DE2021997A1

DE2021997A1 - Verfahren zur Regelung von elektrischen Speicherheizgeraeten

Info

Publication number: DE2021997A1
Application number: DE19702021997
Authority: DE
Inventors: Hans Schlaepfer
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1970-04-07
Filing date: 1970-04-28
Publication date: 1971-12-16
Also published as: SE362572B; FR2089308A7; CH502046A; GB1324555A; DE2021997B2

Description

Pall 1583 3. 4.1970

■Ir AND I S & G Υ R AG., ZUG (Schweiz)

Verfahren zur Regelung von elektrischen Speicherheizgeräten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auflade- und Entladeregelung von mindestens einem elektrischen Speicherheizgerät.

Alle bekannten Speicherheizgeräte geben einen Teil der Speicherwärme durch Strahlung und freie Konvektion an den zu heizenden Raum ab. Diese nicht regelbare Wärmeabgabe darf während der Entladeregelung nicht zu gross sein. Aus dieäem Grund ist eine Aufladeregelung erforderlich. Diese basiert bei den heute bekannten Verfahrenauf einer Aussentemperaturmessung. Bei den älteren Geräten ist dabei die Aufladezeit der Heizgeräte proportional zur Aussentemperatur. Diese Regeleinrich- γ tungen haben sich in der Praxis jedoch nicht bewährt. Wenn die · "

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gespeicherte Wärme nur zum Teil verbraucht wird, so werden die Wärmespeicher nach einigen Aufladezyklen überladen. Man ist daher dazu übergegangen, die Speichertemperatur in Abhängigkeit von der Aussentemperatur zu regeln.

Durch die Entladeregelung soll die Temperatur des zu heizenden Raumes auf einem voreingestellten Wert gehalten werden. Hierfür wird ein zusätzlicher Raumtemperaturregler benötigt, der an einer Wand des Raumes montiert ist.

Die Aufladung der Wärmespeicher kann durch eine zusätzliche Nachladung erweitert werden. Diese erfolgt zwischen zwei Aufladezyklen und zwar nur dann, wenn die vorhergehende Entladung sehr stark war. Für die Regelung des Nachladens sind verschiedene aufwendige Zusatzeinrichtungen bekannt.

Das genannte Regelverfahren hat den Nachteil, dass für die Aufladung nur der witterungsabhängige Wärmebedarf des zu heizenden Raumes erfasst wird. Der Wärmeaustausch mit benachbarten Räumen, der erhöhte Wärmebedarf nach längeren Heizungsunterbrechungen und die Sollwerteinstellung der Raumtemperaturregelung sind wichtige Einflussgrössen, die bei der Aufladung jedoch nicht beachtet werden. Auch kann eine zu grosse Dimensionierung von Speicherheizgeräten dazu führen, dass die nicht regelbare Wärmeabgabe den Wärmebedarf überschreitet und

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damit unzulässig gross wird. Nachteilig ist auch der beträchtliche Aufwand, den das bekannte Regelverfahren erfordert.

Die geschilderten Mängel werden bei dem Verfahren zur Auflade- und Entladeregelung von mindestens einem elektrischen Speicherheizgerät erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass | sowohl die Aufladung als auch die Entladung in Abhängigkeit von der Temperatur des jeweils zu heizenden Raumes erfolgen. Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass für eine Raumtemperaturregelung weder eine aussentemperaturproportionale Aufladezeit noch eine aussentemperaturproportionale Speichertemperatur erforderlich ist. Wesentlich ist, dass die Wärmespeicherung mindestens den Wärmebedarf des zu heizenden Raumes deckt. Ausserdem muss beachtet werden, dass die unregelbare Wärmeabgabe des Speicherheizgerätes nicht grosser seih darf als der Wärmebedarf des Raumes. Diese Bedingungen werden durch das erfindungsgemässe Verfahren erfüllt.

Bei einer Einrichtung zur Durchführung des beanspruchten Ver-

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fahrens ist/die Auflade- und Entladeregelung nur ein Thermostat vorgesehen.

Der Aufladevorgang baeiert auf der Forderung, die für eine gute Entladeregelung gestellt wird. Damit die Raumtemperatur geregelt werden kann, muss die unregelbare Wärmeabgabe des

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Speicherheizgerätes kleiner sein ale die gesamten Wärmeverluste des Raumes. Ohne die regelbare Wärmeabgabe des Speicherheizgerätes muss sich somit eine Raumtemperatur einstellen, die etwas tiefer liegt als die Raumsolltemperatur. Bei einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird daher die Aufladung bei einer Raumtemperatur, die um einen bestimmten Wert unterhalb der eingestellten Raumsolltemperatur liegt, abgebrochen. Hierzu kann ein den Thermostaten beeinflussender Heizwiderstand während der Aufladung eingeschaltet werden.

