DE19521864A1 - Control of electric storage heater - Google Patents
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Abstract
Description
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren, womit die dem Speicher einer Elektrospeicherheizung zugeführte Energie an den Wärmebedarf angepaßt wird.The invention is a device and / or a method by which the Storage of an electric storage heater supplied energy is adapted to the heat requirement.
Bei Elektrospeicherheizgeräten wird während vom Energieversorgungsunternehmen (EVU) fest gelegter Zeiten ein meist aus Steinen bestehender Wärmespeicher erhitzt und diese gespeicherte Energie nach Bedarf zur Raumheizung abgegeben. Durch geeignet festgelegte Zeiten für die Aufladung der Speicher erreicht das EVU eine gleichmäßigere Energieabnahme.For electric storage heaters, the energy supply company (EVU) determines from time to time a heat storage consisting mostly of stones is heated and stored Delivered energy as needed for space heating. By suitably fixed times for the When charging the storage, the power supply company achieves a more even energy consumption.
Üblicherweise wird der Strom zur Ladung der Speicherheizgeräte ferngesteuert durch das EVU zu bestimmten Tageszeiten ein- bzw. ausgeschaltet. Daraus ergibt sich eine Periodizität von einem oder mehreren Zyklen pro Tag, wobei ein solcher Zyklus jeweils aus einer für die Ladung vorge sehenen Zeit (Einschaltdauer) und einer Zeit, in der dem Speicher Energie nur entnommen wird (Entnahmezeit), besteht.The electricity for charging the storage heaters is usually remotely controlled by the utility company certain times of the day on or off. This results in a periodicity of one or several cycles per day, each such cycle being pre-selected for the load seen time (duty cycle) and a time in which energy is only taken from the storage (Removal time).
Aufgrund unvollkommener thermischer Isolierung des Speichers treten Verluste auf, die mit steigen der Temperatur des Speichers zunehmen. Daher ist es erstrebenswert, die Temperatur des Spei chers so niedrig zu halten, daß die gespeicherte Energie in den Entnahmezeiten nahezu vollständig wieder entnommen wird und so aufgrund der niedrigen Speichertemperatur nur minimale Verluste auftreten.Due to imperfect thermal insulation of the storage, losses occur that increase with them the temperature of the storage tank increase. Therefore, it is desirable to adjust the temperature of the food To keep chers so low that the stored energy is almost completely in the withdrawal times is removed again and thus only minimal losses due to the low storage temperature occur.
Es haben Laderegler für Elektrospeicherheizgeräte weite Verbreitung gefunden, bei denen mit Hilfe eines mechanischen oder hydraulischen Fühlers (mit Bimetall oder mittels Flüssigkeitsausdehnung) die Temperatur des Speichers, oder eine damit in direktem Zusammenhang stehende Temperatur, ermittelt und der Ladevorgang bei Erreichen einer vorgegebenen Endtemperatur beendet wird.Charge controllers for electrical storage heaters have found widespread use a mechanical or hydraulic sensor (with bimetal or by means of liquid expansion) the temperature of the storage tank, or a temperature directly related to it, determined and the charging process is ended when a predetermined end temperature is reached.
Aus DE 38 23 388 C2 ist ein Elektrospeicherheizgerät bekannt, bei dem die Temperatur des Speichers gemessen und die verbleibende Restheizzeit angezeigt wird. Eine Anpassung der Energie, die dem Speicher zugeführt wird, ist in diesem Gerät nicht vorgesehen, so daß keine Minimierung der Speicherverluste erfolgt.From DE 38 23 388 C2 an electric storage heater is known in which the temperature of the storage measured and the remaining heating time is displayed. An adjustment of the energy that the Memory is not provided in this device, so that no minimization of Memory leaks occur.
