DE2020635C3

DE2020635C3 - Verfahren zur Regelung der Aufladung von elektrisch betriebenen Wärmespeichern für Heizungszwecke wie Wärmespeicher-Raumheizöfen, Wärmespeicher-Zentralheizungen o.dgl. in Billigzeitperioden

Info

Publication number: DE2020635C3
Application number: DE2020635A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 4300 Essen Freundlieb
Original assignee: Tekmar Angewandte Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Tekmar Angewandte Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 1970-04-28
Filing date: 1970-04-28
Publication date: 1982-01-21
Also published as: DE2020635A1; DE2020635B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Aufladung von elektrisch betriebenen Wärmespeichern für Heizungszwecke, wie Wärmespeicher-Raumheizöfen, Wärmespeicher-Zentra'heizungen od. dgl., bei welchem die Aufladung innerhalb der freigegebenen Ladezeit in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur unter Berücksichtigung der im Wärmespeicher verbliebenen Restwärme erfolgt, wobei die Aufladeenergie möglichst gleichmäßig über die freigegebene Ladezeit verteilt ist.

Beim Aufladen von Wärmespeichern für Heizungszwecke, welche mit elektrischem Strom oder auch einem anderen Wärmeträger aufgeladen werden, sind

nicht nur die vom Energielieferanten freigegebenen Ladezeiten zu berücksichtigen, sondern es ist für eine wirtschaftliche Heizung auch notwendig, die Wärmespeicher in der freigegebenen Ladezeit (Billigzeitperiode) — die Hauptladezeit liegt in der Regel zwischen 22 und 6 Uhr — nur so weit aufzuladen, wie die am nächsten Tag voraussichtlich benötigte Wärmemenge beträgt Es ist bereits vorgeschlagen worden, als Maßstab dafür die Außenlufttemperatur, insbesondere die Außenwandtemperatur des betreffenden Gebäudes zu benutzen, die fortlaufend gemessen wird, wobei auch die im Wärmespeicher noch verbliebene Restwärme berücksichtigt wird, um wirtschaftliche Überladungen zu vermeiden (DE-PS 12 95 160).

Weiterhin ist bei der Aufladung deren Lage innerhalb der freigegebenen Ladezeit von Bedeutung. Grundsätzlich ist es vorteilhaft den Beginn der Aufladung so zu regeln, daß diese erst gegen Ende der freigegebenen Ladezeit d. h. zu Beginn der Entladezeit beendet ist Ist die Aufladung früher beendet so tritt bis zum Beginn der Entladezeit eine nicht zu vermeidende, unerwünschte Wärmeabgabe der Wärmespeicher durch Abstrahlung ein, da diese aus wirtschaftlichen und Raumgründen nicht so isoliert werden können, daß eine ""5 Wärmeabgabe vollkommen ausgeschaltet wird. Andererseits ist eine Verlegung der Aufladung auf die zweite Nachthälfte bzw. an das Ende der freigegebenen Ladezeit seitens der Energieversorgungsunternehmen (EVU) aus Gründen der Netzbelastung nicht immer erwünscht so daß man sie nur in Einzelfällen anwendet und bei Vorhandensein einer Vielzahl von Speicherofen, z. B. einer elektrisch beheizten Siedlung, zu einer Staffelung der Aufladung gezwungen ist

Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, die Aufladung innerhalb der freigegebenen Ladezeit so zu

regeln, daß beiden Gesichtspunkten in erträglichen

Grenzen bestmöglichst Rechnung getragen wird und

ausgesprochene Spitzenbelastungen vermieden werden.

So geht ein in der Zeitschrift »Deutsches Elektrohandwerk« 43 (1968), Heft 21, Seite 637 in Bild la gemachter Vorschlag dahin, die ganze freigegebene Ladezeit mit einer gleichbleibenden Aufladung als geschlossenen Block zu belasten, wobei die Stärke der Aufladung durch Stufenschalter verändert wird. Einerseits müßte eine solche Stufung sehr fein sein, andererseits kann sie aus wirtschaftlichen Gründen bei einer Vielzahl von Speicherofen nicht ausgeführt werden.

