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Automatische Korrekturverstellung für einen Regler einer Direktheizung
Die Erfindung betrifft eine automatische Korrekturverstellung für einen Regler einer
in,Kombination mit einer Speicherheizung betriebenen Direktheizung, der die Einschaltdauer
der Direktheizung mittels eines am Regler einstellbaren entsprechenden Heizwertes
festlegt und der einen periodisch umlaufenden Kontaktarm aufweist, nach Patent .
... ... (Patentanmeldung P 21 46 349.0).
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Beim elektrischen Heizen von Räumen mittels einer Kombination aus
Direkt- und Speicherheizung steht der Speicherheizung nur während einer vom Energie-Versorgungs-Unternehmen
(Evtl) aufgrund der Lastverhältnisse im Netz festgelegten Freigabezeit in der Nacht
elektrische Energie zur Verfügung. Bei einem erheblich verkleinerten Nachtspeichergerät
- zur Erhöhung der Wirtschftlichkeit - wird die fehlende Wärmeenergie dann durch
das Direktheizgerät am Tage nachgeliefert.
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Um bei einem Kälteeinbruch die Dauer der Energieaufnahme der mit der
Speicherheizung in einem festen Leistungsaufnahmeverhältnis stehenden Direktheizung
regeln zu können, sind automatische
Aufladesteuerungen mit einem
Korrekturschalter bekannt, der durch die Bedienungsperson von Hand "nach Gefühl"
entsprechend höher gestellt werden muß. Die Bedienungsperson wird bei einer derartigen
Einstellung jedoch zwangsläufig den Schalter so einstellen, daß gleichzeitig auch
ein entsprechend großer Sicherheitsbetrag mit berücksichtigt wird, so daß auch bei
plötzlich größerem Kälteeinbruch eine zusätzliche Wärme menge aus einer Reserve
beigesteuert werden kann. Diese von der Bedienungsperson abhängige subjektive Regelung
führt jedoch offensichtlich zu einer unwirtschaftlichen Betriebsweise der Heizungsanlage.
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Bei der im Hauptpatent . ... ... (Patentanmeldung P 21 46 349,0) behandelten
Ausführungsform ist bereits ein Regelungssystem beschrieben, bei dem die Einstellung
der entsprechenden Heizgradwerte am Regler zu Beginn der Freigabezeit kontinuierlich
erfolgt und der vorgegebene Heizgradwert die Aufladedauer der Speicherheizung in
der Nacht und gegebenenfalls die Energieaufnahme der Direktheizung am folgenden
Tage so festlegt, daß der bei Beginn einer dieser Auf ladedauer folgenden Aufladedauer
gemessene, de Wärmeinhalt der Speicherheizung entsprechende Rest-Heizgradwert etwa
Null beträgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelungssystem für
eine in Kombination mit einer Speicherheizung betriebenen Direktheizung zu schaffen,
bei dem die Korrekturverstellung des Reglers automatisch durch die einmal in Betrieb
gesetzte Heizungsanlage selbst erfolgt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Korrekturverstellung
des Heizgradwertes am Regler der Direktheizung automatisch in Abhängigkeit sowohl
von der Einschaltdauer des die Entladung der Wärme bewirkenden Lüfters im Speichergerät
als auch von der Zeitdauer zwischen zwei Lüfterläufen erfolgt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß das Problem der Korrekturverstellung des Reglers unabhängig von der gewöhnlich
subjektiven Einstellung der Bedienungsperson auf eine zuverlässige Weise ohne Kenntnis
des Heizgradwertes gelöst wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild
für einen vereinfachten Regler, Fig. 2 eine Vorderansicht einer Schaltvorrichtung
(Vielfachumschalter), Fig. 3 eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung nach Fig.
2, Fig. 4 ein Prinzip-Schaltbild für die automatische Korrekturverstellung der kombinierten
Speicher-Direktheizung mit pseudo-automatischer-Regelung, nach der Erfindung.