Aus DE 42 13 072 A1 ist ein Verfahren bekannt, nach dem die maximale Temperatur, auf welche der Speicher erhitzt wird, manuell am Einsatzort eingestellt werden kann. Dieses Verfahren ermöglicht keine automatische Anpassung an Änderungen der Betriebsbedingungen. Daher erfolgt nach DE 42 13 072 A1 keine dauernde, automatische Minimierung der Speicherverluste.DE 42 13 072 A1 discloses a method according to which the maximum temperature to which the Storage is heated, can be set manually on site. This procedure enables no automatic adaptation to changes in operating conditions. Therefore follows DE 42 13 072 A1 no permanent, automatic minimization of memory losses.
Aus DE 34 10 025 A1 ist ein Regler bekannt, der die dem Speicher zugeführte Energie an einen er warteten Energiebedarf anpaßt. In DE 34 10 025 A1 wird dem Speicher soviel Energie zugeführt, daß die gespeicherte Energie ausreicht, um einen Wärmebedarf zu decken, wie er in den letzten Tagen vor dem Ladevorgang auftrat. Dieser Regler kann auf Änderungen des Wärmebedarfs, welche beispielsweise durch geänderte Außentemperaturen oder eine geänderte Raumtemperatur hervor gerufen werden, nur relativ langsam reagieren. Des weiteren wird in DE 34 10 025 A1 nicht zwischen mehreren Entnahmezeiten des Wärmespeichers pro Tag unterschieden, so daß die dem Speicher zugeführte Energie an eine mittlere Wärmeentnahme angepaßt werden muß. Aus diesen Gründen ist eine relativ große Energiereserve im Wärmespeicher vorzusehen, welche zu entsprechend hohen Speicherverlusten führt.From DE 34 10 025 A1, a regulator is known which transfers the energy supplied to the memory to it waited to adjust energy needs. In DE 34 10 025 A1 so much energy is supplied to the memory that the stored energy is sufficient to cover a heat demand like it has in the past few days occurred before charging. This controller can respond to changes in heat demand for example, due to changed outside temperatures or a changed room temperature be called, react relatively slowly. Furthermore, DE 34 10 025 A1 does not distinguish between distinguished several times of removal of the heat storage per day, so that the storage supplied energy must be adapted to an average heat removal. For these reasons a relatively large energy reserve must be provided in the heat accumulator, which too high memory leaks.
Ziel dieser Erfindung ist ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung, wobei die Energie, mit welcher der Speicher aufgeladen wird, durch eine möglichst gute Anpassung an den Wärmebedarf möglichst gering gehalten wird. Auf diese Weise sollen die Speicherverluste minimiert werden und somit der Gesamtwirkungsgrad der Elektrospeicherheizgeräte erhöht werden. Es soll hierfür keine permanen te Spannungsversorgung erforderlich sein.The aim of this invention is a method and / or a device, wherein the energy with which the Storage is charged by adapting it as well as possible to the heat requirement is kept low. In this way, the memory losses and thus the Overall efficiency of electric storage heaters can be increased. There should be no permanent ones for this te power supply may be required.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem während einer Adaptionsphase zunächst die Energieentnahmen in den Entnahmezeiten und/oder die Einschaltdauern bestimmt und gespeichert werden. Am Ende der Adaptionsphase werden die gespeicherten Meßwerte auf Periodizität untersucht. Innerhalb einer Periode werden die einzelnen Lade-/Entnahmezyklen erkannt. Dann wird ein Mittelwert des Wärmeverbrauchs für jeden Zyklus bestimmt. Außerdem wird beispielsweise während der letzten halben Stunde vor Beginn jedes Ladevorganges die vom Speicher abgegebene Leistung ermittelt. Aus einem Vergleich dieses Leistungswertes mit einem Mittelwert der Leistungs meßwerte aus entsprechenden Zyklen vergangener Perioden und/oder dem Mittelwert des Wärme verbrauches wird die Energie bestimmt, auf welche der Speicher aufzuladen ist. Auch im weiteren Betrieb kann die Periodizität gelegentlich überprüft und das Verhalten des Reglers bei Bedarf erneut daran angepaßt werden.This object is achieved according to the invention by first of all during an adaptation phase Energy withdrawals in the withdrawal times and / or the operating times are determined and stored will. At the end of the adaptation phase, the stored measured values are checked for periodicity examined. The individual loading / unloading cycles are recognized within a period. Then an average of heat consumption is determined for each cycle. In addition, for example during the last half hour before the start of each charging process, the data from the memory Performance determined. From a comparison of this performance value with an average value of the performance Measured values from corresponding cycles of past periods and / or the mean value of the heat consumption, the energy to which the storage is to be charged is determined. Also in the further Operation can check the periodicity occasionally and the behavior of the controller again if necessary be adapted to it.