Die Erfindung hat sich demgegenüber zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Regelung der Aufladung von elektrisch betriebenen Wärmespeichern für Heizungszwecke in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur unter Berücksichtigung der im Wärmespeicher verbliebenen Restwärme zu schaffen, bei dem auch bei der Aufladung einer Vielzahl von Wärmespeichern in einfacher Weise eine weitgehende Vergleichmäßigung der Netzbelastung erreicht wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die Aufladung der Wärmespeicher mittels während der gesamten freigegebenen Ladezeit wirkender elektrischer Energieimpulsgruppen erfolgt die den Speichern mehrfach in der Sekunde zugeführt werden und deren Länge sich nach der Höhe der Außenlufttemperatur richtet, wobei diese Länge bei erforderlicher hoher Aufladung (niedrige AuQenlufttemperatur) groß und bei erforderlicher odriger Aufladung (hohe Außenlufttemperatur) klein

ist.

Die Zahl der Energieimpulsgruppen in der Sekunde

wird zweckmäßigerweise so klein gewählt, daß die Impulsgruppenfolge von den anderen an das Netz ■»geschlossenen empfindlichen Verbrauchern (Licht, akustische Geräte usw.) noch nicht als störend empfunden wird.

Eine weitere, besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung besteht demgemäß darin, daß den Wärmespeichern in einer Sekunde mindestens 5 Energieimpulsgruppen zugeführt werden. Deren minimale Länge (bei hohen Außenlufttemperaturen) kann z. B. '/so see und deren maximize Länge (bei sehr niedrigeren Außenlufttemperaturen) "Vso = Vs see betragen, wobei in diesem Fall der Anschluß an die nächste Impulsgruppe erreicht wird (Dauerladung).

Durch die Aufteilung der Aufladung in einzelne elektrische Energieimpulsgruppen ist man in der Lage, die Aufladung über die ganze freigegebene Ladezeit zu erstrecken und damit eine vollkommen gleichbleibende Netzbelastung zu erreichen. Erst bei höherem Wärmebedarf (sehr niedriger AußenlufttemperaturJ wachsen die einzelnen Energieimpulsgruppen zu einem sich über die ganze freigegebene Ladezeit erstreckenden Block zusammen. Bei Verwendung mehrerer Steuergeräte, z. B. für mehrere Wärmespeicher oder Wärmespeichergruppen, tritt eine gewisse Verschachtelung der Impulsgruppen der einzelnen Steuergeräte bezüglich der Netzbelastung ein, die aber nicht zwangsgesteuert ist, sondern nach dem Prinzip der statistischen Verteilung erfolgt Im Bereich mittlerer und höherer Außenlufttemperaturen, z. B. 0°C und mehr, wie sie in den meisten Teilen Deutschlands vorliegen, tritt dabei keine Summierung der Aufladeenergie der verschiedenen Wärmespeicher oder Wärmespeichergruppen auf; das Netz wird praktisch nicht höher belastet als durch einen einzigen Speicher bzw. eine Speichergruppe.

Gemäß weiterer Ausgestaltung wird erreicht, daß das Ein- und Ausschalten der Wärmespeicher, denen die Energieimpulsgruppen in Abhängigkeit von der Außentemperatur während der freigegebenen Ladezeit zugeführt werden, durch die an diesen angebrachten Restwärmefühler (Thermoschalter) in dem Sinne gesteuert werden, daß bei großer Restwärme das Einschalten später und das Ausschalten früher erfolgt, als bei kleiner Restwärme. Durch diese Maßnahme wird eine Auswahl in der Reihenfolge der Aufladungen erreicht, die zusätzlich noch zu einer Vergleichmäßigung der Netzbelastung beiträgt.

