DE19648977A1 - Betriebsmethode und -anordnung für Speicherheizkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Speicherheizkörper sowie dessen Betriebsmethode und -anordnung, wobei der Heizkörper ein Medium umfaßt, das zur Speicherung von Wärme in ihm aufgeheizt, d. h. aufgeladen wird, sowie regelbare Mittel zum Aufladen des Mediums, eine Isolierung zwischen dem Medium und dem zu heizenden Raum zur Begrenzung des freien Wärmeübergangs vom Speicherme­ dium auf den zu heizenden Raum sowie regelbare Konvektionseinrichtungen zur über die Luft erfolgenden Wärmeübertragung vom Medium in den zu heizenden Raum umfaßt.

Als Hintergrund für die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Speicherheizkörper der allgemeinen Bauart, auf die die Erfindung anwendbar ist, im einzelnen beschrieben. Fig. 1 zeigt den Speicherheizkörper schematisch dargestellt im Schnitt, der hier lediglich zur Veranschaulichung dient, und in dem zum Beispiel die Maßverhältnisse nicht den wirklichen ent­ sprechen. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet das Speichermedium, das zur Wärmespeicherung in ihm aufgeheizt wird. Als Speichermedium dient bevorzugt Stahl, der ein ausgezeichnetes Wärmespeichervermögen hat und deshalb für diesen Zweck besonders gut geeignet ist. Als Medium kann aber zum Beispiel auch zweckentsprechendes Steinmaterial, ein Ziegelmaterial oder eine Flüssigkeit eingesetzt werden. Das Medium ist von einer Isolierung 3 umgeben, die einen freien Wärmeübergang vom Medium in den zu heizenden Raum verhindert, und das Medium und der ganze Heizkörper sind von einem geeigneten Mantel, zum Beispiel einem Blechmantel, umhüllt. Das Aufheizen des Mediums erfolgt mit einem oder mehreren elektrischen Widerständen 2. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet schematisch Stützeinrichtungen, die den Heizkörper tragen. Der Heizkörper kann auch sowohl zur Aufstellung auf einem Fußboden als auch zur Wandbefestigung oder ausschließlich zur Wandbefestigung konzipiert sein. Die Wärmeübertragung vom Heizkörper in den umgebenden Raum erfolgt hauptsächlich durch Konvektion. Deshalb sind im Speichermedium Kanäle 4 zur Luftumwälzung angeordnet. Für die Luftumwälzung dient ein herkömmlicher Ventilator, dessen Regelung wenigstens Ein- und Ausschalten umfaßt. Der mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnete Ventilator ist hier stark schematisiert dargestellt. Das Umwälzen der Luft kann auch auf natürliche Weise erfolgen, wobei als Konvektionseinrichtungen ein oder mehrere Konvektionskanäle sowie hierzu geeignete Einrichtungen, zum Beispiel Klappen, durch deren Verstellen die Konvektion geregelt wird, dienen. Wärme strömt stets auch in gewissem Um­ fange vom Medium durch die Isolierung hindurch in den Raum.

Seine häufigste Anwendung findet der Speicherheizkörper als Raumheizkörper, der mit kostengünstigem Nachtstrom elektrisch beheizt und aufgeladen wird. Am besten eignet sich der Speicherheizkörper zum Einsatz als selbständige Einheit, und auch diese Erfindung betrifft insbesondere einen als autonome Einheit funk­ tionierenden, also raumbezogenen Heizkörper. Speicherheizkörper wurden hauptsächlich als Ergänzung zur direkten elektrischen Heizung oder als alleinige Heizvorrichtung zum Beispiel in Büro- oder anderen Räumlichkeiten, in denen man sich nur tagsüber aufhält, eingesetzt. Einer der Gründe dafür, daß bisher die Raumheizung kaum ausschließlich über Speicherheizkörper erfolgte, liegt in den im Vergleich zum Speicherheizkörper weitaus günstigeren Anschaffungskosten der elektrischen Direktheizkörper. Häufig findet man zusätzlich zur direkten elek­ trischen Heizung eine weitere Heizungsart, die u. U. ein Voll- oder ein Teilzen­ tralheizungssystem und mit diesem kombiniert einen Zentralwärmespeicher umfaßt. Um als Alternative als ausschließliches Raumheizungskonzept in Erwägung gezogen zu werden, müßte der autonome Speicherheizkörper zu­ länglich vorteilhaft in seinen Anschaffungskosten sein und außerdem in seiner Funktion so vielseitig und so gut regelbar sein, daß er den Anforderungen entspricht, die der Verbraucher an raumweise autonome Heizung stellt. Ein solcher Speicherheizkörper wäre insofern sehr erstrebenswert als der zu­ nehmende Stromverbrauch der Industrie in Zukunft wahrscheinlich zu einer Vergrößerung des Preisunterschiedes zwischen Nacht- und Tagstrom führen wird und die auf Nachtstrom basierende Heizung dadurch vermutlich zu einer noch attraktiveren Alternative als bisher wird.

