-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizsystem für eine Sauna gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Das gattungsgemäße Heizsystem umfasst einen Ofen, wobei das Heizsystem mit einem Stromnetz elektrisch verwendbar ist, und das Stromnetz eine erste elektrische Leistung bereitstellt. Das Heizsystem umfasst außerdem einen Akkumulator.
-
Ein derartiges Heizsystem ist aus der internationalen Patentanmeldung
WO 2007/107621 A1 bekannt. Sie wird in kompakten Saunen zur Erwärmung derer eingesetzt. Der Akkumulator dient dabei insbesondere als Ausfallsicherung für das Heizsystem, oder um dessen mobilen Einsatz zu ermöglichen. Dabei wird die Größe des nutzbaren Volumens der Sauna durch die vom Stromnetz abrufbare Leistung begrenzt. Insbesondere während der Aufheizphase der Sauna ist eine hohe Heizleistung notwendig, um die gewünschte Temperatur zügig aufzubauen. Jedoch kann insbesondere bei privaten Saunen die notwendige Energieversorgung des Ofens durch das Stromnetz nicht immer abgedeckt werden. Insbesondere bei nachträglich eingebauten sowie ausziehbare Saunen ist die nachträgliche Installation eines bevorzugten Mehrphasenwechselstromanschlusses für eine ausreichende Energieversorgung des Ofens sehr aufwendig und teuer. Da ein üblicher einphasiger Wechselstrom-Anschluss nicht mehr als 3,7 kW Leistung bereitstellen kann, ist die Größe einer Sauna, die durch einen derartigen Ofen ausreichend beheizt werden kann, in ihrem Volumen begrenzt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Heizsystem bereitzustellen, welches eine Sauna mit einem großen Volumen ausreichend beheizen kann, ohne dass dafür ein mehrphasiger Wechselstrom Anschluss notwendig ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einem Heizsystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn der Akkumulator eine zweite elektrische Leistung bereitstellt, wobei der Ofen zur Erhöhung der thermischen Leistung mit der ersten und zweiten elektrischen Leistung betreibbar ist. Insbesondere kann ein derartiger Ofen die durch das Stromnetz bereitgestellte erste Leistung und die durch den Akkumulator bereitgestellte zweite Leistung zeitgleich aufnehmen, sodass die verrichtete thermische Leistung des Ofens der Summe aus der ersten und zweiten elektrischen Leistung entspricht. Dadurch kann der Ofen mit einer höheren Leistung betrieben werden, ohne dass dafür ein Mehrphasenwechselstromanschluss bereitgestellt werden muss, sodass auch eine Sauna mit einem Volumen größer als 6 m3 mit einem einphasigen Wechselstrom-Anschluss betrieben werden kann. Dadurch kann insbesondere die thermische Leistung des Ofens während einer Aufheizphase der Sauna erhöht werden, wodurch diese verkürzt werden kann, und die Wärmeverluste während dieser Phase reduziert werden können.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erste elektrische Leistung durch einen einphasigen Wechselstrom gegeben.
-
Des Weiteren weist der Wechselstrom vorzugsweise eine Spannung mit einem Nennwert zwischen 100 V und 260 V auf. Weiter vorzugsweise weist der Wechselstrom eine Spannung mit einem Nennwert von 110 V bzw. 120 V (für den Einsatz in Ländern wie den USA oder Japan) oder 230 V (für den Einsatz beispielsweise in Europa) auf. Dadurch kann eine Sauna mit einem derartigen Heizsystem leichter nachträglich installiert werden, da auf das Verlegen eines mehrphasigen Wechselstromanschlusses verzichtet werden kann.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Heizsystem eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung mit dem Stromnetz, dem Akkumulator und dem Ofen elektrisch verbunden ist. Eine derartige Steuereinrichtung kann zur Regelung der Temperatur der Sauna und des Ladezustandes des Akkumulators genutzt werden.
-
Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung einen Stromrichter, wobei der Akkumulator mit dem Stromrichter elektrisch verbunden ist. Ein derartiger Stromrichter wandelt in einem Aufladevorgang des Akkumulators einen durch das Stromnetz bereitgestellten Wechselstrom in Gleichstrom um bzw. wandelt in einem Entladevorgang des Akkumulators einen durch den Akkumulator bereitgestellte Gleichstrom in Wechselstrom um. Durch die Integration des Stromrichters in die Steuereinrichtung wird im Falle eines Defekts des Akkumulators dessen Austausch vereinfacht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ofen zumindest zeitweise ausschließlich mit der ersten Leistung betreibbar. Insbesondere nach der Aufheizphase, wenn die Temperatur der Sauna konstant gehalten wird, kann die thermische Leistung des Ofens derart verringert werden, dass die durch das Stromnetz bereitgestellte erste Leistung zum Aufrechterhalten der Temperatur in der Sauna ausreichend ist. Dadurch kann die Kapazität des Akkumulators auf die zum Aufheizen der Sauna benötigte Energie beschränkt werden, so dass die Kosten für einen derartigen Akkumulator reduziert werden können.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ofen zumindest zeitweise ausschließlich mit der zweiten Leistung betreibbar. Dadurch kann der Akkumulator als Ausfallsicherung für eine Heizung mit einem derartigen Heizsystem dienen.