Eine Vorrichtung, welche für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist und gleichzeitig zur Regelung mehrerer Wärmespeicher benutzt werden kann, ist gekennzeichnet durch ein zentrales Steuergerät, welches mit dem Außenlufttemperaturfühler (Gebäudewandfühler) in Verbindung steht und die vom Netz kommende Energie in einzelne, den Wärmespeichern zuzuleitende Energieimpulsgiuppen mit veränderbarer Länge umwandelt, und durch an den Wärmespeichern angeordnete Wärmefühler, welche einerseits von der Speicherwärme und andererseits durch die vom Steuergerät kommenden Impulse in dem Sinne beeinflußt werden, daß bei Überwiegen des Einflusses der Impulse ein Schaltkontakt der Wärmefühler schließt und bei Überwiegen des Einflusses der Speicherwärme öffnet, wodurch die Wärmespeicher mittels der angeschlossenen Leistungs-Schaltvorrichtungen ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Fig. 1 zeigt das Impulsbelastungsdiagramm des versorgenden Stromnetzes bei Anschluß von zwei Wärmespeichern bzw. Wärmespeichergruppen in Abhängigkeit verschiedener Außenlufttemperaturen;

F i g. 2 zeigt das Aufladediagramm eines Wärmespeichers bei verschiedenen Außenlufttemperaturen und verschiedener Restwärme;

F i g. 3 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens in schematischer Darstellung.

In Fig. 1, welche das Impuls-Belastungsdiagramm des versorgenden Stromnetzes in der Zeiteinheit von 1 see zeigt, ist die Sekunde mit 5 Impulsgmppen belegt, während die Zahl der Impulse η jeder Gruppe ganzzahlig zwischen 0 und Ί0 je nach Außenlufttemperatur schwanken kann. Bei Außenlufttemperaturen t_w = +20 bis +16"C beträgt die Zahl der Impulse pro Gruppe η = 1 und damit ihre Länge '/so see ('/so see = Zeit für eine volle Sinus-Schwingung des technischen Wechselstroms mit einer Frequenz / = 50 Hz); für die prozentuale Wärmespeicherung läßt sich ableiten: <3K%) = π χ 10.

Die während der freigegebenen Ladezeit bei Uv= +20 bis +16° C zu speichernde Wärmemenge beträgt 10% der maximal möglichen Speicherwärme. Da die Energieimpulsgruppen für Wärmespeicher 1 (ausgezogen) und Wärmespeicher 2 (gestrichelt) durch die Verwendung von 2 Steuergeräten zeitlich hintereinander gelegt sind, ergibt sich eine leistungsmäßige Belastung (U χ I) für das versorgende Netz, welche der Höhe nach nur der Aufladeleistung eines Speichers entspricht.

Erst ab einer Außenlufttemperatur von O⁰C (n = 5) ist eine wesentliche Zunahme der Leistungshöhe zu erwarten.

In F i g. 2 (Aufladediagramm) ist auf der Abszisse die Uhrzeit und auf der Ordinate die Speichertemperatur f, als Maß für die Aufladung aufgetragen, wobei zwei Aufladungen I und U bei verschiedenen Außentemperaturen t_w(Parameter) und verschiedenen Speichertemperaturen t_q um 22 Uhr (Restwärme) dargestellt sind. Dabei sind die gestrichelten Linien die durch das

AO Regelgerät vorgegebenen Soll-Linien, während die durchgezogenen Linien die Ist-Linien der Speichcrtemperatur (Aufladung) sind.

Bei der Aufladung I wurde eine Außenlufttemperatur t_w = — 20⁰C und ein entladener Wärmespeicher mit t_q — 20° C angenommen. Mit Beginn der freigegebenen Ladezeit um 22 Uhr erfolgt die Aufladung mit Energieimpulsen gemäß Fig. 1 (n = 10), welche am Ende der Ladezeit um 6 Uhr zu einer Speichertemperatur f, = 100°Cführt(Voll-Ladung).

