DE1914887A1

DE1914887A1 - Verfahren und Anordnung zur zentralen Beheizung von Wohn- oder sonstigen Nutzraeumen

Info

Publication number: DE1914887A1
Application number: DE19691914887
Authority: DE
Inventors: Guenther Kroepsch; Hugo Weissmueller
Original assignee: Ruhrtal Elektrizitatsgesellschaft Hartig GmbH and Co
Current assignee: Ruhrtal Elektrizitatsgesellschaft Hartig GmbH and Co
Priority date: 1969-03-24
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1970-10-15

Description

Verfahren und Anordnung zur zentralen Beheizung von Wohn- oder sonstigen Nutzräumen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur zentralen Beheizung von Haus- und Wohnungseinheiten oder Nutzräumen mit einem elektrisch erhitzten Hochtemperatur-Speicherblock,dessen Wärmeenergie gesteuert an einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger abgegeben wird.
Elektrische Speicherheizungen erfreuen sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. Außer Einzelspeicheröfen sind auch zentrale Blockspeicherheizungen bekannt geworden, die die mit billigem Nachtstrom erzeugte Wärme in einer meist im Keller aufgestellten Anlage speichern und die Wärme bei Bedarf über Wasser, Dampf oder Luft als Wärmeträger an die Wohnräume abgeben. Blockspeicherheizungen kommen vorwiegend dann infrage, wenn eine bestehende brennstoffbefeuerte Warmwasser- oder Warmluftzentralheizung auf elektrische Beheizung umgestellt werden soll. Außerdem sind sie für nur zeitweise benutzte Großräume wie Kirchen, Turnhallen etc gut geeignet.
Als Speichermedium wird Gußeisen, Keramik, Öl oder Wasser verwendet. Auch Salzmischungen sind für diesen Zweck bekannt geowrden. Sie nutzen zwar zusätzlich die Schielz-Wärme aus, sind aber wegen der erheblichen Korrosionsprobleme bisher ohne praktische Bedeutung geblieben.
Obwohl die spezifische Wärme von Wasser etwa 4 mal so groß ist wie die von keramischen Massen und etwa 8 mal so groß wie die von Gußeisen, kann Wasser dennoch nicht als ideales Speichermedium angesehen werden, weil die ausnutzbare Temperaturdifferenz mit 40 - 500 C recht gering ist. Heißwasserspeicher zur Beheizung einer Wohnung oder eines Einfamilienhauses beanspruchen daher einen erheblichen Raum.
Auch sind die Investitionskosten fUr den Wassertank und dessen Isolierung nicht gering.Die nur kleine ausnutzbare Temperaturdifferenz ist ferner insofern nachteilig, als gegen Ende der Entnahmeperiode, also in den Abendstunden,in denen oft zusätzlicher Wärmebedarf besteht, die Vorlauftemperatur nicht mehr gesteigert werden kann, weil das Speicherwasser weitgehend abgekühlt ist. Abhilfe ist hier nur möglich durch direkte und teure elektrische Zusatzheizung, die seitlich mit einer ohnehin hohen Netzbelast zusammenfällt. Ein Vorteil besteht allerdings darin, daß das Wasser direkt dem Heizungskreislauf zugeführt werden kann, daß also kein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich ist.
Für Wärmespeicherzwecke sind Spezialöle bekanntgeworden, die bis etwa 3000 C aufheizbar sind. Hier beträgt zwar die auf nutzbare Temperaturdifferenz von 250° C ein Mehrfaches gegen Uber der von Wasser, jedoch ist os als nachteilig anzuschen, daß der öl nach einigen Jahren wegen Alterung ausgewechselt werden muß und daß die Neufüllung erhebliche Kosten verursacht.
Keramische oder gußeiserne Speicherkerne können theoritisch @@ @@° @ @ @@@@ werden, jedoch beschränkt man @@ @ @ @@ @@ @ @@@ 600 - 700° C: 1. Mit steigender Temperatur erhöhen sich die mit der 4.
Potenz der Temperatur steigenden Abstrahlungsverluste erheblich.
2. Der Bau der Wärmetuascher bereitet mit zunehmender Temperatur technologische Schwierigkeiten.
3. Der Aufwand fUr-Isolierungsmaßnahmen zur Ausschaltung der Brandgefahr und zur Verringerung der Verluste steigt beträchtlich Keramische oder gußeiserne Speicherkerne bestehen meist aus relativ großen und gewichtigen Bauelementen, die eine Montage in bewohnten H§usern erschweren.