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Der Regler für die Direktheizung mit automatischer Korrekturverstellung
nach der Erfindung beruht auf einer Vereinfachung des in Fig. 4 des Hauptpatents
. ... ... (Patentanmeldung P 21 46 349.0) dargestellten Reglers. Es soll zunächst
der prinzipielle Aufbau des vereinfachten Reglers ohne automatische Verstellmöglichkeit
entsprechend Fig. 1 beschrieben werden. Dabei stellen sich die Vereinfachungen wie
folgt dar: a) Die Einstellung in Heizgradwerten (HW) am Regler erfolgt nicht mehr
kontinuierlich wie beim Regler des Hauptpatents . ... ... (Patentanmeldung P 21
46 349.0), sondern nur noch in Stufen mit einem Abstand von 1 HW.
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b) Die Kupplung der Temperatureinstellung des Raumthermostaten mit
Regler nach Fig. 5 oder Fig. 6 des Hauptpatents . ... ... (Patentanmeldung P 21
46 349.0) entfällt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Kontaktarm a von einem selztanlaufenden
Synchronmotor mit 1 U/min. bewegt. Er berührt eine Einschaltnocke E und nacheinander
ebenfalls auf einem Ring 12 aus Isoliermaterial geringfügig im Kreis verschiebbare
Ausschaltnocken Al bis A8. Welche Ausschaltnocke elektrisch wirksam ist, wird durch
die Stellung eines Kontaktarmes b eines Vielfach-Umschalters 13 mit wenigstens 19
Kontakten (gezeichnet 20 Stück) bestimmt, die paarweise diagonal miteinander verbunden
sind.
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Berührt der während der Einschaltdauer der Direktheizung ständig umlaufende
Kontaktarm a die Einschaltnocke E, dann wird Spannung an ein Relais 10 (Reed Relais)
gelegt, das anzieht und mit einem Kontakt sich selbst hält. Der andere Relaiskontakt
legt eine kleine Steuerspannung an einen Triac, der damit wie ein Schalter z.B.-an
den gezeichneten rechten Teil 30 der Direktheizung 29 220 V Wechselspannung legt.
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(Dieser Triac ist der Ersatz des in Fig. 1 der Patentanmeldung P 21
46 349.0 dargestellten Quecksilber-Kipprelais 34).
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Berührt der Kontaktarm a z.B. die Ausschaltnocke A6, dann wird entsprechend
der in Fig. 1 gezeichneten Stellung (Heizgradwert = 24) des Kontaktarms b des Vielfachumschalters
Spannung an den Widerstand 11 gelegt, wobei die Spannung am Relais 10 soweit erniedrigt
wird, daß es abfällt. Der Fortfall der Steuerspannung (2 VN) für den Triac bewirkt
die Unterbrechung des Stromes durch das Direktheizgerät 29.
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In-der Schalterstellung 26,8 HW steht der Kontaktarm b auf Kontakt
9, d.h. in Verbindung mit der Einschaltnocke E. Dadurch wird Spannung gleichzeitig
an das Relais 10 und den Widerstand 11 gelegt. Wegen des geringen Spannungsanteiles
am Relais 10
zieht dieses nicht an. Dies ist erwünscht, da bei 26,8
HW für die eine Hälfte 30 des Direktheizgerätes 29 die Einschaltdauer bereits ED
= 100 % ist, d.h. es wird statt des Triac jetzt der Schalter 2 eingeschaltet und
gleichzeitig mit dem Umschalter 3 für Heizgradwerte > 27HW der Stromfluß durch
den Triac auf die andere Hälfte 31 des Direktheizgerätes 29 geleitet. Die Betätigung
der Schalter 1 bis 4 (Wechsler 220 VN/l0 A), wird durch eine mit dem Kontaktarm
b gekoppelte Scheibe c (und mit speziell geformten Segmenten) erreicht (Fig. 2).
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist dort die Scheibe c in der Stellung
"aus" dargestellt. Der Kontaktarm b steht dann auf 18,6 HW bzw. auf Kontakt "aus".
Dabei stehen dann sämtliche Schalter in der in Fig. 1 dargestellten Stellung.