Die erfindungsgemäße Speicherheizkörper-Betriebsmethode erfolgt bei einem Heizkörper, der
ein Speichermedium umfaßt, das zur Wärmespeicherung in ihm aufgeladen wird, sowie regelbare Mittel zum Aufladen des Mediums, eine Isolierung zwischen dem Medium und dem Raum zur Begrenzung des freien Wärmeübergangs vom Speichermedium zu dem heizenden Raum sowie regelbare Konvektionseinrichtungen zum über die Luft erfolgenden Übertragen von Wärme vom Medium in den zu heizenden Raum umfaßt, dergestalt daß
die Auflademittel so geregelt werden, daß sie in einer ersten Periode das Medium zur Speicherung der in der darauffolgenden zweiten Periode benötigten Wärmemenge aufladen, und so, daß die Konvektionseinrichtungen so geregelt werden, daß, unterschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums einen ersten Sollwert, sie den Wärmeübergang in den zu heizenden Raum erhöhen, und, überschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums den besagten ersten Sollwert, sie den Wärmeübergang reduzieren,
wobei charakteristisch ist, daß die Auflademittel so geregelt werden, daß, unterschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums einen zweiten Sollwert, sie das Speichermedium aufladen, und, überschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums den zweiten Sollwert, sie das Aufladen unterbrechen, und daß der erste Sollwert für die Dauer der ersten Periode auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes, aber für die Dauer der zweiten Periode auf einen Wert ober­ halb des zweiten Sollwertes eingestellt wird.

Bei den verschiedenen Ausführungsformen der Methode können für die Dauer der ersten Periode entweder der erste Sollwert gesenkt oder der zweite Sollwert erhöht oder beide Maßnahmen auf zweckmäßige Weise durchgeführt werden.

Die Differenz zwischen erstem und zweitem Sollwert liegt bevorzugt im Bereich von 0,5-3°C, und die Sollwerte werden zwischen der ersten und der zweiten Periode um einen Betrag von 1-2,5°C erhöht bzw. gesenkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Isolierung so bemessen, daß bei Bestehen eines bestimmten Heizbedarfs die nichtkonvektiv durch die Isolierung hindurch in den zu heizenden Raum wandernde Leistung beim Aufladen des Speichermediums die zum Heizen des Raums benötigte Heizleistung bei einer Speichermedium-Temperatur erreicht, bei der die vom Medium gespeicherte Wärmemenge bei dem besagten bestimmten Heizbedarf mit einer gewissen Marge die zum Heizen des Raums in der zweiten Periode benötigte Wärmemenge überschreitet und zum Beispiel das 1,5- bis 2,5-fache der besagten benötigten Wärmemenge betragen kann.

Eine erfindungsgemäße Speicherheizkörper-Betriebsanordnung beinhaltet einen Heizkörper mit
einem Medium, das zur Wärmespeicherung in ihm aufgeladen wird,
regelbaren Mitteln zum Aufladen des Mediums,
einer Isolierung zwischen dem Medium und dem zu heizenden Raum zur Begrenzung des freien Wärmeübergangs vom Speichermedium auf den zu heizenden Raum,
regelbaren Konvektionseinrichtungen zur über die Luft erfolgenden Wär­ meübertragung vom Medium in den zu heizenden Raum sowie
Mitteln zum Einstellen des ersten Sollwertes und zum Regeln der Konvektionseinrichtungen derart, daß, unterschreitet die Raumtemperatur den ersten Sollwert, der Wärmeübergang vom Medium in den zu heizenden Raum erhöht, und, überschreitet die Raumtemperatur den besagten ersten Sollwert, der Wärmeübergang reduziert wird, wobei charakteristisch ist, daß sie außerdem Mittel zum Einstellen eines zweiten Sollwertes und zum Regeln der Auflademittel dergestalt, daß, unterschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums den zweiten Sollwert, das Speichermedium aufgeladen, und, überschreitet die Raumtemperatur den zweiten Sollwert, das Aufladen unterbrochen wird, sowie
Mittel zum Einstellen des ersten Sollwertes auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der ersten Periode und auf einen Wert oberhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der zweiten Periode umfaßt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung umfassen die Mittel zur Sollwerteinstellung einen Thermostaten mit Einstellwiderstand. Die Thermostaten zum Einstellen des ersten und zweiten Sollwertes können außerdem an der gleichen Schaltwelle angeordnet werden.

Bei einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung umfassen die Mittel zum Einstellen des ersten Sollwertes auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der ersten Periode und auf einen Wert oberhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der zweiten Periode eine Schaltuhr.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung enthält Mittel zur Wahl jenes Sollwertes, der zwischen der ersten und der zweiten Periode verändert wird. Diese Mittel können aus einem gewöhnlichen Handschalter bestehen.