Auch bei hohem Isolationsaufwand sind die Abstrahlungsverluste relativ groß. Sie sind nur vertretbar, wenn der Helzungsraum zusätzlich genutzt wird. Für die Isolierung von Hochtemperatur-Speicherkernen ist es ferner nachteilig, daß die Wärmeleitfähigkeit der üblichen Isoliermaterialien mit der Temperatur ansteigt.
Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, die Vorteile des Hochtemperatur-Speicherblockes mit denen des Wasserspeichers zu verbinden und eine Anordnung zu schaffen, die sich durch geringe Verlustwärme und große Anpassungsfähigkeit an den wechselnden Wärmebedarf auszeichnet und bei einfachster Steuerung eine gleichmäßige Netzbelastung gewährleistet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dem Iieizungskreislauf zugeführte Wärme wahlweise dem Hochtemperaturspeicher und/oder einem diesen umgebenden Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher entnommen wird und daß der Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher die ständige Wjtrme abgabe des llochtsmperatur-8peichers aufnimmt.
Bin weiteres Merkmal des neuen Verfahrens besteht darin, daß bei niedrigem Wärmebedarf f nur der Flüssigkeitsspeicher und bei hohem Wärmcbedarf primär der Hochtemperaturspeicher und sekundär gegen Ende der Nachtladezeit der Flüssigkeitsspeicher elektrisch aufgeheizt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung zur Ausübung des beschriebenen Verfahrens, die sich durch einen mit einem Dampferhitzter ausgerüsteten Hochtemperatur-Speicherkern, einen diesen umhüllenden Isoliermantel, einen oder mehrere um den Kern herum angeordnete Wasserbehälter und eine Vorrichtung zur Steuerung der Wärmeentnahme aus dem Niedertemperaturspeicher und Hochtemperaturspeicher auszeichnet.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung werden anhand von Fig der Zeichnungen beschrieben. Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt: Fig.1 einen Längsichnitt durch die neuartige Blockspeicheranordnung mit angeschlossenem Heizungskreislauf, der Wasser als Wärmeträger benutzt.
Fig.2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Block speicheranordnung mit angeschlossenem Heizungskreislauf.
Fig.3 ein Blockschaltbild der Anordnung nach Fig. 2.
Fig.4 die Schaltungsanordnung der zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtung.
In Fig. t sind mit 11 und 12 parallel geschaltete Heizkörper bezeichnet, die über die Vorlauf leitung 13 und die Rücklaufleitung 14 mit der zentralen Wärmespeicheranordnung verbunden sind. Das Rücklaufwasser durchströmt den Sekundärkreis eine Kondensators 15, den Sekundärkreis eines Wärmetauschers 32 und anschliessend eine Umwälspumpe 16. In Strömungsrichtung gesehen ist hinter der Umwälzpumpe eine Verzweigung 17 vorgesehen. Der eine Abzweig ist über eine Strömungsblende 18 (Drosselstelle) mit der Vorlaufleitung 13 verbunden. Der andere Abzweig führt über ein elektrisch betätigtes Stellventil 19 zu einem Wasserbehälter 20z. Das Stellventil 19 weist ein Balgensystems 19a und eine Heizvorrichtung19b auf. Der Raum innerhalb des Balgensystems ist mit einem Medium gefüllt,das sich mit steigendeer Temperatur ausdehnt. Durch Einschalten der Heizvorrichtung 19b wird das Ventil langsam geschlossen, durch Ausschalten geöffnet. Das Ventil arbeitet völlig geräuschlos und fla@terfrei. Es hat ferner den Vorteil, daß es bei Spannungsausfall öffnet, sodaß die Wärmeentnahme nicht unterbrochen wird. Mit 56 und 57 sind Abzweigleitungen bezeichnet, an die ein Ausgleichsgefäß angeschlossen ist.
Der obere Wasserbehälter 20a bildet zusammen mit weiteren seitlichen Wasserbehältern 20b und2Oc einen Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher, der einen Hochtemperatur-Speicherkern 21 möglichst allseitig umgibt. In den Speicherkern 21 ist ein von unten nach oben verlaufender Rohrkäfig 22 eingemauert, der als Dampferhitzer zur schnellen Speicherentladung dient. Die elktrische Aufheizung erfolgt mit Hilfe von Heizstäben 23, die in horizontalen Bohrungen liegen.