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Wird die Direktheizung mit der kleinsten Stufe eingeschaltet, dann
steht der Kontaktarm b auf Kontakt 1 (19 HW), und ein an die Scheibe c genietetes
Segment d mit einem Blech e hat den Schalter 1 freigegeben (Fig. 2 und 3). In der
"aus" Stellung der Scheibe c liegt das Blech e mit einer Kante gegen einen Anschlag
91. Der Synchronmotor (M) läuft, und die Kontrollampe 38 brennt.
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Kurz vor der Stellung 26,8 BW, d.h. zwischen den Kontakten 8 und 9
gibt die Scheibe c auch die beiden Schalter 2 und 3 frei. Dadurch wird die eine
Hälfte 30 der Direktheizung voll eingeschaltet (Schalter 2), und mit Schalter 3
wird die andere Hälfte 31 der Direktheizung auf den Triac geschaltet.
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Der Stromfluß durch die zweite Hälfte 31 des Direktheizgerätes 29
beginnt in Stellung 27,2 HW (Kontakt 1') und zwar mit einer Einschaltdauer ED U
5 % und erreicht in Stellung 34,2 HW (Kontakt 8') ein ED f 95 %.
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In Stellung 35 HW wird mit Hilfe des Bleches e am Segment d der Schalter
4 betätigt, und die zweite Hälfte 31 des Direktheizgerätes ist ebenfalls voll eingeschaltet
(ED = 100 %).
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Durch die nicht ganzzahlige Aufteilung der Anteile der Heizgradwerte
auf das Speicher- und das Direktheizgerät einerseits und die elektrische Halbierung
des Direktheizgerätes andererseits kommt es zu der "genauen" Bezifferung der nachfolgend
dargestellten Heizgradwert-Tabelle I.
Zahl der Kontakte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nocken |
Klima- Kontakt-Nr.|1 2 3 4 5 6 7 8 1' 2' E+7.A |
Zone 1 HW 18 19 20 21 22 23 24 24,5 25,5 26,5 = 8 |
Klima- Kontakt-Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1' E+8.A |
Zone 2 HW 19 20 21 22 23 24 25 26 26,8 27,2 = 9 (I) |
Klima- Kontakt-Nr.l 2 3 4 5 6 7 8 9 1' E+8.A |
Zone 3 HW 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 = 9 |
Klima- Kontakt-Nr.|1 2 3 4 5 6 7 8 9 1' E+9 A |
Zone 1 HW 17.5 18 19 20 21 22 23 24 24,5 25 = 9 |
Zahl der Kontakte 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Nocken |
Klima- Kontakt-Nr.3' 4' 5' 6' 7' 8' aus E+7.A |
zone 1 HW 27.5 28.5 29.5 31.5 32 17 = 8 |
Klima- Kontakt-Nr.2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' aus E+8.A |
Zone 2 HW 28,2 29,2 30,2 31,2 32.2 33.2 34.2 35 18,6 = 9 |
Klima- Kontakt-Nr.2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' aus E+8.A |
Zone 3 HW 31 32 33 34 35 36 37 38 20 = 9 |
Klima- Kontakt-Nr.2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' aus E+9 A |
Zone 1 HW 25,5 26,5 27,5 28,5 29,5 30,5 31,5 32 17 = 9 |
Bezogen auf das betriebstechnisch optimale Verhältnis der Speicher- zur Direktheizung
von 3 kW/1,6 kW ist die Einteilung in Heizgradwerten:
Speicher /
Direktheizung Klimazone 1 0 - 17 HW / 17 - 24,5 - 32 HW 2 2 0 - 18,6 HW/ 18,6 -
26,8 -35 HW 3 3 0 - 20 HW / 20 - 29 - 38 BW Die Bezifferung der Kontakte des Vielfach-Umschalters
ist aus der Tabelle (I) zu entnehmen.
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Aus der Tabelle (1) folgt, daß für die Klimazone 2 (z.B. Berlin) und
Zone 3 dieselbe Kontaktzahl (Zahl der Kontakte) des Umschalters (19 Stück) und dieselbe
Nockenzahl (9 Stück) benötigt werden; das ergibt denselben Schaltungsaufbau (paarweise
Verbindung der Kontakte) und dieselbe Form der Scheibe c mit dem Segment d.
