregelte Oberflächentemperatur einer Infrarotheizplatte im Betriebszustand
- 5: von der Raumtemperatur abhängig geregelte Oberflächentemperatur einer Infrarotheizplatte im Betriebszustand
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1 stellt dar die Steuereinheit 1 welche eine Bedieneinheit 2 besitzt, an der die Soll-Heizleistungen (Heizzeiten, Raumtemperatur, Ober- und Untergrenzwerte der Oberflächentemperatur) eingestellt werden können. Die Temperaturmessdaten des an den jeweiligen mindestens einer Niedertemperatur-Infrarotheizplattenoberfläche angebrachten Temperatursensors 3 der abstrahlenden Fläche wie auch des jeweiligen, mindestens einer Raumtemperatur des jeweiligen Heizbereiches angebrachten Temperatursensors 4 im Raum werden an die Steuereinheit 1 gemeldet und durch diese berücksichtigt, indem die Ab- und Zuschaltung der Heizung 6 geregelt wird. Der Energieverbrauch wird mit der Energiemesseinheit 7 gemessen. Die gemessenen Daten werden mit der Datenübertragungseinheit 5 an eine zentrale Stelle des Abnehmers geleitet und stehen von dort dem Energieversorger zur Verarbeitung zur Verfügung. Sämtliche Einheiten werden durch die Stromversorgungseinheit 8 jeweils mit geeignetem elektrischen Strömen versorgt.
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2 zeigt die Anordnung der Bauteile zueinander und deren Funktion miteinander. Die Stromversorgung sämtlicher Bauteile erfolgt durch die Stromversorgungseinheit 8 über Sicherungen 9, wobei der Steuereinheit 1 ein Transformator 10 vorgeschalteten ist. Der Temperatursensor 3 der abstrahlenden Fläche wie auch der Temperatursensor Raum 4 melden die Temperaturmessdaten unmittelbar an die Steuereinheit 1. In Abhängigkeit der durch die Bedieneinheit 2 vorgegebenen Sollwerte erfolgt die Steuerung durch die Steuereinheit eines die Stromzufuhr ab- und zuschaltenden Relais 11. Mit der gesteuerten Stromzuschaltung erfolgt die Inbetriebnahme der Heizung 6 bei gleichzeitiger Energiemessung durch die Energiemesseinheit 7 und Weiterleitung der gemessenen Daten an die Datenübertragungseinheit 5. Mit der gesteuerten Stromabschaltung erfolgt die Abschaltung der Heizung 6 bei gleichzeitiger Abschaltung der Energiemessung durch die Energiemesseinheit 7 und Abschaltung der Weiterleitung von Daten an die Datenübertragungseinheit 5.
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Die 3 stellt beispielhaft mit dem Graphen den Verlauf der Oberflächentemperatur im Intervall der Startphase, dem unmittelbar folgenden Intervall der Abschaltung nach Erreichen des oberen Grenzwertes für einen Zeitraum von ca. 2 Minuten und dem unmittelbar sich anschließenden Intervall nach dem Zuschalten bei Erreichen des unteren Grenzwertes für einen Zeitraum von ca. 5,5 Minuten in einem Diagramm dar. Die Heizintervalle sind durch senkrecht zueinander stehende miteinander verbundene Geraden gekennzeichnet. Das Diagramm zeigt auf der x-Achse die Zeit in Stunden, auf der y-Achse die Temperatur in Grad Celsius. Der parallel zur x-Achse verlaufende Graph stellt jeweils die Soll- Raumtemperatur dar.
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Der im ersten Heizintervall ansteigende Graph zeigt die Zunahme der Oberflächentemperatur in Grad Celsius mit fortschreitender Zeit für die Startphase bis zum Erreichen des oberen Grenzwertes. Mit Abschaltung der Heizphase, dargestellt durch eine zur y-Achse parallel verlaufende die das erste Heizintervall darstellende Gerade, beginnt das Intervall der Abschaltung ohne Energieverbrauch bei sinkender Oberflächentemperatur, dargestellt mit einem sinkenden Graphverlauf für den auf der x-Achse angegebenen beispielhaften Zeitraum von 0:15:04 bis 0:16:53. Bei Erreichen des vorgegebenen unteren Grenzwertes, beginnt das durch senkrecht zueinander stehende miteinander verbundene Geraden gekennzeichnete Heizintervall. Der die Oberflächentemperatur darstellende Graph beginnt mit dem Zeitpunkt der Zuschaltung der Heizung zu steigen bis zum Erreichen des oberen Grenzwertes.