Uber weitere getrennt schaltbare Heizstäbe 24 und 25 können die Wasserbehälter 20b und 20c direkt elektrisch beheizt werden. Da diese Behälter Uber Röhren mit dem oberen Behälter 20a in Verbindung stehen, ist das gesamte Speicherwasser durch Schwerkraftumlauf gleichmässig aufheizbar Speicherkern und Wasserbehälter ruhen auf einem Unterbau 26 auf Gitterziegelmauerwerk, das die Isolierung nach unten übernimmt. Es ist zweckmäßig, zwischen den Gitterriegeln des Unterbaues 26 tuftzwischenräume zu lassen. Der Speicherkern 21, der z.B. aus Ziogel- oder Magnesitsteinen gemauert sein kann, ist von einer aus Lochziegeln aufgebauten oder ähnlichen Hochtemperaturisolierung 27 umhüllt. Zwischen Hülle und Kern verbleibt eine mehrere cm dicke Luftschicht 28,sodaß der Wärmeübergang nur durch Strahlung und Konvektion erfolgen kann. Diese Luftschicht kann mit den Luftzwischenräumen zwischen den Gitterziegeln 26 Verbindung haben. Der obere und seitliche Hohlraum 29 zwischen der Hochtemperaturisolierung 27 und den Wasserbehältern 20a, 2Ob und 20a ist mit mineralischen Dämmstoffen, z.B. Basaltwolle, ausgefüllt. Diese Isolierschichten sind durch den Gitterziegelunterbau 26 bis zum Fundament geführt, damit die Böden der seitlichen Wasserbehälter nicht zu stark aufgeheizt werden. Der gesamte, aus Hochtempe naturkern und Wasserspeicher bestehende Speicherblock ist von einer weiteren Isolierschicht 30 und einem Mantel 31 aus Blech oder Asbestzementplatten umgehen. Da die Temperatur der Oberfläche der Wasserbehälter etwa 1000C nicht überschreitet, kann die Wärmeabgabe an den Raum auch bei geringem Isolationsaufwand sehr klein gehalten werden.
Der Wasserbehälter 20a weist ausser dem mit dem Steilventil 19 verbundenem Zulaufrohr ein Ablauf rohr 54 auf,durch welches das Wasser in die vorlaufleitung 13 fließt, wo es sich mit dem aus der Strömungsblende 18 austretenden Wasser vermischt. Der Wärmetauscher 32 ist ausserhalb der Hochtemperaturisolierung 27 und unterhalb des Wasserbehälters 20a montiert. Sein Primärkreis' ist an das aus dem Speicherkern austretende Dampfsammelrohr 55 angeschlossen.
Ferner ist der Primärkreis des Wärmetauschers mit dem Primärkreis des Kondensators 15 verbunden. Der Dampferzeugerkreislauf wird über ein an der tiefsten Stelle angeordnetes Wassergefäß 33 geschlossen, das'mit dem Rohrfähig 22 verbunden ist. Das Gefäß 33 ist mit einem elektrischen Heizelement 34 versehen. Mit 35 ist eine Verschlußklappe bezeichnet die sich bei zu hohem Dampfdruck öffnet. Der Dampferzeuger zur Schnellontladung des Speicherkernes arbeitet wie folgt: Im Ruhezustand ist das Gefäß 33 und die zum Xpndensator 15 führende Rohrleitung teilweise mit Wasser gefüllt, dessen Temperatur gleich der Zimmertemperatur ist oder durch eine geringe Dauerbeheizung auf einem Wert unterhalb der Siedetemperatur gehalten wird. Wenn Das Wasser in dem Gefäß 33 zwecks Speicherentladung zum Sieden gebracht wird, entsteht Sattdampf, der in den RohrkEfig 22 eindringt, dort überhitzt wird und zumindest teilweise im Wärmetauschor 32 kondensiert.
Das Kondensat gelangt mit dem Rest des Wasserdampfes in den Kondensator 15 und von hier aus läuft das Kondensat in das gefäß 33 zurück, wo erneut eine Verdampfung stattfindet.Die bei diesem Kreisprozeß dem Speichörkern entzogen Wärmemenge wird dem Heizungsvorlauf 13 zugeführt.
Die beschriebene Speicherheizungsanlage erlaubt mindestens drei Betriebsverfahren, mit denen eine optimale Anpassung an den jahreszeitlich stark wechselnden Wärmebedarf möglich ist: 1. Bei kleinem Wärmebedarf wird nur der Wasserspeicher elektrisch aufgeheist, Bei laufender Umwälzpumpe kann durch Steuerung der öffnung des flatterfreien ventils 19 die Vorlauftemperatur im unteren Bereich einreguliert werden.
Dabei gleichen' sich Temperaturunterschiede in den einzelnen Wasserbehältern durch Schwerkraftumlauf weitgehend aus.
II.Bei mittlerem Wärmebedarf wird zunächst der Speicherkern über einzelne oder alle Heizstäbe und gegen Ende der Niedertarifzeit der Wasserspeicher elektrisch aufgeheizt.