-
In einer zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform stellt der Akkumulator eine dritte elektrische Leistung bereit, wobei die dritte elektrische Leistung in das Stromnetz einspeisbar ist. Dadurch kann der Akkumulator als elektrischer Energiespeicher für einen Haushalt dienen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ofen einen Verdampfer. Mit einem derartigen Verdampfer können insbesondere ätherische Öle verdampft werden, um ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Ebenso ermöglicht ein Verdampfer die Nutzung eines erfindungsgemäßen Heizsystems für ein Dampfbad.
-
In einer weiteren vorzugshaften Ausführungsform weist das Stromnetz eine Sicherung auf, wobei die Sicherung die erste elektrische Leistung auf den Wert einer Grenzleistung begrenzt, wobei die thermische Leistung des Ofens zumindest zeitweise größer als die Grenzleistung ist. Dadurch können Schäden durch eine zu hohe erste elektrische Leistung am Stromnetz verhindert werden.
-
In einer zusätzlichen vorzugshaften Ausführungsform ist die Steuereinrichtung mit zumindest einem Bedienelement verbunden. Dabei kann das Bedienelement auch als ein Teil der Steuereinrichtung ausgeführt sein.
-
Weiter vorzugshafterweise ist ein Aufladen und ein Entladen des Akkumulators durch das Bedienelemente regelbar. Dadurch kann vor der Benutzung des Heizsystems manuell sichergestellt werden, dass im Akkumulator eine hinreichend große Energiemenge gespeichert ist.
-
In einer weiteren vorzugshaften Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung zumindest eine innere Sicherung. Dadurch können Schäden durch Überlastung am Ofen, an der Elektronik oder dem Akkumulator verhindert werden.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung zumindest mit einem Temperaturfühler verbunden. Dadurch kann die Temperatur in der Sauna durch das Heizsystem genau kontrolliert werden, wodurch ein angenehmes Raumklima erzielt werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung offenbart außerdem eine Sauna mit einem Heizsystem, wobei das Heizsystem einen Ofen und einen Akkumulator umfasst und wobei das Heizsystem einer der vorangehenden Ausführungsformen für ein Heizsystem entspricht.
-
Vorzugshafterweise umfasst die Sauna eine Photovoltaikanlage, wobei der Akkumulator des Heizsystems mit der Photovoltaikanlage aufladbar ist. Insbesondere ist eine derartige Sauna als freistehendes Gebäude im Außenbereich ausgeführt. Durch die Photovoltaikanlage kann das Heizsystem zumindest zeitweise autark von dem Stromnetz betrieben werden, wodurch die Stromkosten für den Betrieb des Heizsystems reduziert werden können. Die Photovoltaikanlage kann dabei direkt mit der Steuereinrichtung des Heizsystems verbunden sein oder über eine separate Ladeeinrichtung direkt mit dem Akkumulator verbunden sein. Dabei kann auf die Umwandlung des von der Photovoltaikanlage produzierten Gleichstroms in einen Wechselstrom verzichtet werden, sodass lediglich ein Gleichspannungswandler zur Verbindung der Photovoltaikanlage eingesetzt wird. Alternativ kann die Photovoltaikanlage auch mittels des Stromnetzes mit dem Heizsystem verbunden werden, wobei zur Verbindung der Photovoltaikanlage mit dem Stromnetz der Einsatz eines Wechselrichters notwendig ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt ein Schema für den elektronischen Aufbau für ein erfindungsgemäßes Heizsystem 1.
- Die 2a bis 2e zeigen fünf unterschiedliche Funktionsweisen für das erfindungsgemäße Heizsystem 1.