Mit der herkömmlichen Regeltechnik benötigt man für die komplexe Steuerung des Auf- und Entladens der Speicherheizvorrichtung Steuerkomponenten für die folgenden Funktionen: Eine Schaltuhr zum Einschalten des Nachtstroms, einen Thermostaten für die Obergrenze der Speichermedium-Temperatur zur Steuerung und Begrenzung des Aufladens des Speichermediums, einen Thermostaten für die Untergrenze der Speichermedium-Temperatur, dessen Sollwert empirisch bestimmt wird, für die Steuerung des zusätzlichen Tagstroms, einen Raumthermostaten, der den Betrieb des Lüfters steuert oder die Konvektionskanal-Einstellung verändert, einen Hauptschalter, mit dem die Heizung eingeschaltet und im Sommer abgeschaltet wird, sowie eine der Steuerintelligenz von Zentralheizungssystemen entsprechende Steuerintelligenz, die dafür sorgt, daß das Speichermedium in Zeiten geringen Wärmebedarfs nicht zu stark aufgeladen wird und die Leckwärmeleistung keine zu hohe Raumtem­ peratur bewirkt. Eine herkömmliche prozessorbasierte, mit Außensensor ausgestattete Steuereinheit mit ihrer Instrumentierung würde sich für die Regelung autonomer Einzelraumheizung viel zu kostspielig gestalten. Die erfin­ dungsgemäße Lösung basiert auf einer kleine Sollwertdifferenzen intelligent nutzenden einfachen Regelung, die sich auf unkomplizierte und billige Weise verwirklichen läßt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird damit eine passende Dimensionierung der Isolierung verknüpft, wobei dann ein dem jeweiligen Heizbedarf entsprechendes optimales Funktionieren der Heizung erzielt wird. Die Sollwertdifferenzen werden bevorzugt mit an sich bekannten, in die Thermostaten eingebauten Einstell- oder "Beschleunigungswiderständen" erzeugt, zu deren Steuerung eine Schaltuhr dient. Im Vergleich zur Instru­ mentierung, wie sie die herkömmliche Lösung erfordert, kann hier auf die mit Außensensor ausgestattete prozessorbasierte Steuerung, auf beide Speicherme­ dium-Thermostaten und auch auf den Hauptschalter verzichtet werden. Der Heizkörper erwärmt sich dennoch nie zu stark, denn im Sommer schaltet er sich nur bei Bedarf ein, und die Raumtemperatur wird mit einer Genauigkeit von ± 1 °C auf dem gewünschten Wert gehalten. Nach erfolgter Wahl der gewünschten Temperaturen und der Betriebsweise sind keinerlei Regel- oder Schaltmaßnahmen mehr notwendig. Die erforderliche Regeleinheit enthält in ihrer einfachsten Form eine Schaltuhr, einen Heizart-Wählschalter sowie zwei an der gleichen Schaltwelle angeordnete Thermostate.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zum besseren Verständnis der Erfindung näher beschrieben und erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematisierten Schnitt eines Speicherheizkörpers der Art, auf die die Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 2 ein veranschaulichendes Schema, an Hand dessen die Bemessung der Leckleistung des Speicherheizkörpers erläutert wird;

Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicherheizkörper- Betriebsanordnung;

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speicherheizkörper- Betriebsanordnung;

Fig. 5-7 Temperatur-Zeit-Diagramme, die die Funktion des erfindungsgemäß betriebenen und geregelten Speicherheizkörpers bei in verschiedenen Ausführungsformen möglichen verschiedenen Betriebsweisen veranschaulichen.

Ein Speicherheizkörper der Art, auf die die Erfindung zur Anwendung gebracht werden kann, wurde bereits in der Einleitung der Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 1 behandelt. Der das erfindungsgemäße Konzept verwirklichende Elektroheizkörper kann in Stahlbauweise einschließlich Isolierung in einer Baudicke von ca. 10 cm hergestellt werden und benötigt dann im wesentlichen nicht mehr Platz als zum Beispiel die in Wohnräumen eingesetz­ ten 2-Wand-Konvektoren.

Zur vorteilhaften Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lösung gehört eine passende Dimensionierung der Leckleistung des Heizkörpers, die im folgenden behandelt werden soll. Die durch die Isolierung des Heizkörpers hindurch durch Wärmeleitung abgehende Wärmeleistung ist direkt proportional zur Differenz zwischen der Speichermedium-Temperatur und der Umgebungstemperatur. Weiter ist der Wärmegehalt des aufzuladenden Speichermediums direkt propor­ tional zu dessen Temperatur. Der Heizkörper wird bevorzugt so bemessen, daß, erreicht das Speichermedium beim Aufladen die Temperatur, bei der die Lecklei­ stung dem Wärmebedarf des zu heizenden Raums zum betreffenden Zeitpunkt entspricht, mit der im Medium gespeicherten Wärme über die gewünschte Periode, im allgemeinen die Tagperiode, mit wenigstens gleicher Leistung ge­ heizt werden kann. Anders gesagt: Wenn die Leckleistung beim Aufladen des Speichermediums den Wert des Heizbedarfs zum entsprechenden Zeitpunkt er­ reicht, kann das Aufladen abgebrochen werden.

Zur Bemessung wird unter Hinweis auf Fig. 2 folgendes Beispiel gegeben: Stahl bindet 1,43 kWh/100 kg/100°C Wärmeenergie. So ist zum Beispiel in einer Stahlmasse von 200 kg und 350°C eine Wärmemenge von 2 × 3,5 × 1,43 kWh = 10,0 kWh gespeichert, von der ca. 9 kWh genutzt werden können. Die Abmessungen der Stahlmasse eines solchen Heizkörpers können beispielsweise 1000 min × 400 mm × 80 mm betragen, wobei innen ein Luftspalt von 20 mm verbleibt. Die zu isolierende Fläche beträgt dann etwa 1 m². Die zum Aufladen des Speichermediums vorgesehene Periode, die Nacht, beträgt 9 Stunden, und die Periode, in der gespeicherte Energie verbraucht wird, der Tag, beträgt 15 Stunden. Der Heizkörper ist mit einem 1,5-kWh-Widerstand bestückt, wobei

• - während der Nacht 9 × 1,5 kWh = 13,5 kWh Nachtstrom genutzt werden können,
• - die während des gesamten 24-stündigen Tags verfügbare Heizleistung, die mit bloßem Nachtstrom erreicht wird, 13,5 kWh/24 h = 560 W beträgt,
• - für die Tagzeit eine Speicherung von 15 h × 560 W = 8,4 kWh erforderlich ist, was mit einer Stahlmasse von 200 kg einer Temperaturdifferenz von Δt = 290 °C entspricht.