Die Umschaltung von der Speicherkernheizung auf die Wasserspeicherheizung erfolgt etwa zwei Stunden vor Ablauf der Niedertarifzeit. In der Tag-Nachladezeit - meist von 14,oo bis 16,oo - wird nur der Wasserspeicher nachgehetzt.
Die Wärmeabgabe des Hochtemperatur-Speicherkerns an den Wasserspeicher steigt mit sinkender Wassertemperatur, sodaß die Anlage längere Zeit mit höherer Vorlauftemperatur gefahren werden kann.
III.Bei hohem Wärmebedarf wird zunächst der Speicherkern mit voller Heizleistung geladen. Gegen Ende der Niedertarifzeit wird ein Teil der Leistung auf den Wasserspeicher umgeschaltet. In der Tag-Nachladezeit wird der Wasserspeicher und ev.
ein Teil des Speicherkerns erneut aufgeheizt. Für eine maximale Wärmeentnahme wird der Dampferzeuger eingeschaltet, sodaß das kühlere Rücklaufwasser im Kondensator 15 und im Wärmetauscher 32 aufgeheizt wird.Ein Teil dieses Wassers pssiert die Strömungsblende, der andere gelangt bei offenem Ventil 19 in den Wasserspeicher. Über das Rohr 54 tritt heißes Wasser auge dem Wasserspeicher aus.
Die Anordnung nach Fig.2 unterscheidet sich von Fig. 1 erstens durch einen anderen Aufbau des Speicherkerns und zweitens durch eine verstellbare Klappe 53 im Wärietauscher 32.Diese Klappe bewirkt, daß ein Teil des Kondensates direkt in den Dampferhitzer zurückläuft, wo es erneut verdampft. Die Einschaltdauer des Heizelementes 34 kann daher verkürzt werden. Nach Beendigung des Siedervorganges im Gefäß 33 arbeitet der Dampferhitzer noch so lange weiter, bis nach und nach gesamte Wasser über den Kondensator zurückgelaufen ist.
Der Hochtemperatur-Speicherkern ist in drei übereinander liegende Scheiben 36,37 und 38 aufgeteilt. Am Boden der Scheibe 36 ist eine Kasette 39 mit Heizstäben 40 angeordnet. Weitere Kasetten 41 und 43 mit Heitstäben 42 und 44 liegen zwischen den Scheiben 36 und 37 sowie 37 und 38.
Zur Dampferhitzung bzw. Dampferzeugung dienen flache Kasetten 45a, 45b und 45c, die hintereinander an eine Dampfleitung 45 angeschlossen sind.
Fig.2a zeigt eine Draufsicht auf eine aufgeschnittene Dampferzeugerkasette. Sie ist durch Zwischenwände so in Kanäle unterteilte daß sie vom Dampf auf einem mäanderförmigen Weg durchströmt wird.
Die Kasetten 45a und 45b liegen unmittelbar unterhalb der mit Heizstäben versehenen Kasetten 41 und 43. Die Heizkasetten und Dampferhitzerkasetten können baulich zu je einem Gußteil vereinigt sein. Alle Dampferhitzerkasetten sind gegenüber der Horizontalen leicht geneigt angeordnet, um dem zurücklaufen den Kondensatorwasser ausreichendes Gefälle zu geben.
Der konstruktive Aufbau ist so gewählt, daß die Gruppen von Heizstäben 4s, 42 und 44 fast ausschließlich die darüberliegenden Speicherscheiben 36,37 und 38 aufheizen. Auf diese Weise kann man je nach WärmeBedarf entweder nur die Scheibe 30 oder die Scheiben 37 und 38 oder eine andere Kombination auf die volle Temperatur aufheizen. Bei der Wärmeentnahme steht dann in einem Teil des Dampferhitzers die maximale Temperaturdifferenz zur Verfügung. Ein solcher Teillastbetrieb ist günstiger als eine Aufheizung des gesamten Kerns auf eine als drigere Temperatur.
Fig.3 zeigt das Blockschema der Anordnung nach Fig.2. Mit 46 ist das Überlaufgefäß bezeichnet0 D2r vier Scheiben mit Heizelementen und Dampfkanälen aufweisende Hochtemperatur-Speicherkern 47 ist mit dem Wärmetauscher 32 durch eine Dampfleitung 48 und eine Kondensatrücklaufleitung 49 verbunden. Da die räumliche Zuordnung von Hochtemperatur-Speicherkern 47 und Wasserspeicher 50 aus dem Blockschema nicht ersichtlich ist, soll durch eine unterbrochene Linie 51 und einen Pfeil 52 angedeutet werden, daß dem Wasserspeicher die Strahlungsverluste des Speicherkernes zugeführt werden.