Der Wärmeverbrauch wird beispielsweise aus den Temperaturen des Speichers vor und nach einer Entnahmezeit ermittelt. Die abgegebene Leistung wird durch Messung der Änderungen der Speichertemperatur während einer definierten Zeit ermittelt.The heat consumption is, for example, from the temperatures of the storage before and after Withdrawal time determined. The output is measured by measuring the changes in the Storage tank temperature determined during a defined time.
Für eine günstige Regelung der Ladevorgänge ist es wichtig, die Auswirkungen der Außentempera turen und der benötigten Raumtemperatur auf die in einer Entnahmezeit benötigte Wärmeenergie zu berücksichtigen. Häufig ist nicht mit hinreichender Genauigkeit bekannt, wie die Außentempera turen den Heizbedarf beeinflussen. Die Auswirkungen der geforderten Raumtemperatur auf die benötigte Wärmeenergie können ebenfalls nur ungenau angegeben werden, da beispielsweise die Raumgrößen unbekannt sind. Erfindungsgemäß werden daher weder die Außentemperaturen noch die Sollwerte der Raumtemperatur gemessen, um die benötigte Wärmeenergie zu bestimmen. Statt dessen werden die Auswirkungen der Außentemperaturen und der Sollwerte der Raumtemperatur auf die dem Speicher entnommene Leistung und/oder Energie verwendet, um die Temperatur zu bestimmen, auf die der Speicher während der Ladezeit aufzuladen ist.For a favorable regulation of the charging processes, it is important to consider the effects of the outside temperature structures and the required room temperature to the thermal energy required in a withdrawal time to consider. It is often not known with sufficient accuracy how the outside temperature structures affect heating requirements. The effects of the required room temperature on the Required thermal energy can also only be specified imprecisely, for example because Room sizes are unknown. According to the invention, therefore, neither the outside temperatures nor the setpoints of the room temperature are measured to determine the required thermal energy. Instead of the effects of the outside temperatures and the setpoints of the room temperature on the power and / or energy taken from the memory used to increase the temperature determine to which the memory is to be charged during the charging time.
Steigen beispielsweise die Außentemperaturen kurz vor Beginn eines Ladevorganges, so wird dies die Mittelwerte des Wärmeverbrauches wenig beeinflussen. Die Leistung, die der Speicher abgeben muß, um die eingestellte Raumtemperatur einzuhalten, sinkt dann aber schnell. Daher kann eine erfindungsgemäße Regulierung relativ schnell auf die geänderte Außentemperatur reagieren, indem sie dem Speicher weniger Energie zuführt. Auf diese Weise werden die Speicherverluste vergleichs weise gering halten. If, for example, the outside temperature rises shortly before the start of a charging process, it will affect the mean values of heat consumption little. The performance that memory gives must to maintain the set room temperature, but then drops quickly. Therefore a Regulation according to the invention react relatively quickly to the changed outside temperature by it supplies less energy to the storage. In this way, the memory leaks are compared keep it low.
Wenn man die Meßwerte der Speichertemperaturen und die übrigen für die Regelung notwendigen Informationen in einem nichtflüchtigen Speicher sichert, so erfordert eine erfindungsgemäße Vor richtung keine permanente Spannungsversorgung. Es reicht aus, die Messungen nur während der Zeiten durchzuführen, in denen die Versorgungsspannung für Ladezwecke vorhanden ist.If you take the measured values of the storage tank temperatures and the others necessary for the control Backing up information in a non-volatile memory requires an inventive method direction no permanent power supply. It is sufficient to take measurements only during the Carry out times in which the supply voltage is available for charging purposes.