Bei der Aufladung 11 wurde eine Außenlufttemperatur t_w — 0⁰C und eine Wärmespeichertemperatur von tq = 70° C (wenig entladen) angenommen. Um 22 Uhr erfolgt zunächst kein Einschalten. Erst eine Entladung auf t_q = 60°C läßt entsprechende Nachladungen ab 3 bis 6 Uhr erfolgen (mehrmaliges Ein- und Ausschalten), bis um 6 Uhr der Wärmespeicher die erforderliche Ladung aufweist

In F i g. 3 (Regeleinrichtung) bezeichnet 1 das zentrale Steuergerät, welches mit dem Außenlufttemperaturfüh-

1" ler (Gebäudewandfühler) 2 in Verbindung steht. Es wandelt die vom Netz 3 kommende Energie in einzelne, den Wärmespeichern 4 zuzuleitende Energieimpulsgruppen um, deren Länge je nach der Außenlufttemperatur kleiner oder größer ist. Am Kern 6 des

t>-> Wärmespeichers 4 ist ein Restwärmefühler 5 angeordnet, der von der Speicherwärme 7 beeinflußt wird und mit zwei Bimetallschenkeln 9 und 10 ausgerüstet ist. Der Bimetallschenkel 10 wird durch einen Heizwiderstand

von den Impulsen des Steuergerätes 1 über die Leitung R beeinflußt. Beim Überwiegen des Einflusses der Impulse schließt der Kontakt 8 und durch den Leistungsschalter 11 wird der Wärmespeicher 4 eingeschaltet, während sich bei Überwiegen des Einflusses der Speicherwärme 7 der Kontakt 8 öffnet und den Wärmespeicher ausschaltet. Zum Zweck einer individuellen Anpassung des Wärmebedarfs kann am Bimetallschalter gegebenenfalls eine von Hand zu betätigende Verstelleinrichtung vorhanden sein.

Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, anstelle des beschriebenen Wärmefühlers 5 und der Leistungsschaltvorrichlung 11, beheizte Kapillarrohr-Temperaturregler zu benutzen, wie sie bereits in Wärmespeicheröfen Verwendung finden. Es können aber auch beheizbare Halbleiter Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Aufladung von elektrisch betriebenen Wärmespeichern für Heizungszwecke, wie Wärmespeicher-Raumheizofen, Wärmespeicher-Zentralheizungen od. dgl, bei welchem die Aufladung innerhalb der freigegebenen Ladezeit in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur unter Berücksichtigung der im Wärmespeicher verbliebenen Restwärme erfolgt, wobei die Aufladeenergie möglichst gleichmäßig über die freigegebene Ladezeit verteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung der Wärmespeicher mittels während der gesamten freigegebenen Ladezeit wirkender, elektrischer Energieimpulsgruppen erfolgt, die den Speichern mehrfach in der Sekunde zugeführt werden und deren Länge sich nach der Höhe der Außenlufttemperatur richtet, wobei diese Länge bei erforderlicher hoher Aufladung (niedrige Außenlufttemperatur) groß und bei erforderlicher niedriger Aufladung (hohe Außenlufttemperatur) kiein ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Speichern in einer Sekunde mindestens 5 Impulsgruppen zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Ausschalten der einzelnen Wärmespeicher durch die an diesen angebrachten Restwärmefühler in dem Sinne gesteuert wird, daß bei großer Restwärme das Einschalten später und das Ausschalten früher erfolgt als bei geringer Restwärme.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein zentrales Steuergerät (1), welches mit dem Außenlufttemperaturfühler (Gebäudewandfühler) (2) in Verbindung steht und die vom Netz (3) kommende Energie in einzelne, den Wärmespeichern (4) zuzuleitende Impulsgruppen mit veränderbarer Länge umwandelt, und durch an den Wärmespeichern angeordnete Wärmefühler (5), welche einerseits von der Speicherwärme (7) und andererseits durch die vom Steuergerät (1) kommenden Impulsgruppen in dem Sinne beeinflußt werden, daß bei Überwiegen des Einflusses der Impulsgruppen ein Schaltkontakt (8) schließt und bei Überwiegen des Einflusses der Speicherwärme öffnet, wodurch die Wärmespeicher (4) mittels der angeschlossenen Leistungsschaltvorrichtungen (11) ein- bzw. ausgeschaltet werden.