Die Wärmeübergangszahl zwischen dem Hochtemperaturspeicher und dem Flüssigkeitsspeicher wird so gewählt, daß bei normalem Wärmebedarf dem Flüssigkeitsspeicher etwa ebenso el Strahlungswärme vom Hochtemperaturspeicher zugeführt wird wie der Flüssigkeitsspeicher an den Heizungskreislauf gibt. Dabei ist ferner die Bedingung einzuhalten, daß bei voll aufgeladenem Hochtemperaturspeicher und längere Zeit geschlossenem Wärmeentnahmeventil 19 die Siedetemperatur im Wasserspeicher nicht überschritten wird.
Die in Fig2 beschriebene Heizungsanlage wird vorzugsweise durch eine Schaltungsanordnung nach Fig.4 geregelt. Die eineinen Schaltschütze, Relais und Thermostate sind mit großen Buchstaben, die zugehörigen Kontakte mit kleinen Buchstaben und Indizes bezeichnet.
Es bedeuten: R Phasenleiter Mp Mittelpunktleiter A Drehstromschütz für die Beheizung der Wasserbehälter 20 B Hilfsrelais für die Lade- und Entnahmestufe 2 c Hilfsrelais für die Lade- und Enenahmestufe 3 D Drehstromschütz für die Beheizung der beiden oberen Scheiben t37 und 38) des Speicherkerns E Drehstromschütz für die Beheizung der untersten Scheibe g36) de Speicherkerns F Heizwiderstand für die tätigung des Vorlaufventils 19 G Zeitrelais, abfallverzögert H Heizwiderstand für den Dampferzeuger 33 Maximumthermostat für die Wasserbehälter 20 V Außenthermostat mit zwei einstellbaren Kontakten W Außenthermistat für die oberen Scheiben 37 und 38 des Hochtemperatur-Speicherkernes, T Maximumthermostat für die untere Scheibe 36 des Hochtemperatur-Speicherkernes, X Vorlaufthermostat mit drei einstellbaren Kontakten Y Raumthermostat mit Nachtabsenkung S Schaltuhr mit drei unäbhngig voneinander einstellbaren Kontakten Bevor die Wirkungsweise der Schaltung im einzelnen erläutert wird, soll das zu verwirklichende Dreistufen-Programm definiert werden, das eine Kontretisierung der eingangs erwähnten drei Betriebsverfahren darstellt. Die e- und Entladung des gesamten Wärmespeichers erfolgt in Abhängigkeit von der Außentemperatur als Führungsgröße in drei Stufen: Stufe 1 gilt für Außentemperaturen über 40°C. In der Tag-Nachladezeit von 14,00 bis 16,00 und in der Nacht-Nachladezeit von 4,oo bis 6,oo werden mit einer Leistung von N1 nur die Wasserbehälter 20 aufgeheizt. Die Entladung erfolgt mit einer niedrigen Vorlauf temperatur 1 von beispielsweise 30°C.
Stufe 2 gilt für Außentemperaturen zwischen -5°C und +40C0 von 21,oo bis 4,00 werden mit einer Leistung N2 die beiden oberen Speicherkernscheiben 38 und 38 aufladen. Von 4,00 bis 6,00 und von 14,oo bis 16,oo werden die Wasserbehälter mit dr Leistung N1 beheizt. Die entladung erfolgt mit einer mittleren Vorlauftemperatur v2 von beispielsweise 45°C.
Stufe 3 gilt für Außentemperaturen unter -5°C. Von 21,00 bis 4,oo werden die oberen Scheiben des Speicherkerns mit der Leistung N2, von 4,00 bis 6,oo und von 14,00 bis 16Rao das Speicherwasser mit der Leistung N1 und von 19,00 bis 6,00 die untere Scheibe des Kerns mit der Leistung N3 aufgeheitz, soweit nicht die eingebauten Maximumthermostaten die Stromzufuhr zu den Heizpatronen vorzeitig unterbrechen. Die Vorlauftemperatur bei bel der Entladung beträgt beispielsweise 60°C.
Steuer- und Regeleinrichtung nach Fig.4 arbeitet wie folgt: Die Erregewicklung des Drehstromschützers A für die Wasserbehälter 20 liegt in Reihe mit einem Kontakt z1 der Schaltuhr 8 und einem Ruhekontakt u des Maximumthermostaten U, der an einen der Wasserbehälter untergebracht ist. Der Kontakt s1 ist von 14,00 bis 16,00 und von 4,00 bis 6,00 geschlossen. Folglich ist während dieser Zeiten das Schütz A eingeschaltet, solange die Wassertemperatur unter dem Maximalwert von 100°C liegt. Wird diese Temperatur vor Zeitablauf erreicht und infolge Wärmeentnahme erneut unterschritten, so wird die Beheizung durch die Schalthysterese des Thermostaten kurzzeitig ein- und ausgeschaltet.