Wenn die Dauern der Entnahmezeiten bestimmt werden können, läßt sich daraus eine mittlere Heiz leistung für die Entnahmezeiten der verschiedenen Zyklen ermitteln. Aus dieser Information können weitere Rückschlüsse auf Änderungen im Leistungsbedarf gezogen werden, so daß die Vorrichtung auch auf Leistungsänderungen während der Entnahmezeiten schnell reagieren kann. Die Bestim mung der Entnahmezeiten kann beispielsweise mittels einer Echtzeituhr oder eines geeigneten Zählers geschehen, der aus einer Batterie, einem Kondensator, oder einem anderen geeigneten Energiespeicher während der Entnahmezeit weiter versorgt wird, falls keine permanente Span nungsversorgung zur Verfügung steht. Eine andere Möglichkeit wäre die Entladung eines vorher geladenen Speichers, beispielsweise eines Kondensators, dessen Ladung zum Zeitpunkt des Wiedereinschaltens der Spannungsversorgung dann ein Maß für die Dauer der Entnahmezeit ist.If the duration of the withdrawal times can be determined, an average heating can be obtained Determine performance for the withdrawal times of the different cycles. From this information you can further conclusions can be drawn about changes in the power requirement, so that the device can also react quickly to changes in performance during withdrawal times. The determinations The sampling times can be determined, for example, using a real-time clock or a suitable one Counter happen from a battery, capacitor, or other suitable Energy storage continues to be supplied during the withdrawal period if there is no permanent chip power supply is available. Another option would be to unload one beforehand charged memory, such as a capacitor, the charge at the time of Switching the power supply back on is a measure of the duration of the withdrawal time.
Ist die zur Aufladung des Speichers zur Verfügung stehende Dauer zu kurz, um die berechnete Soll temperatur zu erreichen, würde dies dazu führen, daß in der folgenden Entnahmezeit nicht genü gend Energie zur Verfügung steht. Dies kann vermieden werden, indem in solchen Fällen die Lade- Endtemperatur des vorhergehenden Zyklus so erhöht wird, daß in dem darauf folgenden Zyklus die berechnete Solltemperatur erreicht werden kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird in diesem Fall auch die Differenz zwischen der Solltemperatur und der erreichten Speichertemperatur des jeweils nachfolgenden Zyklus bei der Berechnung der Lade-Endtemperatur eines Zyklus berücksichtigen.If the duration available for charging the storage is too short to match the calculated target To reach temperature, this would lead to that in the following removal time not enough enough energy is available. This can be avoided by in such cases Final temperature of the previous cycle is increased so that in the subsequent cycle calculated target temperature can be achieved. A device according to the invention is shown in in this case also the difference between the target temperature and the tank temperature reached of the subsequent cycle in the calculation of the charging end temperature of a cycle consider.
Die Erfindung ermöglicht somit die bessere Anpassung der Energie, auf die der Speicher aufzula den ist, an den tatsächlichen Wärmebedarf als bisher bekannte, dem Stand der Technik entspre chende Vorrichtungen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann schneller auf geänderte Umwelt bedingungen reagieren als bisher bekannte, dem Stand der Technik entsprechende Vorrichtungen. Darüberhinaus wird keine permanente Spannungsversorgung benötigt.The invention thus enables better adaptation of the energy to which the memory is charged that is, in terms of the actual heat requirement than previously known, corresponds to the state of the art devices. A device according to the invention can react more quickly to changed environments Conditions react as previously known devices corresponding to the prior art. In addition, no permanent power supply is required.
Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel eines in der Bundesrepublik Deutschland weit verbrei teten Versorgungsnetzes für Elektrospeicherheizungen erläutert. In diesem Netz wird die Versor gungsspannung für die Elektrospeichergeräte (UNetz) zweimal täglich eingeschaltet, eine Periode besteht also aus zwei Lade-/Entnahme-Zyklen (Fig. 1). Einmal erfolgt ein Einschalten für die Zeit T₁. Später wird die Versorgungsspannung für eine Zeit T₃ eingeschaltet. Vom Ende der Zeit T₁ bis zum Anfang der Zeit T₂ wird dem Speicher während einer Zeit T₂ Wärmeenergie entnommen. Vom Ende der Zeit T₃ bis zum Anfang der Zeit T₁ wird dem Speicher für eine Zeit T₄ Wärmeenergie entnommen. Eine erfindungsgemäße Elektronik mißt beispielsweise die Speichertemperaturen am Ende der Ladevorgänge und nach dem jeweiligen erneuten Einschalten der Versorgungsspannung UNetz. Während einer Adaptionsphase sichert sie beispielsweise die Meßwerte der Speichertempera turen und der Einschaltdauern in einem nichtflüchtigen Speicher. Nach einigen Tagen kann die Elektronik die Periodizität der verschiedenen Einschaltdauern und/oder der Wärmeentnahmen aus den jeweiligen Temperaturdifferenzen erkennen. In den Fällen, wo beispielsweise für die Spannung UNetz eine Periodizität (und die Anzahl der Zyklen pro Periode) a priori bekannt ist, kann diese bereits bei der Herstellung der Elektronik berücksichtigt werden, so daß sie nicht mehr in einer Adaptions phase bestimmt werden muß.In the following the invention will be explained using the example of a supply network for electric storage heaters widely used in the Federal Republic of Germany. In this network, the supply voltage for the electrical storage devices (U network ) is switched on twice a day, so a period consists of two charging / removing cycles ( FIG. 1). Once there is a switch on for the time T₁. Later the supply voltage is switched on for a time T₃. From the end of the time T 1 to the beginning of the time T 2, thermal energy is removed from the memory during a time T 2. From the end of the time T₃ to the beginning of the time T₁ thermal energy is taken from the memory for a time T₄. Electronics according to the invention, for example, measure the storage temperatures at the end of the charging processes and after the supply voltage U mains has been switched on again. During an adaptation phase, for example, it saves the measured values of the storage temperatures and the switch-on times in a non-volatile memory. After a few days, the electronics can recognize the periodicity of the various switch-on times and / or the heat withdrawals from the respective temperature differences. In cases where a periodicity (and the number of cycles per period) is known a priori for the voltage U network , for example, this can already be taken into account in the manufacture of the electronics, so that it no longer has to be determined in an adaptation phase .
Ab nun kann die Elektronik zwei Werte für die dem Speicher jeweils entnommenen Wärmeenergien unterscheiden. Vom Ende des in der Zeit T₁ liegenden Ladevorganges bis zum Beginn der Zeit T₃ wird beispielsweise eine Wärmenergie W₁ entnommen. Vom Ende des in der Zeit T₃ liegenden Ladevorganges bis zum Beginn der Zeit T₁ wird beispielsweise eine Wärmenergie W₂ entnommen. Die Elektronik trägt beim Erkennen der Periodizität eine Kennung in den nichtflüchtigen Speicher ein, die festlegt, ob dieser Zeitpunkt in einer Zeit T₃ liegt, welche auf die Entnahme einer Wärme energie W₁ folgt, oder ob diesem Zeitpunkt in einer Zeit T₁ liegt, welche auf die Entnahme einer Wärmeenergie W₂ folgt.From now on, the electronics can have two values for the thermal energy taken from the storage differentiate. From the end of the loading process in time T₁ to the beginning of time T₃ For example, a thermal energy W₁ is removed. From the end of lying in the time T₃ Charging process until the beginning of the time T₁, for example, a thermal energy W₂ is removed. When recognizing the periodicity, the electronics carry an identifier in the non-volatile memory a, which determines whether this time is in a time T₃, which is due to the removal of heat Energy follows W₁, or whether this time is in a time T₁, which is based on the removal of a Thermal energy W₂ follows.
Im folgenden werden die Abläufe beispielhaft für den Fall erläutert, daß die Versorgungsspannung während einer Zeit T₃ eingeschaltet wurde. Die Abläufe während der Zeit T₁ sind entsprechend und werden hier daher nicht näher erläutert.In the following, the processes are exemplified for the case that the supply voltage was switched on for a time T₃. The processes during the time T₁ are corresponding and are therefore not explained in more detail here.
