DE2433475C3 - Vorrichtung zum automatischen Verstellen eines Reglers für eine elektrische Speicher-Direktheizung - Google Patents

Description

¹⁽¹ Fachleute sind sich weitgehend darin einig, daß die Elektroheizung in der Zukunft in größerem Umfang nur als kombinierte Speicher-Direktheizung betrieben werden kann, wobei einige Nebenbedingungen erfüllt werden müssen:

a) die Direktheizung muß für die Zeiten der Spitzenbelastung des Netzes entweder durch Schaltuhr oder durch Rundsteuersignal ausschaltbar sein;

b) das gegenüber reiner Nachtspeicherheizung ver- -¹¹ kleinerte Speichergerät muß noch ausreichend

große Speicherkapazität aufweisen, daß es abends in der letzten Sperrstunde der Direktheizung auch am kältesten Tag die notwendige Wärmemenge noch liefern kann;
2) ' c) da die für die Heizung benötigte elektrische Arbeit teils zum Nachttarif (Speicher), teils zum Hochtarif (Direktheizung) verrechnet wird, sollte ^e,ine Regelanordnung immer nur soviel Direktheizung zuschalten, daß unanhängig von der Witterung erst abends um 22.00 Uhr das Speichergerät bis auf einen geringen Restwärmewert entladen ist.

Ob°!cich solche Tci!sⁿeicherhe!Zun^(Ten schon seit längerem diskutiert werden (»Engergie« 1973, Seiii ten 234 bis 237; »Elektrizitätswirtschaft« 1969, Seiten 31 bis 37), sind bisher nur wenige Vorschläge bekanntgeworden, wie bei solchen Heizungen die Direktheizung zu- bzw. abgeschaltet werden soll. So beschreibt die GB-PS 1182384 eine Speicher-Direktheizung, bei welcher die Direktheizung lediglich im Falle eines Unterschreitens einer bestimmten ersten Speicherkerntemperatur zugeschaltet wird und zwangsweise wieder abgeschaltet wird, wenn die Speicherkerntemperatur unter einen zweiten, noch niedri- ·»> geren Temperaturwert abgesunken ist, um den Verbraucher vor unerwartet hohen Stromrechnungen zu bewahren. Diese Steuerungsanordnung ist nicht in der Lage, die oben angegebenen Bedingungen zu erfüllen. Eine Regelanordnung zu erstellen, die eben diese ~>o Bedingungen erfüllt, ist das besondere Problem für den Betrieb einer kombinierten Speicher-Direktheizung.

Bis jetzt beziehen sich alle bekannten Vorschläge nur auf die Aufladesteuerung für das Speichergerät. ϊ5 Würde man ein solches, z. B. auf 50% Speicherkapazität verkleinertes Speichergerät auch am Tage wie eine Direktheizung betreiben, d. h. nachlad, n, dann würde dies für den kältesten Tag 8 Stunden weitere Betriebszeit hervorrufen. Der Ladezustand würde durch ein Zeitwerk proportional bis 22.00 Uhr verringert. Ist der ständig gemessene Ladezustand niedriger als der entsprechende Sollzustand, dann wird das Gerät als »Direktheizung« nachgeladen, wobei eine gewisse Anzahl von Sperrstunden für die Direktheib5 zung berücksichtigt werden muß. Durch den zeitlinearen Zusammenhang von Ladezustand und Tageszeit ist dieses starre System wenig geeignet, Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung und Menschenan-

Sammlung in den Regelvorgang mit einzubeziehen. Diese beschriebenen Mangel und Schwierigkeiten für den Betrieb einer kombinierten Speicher-Direktheizung lassen sich vermeiden, wenn folgende Vorbedingungen erfüllt sind:

a) Speicherheizgerät und Direktheizgerät stehen in einem festen Leistungsverhältnis zueinander.

b) Die Einschaltbarkeit von Speichergerät und Direktheizgerät sind gegeneinander verriegelt, d.h. nachts von z. B. 22.00 Uhr bis 6.00 Uhr ist nur das Speichergerät und am Tage von 6.00 Uhr bis 22.00 Uhr ist nur das Direktheizgerät einschaltbar.

c) Eine Tagessperrzeit von insgesamt 5 Stunden für die Direktheizung, insbesondere eine Sperrzeit von beispielsweise 21.00 bis 22.00 Uhr, ist zu berücksichtigen.