Der Außenthermostat V mit dem Kontakten v1 und v2 weist drei Schaltstellungen auf. Oberhalb 4°C sind beide Kontakte offen, zwischen 4°C und -5°C ist v1 geschlossen, unter -5°C sind v1 und v2 geschlossen. Das mit dem Kontakt v1 in Reihe liegende Hilfsrelais B weist zwei Arbeitskontakte b1, b3 und einen Ruhekontakt b2 uaf. Das Hilfsrelais C liegt mit dem Kontakt v2 in Reihe. Es weist ebenfalls einen Arbeitskontakt c1 und einen Ruhekontakt c2 auf. Das Drehstromschütz D für die Beheizung der oberen Scheiben 37 und 38 des Speicherkerns spricht an, wenn der Kontakt w des an den oberen Scheiben des Speicherkernes angebrachten Maximumthermostaten W geschlossen ist, das Hilfsrelais B strom führt und der Schaltuhrkontakt z2 geschlossen ist. Letzsteres trifft zu für die Zeit von 21,00 bis 4,00. Die oberen Scheiben des Kerns werden in dieser Zeit mit der Leistung N2 geladen. Zur Stufe 2 gehört außerdem die Aufladung der Wasserbehälter über den von 4,00 bis 6,00 und von 14,00 bis 16,00 geschlossenen Kontakt z1.
Bei Außentemperaturen unter -5°C (Stufe 3) sind die Kontakte v1 und v2 geschlossen und die Hilfsrelais B und C sind erregt.
Die Kontakte b1, b3 und c1 sind geschlossen, b2 und c2 geöffnet. Der Kontakt z3 ist von 19,00 bis 6,00 geschlossen, das Schütz E eingeschaltet. Während dieser Zeit wird die untere Scheibe 36 des Speicherkerns mit der Leistung N3 beaufschlagt, Solange der Kontakt t des an der unteren Scheibe 36 des Speicherkernes angebrachten Maximumthermostaten T geschlossen ist. Ferner wird (über z2) von 21,00 bis 4,00 die Leistung N2 an die oberen Scheiben des Speicherkernes abgegeben. Schließlich wird - wie auch in den Stufen 1 und 2 - das Speicherwasser von 4,00 bis 6,00 und von 14,00 bis 16,00 mit der Leistung N1 beheist.
Von Sutfe zu Stufe werden also zusätzliche Heizleistungen zu vorschiedenen Zeiten angeschaltet. Es versteht sich am Rande, daß die Zeiten der Aufheizung sowie die in Anspruch genommenen Leistungen mit dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen abgesprochen sein müssen und den örtich sehr verschiedenen Netzbelastungsverhältnissen angepaßt werden können. Ebenso können die für die Schaltpunkte des Außenthermostaten V genannten Temperaturen den örtlichen Verhältnissen angepaßt werden.
Die Wärmeentnahme erfolgt mit einer Vorlauf temperatur, die in Stufe 1 v1= 300C' in Stufe 2 v2= 45 C in Stufe 3 v3= 600C beträgt.
Die Vorlauftemperatur wird mit einem Dreistufenthermostaten X erfaßt, dessen Kontakte x1, x2, X3 bei 30, 45 und 600C schliessen. Der Kontakt x1 liegt in Reihe mit dem Ruhekontakt b2, der Kontakt x2 in Reihe mit dem Ruhekontakt c2, der Kontakt x3 parallel zu den genannten Reihenschaltungen. Außerdem ist diesen Stromzweigen ein Kontakt y des Raumthermostaten Y ptrallelgeßchaltet. Der Raunthermostat kann wie üblich mit Nachtabsenkung arbeiten. In Serie tu der genannten Reihenparallelschaltung liegt der Heizwiderstand F des Vorlaufventils 19 und parallel au dem Heizwiderstand das Zeitrelais G.
Sind die Kontakt xl, x2,x3 und y offen, bleiben der Heizwiderstand F und das Zeitrelais G stromlos, das Vorlaufventil 19 ist also geöffnet. Da dem Speicher heißes Wasser entnommen wird, steigt die Vorlauftemperatur auf 300C an und x1 wird geschlossen.
Liegt die Außentemperatur über 40C, so ist das Hilfsrelais B stromlos und sein Ruhekontakt b2 geschlossen, Der Heizwiderstand F erhält Spannung und schließt das Vorlaufventil. In Stufe 2 ist b2 geöffnet und x1 wirkungslos. Dae Vorlaufventil wird erst dann geschlossen, wenn die Vorlauftemperatur 450C erreicht. In Stufe 3 liegen die Hilferelais B und C an Spannung, b2 und o2 sind geöffnet. Folglich kann dann das Vorlaufventil erst dann schließen, wenn die Vorlauftemperatur 600C beträgt, wenn also x1, x2 und x3 geschlossen sind.
