DE19750548B4

DE19750548B4 - Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume mit Datenbus

Info

Publication number: DE19750548B4
Application number: DE19750548A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schürmann
Original assignee: TS THERMO SYSTEME GmbH
Current assignee: HOFF GMBH, DE
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: DE19750548A1

Abstract

Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume (1, 2), die mindestens eine eine raumumschließende Innenfläche ganz oder teilweise flächenförmig bedeckende elektrisch leitfähige Heizschicht (3) mit Stromzuführungselektroden (4) aufweist, die durch Anschlussleitungen (5) mit einer, eine Schutzkleinspannung führenden, Spannungsquelle verbunden sind, wobei eine dezentrale Spannungsversorgung mit 230 V Wechselstrom vorgesehen ist, die für jede einzelne elektrisch leitfähige Heizschicht (3) eine Stromleitung (7) mit 230 V Wechselstrom vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass
a) jeder Heizschicht (3) ein die Schutzkleinspannung erzeugendes Leistungsteil (6) zugeordnet ist, das sekundärseitig auf der Verbraucherseite mit den Schutzkleinspannung führenden Anschlussleitungen (5) und primärseitig auf der Versorgungsseite über die Stromleitungen (7) mit einem zentralen Verteiler (8) für 230 Volt Wechselstrom verbunden ist,
b) das Leistungsteil (6) einen kurzschlussfesten Sicherheitstransformator (9) aufweist, wobei der Sicherheitstransformator (9) und/oder das Leistungsteil (6) unter Putz angeordnet sind, und der Sicherheitstransformator (9) bzw. das Leistungsteil (6) in Unterputzdosen eingebaut sind,
c) das Leistungsteil (6) schaltbar...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstandsheizung für Innenräume, die mindestens eine eine raumumschließende Innenfläche ganz oder teilweise flächenförmig bedeckende elektrisch leitfähige Heizschicht mit Stromzuführungselektroden aufweist, die durch Anschlussleitungen mit einer, eine Schutzkleinspannung führenden, Spannungsquelle verbunden sind, wobei eine dezentrale Spannungsversorgung mit 230 V Wechselstrom vorgesehen ist, die für jede einzelne elektrisch leitfähige Heizschicht eine Stromleitung mit 230 V Wechselstrom vorsieht, wie sie bereits aus der DE 41 26 723 A1 bekannt ist.
Elektrisch leitfähige Heizschichten mit eingelagerten metallischen oder leitfähigen Partikeln aus Kohlenstoff oder Heizfolien mit streifenförmigen Heizleitern sind beispielsweise in der DE 20 218 823 A sowie der DE 195 38 686 A1 beschrieben. Elektrisch leitfähige Heizschichten können besonders kostengünstig durch einen Verbundwerkstoff dargestellt werden, der die dispersen elektrisch leitfähigen Partikel in Form von Kohlenstoff, Leitruß oder Graphit, eingebettet in ein aushärtbares Bindemittel enthält. In Abhängigkeit von der gewählten Verarbeitungstechnologie, den Abmessungen und der Volumenkonzentration der dispersen Partikel in dem Bindemittel ändert sich der spezifische elektrische Widerstand in der Heizschicht. Mit der Zunahme der Volumenkonzentration von beispielsweise leitfähigen Kohlenstoffteilchen vergrößert sich die Leitfähigkeit, aber dabei vermindert sich die mechanische Festigkeit des Werkstoffes. Der elektrische Widerstand der Heizschicht ist auf diese Weise nicht beliebig auswählbar und auf die gegebenen Bedingungen von Innenräumen schwer einstellbar.
Beim Verkleiden von großen und kleinen Innenräumen oder bei Verwendung einer vorgefertigten, konfektionierten elektrisch leitfähigen Heiz schicht, beispielsweise in Form einer Heiztapete, werden deshalb mehrere Stromzuführungselektroden benötigt, deren Anschlussleitungen zu einem zentral angeordneten Verteiler geführt werden müssen. Darüber hinaus müssen die elektrisch leitfähigen Heizschichten aus Gründen der elektrischen Sicherheit mit Schutzkleinspannung betrieben werden, was einen wesentlich größeren Leitungsquerschnitt zum Zuführen der elektrischen Energie erforderlich macht. Jede Heizschicht musste bislang über separate Anschlussleitungen von einem zentralen Verteiler aus mit Schutzkleinspannung versorgt werden, was einen großen Installationsaufwand zur Folge hat. Wenn die Anschlussleitungen unter Putz verlegt werden müssen, sind nachträgliche Änderungen an der Raumheizung nicht oder nur mit einem verhältnismäßig großem Aufwand und einer kostenintensiven Nachinstallation möglich.
Aus der CH-Fachzeitschrift „BULLETIN SEV/VSE, Vol 15/95, S. 17 bis 24", RIS, H.R. ist das „EIB-Einheitliches Bussystem für elektrische Installationen" bekannt. Hiermit steht dem Elektroinstallateur ein einheitliches und zuverlässiges Bussystem zum Messen, Steuern, Regeln, Schalten, Melden und Überwachen zur Verfügung. Die Informationsübertragung erfolgt über eine für alle spezifischen Anwendungen geeignete Busleitung, ähnlich einer Telefonleitung, die zusätzlich zum Energieverteilnetz verlegt wird. Eine Zentrale wird nicht benötigt. Dabei ist eine „klassische Elektroinstallation" vorgesehen, bei der alle zu steuernden Geräte parallel an das 230-V-Netz angeschlossen werden und der jeweilige Leistungsquerschnitt und die Leistungsschutzschalter voll ausgenutzt werden können. Erweiterungen sind ebenso möglich wie linien-, stern- und baumförmige Verlegung der Busleitung, ähnlich dem Starkstromnetz. Auch sind bei diesem System Busendgeräte und Busankoppler sowie Anwendermodule vorgesehen.
Die DE 195 30 643 A1 schlägt vor ein Bussystem zur Steuerung von Geräten, die mit einer Empfangseinheit an eine Busleitung angeschlossen sowie mit einer Regelvorrichtung ausgestattet sind, die die Funktion des Gerätes steuert und durch die Empfangseinheit betätigt wird, wenn diese einen ihr zugeordneten Adresscode empfängt, mittels Steuereinheiten, die Bedienelemente aufweisen, an die Busleitung angeschlossen sind und bei Betätigung eines einer beliebigen Empfangseinheit durch eine Speichervorrichtung zuzuordnenden Bedienelementes den Adresscode der zu schaltenden Empfangseinheit aussenden, wobei die Steuereinheiten sowie einzelne Empfangseinheiten in einen Installationsmodus versetzbar sind, eine Empfangseinheit nach Umschaltung in den Installationsmodus die Adresscodes im Bussystem derart ändert, dass ihr Adresscode nur einmal vorhanden ist, eine Steuereinheit bei Betätigung eines Bedienelementes im Installationsmodus befindlichen Empfangseinheiten bewirkt und die Speichervorrichtung das betätigte Bedienelement dem empfangenen Adresscode zuordnet, sowie ein Verfahren zu seiner Installation.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die Herstellung einer elektrischen Widerstandsheizung zu vereinfachen und die Anschlusskosten durch Verringerung des Schaltungsaufwands zu senken.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine dezentrale Spannungsversorgung vorgesehen, die für jede einzelne elektrisch leitfähige Heizschicht eine Stromzuführung mit 230 V Wechselstrom vorsieht, wobei jeder Heizschicht ein Schutzkleinspannung abgebendes Leistungsteil zugeordnet ist, das sekundärseitig auf der Verbraucherseite mit den Schutzkleinspannung führenden Anschlussleitungen und primärseitig auf der Versorgungsseite über Energieleitungen mit einem zentralen Verteiler für 230 V verbunden ist. Auf diese Weise kann der Installationsaufwand erheblich verringert werden. Außerdem kann im Rahmen der Erfindung das Leistungsteil als Busendgerät mit einem Aktor zum Schalten oder Steuern der Last ausgebildet werden, wo bei auf der Versorgungsseite eine Schnittstelle für einen Busankoppler vorgesehen ist, der an einen Installationsbus angeschlossen und mit einem Anwendermodul an der Busleitung verbunden ist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Anwendermodul ein Tastsensor, ein Thermostat, ein Raumtemperaturregler oder ein LCD Display eingeschlossen ist.
Außerdem ist der Installationsbus über Busankoppler und Anwenderschnittstelle mit einer seriellen Schnittstelle für einen Computer oder einer Heizungssteuerung verbunden, welche zum Steuern der Heizung und zum Erfassen und Auswerten der Daten beim Beheizen der Räume programmierbar ist. Die Busanwendung bei einer Widerstandsheizung für Innenräume mit einer elektrisch leitfähigen Heizschicht führt in der Weise zu einer gravierenden Reduzierung der gesamten elektrischen Anschlussleistung.
Die weiteren Vorteile der Erfindung und Ausgestaltungen ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel und den Zeichnungen, mit deren Hilfe die Erfindung näher erläutert werden soll.
In der Zeichnung zeigt:
1 in schematischer Darstellung einen Schaltplan einer elektrischen Widerstandsheizung, die mit einem Installationsbus verwirklicht ist.
Die elektrische Widerstandsheizung zum Beheizen eines ersten Raumes 1 und eines zweiten Raumes 2 weist eine elektrisch leitfähige, jeweils eine Innenfläche bedeckende Heizschicht 3 mit den elektrisch leitfähigen Partikeln auf, die vorzugsweise in Höhe der Deckenkante und der Fußbodenleiste mit parallel verlaufenden Stromzuführungselektroden 4 versehen ist. Von den Stromzuführungselektroden 4 führen Anschlußleitungen 5 zu einem Leistungsteil 6, das mit Stromleitungen 7 zum Zuführen der elektrischen Energie mit einem zentralen Verteiler 8 verbunden ist. Die Stromleitungen 7 übertragen 230 V Wechselstrom.
Die Heizschicht 3 ist im Ausführungsbeispiel mit je zwei Stromzuführungselektroden 4 versehen. Die Stromzuführungselektroden 4 können aus einem Kupferband gebildet werden, das mit einem elektrisch leitfähigen Kleber auf der Oberfläche der elektrische leitfähigen Heizschicht 3, zum Beispiel einer Heiztapete, befestigt und mit den Anschlußleitungen 5 kontaktiert wird. Die Anschlußleitungen 5 werden auf kurzem Wege zu dem Leistungsteil 6 gebracht, das sich gegebenenfalls in Höhe einer Steckdose befindet, die desgleichen mit elektrischer Energie versorgt werden muß. Dadurch benötigt die Widerstandsheizung keine zusätzlichen Stromleitungen 7. Die Heizschicht 3 wird mit einer ungefährlichen Schutzkleinspannung betrieben, durch die eine zu hohe Berührungsspannung vermieden werden kann. Als Stromquelle für die Schutzkleinspannung kann ein Sicherheitstransformator 9 mit einer besonderen Isolation zwischen der Primär – und der Sekundärwicklung mit größeren Kriechstromstrecken und höherer Durchschlagfestgkeit zum Einsatz gebracht werden, der kurzschlußfest ist oder durch eine angepaßte Schutzeinrichtung beziehungsweise eine Gerätesicherung auf der Primärseite gesichert werden kann.
Die Widerstandsheizung weist ferner, neben der konventionellen Elektroinstallation mit den Stromleitungen 7 für 230 V Wechselstrom, ein zusätzliches Leitungssystem zur Datenübertragung auf, das im nachfolgenden als Installationsbus 11 bezeichnet werden soll. Hierzu gehört ein Anwendermodul, das ein Tastsensor 14, ein Thermostat 15, ein Raumtemperaturregler 16 für das Erfassen der Temperatur in dem zu beheizenden Raum oder ein LCD – Display 17 sein kann, auf dem der augenblickliche Zustand der Heizeinrichtung angezeigt wird. Der Busankoppler 13 ist gewöhnlich als Unterputzgerät ausgebildet und mit Schraubbefestigung in einer entsprechenden Unterputzdose montierbar Mit dem Busankoppler 13 wird die physikalische Adresse programmiert. Die mit einem Installationsbus 11 aufgebaute Schaltung kann nachträglich ohne weiteres geändert werden, so daß eine spätere Modifikation der Raumheizung ohne großen Aufwand möglich ist.
Bei Betätigung des Tastsensors 14 sendet das Anwendermodul ein längeres Datentelegramm auf die Installationsbus 11, das unter anderem Informationen über die Quelladresse und die Zieladresse mit den Schaltinformationen enthält. Die Anwendermodule und die Sensoren sind so codiert, daß durch Verwendung von gleichen oder unterschiedlichen Gruppenadressen sowohl einzelne Heizschichten 3 selektiv oder mehrere Heizschichten 3 gemeinsam angesteuert und in Betrieb genommen werden.
Im Gegensatz zu einer konventionellen Steuerung über vieladrige oder mehrere Steuerleitungen reicht beim Installationsbus 11 für die digitale Datenübertragung eine zweiadrige verdrillte und abgeschirmte MSR – Leitung aus. Der Installationsbus 11 kann parallel zu der vorhandenen Elektroinstallation in verschiedene Räume einer zu beheizenden Wohnung oder eines Gebäudes verlegt werden. An jeder beliebigen Stelle können die Busendgeräte oder die Aktoren parallel an den Installationsbus 11 angeschlossen werden. Desgleichen kann an einer beliebigen Anwenderschnittstelle mit einem Busankoppler 13 eine serielle Schnittstelle für einen Computer 18 vorgesehen werden, der zum Erfassen und Auswerten der Daten beim Beheizen der Räume programmierbar ist.
Die elektrische Beheizung von Innenräumen in Wohnungen und Gebäuden mit leitfähigen Heizschichten 3 kann auf diese Weise bei einem geringen Installationsaufwand unter Ausnutzung der Vorteile von Strahlungswärme vorgenommen werden. Mit einer an den Installationsbus 11 angeschlossenen Heizungssteuerung kann die Wärmeerzeugung optimiert werden. Eine dezentrale raumbezogene Heizungssteuerung kann für eine individuelle Wärme in jedem Raum Sorge tragen. Thermostaten oder Temperaturfühler können die Einhaltung der vorgewählten Raumtemperatur überwachen. Über Zeitsignale, die über den Installationsbus 11 eingespeist werden, kann die Temperatursteuerung auch zeitabhängig oder in Form eines Zeit – Temperatur – Profils 19 für bestimmte Räume vorgenommen werden. Der beim Einsatz der Bustechnik reduzierte Aufwand, insbesondere der Installationsaufwand bei den Schutzkleinspannung fahrenden Anschlußleitungen 5, die einen großen Leiterquerschnitt aufweisen müssen, führt gegenüber einer herkömmlichen Installation zu wesentlich niedrigeren Investitionskosten und zu einer Einsparung von Kupfer von mehr als 30%. Die Busanwendung ermöglicht zusammen mit der Anwendung von Stahlungswärme eine erhebliche Reduzierung der gesamten elektrischen Anschlußleistung und gewährleistet einen optimalen Einsatz von Energie.