Wird die Versorgungsspannung eingeschaltet, so erkennt die Elektronik zunächst anhand eines Ein trags im nichtflüchtigen Speicher, daß sie in der Zeit T₃ eingeschaltet wurde und ändert nun diese Kennung für den nächsten Einschaltvorgang ab. Dann ermittelt sie die Speichertemperatur und ver gleicht diese mit dem Meßwert der Speichertemperatur welcher noch in der vorigen Zeit T₁ ermittelt und gespeichert wurde. Aus deren Differenz und dem bisher gebildeten Mittelwert für W₁ berechnet sie einen neuen Mittelwert für W₁ und trägt diesen in den Speicher ein. Nach beispielsweise einer halben Stunde wird die Speichertemperatur erneut gemessen. Aus diesem Meßwert und dem zu Beginn der Zeit T₃ ermittelten Meßwert der Speichertemperatur bestimmt sie die gegenwärtig einge stellte Heizleistung P3neu. Aus dem Speicher liest sie den Meßwert der Heizleistung aus der vorigen Zeit T₃, P3alt. Nun trägt sie die aktuelle Heizleistung in den Speicher ein. Dann bestimmt sie aus dem Mittelwert der Wärmeentnahme W₂ sowie den Leistungsmeßwerten P3alt und P3neu die Temperatur TSoll, auf welche der Speicher aufgeheizt werden muß, damit nach dem Ablauf der Zeit T₄ noch eine relativ kleine Restwärme im Speicher vorhanden ist. Durch Einschalten des Heizstromes INetz wird nun der Speicher erhitzt. Nachdem dem Speicher so viel Energie zugeführt ist, daß er die Tempe ratur TSoll erreicht hat, wird die Energiezufuhr zum Speicher unterbrochen. Abschließend wird der aktuelle Meßwert der Speichertemperatur in den nichtflüchtigen Speicher eingetragen. Bis zum Abschalten der Versorgungsspannung kann dann die Speichertemperatur durch gelegentliches Nach laden auf dem Sollwert TSoll gehalten werden, so daß zu Beginn der Entnahmezeit tatsächlich die gewünschte Energie im Speicher zur Verfügung steht.If the supply voltage is switched on, the electronics first recognize on the basis of an entry in the non-volatile memory that it was switched on in the time T 3 and now changes this identifier for the next switch-on process. Then it determines the storage temperature and compares this with the measured value of the storage temperature which was determined and stored in the previous time T 1. From their difference and the previously formed mean for W 1, it calculates a new mean for W 1 and enters this in the memory. After half an hour, for example, the storage tank temperature is measured again. From this measured value and the measured value of the storage temperature determined at the beginning of the time T 3, it determines the currently set heating power P 3 new . From the memory it reads the measured value of the heating power from the previous time T₃, P 3alt . Now she enters the current heating output in the memory. Then it determines from the mean value of the heat removal W₂ and the power measurements P 3alt and P 3new the temperature T Soll to which the storage must be heated, so that after the expiry of the time T₄ there is still a relatively small residual heat in the storage. The storage heater is now heated by switching on the heating current I mains . After so much energy is supplied to the memory that it has reached the temperature T setpoint , the energy supply to the memory is interrupted. Finally, the current measured value of the storage temperature is entered in the non-volatile storage. Until the power is turned off then the storage temperature can by random After loading at the target value T is to be held, so that at the beginning of the withdrawal time is actually the desired energy is at the memory.
Den Erfindern ist bekannt, daß für die Bestimmung der Lade-Endtemperatur TSoll aus den vorliegen den Informationen ein Fuzzyalgorithmus vorteilhaft eingesetzt werden kann.The inventors are aware that a fuzzy algorithm can advantageously be used to determine the final charge temperature T Soll from the information available.
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- 1995-06-16 DE DE19521864A patent/DE19521864A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: ANTRAG AUF NICHTNENNUNG |
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8130 | Withdrawal |