Unabhängig von der Außentemperatur sperrt das Vorlaufventil die Heißwasserzufuhr, wenn der Raumthermostat Y anspricht und sein Kontakt y schließt.
Das Heitrelais G ist abfallverzögert ausgebildet. Sein Ruhekontakt g ist also nicht nur geöffnet, solange einer der Kontakte x oder y geschlossen und das Ventil 19 gesperrt ist, sondern er bleibt auch noch für mehrere Minuten geöffnet, wenn infolge sinkender Vorlauftemperatur das Ventil 19 erneut betätigt wurde. Ist innerhalb der Relaisverzögerungszeit die Vorlaufsolltemperatur nicht erreicht, weil das Speicherwasser zu stark abgekühlt ist, schließt der Kontakt g und legt bei geschlossenem Hilfsrelaiskontakt b3 den Heizwidörstand Hdes Dampferzeugers 33 an Spannung. Der entstehende Dampf wird im Speicherkern überhitzt und gibt seine Wärme über die Wärmetauscher an den Heizungsumlauf ab. Bei Erreichen der Vorlaufsolltemperatur wird der Dampferzeuger abgeschaltet. Durch den Kontakt b3 wird vorhindert, daß der Dampferzeuger in Betrieb genommen wird, wenn in Stufe 3 der Speicherkern nicht aufgeladen ist.
Die Austibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an die beschriebenen und dargestellten Speicheranordnungen nicht gabunden. So kann beispielsweise der Speicherkern aus nebeneinander oder Ubereinander angeordneten Gußeisenblöcken mit eingegossenen Dampfkanälen bestehen. Die einzelnen Blöcke oder Scheiben können untereinander durch Luftschichten, oder poröse keramische Massen isoliert sein. An die Stelle der so Strömungsblende 18 und des Stellventils 19 kann ein übliches motorisch betätigtes Drei-Wege-Stellventil treten. Ein besonders günstiges Verhältnis von Speicherinhalt zur Oberfläche erhält man, wenn der Speicherkern die Grundform eines stehenden Zylinders aufweist. D',r Wasserspeicher kann dann aus einem Behälter mit kreisringförmigem Querschnitt bestehen, auf don ein aweiter sylindrischer Wasserbehälter aufgesetzt ist.
Gegenüber bekannten Einrichtungen ergeben sich durch die Erfindung folgende Vorteile: Kleineres Volumen, geringeres Gewicht und besseres Wärmeangebot als eine reine Wasserspeicherheizung.
Kleinerer Isolationsaufwand, geringere Wärmeverluste und größere Anpassungsfähigkeit an den unterschiedlichen Wärmebedarf als reine Feststoffspeicherheizunngen.
Die Vorrichtung zur gesteuerten Wärmeentnahme aus dem Hochtemperaturspeicher arbeitet praktisch ohne bewegliche Teile.
Sie ist daher besonders wenig störenfällig.

Claims

Patentansprüche

4 Verfahren zur zentralen Beheizung von Haus- und Wohnungseinheiten oder Nutzräumes mit eines elektrisch erhitzten Hochtemperatur-Speicherblock, dessen Wärmeenergie gesteuert an einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Heizungskreislauf zugeführte Wärme wahlweise dem Hochtemperatur-Speicher und/oder einem diesen umgebenden Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher entnommen wird und daß der. Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher die ständige Wärmeabgabe des Hochtemperatur-Speichers aufnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedrigem Wärmebedarf nur der Flüssigkeitsspeicher und bei hohem Wärmebedarf primär der Hochtemperaturkern und sekundär gegen Ende der Nachladezeit der Flüssigkeitsspeicher elektrisch aufgeheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Wärmeübergangszahl zwischen dem Hochtemperagturspeicher und dem Flüssigkeitsspeicher,daß etwa ebenso viel Strahlungswärme vom Hochtemperaturkern zugeführt wird wie der Flüssigkeitsspeicher bei niedrigem Wärmebedarf an den Heizungskreislauf abgibt.
4. Vorfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhtem Wärmebedarf im Hochtemperaturkern Dampt erhitzt wird, der über einen Wärmetauscher das Vorlaufmedium aufholst.
5. Anordnung ur Ausübung das Verfahrens nach Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch einen mit einem Dampferhitzer (22) ausgerüstaten Hochtemperatur-Speicherkern (21), einen diesen umhüllenden Isoliermantel t27,29), einen oder mehrere um den Kern herum angeordnete Wasserbehälter (20a, 20b, 20c) und eine Vorrichtung (18, 19, 33, 34) zur Steuerung der Wärmeentnahme aus dem Niedertemperatur-Speicher t203 und Hochtemperatur-Speicher (21).