Die Leistungsregelung der Direktheizung erfolgt nach der in der Technik allgemein bekannten Methode des aussetzenden Betriebes (ED = ü... 100%), und zwar in Stufen, die jeweils einer Änderung der Wärmezufuhr für einen solchen Heizgradwert entsprechen, durch die sich die Raumtemperatur um 1° C ändern würde. Eine mögliche Ausführungsform eines Reglers, der in dieser Weise arbeitet, ist anhand der Fig. 1 beschrieben.

Damit ist die Direktheizung über die 11 möglichen Betriebsstunden (16 — 5 Sperrstunden) am Tage ohne jede Lastspitze vollkommen konstant, sofern nicht eine Korrektur um jeweils nur eine Stufe erfolgt.

Die Direktheizung kommt aber erst zum Einsatz, wenn das in der Nacht nach irgendeiner Aufladesteuerung voll aufgeladene Spcichcigerat die Raunithermostaten abgeforderte Wärmemenge allein nicht mehr zu liefern vermag. Die Direktheizung ist als Konvektorheizung ausgelegt und wirkt quasi als Unterstützung der statischen Entladung des Speichergerätes, wobei die stufenweise Einstellbarkeit des Reglers der Direktheizung als »Grobregelung« der Raumtemperatur wirkt, die »Feinregelung« erfolgt mittels des Lüfters im Speichergerät. Dadurch ist es möglich, jeden Wärmegewinn durch Menschenansammlung, Sonneneinstrahlung, künstliche Beleuchtung od. dgl. in die Regelung der Raumtemperatur mit einzubeziehen.

Aus der DE-OS 2146349 ist ein so arbeitendes Regelsystem beschrieben, bei dem die Einstellung der entsprechenden Heizgradwerte am Regler zu Beginn der Freigabezeil kontinuierlich erfolgt und der vorgegebene Heizgradwert die Auflndedauer der Speicherheizung in der Nacht und gegebenenfalls die Energieaufnahme der Direktheizung am folgenden Tage so festlegt, daß der bei Beginn einer dieser Aufladedauer folgenden Aufladedauei gemessene, dem Wärmeinhalt der Speicherheizung entsprechende Rest-Keizgradwert etwa Null beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die in der Lage ist, den Regler automatisch durch die einmal in Betrieb gesetzte Heizungsanlage selbst zu verstellen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung erfolgt eine Korrekturverstellung des Heizgradwertes am Regler der Direktheizung automatisch in Abhängigkeit sowohl von der Einschaltdauer des die Entladung der Wärme bewirkenden Lüfters im Speichergeiät als auch von der Zeitdauer zwischen zwei Lüfterläufen. 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.

Die Erfindungsoll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert worden. Es zeigt Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild für einen Regler,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Schaltvorrichtung (Vielfachumschalter),

Fig. 3 eine Seitenansicht der Schaltvorrichtung nach Fig. 2, und

Fig. 4 ein Prinzip-Schaltbild der beanspruchten Vorrichtung.

Zunächst soll anhand \on Fig. 1 die Arbeitsweise eines Reglers ohne angeschaltete automatische Korrekturverstellung erläutert werden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Kontaktarm a von einem selbstaniaufenden Synchronmotor A/l mit ! U/min, bewegt. Er berührt eine Einschaltnocke E und nacheinander ebenfalls auf einem Ring 12 aus Isoliermaterial geringfügig im Kreis verschiebbare Ausschaltnocken AX bis /18. Welche Ausschaltnocke elektrisch wirksam ist, wird durch die Stellung eines Kontaktarmes b eines Vielfach-Umschalters 13 mit wenigstens 19 Kontakten (gezeichnet 20 Kontakte) bestimmt, die paarweise diagonal miteinander verbunden sind.