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Für die Klimazone 1 wird an sich eine Nocke weniger gebraucht. Der
Regler wird aber wieder universell für die 3 Klimazonen verwendbar, wenn für Klimazone
1 noch zusätzlich ein Zwischenwert eingefügt wird, z.B. 17,5 HW (Vergl. die in der
Tabelle doppelt aufgeführten Werte für die Klimazone 1) der jeweiligen Klimazone
entsprechend müßten lediglich a) die Heizgradwert-Skala ausgewechselt und b) die
Ausschaltnocken Al bis A8 auf den Isolierring 12 etwas verschoben werden, z.B. nach
einer Schablone.
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Der Erfindung liegen die folgenden Überlegungen zugrunde: Wie Versuche
gezeigt hatten, kann sowohl die Einschaltdauer des Lüfters im Speichergerät als
auch die Länge zwischen zwei Lüfterläufen für eine Korrekturverstellung des Heizgradwertes
am Regler des Direktheizgerätes herangezogen werden.
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Für den Fall a), daß die Pause länger als z.B. eine Stunde ist, wird
dann der Regler um eine Kontakstellung (meistens 1 BW, s. Tabelle (I)) durch einen
Motor niedriger gedreht.
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für den Fall b) wenn der Lüfter länger als 20Bo 20 Minuten läuft,
erscheint dann der Anteil der Direktheizung zu niedrig; der Motor dreht dann den
Regler um 1 HW höher; Ausgenommen sind die evtl. längeren Lüfterläufe am Morgen
beim Wiederaufheizen des RaumesO am Falle a) wird der Wärmegewinn durch Sonneneinstrahlung
usw. berücksichtigt und im Falle b) soll einer vorzeitigen Entladung des Speichergerätes
(vor 22.00 Uhr) entgegengewirkt werden.
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In den Sperrzeiten der Direktheizung ist diese Korrekturverstellung
ebenfalls abgeschaltet. Die Zeiten der Fälle a) und b) sollen so aufeinander abgestimmt
sein, daß abends im Speicher noch ein Restwärmebetrag von mindestens 1 HW bis höchstens
3 HW vorhanden ist. Diese Einstellung ist nicht Sache der Bedienungsperson.
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Um Fehlbedienung durch die Bedienungsperson zu vermeiden, kann Vorsorge
dahingehend getroffen werden, daß die Direktheizung nur eingeschaltet werden kann,
wenn das Thermorelais im Speichergerät auf den höchsten Wert (z.B. 18,6 HW bei Zone
2) gestellt ist.
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Wind die Direktheizung (29) an kälteren Tagen zum ersten Mal mit eingeschaltet,
dann wird der Regler des Direktheizungsgerätes auf schätzungsweise seinen niedrigsten
Heizgradwert (d.h. 19 HW) eingestellt. Von da ab erfolgt dann täglich (evtl. auch
mehrmals) die erfindungsgemäße automatische Korrektur der Reglereinstellung.
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Mit dieser automatischen Korrekturregelung wird die Kenntnis des Heizgradwertes
praktisch überflüssig.
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Die Zeitmessung erfolgt durch Zählung der Umläuft des mit 1 U/min.