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kern umgebende Isoliermantel t27) aus Lochziegeln oder dhnlichem gemauert ist und daß zwischen Kern und Mantel eine mehrere cm starke Luftschicht (28) vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem gemauerten Isoliermantel und den Wasserbehältern eine Wärmedämmschicht (29) von solcher Stärke vorgesehen ist, daß in den Wasserbehältern bei voll aufgeladenem Hochtemperaturspeicher (21) und längerer Zeit geschlossenem Wärmeentnahmeventil (19) die Siedetemperatur im Wasserspeicher (20) nicht überschritten wird.
3. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger in dem Hochtemperaturkern aus einem von unten nach oben verlaufenden eingemauerten Rohrkäfig (22) besteht, der an einen zwischen Isoliermantel (27) und Wasserbehälter (20) untergebrachten Wärmetauscher (32) angeschLossen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennseichnet, daß der Sekundärkreislauf des Wärmetaüscher. (32) an die Umwälzpumpe 16 angeschlossen ist und das aufgeheizte Wasser teils direkt in den Vorlauf (13) und teils in den Wasser-Speicher (20)- abgibt.
10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf aus dem Wärmetauscher (32) einen Kondensator (15) speist, des das Rücklaufwasser aufheizt.
11. Anordnung nach Anspruch 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochtemperatur-Speicherkern in mehrere durch Luftschichten voneinander getrennte Scheiben (36, 37, 38) aufgeteilt ist und das zwischen den einzelnen Scheiben kasettenförmige Dampferzeuger (41, 43, 45) angeordnet sind, die an einen zwischen Isoliermantel (27) und Wasserbehälter (20) untergebrachten Wärmerauscher (32) angeschlossen sind und die alle oder zum Teil mit Heizstäben (42, 44) ausgerüstet sind.
12, Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennseichnet,daß die Dampferzeugerkasetten fast waagerecht angeordnet sind.
13. Anordnung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von Hei&stäben (40, 42, 44) getrennt einschaltbar sind, um bei Teilastbetrieb einzelne Scheiben des Speicherkerns aufheizen zu können.
14. Anordnung nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (32) oberhalb des, Speleherkernes untergebracht ist und eine verstellbare Kondensatrticklaufklappe (53) aufweist, sodaß ein Teil des Kondensats direkt in den Dampferhitzer (45) zurückläuft.
15. Anordnung nach Anspruch 5 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der tiefsten Stelle des Dampfkreislaufes ein elektrisch beheizbares Wasserg'efäß (33, 34) angeordnet ist.
16. Anordnung nach Anspruch 5 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizungskreislauf hinter der Umwälzpumpe (16) eine Strömungsblende (18) angeordnet ist,daß vor und hinter dieser Blende Leitungen zum Wasserspeicher ge@weigt sind und daß in der einen, zum Wasserspeicher führenden Leitung ein elektrisch gesteuertes, flatterfreies Ventil (19) liegt.
17. Anordnung nach Anspruch 5 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Behälter des Wasserspeichers (2Q) mit Heizpatronen (24, 25) ausgerüstet sind.
18. Anordnung nach Anspruch 11 und folgenden, gekennzeichnet durch eine Dreistufenschaltung zur Steuerung der Aufladung über einen Außenthermostaten (V) derart, daß bei sehr tiefen Außentemperaturen die Scheiben des Speicherkernes und die Wasserbehälter teils nacheinander und teils gleichzeitig in den Nachladezeiten voll aufgeheizt werden, daß bei mittleren Außentemperaturen nur ein Teil des Kerns und anschliessend der Wasserspeicher geladen werden und daß bei höheren Außentemperaturen nur der Wasserspeicher erhitzt wird.
19. Anordnung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen dreistufigen Vorlaufthermostaten (X), der über eine Hilfsrelaisschaltung (B und C) in Abhängigkeit vom Außenthermostaten (V) angesteuert wird und je nach Wärmebedarf über das Vorlaufventil (19) drei verschiedene @@lauftemperaturen (v1,v2,v3)einregelt.
30. Anordnung nach Anspruch 18 und 19, gekennzeichnet durch ein abfallverzögertes Zeitrelais (G), das die Öffnungsdauer des Vorlaufventils (19) abfragt und bei zu niedriger Temperatur des Speicherwassers den Heizwiderstand (H) des Dampferzeugers (33) einschaltet.
21. Anordnung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Spannungsausfall öffnendes Vorlaufvontil (19) vorgesehen ist.