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Das beispielhaft ausführende Diagramm der 4 stellt den Verlauf der Oberflächentemperatur im Intervall der Zuschaltung nach Erreichen des unteren Grenzwertes und dem unmittelbar folgenden Intervall der Abschaltung nach Erreichen des oberen Grenzwertes bei gleicher Einteilung der X Achse wie auf y-Achse jedoch mit einem weit größerem Zeitrahmen von beispielhaft ca. 90 Minuten zur Veranschaulichung der Kontinuität.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 stellt dar, dass in einem Zeitrahmen von ca. 90 Minuten insgesamt 21 Intervalle der Abschaltung ohne Energieverbrauch über einen Zeitraum von jeweils ca. 2 Minuten festzustellen sind. Für einen Zeitrahmen von ca. 90 Minuten ergibt die Summe der Minuten der Abschaltung ohne Energieverbrauch ca. 42 Minuten.
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Unter Berücksichtigung des zusätzlichen Energieverbrauch für das Aufheizen der Oberfläche vom Zeitpunkt des Zuschaltens bei Erreichen des unteren Grenzwertes bis zum Zeitpunkt des Abschalten bei Erreichen des oberen Grenzwertes folgt hieraus eine Energieeinsparung gegenüber einem kontinuierlich beheiztem Heizkörper von ca. 25 %.
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Die Ab- und Zuschaltung der Stromversorgung und damit der Heizleistung erfolgt zunächst in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur des Heizkörpers in wechselnden Intervallen des Heizens und Nichtheizens.
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Die 5 stellt dar, bei Erreichen der Soll- Raumtemperatur werden die vorgegebenen Grenzwerte der Oberflächentemperatur des Heizkörpers für die Abschaltung zusätzlich in Abhängigkeit der gemessenen Raumtemperatur kontinuierlich absinkend geregelt bis zur Abschaltung bei Unterschreiten der unteren Strahlungstemperatur. Die geregelte Zuschaltung erfolgt bei Unterschreitung eines gewählten unteren Grenzwertes in Abhängigkeit der Raumtemperatur bis zum erneuten Erreichen des oberen Grenzwertes der Oberflächentemperatur. Dies hat zur Folge je weiter sich die steigende Raumtemperatur dem Sollwert nähert und bei Erreichen der Soll- Raumtemperatur umso niedriger werden die Grenzwerte der Oberflächentemperatur des Heizkörpers für die Ab- und Zuschaltung geregelt. Dies führt zu einem längerem Abschalten der Heizleistung. Es entsteht ein Zeitintervall ohne Energieverbrauch währenddessen gleichwohl Reststrahlungswärme abgegeben wird. Der Vorteil dieser Regelung ist, je länger die Intervalle der Abschaltung ohne Energieverbrauch desto häufiger wird Reststrahlungswärme ohne Energieverbrauch und umso weniger wird Elektroenergie verbraucht. Eine Energieeinsparung von weiteren 10 - 15 % wird erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Steuereinheit
- 2 -
- Bedieneinheit
- 3 -
- Temperatursensor abstrahlende Fläche
- 4 -
- Temperatursensor Raum
- 5 -
- Datenübertragungseinheit
- 6 -
- Heizung / Infrarotheizplatte
- 7 -
- Energiemesseinheit
- 8 -
- Stromversorgungseinheit
- 9 -
- Sicherungen
- 10 -
- Transformator
- 11 -
- Relais
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013009779 U1 [0004]
- DE 102016120765 A1 [0005]
- DE 20210825 U1 [0006]
- DE 102016123536 A1 [0007]