Der maximale Wärmebedarf der sich in diesem Fall mit bloßem Nachtstrom decken läßt, beträgt also 560 W. Die obere Grenztemperatur des Speichermediums ist mit 350°C angesetzt, und die während der Nacht nutzbare Strommenge genügt zum Erreichen dieser Temperatur. Die Isolierung des Heizkörpers ist bevorzugt sicherheitshalber so bemessen, daß die der maximalen Aufladung, d. h. der Maxiinaltemperatur des Speichermediums entsprechende Leckleistung einem relativ großen, aber deutlich unter dem maximalen Wärmebedarf liegenden Wärmebedarf entspricht. Die Formel für die Leckleistung lautet

Darin bedeuten:

Φ die Leckleistung [Watt]
A die Fläche = 1 m²
t1 die Stahltemperatur = 350°C (maximal)
t2 die Lufttemperatur = 20°C
s1 die Dicke der Isolierung 3a = 0,01 m
λ1 die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung 3a = 0,028 W/m/°C
s2 die Dicke der Isolierung 3b = 0,03 m
λ2 die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung 3b = 0,04 W/m/°C
α2 den Wärmeübergangskoeffizienten = 2 + 10√v, worin
v die Luftströmungsgeschwindigkeit [m/s], α2 ≅ 12

Aus Formel (1) erhält man mit diesen Werten Φ = 277 W, was also die Leckleistung des in Fig. 2 gezeigten Heizkörpers ist, wenn das Speichermedium auf seine Maximaltemperatur, 350°C, aufgeheizt worden ist. Dies bedeutet, daß, ist der Heizbedarf des zu heizenden Raums größer als 277 W, das Speichermedi­ um sich auf seine Maximaltemperatur erwärmt und danach dann 15 Stunden lang eine durchschnittliche Heizleistung von 560 W abzugeben vermag. Ist der Heizbedarf hingegen niedriger als 277 W, so wird bei der erfindungsgemäßen Lösung das Aufladen des Speichermediums abgebrochen, sobald die Leckleistung die zum Heizen des Raums zu diesem Zeitpunkt erforderliche Heizleistung erreicht. In modernen Gebäuden entsprechen 277 W bei einer Außentemperatur von -5 bis -10°C dem Heizbedarf eines etwa 15 m² großen Raums. Ist es drau­ ßen etwas wärmer, so wird das Aufladen des Speichermediums bei der erfindungsgemäßen Lösung abgebrochen bevor das Medium seine Ma­ ximaltemperatur erreicht hat; dennoch ist dann in dem Medium eine so große Wärmemenge gespeichert, daß sie mit sehr hoher Sicherheit selbst dann, wenn es draußen inzwischen etwas kälter werden sollte, ausreicht, den Heizbedarf bis zum Ende der betreffenden Tagperiode voll zu decken.

Das oben Gesagte geht aus der folgenden Betrachtung über den Wärmebedarf von Räumen hervor. Die Gradtage-Zahl beträgt z. B. im nordfinnischen Oulu 5200. Der Wärmebedarf eines modernen Wohngebäudes beträgt im Jahr rund 40 kWh/m³ umbauten Raums. Ein Raum von 15 m² verbraucht somit rund 15 × 2,65 × 40 ≈ 1600 kWh/a an Wärme, woraus sich der Wärmeverbrauch zu rund 0,308 kWh/Gradtag ergibt. In der folgenden Tabelle sind die so berechneten Werte für den Wärmebedarf eines Raums der o.g. Größe bei verschiedenen Außentemperaturen zusammengestellt.

Berechnet man unter Zugrundelegung der in Verbindung mit Fig. 2 erörterten Isolierungsbemessung die Leckleistung bei einer Speichermedium-Temperatur von 120°C, so erhält man Φ = 84 W. Diese Leistung ist zum Heizen des als Beispiel gewählten Raums erforderlich, wenn die Außenlufttemperatur ca. 10°C beträgt. Geht man davon aus, daß das Speichermedium im Laufe der Tagperiode auf +40°C abgekühlt werden kann, so ließe sich eine Leistung von 0,8 × 1,43 × 2 = 2,3 kWh herausholen, d. h. während der 15stündigen Tagperiode durchschnittlich ca. 150 W, was fast dem Doppelten des wahrscheinlichen Heizleistungsbedarfs, d. h. des Bedarfs, der sich auf die Annahme gründet, daß die Außenlufttemperatur bei etwa 10°C bleibt, entspricht.