PUr das Erreichen der Raumsolltemperatur ist somit auch direkt nach Beendigung des Aufladevorganges eine zusätzliche, regelbare Wärmeabgabe erforderlich. Die Regelbarkeit der Raumtemperatur zu Beginn des Entladevorganges ist gewährleistet. Die regelbare Wärmeabgabe kann z.B. in bekannter Weise mit einem Entladeventilator erfolgen.

Die Wärmestrahlung des Speicherheizgerätes nimmt bei fortdauernder Entladung ab. Sie ist daher nach dem Aufladevorgang wesentlich grosser als vor einem Aufladevorganga. Der Einfluss der Wärmestrahlung kann Jedoch von einem in einer gewissen Entfernung vom Heizgerät an einer Wand des Raumes befestigten Thermostaten nicht vollständig erfasst werden. Bei starker Wärmestrahlung ist daher die eingestellte Solltemperatur etwas

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zu hoch.

Die Entladung erfolgt im allgemeinen über einen Zweipunkt-Regler. Zur Erzielung einer guten Regelung ist es dabei bekannt, den Thermostaten mit einer thermischen Rückführung zu versehen. Hierbei ist dem Thermostaten ein Heizwiderstand zugeord- | net, der mit dem Entladeventilator zu- und abgeschaltet wird. Je mehr das Speicherheizgerät entladen wird, desto länger ist der Entladeventilator bei jeder Einschaltung in Betrieb und desto langer ist dann auch der Rückführungswiderstand eingeschaltet. Dies führt dazu, dass mit zunehmender Entladung der Einfluss der Rückführung auf den Thermostaten zunimmt und dadurch eine Proportionalabweichung, d.h. ein Absinken der Raumtemperatur gegenüber dem eingestellten Sollwert auftritt. In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist deshalb vorgesehen, den Ausfall der Wärmestrahlung sowie eine mögliche Proportionalabweichung bei der Regelung zu kompensieren. Diese Kompensation erfolgt vorzugsweise durch eine thermische Kopplung zwischen dem Speicherheizgerät und dem Thermostaten.

Weiterhin ist die Möglichkeit einer Nachladung gegeben. Diese soll in Abhängigkeit von der Stärke der Entladung und dem Wärmebedarf des Raumes erfolgen. Die Nachladung wird daher aur dann eingeschaltet, wemi bei einem unstetigen Regler «in be-

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stimmtes Einschaltverhältnis des Entladeventilators oder bei einem stetigen Regler eine bestimmte Reglerstellung erreicht worden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Es zeigen:

Fig^ 1 das Schaltbild für die Regelung eines

Speicherheizgerätes mit einem unstetigen Regler und

Fig. 2 das Schaltbild für die Regelung eines Speicherheizgerätes mit einem stetigen Regler.

Mit 1 und 2 sind in den beiden Figuren zwei Leitungen eines elektrischen Energieverteilungsnetzes bezeichnet, zwischen denen eine Phasenspannung auftritt. Das jeweilige Heizgerät besteht aus einem Wärmespeicher 3, einem Heizelement 4 und einem bei einer oberen Grenztemperatur ansprechenden Sicherheitsschalter 5. Es enthält gemäss Fig.1 weiterhin einen in Reihe mit dem Heizelement 4 angeordneten Schaltarm 6 eines thermischen Schalters 7 und einen Entladeventilator 8. Ein Thermostat 9 betätigt zwei Schaltarme 10 und·11, die in Reihe zum thermischen Schalter 7 bzw. zum Entladeventilator 6 liegen. Parallel zum Entladeventilator 8 ist ein Rückführungswiderstand 12 geschaltet, der ebenso wie ein Sollwertabsenkwiderstand 13 auf den Thermostaten 9 einwirkt, lieber einen

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Schaltarm 14 einer Schaltuhr 15 wird entweder der Entladeventilator 8 über den Schaltarm 11 oder der Sollwertabsenkwiderständ 13 an die Phasenspannung gelegt. Durch die Stellung des Schaltarmes 14 wird bestimmt, ob sich die gezeigte Einrichtung im Auflade- oder im Entladezustand befindet. Die Umschaltzeitpunkte des Schaltarmes 14 können vom Verbraucher an der Schaltuhr 15 beliebig eingestellt werden. Schliesslich ist noch ein Schalter 16 vorgesehen, der vom Elektrizitäts- * werk aus durch Fernsteuerung öder durch eine dem Elektrizitätswerk gehörende Sehaltuhr betätigt wird und der eine Auf- bzw. Nachladung während bestimmter Zeitabschnitte verhindert.

Im folgenden wird die Punktionsweise der beschriebenen Einrichtung erläutert, wobei zuerst der Aufladevorgang beschrieben wird» Hierbei befinden sich die Schalter 14 und 16 in der dargestellten Lage. Der Entladeventilator ist dadurch abgeschaltet, so dass die Raumtemperatur beträchtlich unter den Soll- i wert gefallen ist. Der Thermostat 9 ist derart ausgebildet,

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dass er ohne zusätzliche Beeinflussung unterhalb der Raumsolltemperatur die Schaltarme 10 und 11 in der gezeigten Steilung hält und oberhalb der Raumsolltemperatur in der Weise auf die Schaltarme 10 und 11 einwirkt, dass diese die zugehörigen elektrischen Verbindungen unterbrechen. Der thermische Schalter 7 wiederum iet so beschaffen,dass er, einen geschlossenen Schalter (16) vorausgesetzt, oberhalb eines bestimmten EinBchaltverhältnisses des Thermostaten 9 das Heizelemente

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an Phasenspannung legt und somit eine Aufladung hervorruft. Das Einschaltverhältnis ist dabei definiert als das Verhältnis von der Zeit, in der die Schaltarme 10 und 11 die dargestellte Lage einnehmen, zu der Gesamtzeit. Während der Aufladung befinden sich also alle Schaltarme in den gezeigten Stellungen. Der Sollwertabsenkwiderstand 1.3 wirkt dabei derart auf den. Thermostaten ein, dass dieser bereits bei einer niedrigeren Raumtemperatur als der Raumsolltemperatur umschaltet. Diese Temperatur wird nach einer längeren Aufladezeit durch die vom Wärmespeicher 3 durch freie Konvektion und Strahlung abgegebene Wärme erreicht. Damit wird über den thermischen Schalter 7 das Heizelement 4 abgeschaltet.

Die Entladung wird durch das nachfolgende, von der Schaltuhr 15 bewirkte Umlegen des Schaltarmes 14 eingeleitet. Der Sollwertabsenkwiderstand 13 wird ausgeschaltet. Der Entladeventilator 8 und der Rückführungswiderstand 12 werden über den Schaltarm 11 an Spannung gelegt. Die Raumtemperaturregelung erfolgt nun durch ständiges, vom Thermostaten 9 gesteuertes Ein- und Ausschalten des Entladeventilators 8. Dabei werden die Einschaltzeiten mit abnehmender gespeicherter Wärme länger. In der Regel erreicht das Einschaltverhältnis bis zur nächsten Aufladeperiode nicht den für das Ansprechen des thermischen Schalters 7 erforderlichen Wert.

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Wird durch dasSchliessen des Schalters 16 vom Elektrizitätswerk die Nachladung freigegeben, so kann bei sehr starker Entladung des Wärmespeichers 3, die das Einschaltverhältnis auf den vorgegebenen Wert ansteigen lässt, Über den thermischen Schalter 7 das Heizelement 4 wieder an Spannung gelegt werden. Der Entladeventilator 8 wird dabei jedoch nicht wie bei der Aufladung abgeschaltet, so dass die Nachladung das Einschaltverhältnis relativ schnell wieder absinken lässt, wodurch die Nachladung unterbrochen wird.

Der Thermostat 9 ist vorzugsweise im Heizgerät eingebaut und über eine nicht dargestellte Isolationsschicht mit dem Wärme-

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speicher 3 thermisch gekoppelt. Der Einfluss des Wärmespeichers auf den Thermostaten ist im voll aufgeladenen Zustand grosser als im teilweise entladenen Zustand. Auf diese Weise können die Wärmestrahlung und die Proportionalabweichung der " Regelung kompensiert werden.

Die Einrichtung in der Pig.2 enthält ebenso wie die in der Pig.1 einen Entladeventilator 8, einen Sollwertabsenkwiderstand 13 und einen von einer nicht gezeigten Schaltuhr betätigten Sshaltarm 14. Ein vom Elektrizitätewerk geeteuerter Schalter 17 legt ein LadesperrsohUtz 18 an Spannung, durch das z.B. bei Netzbelastungsspitzen eine Auf- bzw. nachladung verhindert werden kann. Der Thermostat wird hier durch ein

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Dampfdruckfühlersystem 19 dargestellt, das auf einen Abgriff 20 eines Entladeregelwiderstandes 21 und einen in Reihe mit dem Heizelement 4 angeordneten Schalter 22 einwirkt.

Die Funktionsweise ist die gleiche.wie bei der Einrichtung nach Pig.1. Beim Aufladevorgang ist der Sollwertabsenkwiderstand 13 eingeschaltet und die Entladung gesperrt. Der Schalter 22 ist geschlossen und wird bei Erreichen einer vorgegebenen, unterhalb der Raumsolltemperatur liegenden Raumtemperatur durch das Dampfdruckfühlersystem 19 geöffnet. Pur den

(14) Entlade- und Nachladevorgang wird der Schaltarm umgelegt. Die Raumtemperatur wird über den Entladeregelwiderstand 21 proportional geregelt. Der Schalter 22 besitzt ein Schwellwertverhalten. Wird nur ein kleiner Teil an regelbarer Wärme verlangt, dann ist er geöffnet und die Nachladung gesperrt. Bei grossem Wärmebedarf wird er jedoch geschlossen. Auch hier kann eine thermische Kopplung zwischen dem Wärmespeicher 3 und dem Dampfdruckfühlersystem 19 zur Kompensation der Wärmestrahlung vorgesehen sein.

Das erfindungsgemässe Regelverfahren ist nicht auf die gezeigten Ausfuhrungebeispiele beschränkt. So können die mechanisch oder thermisch betätigten Schalter beispielsweise durch elektronische Bauelemente ersetzt werden. Anstelle des Entladeventilators könnte eine verstellbare Luftklappe verwendet werden,

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Abschliessend werden nochmals die durch den Erfindungsgegenstand erzielten Vorteile zusammengefasst:

Bei der Aufladung werden die Witterungseinflüsse, der Wärmeaustausch mit Nebenräumen, die Charakteristik der Heizgeräte, der Wärmebedarfs-Unterschied bei verschiedener Sollwerteinstellung und eine eventuelle Gebäudeunterkühlung berücksichtigt. Bei der Raumtemperaturregelung werden der Einfluss der Strahlungswärme und eine mögliche Proportionalabweichung kompensiert. Der Aufwand ist äusserst gering, da die Auf-, Ent- und Kachladung mit einem einzigen Hegelgerät erfolgen. Dadurch werden auch die Installationskosten klein gehalten. Weiterhin sind die Anforderungen an die Heizanlagen-Projektierung geringer, da das neue Verfahren auch ohne Anpassung mit zu grossen Heizgeräten zufriedenstellend arbeitet.

Das Verfahren ist auch für Kleinspeicherheizgeräte geeignet, die nur einen kleinen Wärmespeicher zur Ueberbrückung jton Netzbelastungsspitzen aufweisen.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE

V_nJI ,Jvevtahren zur Auflade- und Entladeregelung von mindeetene einem elektrischen Speicherheizgerät, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Aufladung als auch die Entladung in Abhängigkeit von der Temperatur des jeweils zu heizenden Raumes erfolgen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladung bei einer Raumtemperatur, die um einen bestimmten Wert unterhalb der eingestellten Raumsolltemperatur liegt, abgebrochen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausfall der Wärmestrahlung des oder der Speicherheizgeräte sowie eine mögliche Proportionalabweichung bei der Regelung kompensiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Aufladezyklen während der Entladung eine von der Stärke der Entladung und dem Wärmebedarf des Raumes ab-

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hängige Nachladung erfolgt.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Thermostat (9? 19) vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufladung ein den Thermostaten (9? .1.9) beeinflussender Heizwiderstand (13) eingeschaltet ist.
7.. Einrichtung nach Anspruch §, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Kopplung zwischen dem Wärmespeicher (3) des Speicherheizgerätes und dem Thermostaten (9; 19) vorgesehen ist. ^; .-. :..■ ■ ■'·,■■■ ■; ^; :
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

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9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daea für die Entladung ein.stetiger Hegler (19, 20, 21) vorgesehen ist und die Nachladung von der Stellung^des Reglere (19, 20, 21) abhängig ist.

LAHMS & GYR AG JB/hf (f Patentabteilung

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