DE2021997B2 - Verfahren zur Regelung von elektrischen Speicherheizeinrichtungen - Google Patents

Description

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bis Ende des Entladevorganges bewirkt und wenig Reguliermittel erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die Aufladung wie die Entladung der Speicherheizeinrichtung ausschließlich mit einem einzigen Raumtemperaturregler geregelt wird. Die Bedingung, daß die unregelbare Wärmeabgabe der Speicherheizeinrichtung nicht größer sein darf als der Wärmebedarf des Raumes, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt.

Der Aufladevorgang basiert auf der Forderung, die für eine gute Entladeregelung gestellt wird. Damit die Raumtemperatur geregelt werden kann, muß die unregelbare Wärmeabgabe der Speicherheizeinrichtung kleiner sein als die gesamten Wärmeverluste des Raumes. Ohne die regelbare Wärmeabgabe der Speicheiheizeinrichtung muli sich somit eine Raumtemperatur einstellen, die etwas tiefer liegt al? die Raumsolltemperatur. Bei einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher die Aufladung bei einer Raumtemperatur, die um einen bestimmten vVert unterhalb der eingestellten Raumsolltemperatur liegt, abgebrochen. Hierzu kann ein den Thermostaten beeinflussender Heizwiderstand während der Aufladung eingeschaltet werden.

Für 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 Entladeventi'ator erfolgen.

Die Wärmestrahlung der Speicherheizeinrichtung nimmt bei fortdauernder Entladung ab. Sie ist daher nach dem '\ufladevorgang wesentlich größer als vor einem Aufladevorgang. Der Einfluß der Wärmestrahlung kann jedoch von einem in einer gewissen Entfernung von der Heizeinrichtung an einer Wand des Raumes befestigten Thermostaten nicht vollständig erfaßt werden. Bei starker Wärmestrahlung ist daher die eingestellte Solltemperatur etwas 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 Rückiührung zu versehen. Hierbei ist dem Thermostaten ein Heizwiderstand zugeordnet, der mit dem Entladeventilator zu- und abgeschaltet wird. Je mehr die Si-eicherheizcinrichtung entladen wird, desto länger ist der Entladeven,ilator 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 der Speicherheizeinrichtung 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 nur dann eingeschaltet, wenn bei einem unstetigen Regler ein bestimmtes Einschaltverhältnis des Entladeventüators oder bei einem stetigen Regler eine bestimmte Reglerstellung erreicht worden ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in

den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild für die Regelung einer Speicherheizeinrichtung mit einem unstetigen Regler und Fig.2 das Schaltbild für die Regelung einer Spei-

cherheizeinrichtung mit einem stetigen Regler.

Mit I und 2 sind in den beiden Figuren zwei Leitungen eines elektrischen Energieverteilungsnetzes bezeichnet, zwischen denen eine Phasenspannung auftritt. Die jeweilige Heizeinrichtung besteht aus einem

Wärmespeicher 3, einem Heizelement 4 und einem bei einer oberen Grenztemperatur ansprechenden Sicherheitsschalter 5. Es enth-, 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 EntlaHeventilator8 liegen. Parallel zum Entladeventilator 8 ist ein Rückführurigswiderstand 12 geschaltet, der ebenso wie ein

as Sollvvertabsenkwiderstand 13 auf den Thermostaten 9 einwirkt. Über einen Schaltarm 14 einer Schaltuhr 15 wird entweder der Entladeventilator 8 über den Schalurmll oder der Sollwertabsenkwiderstiind 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 Eilektrizitätswerk aus durch Fernsteuerung oder durch eine dem Elektrizitätswerk gehörende Schaltuhr betätigt wird t.nd der eine Auf- bzw. Nachladung während bestimmter Zeitabschnitte verhindert.

In folgenden wird die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung erläutert, wobei zuerst der Aufladevorgang beschrieben wird. Hierbei befinden sich die Schalter 14 und 16 in der dargestellten Lagt·. Der Entladeventilatoi ist dadurch abgeschaltet, so daß die Raumtemperatur beträchtlich unter den Sollwert gefallen ist. Der Thermostat 9 ist derart ausgebildet, daß er ohne zusätzliche Beeinflussung unterhalb der R umsolltemperatur die Schaltarme 10 und 11 in der ρ zeigten Stellung hält und oberhalb der Raurnsoll-

temperatur in der Weise auf die Sunltarme 10 und 11 einwirkt, daß diese die zugehörigen elektrischen Verbindungen unterbrechen. Der thermische Schalter? wiederur" ist so beschaffen, daß er, einen geschlossenen Schalter i6 vorausgesetzt, oberhalb eines bestimmten Einschaltverhältnisses des Thermostaten^ das Heizelement 4 an Phasenspannung iegt und somit eine Aufladung hervorruft. Das Einschaltverhältnis ist dabei definiert als das Verhältnis von der Zeit, in der die SchaUarmelO und 11 die dargestellte Lage einnehmen, zu der Gesamtzeit. Während der Aufladung befinden sich also alle Schaltarme in den gezeigten Stellungen. Der Sollwertabsenkwiderstand 13 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 Raumlemperaturregelung erfolgt nun durch ständiges, vom Thermostaten 9 gesteuertes Ein- und Ausschalten des Entladeventilators 8. Dabei werden die Einschaltzeiten mit abnehmende? gespeicherter Wärme langer. In der Regel erreicht das Einschaltverhältnis bis zur nächsten Aufladeperiode nicht den für das Ansprechen des thermischen Schalters 7 erforderlichen Wert.

Wird durch das Schließen 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 Einscbaltverhältnis relativ schnell wieder absinken läßt, wodurch die Nachladung unterbrochen wird.

Der Thermostat 9 ist vorzugsweise in der Heizeinrichtung eingebaut und über eine nicht dargestellte Isolationsschicht mit dem Wärmespeicher 3 thermisch gekoppelt. Der Einfluß des Wärmespeichers auf den Thermostaten ist im voll aufgeladenen Zustand größer als im teilweise entladenen Zustand. Auf diese Weise können die Wärmestrahlung und die Proportionalabweichung der Regelung kompensiert werden.

Die Einrichtung in der Fig.2 enthält ebenso wie die in der F i g. 1 einen Entladeventilator 8, einen Sollwcrtabsenkwiderstand 13 und einen von einer nicht gezeigten Schaltuhr betätigten Schaltarm 14. Ein vom Elektrizitätswerk gesteuerter Schalter 17 legt ein Ladesperrschütz 18 an Spannung, durch das z. B. bei Netz'belastungsspitzen eine Auf- bzw. Nachladung verhindert werden kann. Der Thermostat wird hier durch ein Dampfdruckfühlersystem 19 dargestellt, das auf einen Abgriff 20 eines Entladeregelwiderstandes 21 und einen in Reihe mit dem Heizelement 4 angeordnetei Schalter 22 einwirkt.

Die Funktionsweise ist die gleiche wie bei der Einrichtung nach Fig. 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 Dampfdruckfühlersystern 19 geöffnet. Für den Entlade- und Nachladevorgang wird der Schaltarm 14 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.

Abschließend werden nochmals die erzielten Vorteile zusammengefaßt:

as 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 Nachladung mit einem einzigen Regelgerät 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 Heizeinrichtungen zufriedenstellend arbeitet.

Das Verfahren ist auch für Kiemspeicherheizgeräte geeignet, die nur einen kleinen Wärmespeicher zui Überbrückung von Netzbelastungsspitzen aufweisen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. takten, die annähernd gemeinsam bei der einge-

   . stellten Höchsttemperatur des Kerns öffnen, aber bei

   Patentansprüche: verschiedenen niedrigen Kerntemperaturen wieder

   schließen und je ein Heizelement anschalten, ver-

   1. Verfahren zur Auf-und Entladeregelung von 5 wendet werden.

   mindestens einer Speicherheizeinrichtung der Art, Die Verwendung einfacher, aber nicht für die in welcher der überwiegende Teil der Speicher- Höchsttemperaturen des Kerns geeigneter Aufladewärme durch künstliche Konvektion oder der- regler soll entsprechend den deutschen Offenlegungsgleichen an den zu beheizenden Raum abgegeben Schriften 1565 027 und 1 565 439 durch in ther- wird, dadurch gekennzeichnet, daß so- io mischer Kopplung mit dem Kern stehende, aber wohl die Aufladung wie die Entladung der Spei- außerhalb desselben gelegene Aufladeregler ermögcherheizeinrichtung ausschließlich mit einem ein- licht werden. Diese Regeleinrichtungen haben sich zdgen Raumtemperanirregler geregelt wird. in der Praxis jedoch nicht bewährt. Wenn die ge-

   2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem speicherte Wärme nur zum Teil verbraucht wird, so zwischen zwei Aufladezyklen während der Ent- 15 werden die Wärmespeicher nach einigen Aufladezyladung eine \.n der Stärke der Entladung und klen überladen. Man ist daher dazu übergegangen, dem Wärmebedarf des Raumes abhängige Nach- di«. Speichertemperatur in Abhängigkeit von der ladung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Außentemperatur zu regeln.

   Entladung durch einen unstetigen Regler (9,10, Durch die Entladeregelung soll die Temperatur des

   11) und die Nachladung über das Einschaltver- 20 zu heizenden Raumes auf einem voreingestellten

   hältnis der Entladeeinrichtung (8) geregelt wird. Wert gehalten werden. Hierfür wird ein zusätzlicher

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- Raumtemperaturregler benötigt, der an einer Wand kennzeichnet, daß der Regler (9) in der Speicher- des Raumes montiert ist.

   heizeinrichtung eingebaut und für die Kompen- Die Aufladung der Wärmespeicher kann durch eine

   sation der Wirkung des Rückführwiderstandes mit 25 zusätzliche Nachladung erweitert werden. Diese er-

   dem Speicherkern thermisch gekoppelt ist. folgt zwischen zwei Aufladezyklen, und zwar nur

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bei welchem dann, wenn die vorhergehende Entladung sehr stark zwischen zwei Aufladez>klen während der Entla- war. Für die Regelung des Nachladens sind verdung eine von der Stärke tier Entladung und dem schiedene aufwendige Zusatzeinrichtungen bekannt. Wärmebedarf des Raumes abhän_&.ge Nachladung 3° Das genannte Regelverfahren hat den Nachteil, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Entla- daß für die Aufladung nur der witterungsabhängige dung durch einen stetigen Regler (19, 20, 21) und Wärmebedarf des zu heizenden Raumes erfaßt wird, die Nachladung in Abhängigkeit von der Stellung Der Wärmeaustausch mit benachbarten Räumen, der des Reglers (19, 20, 21) geregelt wird. erhöhte Wärmebedarf nach länge in Heizungsunter-

   35 brechungen und die Sollwerteinstellung der Raumtemperaturregelung sind wichtige Einflußgrößen, die bei der Aufladung jedoch nicht beachtet werden.

   Auch kann eine zu große Dimensionierung von

   Speicherheizeinrichtungen dazu führen, daß die nicht 40 regelbare Wärmeabgabe den Wärmebedarf überschreitet und damit unzulässig groß wird. Nachteilig

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auf- und ist auch der beträchtliche Aufwand, den das bekannte Entladeregelung von mindestens einer Speicherheiz- Regelverfahren erfordert.

   einrichtung der Art, in welcher der überwiegende Teil In der deutschen Offenlegungsschrif11 565 701

   der Speicherwärme durch künstliche Konvektion 45 wird vorgeschlagen, bei Speicherheizgeräten, die im oder dergleichen an den zu beheizenden Raum ab- wesentlichen ihre Wärme nur über ihre Oberfläche gegeben wird. oder natürliche Konvektion abgeben, die Aufladung

   Alle bekannten Speicherheizeinrichtungen geben in Abhängigkeit von der Temperatur des zu heizenden einen Teil der Speicherwärme durch Strahlung und Raumes zu regeln. Zu diesem Zweck soll durch den freie Konvektion an den zu heizenden Raum ab. 50 von Hand einstellbaren Raumtemperaturfühler ein Diese nicht regelbare Wärmeabgabe darf während der Kerntempera· urregler entsprechend verstellt werden. Entladung nicht zu groß sein, weshalb eine Auflade- Für die Regelung von Wärmespeichern, die einen regelung erforderlich ist. Diese kann mit Hilfe eines maßgeblichen Anteil ihrer Wärme durch Konvektion Kerntemperaturreglers erfolgen, wobei die Heizlei- mittels eines Ventilators an den Raum abgeben, ist stung in fester Zuordnung zur Heizeinrichtung 55 diese Einrichtung aber nicht geeignet. Es soll deshalb oder entsprechend der deutschen Auslegeschrift entsprechend der deutschen Offenlegungsschrift 090 mit einer zusätzlichen Handregelung von 1565 701 für solche Anlagen die am Tage abgegeeiner zentralen Stelle aus, gegebenenfalls bei einer bene Wärmemenge als Steuergröße für die Steuerung Anlage mit mehreren Heizeinrichtungen für alle zu des Kernschaltorgans herangezogen werden. Wie dies der Anlage gehörenden Heizsinrichtungen gemein- 60 vor sich gehen soll, wird nicht näher erläutert,
   sarn, vorgenommen werden kann. Bei kaltem Wetter Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingenügt oft die Aufladung während der Nachtstrom- faches, genau und sicher wirkendes Verfahren zur tarifzeit nicht, weshalb üblicherweise eine zweite Auf- Auf- und Entladeregelung von mindestens einer ladung im Nachmittagstief der Netzbelastung freige- Speicherheizeinrichtung der Art, in welcher der übergeben wird. 65 wiegende Teil der Speicherwärme durch künstliche Um die Aufladeleistung zu diesem Zweck zu steu- Konvektion oder dergleichen an den zu beheizenden ern, <<ann entsprechend der deutschen Offenlegungs- Raum abgegeben wird, zu schaffen, das nur eine geschrift 1 540 931 ein Thermostat mit mehreren Kon- ringe Schwankung der Raumtemperatur von Anfang