Vorangehend wurde ein Bemessungsbeispiel für die Speicherheizkörper- Isolierung angeführt, bei dem man davon ausging sicherzustellen, daß die im Medium gespeicherte Wärme selbst dann, wenn der Heizbedarf im Laufe der Tagperiode beträchtlich ansteigen sollte, mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Deckung des gesamten Heizbedarfs ausreicht. Natürlich kann die Isolierung auch mit kleinerer Marge und z. B. so bemessen werden, daß die Heizkörper- Leckleistung unter nahezu allen Bedingungen die zum Heizen erforderliche Leistung erreicht bevor das Speichermedium seine Maximaltemperatur erreicht hat. Wesentlich ist, daß bei vorteilhafter Verwirklichung der Erfindung der Spei­ cherheizkörper sich automatisch dem Heizbedarf anpaßt und für die Tagperiode ausreichend, aber nicht übermäßig Wärme speichert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele der erfindungsgemäßen Speicherheizkörper- Betriebsanordnung, und die Fig. 5 bis 7 verschiedenartige Heizweisen, die mit diesen Anordnungen verwirklicht werden können. Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen auch gut die erfindungsgemäße Betriebsmethode des Speicherheizkörpers. Sämtlichen Heizweisen ist gemeinsam, daß zum einen ein erster Sollwert - in den Figuren punktiert dargestellt - eingestellt wird, der den Wärmeübergang von dem Medium in den zu heizenden Raum regelt. Mit anderen Worten: Zur Verstärkung der Konvektion wird der Ventilator eingeschaltet bzw. die Einstellung des Konvektionskanals verändert sobald die Temperatur diesen Sollwert unterschreitet, und der Ventilator wird abgeschaltet bzw. die Konvektion wird sonstwie reduziert, wenn die Temperatur diesen Sollwert über­ schreitet. In dieser Beziehung entspricht die Funktion der herkömmlichen Ar­ beitsweise von Speicherheizkörpern. Bei der erfindungsgemäßen Methode wird jedoch noch ein zweiter Sollwert - in den Figuren gestrichelt dargestellt - benutzt, der das Aufladen des Speichermediums regelt. Anders ausgedrückt: Der Heizwiderstand oder die sonstigen Aufheizeinrichtungen werden eingeschaltet sobald die Temperatur diesen zweiten Sollwert unterschreitet und entsprechend abgeschaltet sobald die Temperatur diesen Sollwert überschreitet. Das Medium soll während der ersten Periode, zwischen 22 Uhr und 7 Uhr, aufgeladen werden, und die so gespeicherte Wärme soll in der zweiten Periode, zwischen 7 Uhr und 22 Uhr, verbraucht werden. Bei der Erfindung ist wesentlich, daß der erste Sollwert für die Dauer der ersten Periode auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes und für die Dauer der zweiten Periode auf einen Wert oberhalb desselben eingestellt wird. Wird der erste Sollwert (punktierte Linie) um 22 Uhr auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes (gestrichelte Linie) eingestellt, so ist die Folge, daß die Temperatur des zu heizenden Raums (ausgezogene Linie), die durch Regeln der Konvektionseinrichtungen auf dem ersten Sollwert gehalten wurde, unverzüglich (Fig. 6 und 7) oder nach einer gewissen Zeit (Fig. 5) unterhalb des zweiten Sollwertes bleibt, wobei mit dem Aufladen des Medi­ ums begonnen wird. Wenn beim Wechseln der gegenseitigen Relation der Sollwerte der erste Sollwert gesenkt wird (Fig. 5 und 7), so beginnt die Raum­ temperatur (ausgezogene Linie) auf jeden Fall zu sinken bis sie den reduzierten ersten Sollwert erreicht, um dann durch Regeln der Konvektionseinrichtungen auf diesem Sollwert gehalten zu werden. Arbeitet der Speicherheizkörper unter Bedingungen, unter denen die Heizkörper-Leckleistung während des Aufladens des Mediums die dem Raumheizbedarf entsprechende Leistung erreicht, so beginnt die Temperatur zu steigen, obgleich keine Konvektionseinrichtungen in Betrieb sind. Wird hierbei der zweite Sollwert vor Ende der Aufladeperiode er­ reicht (Fig. 5 und 6), so schaltet sich die Speichermedium-Aufladung ab und die Temperatur beginnt unter Schaltung der Mediumaufladung dem zweiten Sollwert zu folgen, bis die erste Periode um 7 Uhr endet. Nun wechseln die gegenseitigen Relationen der Sollwerte erneut, und die Temperatur des zu heizenden Raums steigt oder sinkt auf den ersten Sollwert, auf dem sie dann, wenn nötig durch konvektives Übertragen von Wärme aus dem Medium in den zu heizenden Raum, gehalten wird.

Es gestaltet sich vorteilhaft, die Sollwerte mit kleiner gegenseitiger Differenz einzustellen, wie dies auch in den Beispielen in Fig. 5 bis 7 der Fall ist. Während der zweiten Periode, d. h. der Tagperiode, beträgt der erste Sollwert, auf dem die Temperatur tagsüber gehalten werden soll, in allen Beispielen 20°C und der zweite Sollwert 19°C. Bei der Heizweise A in Fig. 5 wird der erste Sollwert für die Dauer der ersten Periode, d. h. der Nacht um 2°C tiefer, d. h. auf 18°C eingestellt. Als Folge davon beginnt die Temperatur an der Stelle 21 zu sinken, und erst wenn sie den zweiten Sollwert, 19°C, an der Stelle 22 erreicht, schaltet sich die Mediumaufladung ein. Die Temperatur sinkt weiter und geht im Laufe der Nacht, sofern auch nur einigermaßen Heizbedarf vorhanden ist, auf jeden Fall bis auf 18°C zurück, weil ja der die Wärmeübertragung regelnde Sollwert auf diesen Wert gesenkt wurde. Besteht ein großer Heizbedarfs so daß die Leckleistung beim Aufladen des Mediums nicht die erforderliche Heizleistung er­ reicht, so hält sich die Raumtemperatur bis morgens 7 Uhr etwa auf 18°C. Wenn hingegen, wie im dargestellten Fall, die Leckleistung den Heizbedarf erreicht, so heizt sie den Raum bis der zweite Sollwert, hier 19°C, an der Stelle 23 erreicht ist, wo dann das Aufladen des Speichermediums unterbrochen wird und die Temperatur unter Schaltung des Aufladens diesem Sollwert bis morgens 7 Uhr folgt. Für die Heizweise A ist charakteristisch, daß die Temperatur während der Nacht tiefer absinkt und am Morgen auf jeden Fall etwas niedriger ist als sonst.

Bei der Heizweise B in Fig. 6 wird der zweite Sollwert für die Dauer der Nacht oberhalb des ersten eingestellt, in diesem Fall nur um 0,5°C darüber, d. h. auf den Wert 20,5°C an der Stelle 26. Dabei schaltet sich die Medium-Aufladung unverzüglich ein, weil die herrschende Temperatur darunter bleibt und mit Hilfe der Konvektionseinrichtungen dem ersten Sollwert, also 20°C, folgt. Erreicht die Leckleistung den Heizbedarf des Raums nicht, wird die Temperatur die ganze Zeit über auf diesem Wert gehalten. Erreicht hingegen die Leckleistung den Heizbedarf und beginnt zu heizen, so wird an der Stelle 27 der zweite Sollwert, 20,5°C, erreicht, dem man unter Regelung der Heizung bis zum Morgen folgt. Diese Heizweise hält die Temperatur die ganze Zeit über gleichmäßig oder hebt sie gegen Morgen leicht an, so daß möglicherweise viele diese Alternative als angenehm empfinden.

Die Heizweise C in Fig. 7 ist insofern eine Kombination der beiden vorangehenden, als dabei der erste Sollwert auf gleiche Weise wie im Fall A gesenkt und der zweite Sollwert auf gleiche Weise wie im Fall B erhöht wird. Infolge der letzteren Maßnahme setzt das Aufladen des Speichermediums sofort an der Stelle 30 ein, und infolge der ersteren Maßnahme beginnt die Temperatur zu sinken und geht wie im Fall A zwischendurch herunter bis auf 18°C. Erreicht nun die Leckleistung im Laufe der Nacht den Heizbedarf so beginnt die Temperatur zu steigen und steigt wie im Fall B bis auf 20,5°C an der Stelle 31 vorausgesetzt, daß die Heizzeit dazu ausreicht. Erreicht die Leckleistung hingegen den Heizbedarf nicht oder erst sehr spät, so bleibt die Temperatur auf 18°C bis sie dann am Morgen auf den Tag-Sollwert, 20°C, zu steigen beginnt.

Die Heizweisen A, B und C charakterisieren die drei Grundmöglichkeiten der Anwendung der erfindungsgemäßen Methode. Es ist klar, daß die Sollwerte im Rahmen dieser drei Grundmöglichkeiten im Prinzip weitgehend frei gewählt werden können. Freilich kann die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Anordnung, wie die im folgenden beschriebene bevorzugte und einfache Verwirklichung, die Wahlmöglichkeiten beispielsweise durch Festlegen fester Differenzen, um die die Sollwerte zwischen den Auflade- und Entla­ dungsperioden verändert werden, unter Umständen einschränken.

Zwecks Beschreibung der erfindungsgemäßen Heizkörper-Betriebsanordnung kehren wir nun zu Fig. 3 und 4 zurück. Beide zu beschreibenden Ausführungsformen weisen die gleichen Teile auf. Der Strom, normalerweise Netzstrom, wird vom Anschluß 11 über den ersten Thermostaten 14, der den ersten Sollwert einstellt, zum Ventilator 5 und über den zweiten Thermostaten 16, der den zweiten Sollwert einstellt, zum Speichermedium-Aufheizwiderstand 2 geleitet. In Verbindung mit dem Ventilator 5 ist eine aus Handschalter 18 und Widerstand 19 bestehende Anordnung dargestellt, mit der der Ventilator bei geöffnetem Schalter 18, wie in den Figuren, auf halbe Drehzahl oder bei geschlossenem Schalter auf volle Drehzahl gestellt werden kann. Die Thermostaten 14 und 16 sind entsprechend je mit einem Einstell- oder "Beschleu­ nigungswiderstand" 15 und 17 versehen - eine an sich bekannte Lösung zur Veränderung des Thermostat-Sollwerts. Der Widerstand ist passend so bemessen und angeordnet, daß er, unter Strom gesetzt, eine gewisse Menge Wärme erzeugt, so daß der Thermostat eine etwas höhere Umgebungstemperatur wahrnimmt als tatsächlich vorhanden ist. Anders gesagt: Wird der Widerstand unter Strom ge­ setzt, geht der Thermostat-Sollwert um eine gewisse Gradzahl zurück.

Entsprechend den Beispielen in Fig. 5 bis 7 beträgt der Sollwert des ersten Thermostaten 14 hier 20°C, und das Einschalten des Stroms für den Widerstand 15 senkt ihn um 2°C. Der Sollwert des zweiten Thermostaten 16 beträgt 20,5°C, und dieser Wert sinkt, wird der Widerstand 17 unter Strom gesetzt, um 1,5°C. Gesteuert wird die Sollwert-Veränderung und damit auch die Wahl der Heizweise durch die Schaltuhr 13 und den Handschalter 12, an dem stellungszugeordnet die Heizweisen A, B und C markiert sind.

Die Schaltuhr befindet sich in den Figuren in Tagstellung. Steht der Handschalter 12 in Fig. 3 in Stellung A, so erhält der Einstellwiderstand 17, nicht aber der Einstellwiderstand 15 Strom. Der erste und der zweite Sollwert betragen hierbei entsprechend 20°C und 19°C. Wenn die Schaltuhr 13 dann um 22 Uhr den Zu­ stand ändert, erhält auch der Einstellwiderstand 15 Strom, und der zweite Sollwert sinkt auf 18°C. Befindet sich der Handschalter in Stellung B, ist der Strom tagsüber wieder auf den Widerstand 17 geschaltet, nicht aber auf den Widerstand 15. Die Sollwerte entsprechen den vorgenannten. Wechselt die Schaltuhr 13 den Zustand, so erhält keiner der beiden Widerstände 17 und 15 Strom, so daß die Sollwerte 20°C und 20,5°C betragen.

Bei der Verwirklichung in Fig. 4 erhält der Einstellwiderstand 15 tagsüber stets Strom, nicht aber nachts, so daß sich der zweite Sollwert entsprechend den Heizweisen B und C verhält. Gewählt wird eine dieser Heizweisen mit dem Handschalter 12. Ist dieser Schalter geöffnet, so wirkt die Schaltuhr nicht auf den ersten Sollwert, und es ist demzufolge die Heizweise B eingestellt. Ist der Handschalter hingegen geschlossen, so schaltet die Schaltuhr für die Dauer der Nacht Strom auf den Widerstand 15, und der erste Sollwert sinkt auf 18°C; gleichzeitig wird der Widerstand 17 stromlos, und der zweite Sollwert steigt auf 20,5°C.

Das obige Steuerkonzept basiert auf dem Einsatz einfacher und billiger Standardkomponenten und kommt mit einer sehr geringen Gesamtzahl an Komponenten aus. Die Verwirklichung kann sogar derart erfolgen, daß sich die Thermostaten an der gleichen Schaltwelle befinden und dann in einem Zug einge­ stellt werden können. Natürlich kann die erfindungsgemäße Speicherheizkörper- Betriebsmethode auch auf andere Weise als oben beschrieben verwirklicht werden. So kann die Steuerung zum Beispiel auch durch eine Steuerelektronik erfolgen, die von einem oder mehreren Temperatur-Sensoren Informationen erhält. Dem Fachmann ist klar, daß eine solche Steuerelektronik auf vielerlei Weise verwirklicht werden kann. In bezug auf Preis und Funktionssicherheit kann jedoch die elektronische Lösung im Moment nicht mit der oben beschriebenen einfachen Lösung konkurrieren.

Eingangs wurde bereits auf verschiedene Verwirklichungsmöglichkeiten des Speicherheizkörpers verwiesen, auf die sich die Erfindung anwenden läßt. So kann die konvektive Wärmeübertragung zum Beispiel auch stufenlos geregelt sein, etwa durch stufenlose Regelung des Ventilators o. dgl. oder, bei freier Luftzirkulation, durch stufenloses Verstellen der Konvektion, z. B. einer Klappe. Auch die Aufheizeinrichtungen und -regelung können auf vielerlei verschiedene Weise so verwirklicht werden, daß ein erfindungsgemäßes Aufladen des Speichermediums und Abbrechen des Aufladens möglich sind. Die Aufheiz­ einrichtung kann im Prinzip auch eine nichtelektrische sein, wenngleich - aus den in der Einleitung der Anmeldung genannten Gründen - namentlich die elektrische Heizung erstrangiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist. Die Zahl der für die Erfindung tauglichen Heizungsarten ist auch dadurch beschränkt, daß das Speichermedium im Bedarfsfall auf eine hohe Temperatur aufgeladen werden muß. So können zum Beispiel mehrere Heizwiderstände eingesetzt werden, und ihre Heizleistung kann entweder einstell- oder steuerbar sein. Neben ihrer erfindungsgemäßen Funktion können die Aufheizeinrichtungen auch anderweitig, zum Beispiel zur Erzeugung von Grundwärme, eingesetzt werden. Der Heizkörper kann außerdem ein zusätzliches Heizelement, etwa einen Widerstand, aufweisen, das bei Bedarf zur direkten Erwärmung strömender Luft dient.

Claims (13)

1. Speicherheizkörper-Betriebsmethode, bei der der Heizkörper umfaßt

• - ein Speichermedium (1), das zur Wärmespeicherung in ihm aufgeladen wird,
• - regelbare Mittel (2) zum Aufladen des Mediums,
• - eine Isolierung (3) zwischen dem Medium und dem zu heizenden Raum zur Begrenzung des freien Wärmeübergangs vom Speichermedium auf den zu heizenden Raum sowie
• - regelbare Konvektionseinrichtungen (5) zum über die Luft erfolgenden Übertragen von Wärme aus dem Medium (1) in den zu heizenden Raum, wobei bei dieser Methode die Auflademittel (2) so geregelt werden, daß sie in einer ersten Periode das Medium (1) zur Speicherung der in der darauffolgenden zweiten Periode benötigten Wärmemenge im Medium aufladen, und die Konvektionseinrichtungen (5) so geregelt werden, daß, unterschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums einen ersten Sollwert, sie den Wärme­ übergang vom Medium in den zu heizenden Raum erhöhen, und, überschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums den besagten ersten Sollwert, sie den Wärmeübergang reduzieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflademittel (2) so geregelt werden, daß, unterschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums einen zweiten Sollwert, sie das Speichermedium (1) aufladen, und, überschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums diesen zweiten Sollwert, das Aufladen unterbrechen, und der erste Sollwert für die Dauer der ersten Periode auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes, aber für die Dauer der zweiten Periode auf einen Wert oberhalb des zweiten Sollwertes eingestellt wird.

2. Speicherheizkörper-Betriebsmethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sollwert über die erste und zweite Periode konstant gehalten und der erste Sollwert für die Dauer der ersten Periode auf einen Wert unterhalb desselben eingestellt wird.

3. Speicherheizkörper-Betriebsmethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sollwert über die erste und zweite Periode konstant gehalten und der zweite Sollwert für die Dauer der ersten Periode auf einen Wert oberhalb desselben eingestellt wird.

4. Speicherheizkörper-Betriebsmethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dauer der ersten Periode der erste Sollwert gesenkt und der zweite Sollwert erhöht wird.

5. Speicherheizkörper-Betriebsmethode nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert im Bereich zwischen 0,5 und 3°C liegt, und daß die Sollwerte zwischen der ersten und der zweiten Periode um einen Wert von 1 bis 2,5°C erhöht oder gesenkt werden.

6. Speicherheizkörper-Betriebsmethode nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (3) so bemessen wird, daß bei Bestehen eines bestimmten Heizbedarfs die nichtkonvektiv durch die Isolierung hindurch in den zu heizenden Raum wandernde Leistung beim Aufladen des Speichermediums (1) die zum Heizen des Raums erforderlich Heizleistung bei einer Speichermedium-Temperatur erreicht, bei der die im Medium gespeicherte Wärmemenge die bei dem besagten bestimmten Heizbedarf zum Heizen des Raums in der zweiten Periode benötigte Wärmemenge mit einer gewissen Marge überschreitet.

7. Speicherheizkörper-Betriebsmethode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (3) so bemessen wird, daß bei Bestehen eines bestimmten Heizbedarfs die nichtkonvektiv durch die Isolierung hindurch in den zu heizenden Raum wandernde Leistung beim Aufladen des Speichermediums (1) die zum Heizen des Raums benötigte Heizleistung bei einer Speichermedium- Temperatur erreicht, bei der die im Medium gespeicherte Wärmemenge das 1,5- bis 2,5-fache der bei dem besagten bestimmten Heizbedarf zum Heizen des Raums in der zweiten Periode benötigten Wärmemenge beträgt.

8. Speicherheizkörper-Betriebsanordnung, bei der der Heizkörper beinhaltet:

• - ein Speichermedium (1), das zur Wärmespeicherung in ihm aufgeladen wird,
• - regelbare Mittel (2) zum Aufladen des Mediums,
• - eine Isolierung (3) zwischen dem Medium und dem zu heizenden Raum zur Begrenzung des freien Wärmeübergangs vom Speichermedium auf den zu heizenden Raum,
• - regelbare Konvektionseinrichtungen (5) zum über die Luft erfolgenden Übertragen von Wärme aus dem Medium (1) in den zu heizenden Raum, sowie

Mittel (14) zum Einstellen des ersten Sollwertes und zum Regeln der Konvektionseinrichtungen (5) dergestalt, daß, unterschreitet die Raumtemperatur den ersten Sollwert, der Wärmeübergang vom Medium (1) in den zu heizenden Raum erhöht, und, überschreitet die Raumtemperatur den besagten ersten Sollwert, der Wärmeübergang reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem
Mittel (16) zum Einstellen eines zweiten Sollwertes und zum Regeln der Auflademittel (2) so, daß, unterschreitet die Temperatur des zu heizenden Raums den zweiten Sollwert, das Speichermedium (1) aufgeladen, und, überschreitet die Raumtemperatur den zweiten Sollwert, das Aufladen abgebrochen wird, sowie
Mittel (13, 15, 17) zum Einstellen des ersten Sollwertes auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der ersten Periode und auf einen Wert oberhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der zweiten Periode umfaßt.

9. Speicherheizkörper-Betriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen des Sollwertes einen Thermostaten (14, 16) mit Einstellwiderstand (15, 17) umfassen.

10. Speicherheizkörper-Betriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostaten (14, 16) zum Einstellen des ersten und des zweiten Sollwertes an der gleichen Schaltwelle angeordnet sind.

11. Speicherheizkörper-Betriebsanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen des ersten Sollwertes auf einen Wert unterhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der ersten Periode und auf einen Wert oberhalb des zweiten Sollwertes für die Dauer der zweiten Periode eine Schaltuhr (13) umfassen.

12. Speicherheizkörper-Betriebsanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Mittel (12) zum Wählen desjenigen Sollwertes, der zwischen der ersten und der zweiten Periode verstellt wird, aufweist.