-
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Heizsystem 1 eine Steuereinrichtung 2, wobei die Steuereinrichtung 2 mit dem Stromnetz 5 verbunden ist. Das Stromnetz 5 kann beispielsweise eine Wechselspannung mit einem effektiven Wert von 230 V aufweisen. Die durch das Stromnetz 5 bereitgestellte und durch das Heizsystem 1 aufgenommene erste elektrische Leistung entspricht dabei dem Produkt des effektiven Werts der Wechselspannung und des effektiven Werts der aufgenommenen Stromstärke. Dabei ist das Stromnetz 5 ein einphasiges Wechselstromnetz, sodass die Steuereinrichtung über eine dreiadrige Leitung mit dem Stromnetz 5 verbunden ist. Die dreiadrige Leitung umfasst dabei einen Außenleiter L, einen Mittelleiter N und einen Schutzleiter PE. Die durch das Stromnetz 5 bereitgestellte erste Leistung wird dabei durch eine erste Sicherung 8 auf den Wert einer Grenzleistung begrenzt. Die erste Sicherung 8 ist dabei vorteilhafterweise an dem Außenleiter L angebracht. Zur sicheren Abschaltung des Heizsystems 1 kann die elektrische Verbindung mit dem Stromnetz 5 durch einen Hauptschalter 9 getrennt werden. Der Hauptschalter 9 ist dabei an dem Außenleiter L angebracht, kann jedoch vorteilhafterweise zudem auch den Mittelleiter N unterbrechen. Für den zusätzlichen Schutz vor elektrischen Schlägen ist das Heizsystem 1 über einen Erdungsanschluss 11 der Steuereinrichtung 2 mit dem Schutzleiter PE verbunden. Vorteilhafterweise ist der Erdungsanschluss 11 zudem mit dem Akkumulator 4 und dem Ofen 3 verbunden, sodass zumindest das Gehäuse des Akkumulators 4 und das Gehäuse des Ofens 3 spannungsfrei sind.
-
Der Ofen 3 umfasst zumindest ein Heizelement 10, welches zur Erwärmung der Sauna 20 eine vierte elektrische Leistung in thermische Leistung umwandelt. Die dafür notwendige vierte elektrische Leistung wird dabei über eine Leistungselektronik 15 der Steuereinrichtung 2 geregelt. Der Ofen 3 wird dabei mit einem elektrischen Wechselstrom betrieben. Der Ofen 3 umfasst vorteilhafterweise zusätzlich einen Verdampfer, wobei der Verdampfer entweder zum Verdampfen von ätherischen Ölen zur Schaffung eines angenehmen Raumklimas in der Sauna 20 geeignet ist, oder zur Erhöhung der Luftfeuchtigkeit innerhalb der Sauna 20 geeignet ist, sodass die Sauna 20 auch als Dampfbad genutzt werden kann.
-
Die Steuereinrichtung 2 ist mit zumindest einem Bedienelement 12 verbunden. Das Bedienelement 12 ermöglicht die genaue Einstellung der Raumtemperatur der Sauna 20, deren zeitlichen Verlauf, der Luftfeuchtigkeit in der Sauna 20, der gewünschten Heizkurve des Ofens 3 und/oder des Ladeverhaltens des Akkumulators 4. Vorteilhafterweise umfasst das Bedienelement 12 einen berührungsempfindlichen Bildschirm.
-
Zur Überwachung der Raumtemperatur der Sauna 20 ist die Steuereinrichtung 2 mit zumindest einem Temperaturfühler 13 verbunden. Falls die Sauna 20 für die Nutzung als Dampfbad geeignet ist, kann zudem ein Hygrometer mit der Steuereinrichtung 2 verbunden werden.
-
Zur Beleuchtung des Innenraums der Sauna 20 ist zudem eine Lampe 14 mit der Steuereinrichtung verbunden, und wird von dieser mit elektrischem Strom versorgt. Das Ein- und Ausschalten der Lampe 14 kann dabei mittels des Bedienelements 12 gesteuert werden.
-
Der Akkumulator 4 ist mit der Steuereinrichtung 2 verbunden, wobei der Akkumulator vorteilhafterweise außerhalb der Sauna 20 angeordnet ist, um den Akkumulator 4 vor Überhitzung durch die hohen Temperaturen im Innenraum der Sauna 20 zu schützen. Zum weiteren Schutz vor Überlastung und Überhitzung ist der Akkumulator mit zumindest einer zweiten Sicherung 7 verbunden. Die zweite Sicherung 7 begrenzt dabei den Betrag der zweiten elektrischen Leistung, welche durch das Produkt der Zellspannung des Akkumulators und der Stromstärke des Aufladestroms bzw. des Entladestroms des Akkumulators 4 gegeben ist. Der Akkumulator 4 ist zudem mit einem Stromrichter 6 der Steuereinrichtung 2 verbunden, wobei der Stromrichter 6 den durch das Stromnetz 5 bereitgestellten bzw. den zum Betrieb des Ofens 3 benötigten Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt.
-
Eine erste Funktionsweise des Heizsystems 1 wird in 2a dargestellt. Dabei stellt das Stromnetz 5 eine erste elektrische Leistung und der Akkumulator 4 eine zweite elektrische Leistung bereit, welche beide durch die Steuereinrichtung 2 aufgenommen werden. Die Steuereinrichtung 2 versorgt dabei den Ofen 3 mit einer vierten elektrischen Leistung, wobei die vierte elektrische Leistung im Wesentlichen durch die Summe der ersten elektrischen Leistung und der zweiten elektrischen Leistung gegeben ist. Ein Teil der ersten oder zweiten elektrischen Leistung kann jedoch auch zum Betrieb der Lampe 14, des Bedienelements 12 oder des Temperaturfühlers 13 verwendet werden, wobei der Wert dieser Teilleistung gegenüber der vierten Leistung vernachlässigbar ist.
-
Diese erste Funktionsweise wird insbesondere während einer Aufheizphase der Sauna 20 verwendet, wobei die durch den Ofen 3 abgegebene thermische Leistung, welche im Betrag der vierten elektrischen Leistung entspricht, höher als die Grenzleistung der ersten Sicherung 8 ist. Dadurch kann eine mit einem einphasigen Wechselstromnetz 5 verbundene Sauna 20 mit einer höheren thermischen Leistung betrieben werden, als das Wechselstromnetz 5 bereitstellen kann, sodass eine Sauna 20 mit größerem Volumen beheizt werden kann. Da der Bedarf an thermischer Leistung beim Aufheizen der Sauna 20 maximal ist, ist insbesondere in der Aufheizphase die Verwendung der zweiten elektrischen Leistung des Akkumulators 4 notwendig.
-
Eine zweite Funktionsweise des Heizsystems 1 wird in 2b dargestellt. Dabei gibt der Akkumulator 4 keine zweite elektrische Leistung ab, sodass zum Betrieb des Ofens 3 ausschließlich die durch das Stromnetz 5 bereitgestellte erste Leistung verwendet wird. Diese zweite Funktionsweise wird insbesondere in einer Dauerbetriebsphase oder zumindest einer Phase in direktem Anschluss an die Aufheizphase der Sauna 20 verwendet. Dadurch kann die Kapazität des Akkumulators 4 derart ausgelegt werden, dass der gespeicherte Energieinhalt des Akkumulators 4 nach Beendigung der Aufheizphase im Wesentlichen aufgebraucht ist.
-
Eine dritte Funktionsweise des Heizsystems 1 wird in 2c dargestellt. Dabei stellt das Stromnetz 5 keine erste elektrische Leistung bereit, sodass der Ofen 3 ausschließlich mit der durch den Akkumulator 4 bereitgestellten zweiten elektrischen Leistung betrieben wird. Diese dritte Funktionsweise dient insbesondere der Bereitstellung einer Ausfallsicherung für das Heizsystem 1. Dadurch kann insbesondere im Falle eines Stromausfalls ein sofortiger Ausfall des Heizsystems 1 verhindert werden.
-
Eine vierte Funktionsweise des Heizsystems 1 wird in 2d dargestellt. Dabei ist der Ofen 3 abgeschaltet, sodass dieser keine vierte elektrische Leistung aufnimmt. Die durch das Stromnetz 5 bereitgestellte erste elektrische Leistung wird in dieser vierten Funktionsweise zum Aufladen des Akkumulators 4 verwendet. Diese vierte Funktionsweise wird insbesondere in einer Phase nach Beendigung des Betriebs der Sauna 20 verwendet, um den Akkumulator 4 für ein erneutes Aufheizen der Sauna 20 wieder aufzuladen.
-
Eine fünfte Funktionsweise des Heizsystems 1 wird in Funktion 2e dargestellt. Dabei stellt der Akkumulator 4 eine dritte elektrische Leistung bereit, wobei die dritte elektrische Leistung durch die Steuereinrichtung 2 in das Stromnetz 5 eingespeist wird. Dabei ist der Ofen 3 abgeschaltet. Diese fünfte Funktionsweise des Heizsystems 1 ermöglicht die Verwendung des Akkumulators 4 als Stromspeicher. Dabei kann der Energieinhalt des Akkumulators 4 entweder durch einen Aufladevorgang entsprechend der vierten Funktionsweise des Heizsystems 1, oder durch eine Photovoltaikanlage der Sauna 20 aufgeladen werden. Diese fünfte Funktionsweise kann insbesondere außerhalb des Betriebs der Sauna 20 zum Speichern erneuerbarer Energien genutzt werden.
-
Der Fachmann wird erkennen, dass die Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt ist. So kann der Akkumulator 4 unter Verwendung einer geeigneten Isolierung auch innerhalb der Sauna 20 angeordnet werden. Zudem wird der Fachmann erkennen, dass die Sauna 20 sowohl in Form einer Einbausauna für einen Wohnraum oder als freistehendes separates Bauwerk ausgeführt sein kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