Claims

Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume (1, 2), die mindestens eine eine raumumschließende Innenfläche ganz oder teilweise flächenförmig bedeckende elektrisch leitfähige Heizschicht (3) mit Stromzuführungselektroden (4) aufweist, die durch Anschlussleitungen (5) mit einer, eine Schutzkleinspannung führenden, Spannungsquelle verbunden sind, wobei eine dezentrale Spannungsversorgung mit 230 V Wechselstrom vorgesehen ist, die für jede einzelne elektrisch leitfähige Heizschicht (3) eine Stromleitung (7) mit 230 V Wechselstrom vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass a) jeder Heizschicht (3) ein die Schutzkleinspannung erzeugendes Leistungsteil (6) zugeordnet ist, das sekundärseitig auf der Verbraucherseite mit den Schutzkleinspannung führenden Anschlussleitungen (5) und primärseitig auf der Versorgungsseite über die Stromleitungen (7) mit einem zentralen Verteiler (8) für 230 Volt Wechselstrom verbunden ist, b) das Leistungsteil (6) einen kurzschlussfesten Sicherheitstransformator (9) aufweist, wobei der Sicherheitstransformator (9) und/oder das Leistungsteil (6) unter Putz angeordnet sind, und der Sicherheitstransformator (9) bzw. das Leistungsteil (6) in Unterputzdosen eingebaut sind, c) das Leistungsteil (6) schaltbar ausgebildet ist, das Leistungsteil (6) als ein Busendgerät mit einem Schalt-Aktor (12) zum Schalten oder einem Aktor zum Steuern der Last ausgebildet und auf der Versorgungsseite mit einer Schnittstelle für einen Busankoppler (13) ausgerüstet sowie mit diesem an einen Installationsbus (11) angeschlossen und mit einem Anwendermodul am Installationsbus (11) verbunden ist, und d) das Anwendermodul ein Tastsensor (14), ein Thermostat (15), ein Raumtemperaturregler (16), ein LCD-Display (17) oder ein Zeit-Temperatur-Profil (19) aufweist, wobei der Installationsbus (11) über eine Anwendeschnittstelle mit dem Busankoppler (13) und eine serielle Schnittstelle mit einem Computer (18) verbunden bleibt, welcher zum Erfassen und Auswerten der Daten beim Beheizen der Räume (1, 2) programmierbar ist.