sich bewegenden Kontaktarms a (Fig. 1 und 4). Die Zähler bestehen aus handelsüblichen
Bausteinen in IS-Technik (Integrierte Schaltung) Der umlaufende Kontaktarm a des
Reglers (Fig. 4) gibt pro Minute mit dem Kontakt 14 einen Zählimpuls auf die beiden
Zähler 152 16. Der obere Zähler 15 zählt die Impulse. während der Lüfter läuft d0h
wenn durch eine RC-Kombination 17 ein stän diger Spannungswert am Und-Gatter 18
ansteEtO Dieser Zählimpuls geht aber nicht weitere wenn am Nein-Gatter 19 der Anteil
der vom Thermoelement im Speicherkern kommenden Thermospannung noch zu groß ist
Dadurch wird ein Höherstellen des Reglers am Morgen. wenn eine verstärkte Wärme
zufuhr aus dem Speicherkern für das Wiederaufheizen des in der Nacht etwas ausgekühlten
Raumes erforderlich ist. unterbunden0 Erst wenn die Thermospannung auf vielleicht
50% gegenüber Volladung des Speicherkerns gesunken ist0 wird die Sperrung des Nein-Gatters
19 auf gehoben und die Zählimpulse gelangen zum oberen Zähler 15. Die Zeit. nach
der über den Zähler zum. (Reed-)Relais 20 Strom gelagen Sollo wird am Schalter 21
eingestellt. Es genügt ein Zeitbereich bis etwa 99 Minuten Danach würde sich der
Zähler selbst auf Null zurückstellen0 Wenn das Relais 20 angezogen hat, läuft der
Motor M in der Richtung0 in der mit einem Schneckengetriebe 22 und einem Zahnrad
22 der Regler um eine Stufe höher gestellt wird Das Zahnrad 22 ist dabei mit dem
Regler für die Direktheizung 29 gekoppelt Die mechanische Verbindung der Achse des
Vielfach-Umschalters (Fig 1) mit dem Zahnrad 23 (Fig 4) muß wegen des Schneckenantriebes
entriegelbar sein0 so daß z.B. durch geringes Eindrücken oder Herausziehen eines
in der Zeichnung nicht dargestellten Einstellungsknopfes der Heizgradwert am Regler
auch von Hand eingestellt werden kann0
Das Zahnrad 23 hat auf einen
Kreis angeordnet so viele Bohrungen 24 wie der Vielfachumschalter Kontakte hat,
d.h. 20 Bohrungen.
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Beim Verdrehen des Zahnrades 23 schließt ein Schalter 25; damit wird
dem Relais 20 einmal die Spannung zum Selbsthalten zugeführt und zum anderen der
Rückstellimpuls über eine Diode 26 zum Zähler Die Dioden 26e 27, 28 und 80 sind
zur gegenseitigen Entkopplung der verschiedenen Rückstellimpulse erforderlich0 Ebenso
sind die Dioden 81 bis 8 für die Trennung der Stromkreise über die Relais spulen
notwendig Mit dem Rückstellimpuls über die Diode 26 verschwindet auch der Stromfluß
über die Diode 82 Das Relais bleibt nur noch mit dem Selbsthaltekreis über die Diode
81 angezogen, bis durch Öffnen des Schalters 25 beim Einfallen in das nächste Loch
des Zahnrades 23 die Selbsthaltung aufgehoben ist, so daß durch Abfall des Relais
20 der Motor M abgeschaltet wird Das Zählwerk zählt -wieder bei null beginnend -
weiter, bis der Lüfter (vor der nächsten Anregung des Relais 20) im Speichergerät
ausgeschaltet und die Spannung über die Kombination 17 zu Null wird. Der nächste
Impuls vom Kontakt 14 geht jetzt nicht mehr über das Und-Gatter 18, sondern über
das Nein-Gatter 85 und ist gleichzeitig der Rückstellimpuls über die Diode 27 für
den oberen Zähler 15.
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Bei Ausfall der Spannung über die RC-Kombination 17 beginnt somit
der untere Zähler 16 zu zählen, bis durch den Stromfluß über die Diode 84 (bei Stellung
eines Schalters 86 bei etwa 60 Minuten) ein Relais 87 anzieht und der Motor M das
Zahnrad 23 und damit den Regler jetzt in Richtung zum kleineren Heizgradwert verstellt.
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Die weiteren Vorgänge wiederholen sich und entsprechen den oben beschriebenen
Vorgängen für das Relais 20.
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Besteht die Tendenz, den Regler noch unter 19 BW zu verstellen, dann
wird kurz nach dem Anzug des Relais 87 und Anlaufen des Motors M durch einen am
Zahnrad 23 mitlauinden Nippel 88 die Relaisspule
durch einen Schalter
89 endgültig abgeschaltet Dasselbe gilt bei der Tendenz über 35 BW. Hier wird durch
einen Schalter 90 die Spule des Relais 20 abgeschaltet Patentansprüche: