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Elektrisches Speicherheizgerät für Raumheizung Die Erfindung betrifft
ein elektrisches Speicherheizgerät für Raumheizung mit einem Wärmespeicher, in dem
zeitabhängig bei niederem Stromtarif einschaltbare elektrische Heizelemente eingebaut
sind und in dem in unmittelbarer Nähe des Wärmespeichers angeordnete, getrennt schaltbare,
zusätzliche Heizelemente vorgesehen sind.
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Die Lieferanten elektrischer Energie sind an der Anwendung elektrischer
Raumheizung unter der Bedingung interessiert, daß die Heizeinrichtungen die Lücken
in den Belastungskurven der Elektrizitätswerke ausfüllen, d. h. als Verbraucher
außerhalb der Spitzenbelastungszeiten wirken. Infolgedessen gewähren sie günstigere
Stromverbrauchstarife, wenn die Heizeinrichtungen während genau bestimmter Hauptbelastungszeiten
abgeschaltet werden. So kann z. B. ein Elektrizitätswerk in einem bestimmten Bezirk
bestimmen, daß solche Heizeinrichtungen von 8 bis 10 Uhr vormittags und von 1.5
bis 17.30 Uhr nachmittags durch geeignete Zeitschalter abgeschaltet werden müssen.
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Elektrische Speicherheizgeräte werden bereits für Wärmespeicherung
während der Nachtstunden bis zu einer Gesamtaufladezeit von etwa 15 Stunden verwendet.
Derartige Heizgeräte sind aber groß und schwer und weisen im allgemeinen keine genügende
Steuerungs- und Regelungsmöglichkeit auf, die eine Anpassung an ungewöhnliche oder
rasch wechselnde Wetterbedingungen der jeweiligen Jahreszeit gestattet.
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Es ist bereits ein Wärmespeicherofen bekanntgeworden mit zwei getrennten
Spiralen, wobei eine Spirale in dem Luftraum zwischen Gehäuse und Speicherblock
vorgesehen ist. Hierdurch wird der Nachteil einer längeren Anheizperiode von Heizspeicheröfen
vermieden. Die hierbei vorgesehene Schalteinrichtung dient dabei dazu, die Zusatzwicklung
während der Aaheizperiode zusätzlich zu der Wicklung im Speicherkörper einzuschalten.
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Es ist auch bereits eine Schaltanordnung für mehrere elektrische Verbraucher
bekannt, die eine Überlastung des Speisenetzes durch gleichzeitiges Betreiben mehrerer
Heizkörper vermeiden soll. Hierfür ist eine Kombination von Thermoschaltern mit
einem Selbstwählschalter angegeben, die es ermöglicht, einen der beiden Heizkörper
gegebenenfalls mit Vorzug aufzuheizen.
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Durch die bekannten Maßnahmen läßt sich jedoch keine optimale Ausnutzung
der Speicherheizmöglichkeiten erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmespeichergerät zum
Beheizen von Räumen od. dgl. zu schaffen, das bei zeitabhängigem Stromtarif eine
möglichst billige Heizung ermöglicht.
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Dieses Problem ist dadurch gelöst, daß in unmittelbarer Nähe des Wärmespeichers
verhältnismäßig kleiner Masse ein bei Überschreiten einer Höchsttemperatur ansprechender
Doppelkontakt-Temperaturwächter angebracht ist, der so geschaltet ist, daß die im
Wärmespeicher eingebauten Heizelemente bei Erreichen dieser Höchsttemperatur abgeschaltet
werden und zugleich die ebenfalls nur bei niederem Stromtarif einschaltbare Zusatzheizwicklung
eingeschaltet wird, wobei diese noch in Serie mit einem Raumtemperaturwächter geschaltet
ist, der den Zusatzheizkreis oberhalb einer vorbestimmten Raumtemperatur unterbricht.
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Bei einer solchen Speicherheizeinrichtung ist es nicht mehr erforderlich,
Wärmespeicherklötze zu verwenden, die die gesamte zum Beheizen eines Raumes für
eine bestimmte Zeit erforderliche Wärmemenge aufnehmen können. Es reicht viehmehr
ein kleiner Wärmespeicherklotz aus. Mit den Zusatzwicklungen läßt sich nicht nur
die Anheizperiode verkürzen, sondern auch eine trägheitslose Weiterbeheizung gegen
Ende des Wärmeabgabevermögens des Speicherklotzes erreichen. Ein derartiges Gerät
ist in der Herstellung wesentlich billiger als die bekannten Geräte. Trotzdem erhält
man noch eine wesentliche Stromersparnis gegenüber den normalen bekannten Strahlungsheizkörpern.
Durch die Kombination des Zusatzheizkreises mit einem Temperaturwächter ist
gewährleistet,
daß der Zusatzheizkreis in Abhängigkeit von der Raumtemperatur unterbrochen wird.
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Vorzugsweise sind zwei zusätzliche, nur bei niederem Tarif einschaltbare
Heizwicklungen vorgesehen, die in unmittelbarer Nähe des wärmeisolierten Wärmespeichers
angeordnet sind, von denen lediglich die eine durch den Doppelkontakt-Temperaturwächter
gesteuert wird und die andere unabhängig von diesem Temperaturwächter einschaltbar
ist. Dies hat den Vorteil, daß der Doppelkontakt-Temperaturwächter strommäßig geringer
beansprucht ist und daß sich eine feinere Regelung erzielen läßt.
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An der vorderen Seite des wärmeisolierten Wärmespeichers kann ein
einstellbarer wärmeisolierender Schirm vorgesehen sein.
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Die Heizelemente können in bekannter Weise aus Metallrohren bestehen,
die durch Endplatten miteinander verbunden sind, und die elektrischen Widerstandsdrähte
können in bekannter Weise in einer keramischen Bettung, vorzugsweise in Isolierperlen,
in den Metallrohren gehalten sein.
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Das Leichtgewichtspeicherheizgerät gemäß der Erfindung ermöglicht
eine Steuerung der Abgabe der gespeicherten Wärme durch Strahlung und Konvektion
in der Weise, daß sich die Wärmeabgabe auf einen beliebigen Zeitraum bis zu etwa
4 oder 5 Stunden erstreckt.
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Die zusätzlichen Heizelemente ermöglichen eine Konvektions- und Strahlungsheizung.
Die gesamte Wärmeabgabe aus der Heizvorrichtung kann derartig auf diese Anteile
verteilt werden, daß die günstigste Art der Raumheizung unter Berücksichtigung der
geographischen Lage der Anwendungsstelle des Heizgerätes erzielbar ist.
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Die Erfindung ist an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigen Fig. 1, 2 und 3 jeweils eine Ansicht, einen im vergrößerten
Maßstab dargestellten Querschnitt und eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Speicherheizkörper, wobei die Fig. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie 11-I1
der Fig. 1 darstellt, Fig.4 bis 7 Schaltbilder des Speicherheizkörpers, die die
unterschiedlichen Schaltungsmöglichkeiten zeigen, Fig.8 bis 10 eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Speicherheizkörpers in Ansicht, im Schnitt längs der Schnittlinie
IX-IX der Fig. 8 und in Aufsicht, Fig. 11 eine schematische Ansicht oder Umrißdarstellung
eines »doppeltwirkenden« Speicherheizkörpers, der in einer Trennwand zweier Räume
angeordnet ist.
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In allen Darstellungen der Zeichnung sind jeweils gleiche oder einander
wirkungsmäßig entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Speicherheizkörper enthält als
wärmespeicherndes Medium einen Betonblock 1, der ungefähr 13 cm hoch, 6 cm dick
und 110 cm lang ist und ringsherum von einer Wärmeisolation 7 aus Glaswolle oder
ähnlichem Material umgeben ist. An der Vorderseite des gesamten wärmeisolierten
Blockes 1 ist in der Isolation 7 eine Vertiefung 2 vorgesehen, die etwa 5 cm tief
ist. Die Vorderseite 2a des wärmeisolierten Blockes oberhalb dieser Vertiefung kann,
wie dargestellt, glatt ausgeführt sein. Es können in dieser Fläche aber auch vertikale
Nuten und Rippen mit etwa 12 mm Breite und 12 mm Tiefe sowie 12 mm gegenseitigem
Abstand vorgesehen werden.
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In dem Block 1, der ungefähr 20 kg wiegt, ist ein aus elektrischen
Heizelementen bestehendes Heizkörpersystem 3 angeordnet, die in der bereits obenerwähnten
Weise ausgeführt sind und für eine Stromaufnahme von beispielsweise 1400 Watt ausgelegt
sind. In der Vertiefung 2 an der Vorderseite des Blockes sind zwei zusätzliche elektrische
Heizvorrichtungen 4 und 5 angeordnet, die ebenfalls in der vorher erwähnten Art
ausgeführt sind. Die eine Vorrichtung 4 hat eine Stromaufnahme von etwa 800 Watt,
und die andere Vorrichtung 5 nimmt etwa 200 Watt auf.
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An einer Endfläche des Blockes 1 ist ein Doppelkontakt-Temperaturwächter
6 angebaut, der den Strom der Heizvorrichtung 3 in dem Block bei einer vorherbestimmten
bzw. eingestellten Blocktemperatur von beispielsweise 320° C abschaltet und gleichzeitig
die zusätzliche Heizvorrichtung 4 mit einer Leistung von 800 Watt einschaltet.
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Die Dicke der Wärmeisolation 7 aus Glaswolle oder ähnlichem Material
bestimmt die Wärmeabgabe aus dem Block.
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Der isolierte Block ist in einem Metallgehäuse 8 in der Weise untergebracht,
daß ringsum zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Block ein Luftraum verbleibt.
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Das Gehäuse 8 hat auf seiner Frontseite einen unteren Lufteinlaß 9
und einen oberen Luftauslaß 10. Ein aus isolierendem Material bestehender Schirm
11, der mit dem oberen Teil der Frontfläche 2a des Blockes 1 zusammenwirkt, ist
innerhalb des. Gehäuses einstellbar befestigt. Das Gehäuse ist mit Füßen 8 a versehen.
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Im Betrieb wird das Speicherheizgerät an die Stromzuleitungen 14 und
15 angeschlossen und mit einem Raumtemperaturwächter 16 in der aus den Fig. 4 bis
7 ersichtlichen Weise verbunden.
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Nimmt man nun an, daß das beschriebene Speicherheizgerät in einem
Büro aufgestellt ist, in dem von 9 Uhr vormittags bis 17.30 Uhr nachmittags gearbeitet
wird, und daß ein Zeitschalter (nicht dargestellt) vorgesehen ist, um den Strom
für das Gerät um 4 Uhr morgens einzuschalten, so wird (vgl. die Fig. 4) zu dieser
eingestellten Zeit der Block 1 mit einer Heizleistung von 1400 Watt beheizt, während
die zusätzliche Heizvorrichtung 5 mit einer Heizleistung von 200 Watt ebenfalls
eingeschaltet ist. Die von dieser zusätzlichen Heizvorrichtung aufgeheizte Luft
steigt an der Frontseite 2a des Blockes 1 nach oben, tritt aus dem Gehäuse 8 durch
die obere Auslaßöffnung 10 aus und erwärmt den Raum, wobei sie durch eine leichte
Wärmeabgabe aus dem Wärmespeicherblock unterstützt wird.
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Wenn unter diesen Bedingungen der Block eine Temperatur von etwa 320°
C erreicht hat - was der Speicherung einer gesamten elektrischen Arbeit von etwa
3 bis 4 Kilowattstunden entspricht -, schaltet der Doppelkontakt-Temperaturwächter
6 die Stromzufuhr zu der 1400-Watt-Heizung in dem Block ab und schaltet den zweiten
zusätzlichen Heizkörper bzw. die zweite zusätzliche Heizvorrichtung 4 mit 800 Watt
Leistung (Fig. 5) ein, so daß eine gesamte Leistung von 1000 Watt für die direkte
Beheizung des Raumes angewendet wird.
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Die beiden Heizvorrichtungen 4 und 5 werden nun von dem Raumtemperaturwächter
16 derart gesteuert,
daß um 8 Uhr morgens der Raum die notwendige
Temperatur erreicht hat und in dem Block 1 noch Speicherwärme entsprechend 3 Kilowattstunden
enthalten ist. Zu diesem Zeitpunkt spricht der Zeitschalter an und schaltet die
ganze Stromzuführung ab, worauf die Raumtemperatur bis ungefähr 10 Uhr vormittags
ganz allein durch die Wärmeabgabe aus dem Speicherwärme enthaltenden Block 1 etwa
gleichgehalten wird. Um 10 Uhr vormittags wird der Strom durch den Zeitschalter
erneut eingeschaltet, und die oben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich bis um
etwa 15 Uhr nachmittags, wenn wieder die gesamte Stromzufuhr durch den Zeitschalter
abgeschaltet wird.
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Wenn während der Einschaltzeit des Stromes der Speicherblock voll
aufgeheizt ist und auch der Raum die gewünschte Temperatur hat, öffnet der Raumtemperaturwächter
(Fig. 6), und alle drei Heizsysteme bzw. -vorrichtungen werden abgeschaltet. Wenn
anderseits während der Einschaltung der Stromversorgung der Block noch nicht voll
aufgeladen ist, aber der Raum bereits die gewünschte Temperatur erreicht hat, werden
durch das Öffnen des Raumtemperaturwächters (Fig. 7) nur die zusätzlichen Heizvorrichtungen
4 und 5 abgeschaltet, während der Doppelkontakt-Temperaturwächter noch eine Stellung
einnimmt, in der die weitere Stromzufuhr zu der Heizeinrichtung 3 des Speicherblockes
1 bestehenbleibt.
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Ein Speicherheizgerät, wie es soeben beschrieben wurde, macht es unnötig,
Gebäude oder Räume beispielsweise durch eine Fußboden- oder Unterflur-bzw. eine
Deckenheizung zu beheizen, die sehr hohe Kapitalkosten und auch hohe Betriebskosten
erfordern. Durch die großen Materialmengen, die bei solchen Heizungen für die Speicherung
benutzt werden müssen, ergeben sich bei diesen Arten von Heizungen unvorteilhafte
Bedingungen, und es ist kein Verfahren bekannt, nach dem man erfolgreich eine Regelung
der Wärmezufuhr bewirken kann.
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Das gemäß der Erfindung ausgeführte Speicherheizgerät kann dagegen
unter Aufwand nur eines Bruchteiles der Kosten einer Fußboden- oder Deckenheizung
hergestellt und installiert werden. Weiterhin gestattet es eine ganz beträchtliche
Ersparnis an Leistung bzw. hat es einen geringeren Stromverbrauch. Schließlich kann
es derart eingestellt werden, daß es sämtlichen jeweils vorliegenden Bedingungen
in Bezug auf den Leistungsverbrauch oder die Speisezeit entspricht, und es läßt
sich auch irgendwelchen späteren Änderungen dieser Bedingungen leicht anpassen,
die im Laufe der Zeit eintreten können.
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Als ein Beispiel betrachte man einen Raum von 3 - 4 m = 12 m2 Bodenfläche
und 2,5 m Höhe. Dieser Raum hat einen gesamten Rauminhalt von 30 m3. Der übliche
Energiebedarf einer Unterflur- oder Fußbodenheizung für einen derartigen Raum ist
etwa 150 Watt je Quadratmeter der Fußbodenfläche, insgesamt also 12 - 150 Watt =
1,8 Kilowatt. Diese Heizung ergibt eine Fußbodentemperatur von ungefähr 27° C. Ein
aus Beton hergestellter Fußboden von 12 m2 Fläche und etwa 63 mm Stärke hat einen
gesamten Raumbedarf von 0,75 m3 und wiegt etwa 1650 kg.
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Unter Berücksichtigung dieses Gewichtes bzw. einer derartig großen
Masse aus Beton erkennt man sofort, daß es ausgeschlossen ist, eine genaue Wärmeregelung
durchzuführen, und daß die Betriebskosten höher sein müssen als bei direkter oder
nur zum Teil unter Ausnutzung der Wärmespeicherung durchgeführter Heizmethode. Mit
dem erfindungsgemäßen Heizgerät, das lediglich ungefähr 25 kg wiegt, können die
Betriebskosten ganz wesentlich heruntergesetzt bzw. ganz wesentliche Ersparnisse
gemacht werden.
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Das erfindungsgemäße Speicherheizgerät mag für einen Raum von 47 m3
Inhalt mit einer Speicherkapazität von ungefähr 2 Kilowatt einen gesamten Anschlußwert
von 1,6 Kilowatt haben; die Auslegung ist derart, daß man ungefähr 0,4 Kilowatt
stündlich während der Stromabschaltzeiten an den Raum ab-. geben kann. Die Abgabe
von 0,4 Kilowatt ist mehr als reichlich genug, um den Raum auf der gewünschten Temperatur
zu halten, auf die er in der vorhergegangenen Einschaltperiode der Stromversorgung
aufgeheizt wurde. Während der anfänglichen Aufheizperiode des Raumes, beispielsweise
von 4 Uhr morgens an, wird der Speicherblock bis zu der Abschalttemperatur in ungefähr
2 Stunden aufgeheizt, während die 800 Watt Heizleistung der zusätzlichen Heizvorrichtung
die Heizvorrichtung von 200 Watt Leistung unterstützen; beide zusammen können eine
direkte Heizleistung von 800 -f- 200 = 1000 Watt je Stunde abgeben.
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Da die von diesen beiden zusätzlichenHeizvorrichtungen erwärmte Luft
über die isolierte Frontfläche 2 a des Wärmespeicherblockes 1 streicht, hilft sie
dazu mit, die Wärme in dem Block zurückzuhalten, bis entweder der Raumtemperaturwächter
oder der Zeitschalter die Stromversorgung abschaltet.
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Die an der Frontseite angeordnete isolierende Abschirmung 11 wird
während der etwa 4stündigen Abschaltung der Stromversorgung ganz dicht an die Frontseite
2a des Speicherblockes herangedrückt. Wenn die Abschaltzeitdauer nur beispielsweise
2 Stunden beträgt, kann diese Abschirmung mit etwa 1,5 cm Abstand vor der Frontfläche
2a des Speicherblockes eingestellt sein, was zu einer schnelleren Abgabe der Speicherwärme
führt.
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Die Bemessung bzw. Regelung des erfindungsgemäßen Speicherheizgerätes
ist praktisch unbegrenzt, da die Wärmespeicherungskapazität durch Erhöhung des Gewichtes
oder Einstellung der Leistungsaufnahme des Blockes erhöht oder verringert werden
kann. Man kann auch eine weitere Regelung vornehmen, indem man die zwei zusätzlichen
Heizungsvorrichtungen für direkte Beheizung so auslegt, daß sie beliebigen Bedingungen
genügen, die von einer Stromversorgungsgesellschaft gestellt werden können, und
man kann schließlich die Wärmeabgabe aus dem Speichermedium derartig vorherbestimmen
oder einstellen, daß man die günstigsten Einkaufsbedingungen bzw. die günstigsten
Gesamtkosten für die insgesamt aufzuwendende Heizleistung erzielt.
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Ein Speicherheizgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise
auch in eine Tür eingebaut werden und so ausgeführt sein, daß entweder beide Seiten
der Türfläche Konvektionsöffnungen -für das Durchstreichen der Luft an dem Heizkörper
vorbei - aufweisen oder daß nur auf der einen Seite Durchtrittsöffnungen für umlaufende
Luft vorgesehen sind und die andere Seite lediglich als eine Wärmestrahlung abgebende
Platte ausgebildet ist.
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Bei einer Ausführung der letzteren Form, wie sie in den Fig. 8 bis
10 dargestellt ist, sind die unmittelbar wirkenden Heizvorrichtungen 4 und 5 oberhalb
des Blockes 1 angeordnet. Die Speicherheizvorrichtung ist innerhalb der Tür A auf
Tragwinkeln 18 gelagert.
Mit 19 ist ein Umlenkblech oberhalb der
zusätzlichen Heizvorrichtungen 4 und 5 bezeichnet, und 21 kennzeichnet den Türgriff.
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Eine einstellbare Luftdurchtritts- oder Lüftungsöffnung (nicht dargestellt)
kann an der Konvektorseite des Heizkörpers vorgesehen sein; mit dieser Öffnung läßt
sich ein Schalter verbinden, der beim Schließen dieser Öffnung die Stromzufuhr teilweise
oder gänzlich abschaltet.
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In der Fig. 11 ist - lediglich in Form äußerer Umrisse - eine Ausführungsart
des Speicherheizgerätes veranschaulicht, die in einem Durchbruch einer Wand oder
einer Trennfläche zwischen zwei Räumen oder Zimmern angeordnet ist und dazu dient,
beide Räume oder Zimmer zu heizen. Falls gewünscht, kann das Heizkörpergehäuse wärmeisolierte
Abschlußvorrichtungen für die Austrittsöffnungen der heißen Luft erhalten, so daß
gewünschtenfalls jeder der beiden Räume von der Heizquelle weitgehend abgeschaltet
bzw. gegen die Heizquelle weitgehend abgeschlossen werden kann.
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Aus der soeben gegebenen Beschreibung läßt sich ersehen, daß Speicherheizgeräte
gemäß dervorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen herstellbar
sind. Es dürfte klar sein, daß auch Einzelheiten der zu Erläuterungszwecken beschriebenen
Konstruktionen weitgehend geändert werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu überschreiten.