Berührt der während der Einschaltdauer der Direktheizung ständig umlaufende Kontaktarm a die Einschaltnocke E, dann wird Spannung an ein Relais 10 gelegt, das anzieht und mit einem Kontakt sich selbst hält. Ein weiterer Kontakt des Relais 10 legt eine kleine Steuerspannung (ca. 2 Volt) an einen Triac, der als Schalter eine Wechselspannung von 220 Volt an den rechten Teil 30 der Direktheizung 29 legt.

Berührt der Kontaktarm α ζ. B. die Ausschaltnocke /16, dann wird entsprechend der in Fig. 1 gezeichneten Stellung (Heizgradwerte HW = 24) des Kontaktarms b des Vielfachumschalters 13 Spannung an den Widerstand 11 gelegt, wodurch die Spannung am Relais 10 soweit erniedrigt wird, daß es abfällt. Der Fortfall der Steuerspannung am Triac bewirkt die Unterbrechung des Stromes durch das Direktheizgerät 29.

In der Schalterstellung HW = 26 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 HW = 26,8 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 (Fig. 2) und gleichzeitig mit dem Umschalter 3 (Fig. T) für Heizgradwerte > HW = 27 der Stromfluß durch den Triac auf die andere Hälfte 31 des Direktheizgerätes 29 geleitet. Die Betätigung der Schalter t bis 4 wird durch eine mit dem Kontaktarm b gekoppelte Scheibe c mit speziell geformten Segmenten erreicht (Fig. 2).

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dort die Scheibe c in der Stellung »aus« dargestellt. Der Kontaktarm b steht dann auf HW = 18,6 bzw. auf Kontakt »aus«. Dabei stehen dann sämtliche Schalter 1 bis 4 in der

in Fig. 1 dargestellten Stellung.

Wird die Direktheizung mit der kleinsten Stufe eingeschaltet, dann steht der Kontaktarm b auf Kontakt 1(HW = 19), und ein an die Scheibe c genietetes Segment d mn einem Bki ■" e hat den Schalter 1 freigegebcii (Fig. 2 und 3). In der »aus«-Stellung der Scheibe c iic.gt das Blech «.· mii einer Kante an einem Abschlag 91. Der Synchronmotor MX läuft und die Kontrour.ir.pt: 36 brennt.

Kurz vor dem Erreichen des Kontaktes 9 gi!<t die Scheibe c· auch die beiden Schalter 2 und 3 frei. C:\- Jjrch v'ird 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.

Der Strornf.uß durch die zweite Hälfte 31 des Direktheizgerätes 29 beginnt in Stellung des Kontaktarmes b auf Kontakt Γ (HW = 27,2), und zwar mit einer Einschaltdauer ED ä 5°/o und erreicht auf Kontakt 8' (HW = 34,2) ein ED « 95 <Vo.

In Stellung auf Kontakt 9' (HW = 35) wird mit Hilfe des Bleches e am Segment d der Schalter 4 betätigt, und die zweite Hälfte 31 des Direktheizgerätes 29 ist ebenfalls voll eingeschaltet (ED = 100%).

Nachfolgend soll die Einwirkung der beanspruchten Vorrichtung auf einen Regler der vorbeschriebenen Art näher erläutert werden.

Wird die Direktheizung 29 an kälteren Tagen zum ersten Mal mit eingeschaltet, dann wird der Regler auf schätzungsweise seinen niedrigsten Heizgradwert (HW = 19) eingestellt. Von da ab erfolgt dann täglich (eventuell auch mehrmals) die automatische Korrektur der Reglereinstellung aufgrund der beanspruchten Maßnahmen.

Die Zeitmessung erfolgt durch Zählung der Umlaufe des mit 1 U/min, sich bewegenden Kontaktarmes a. Die Zähler bestehen aus handelsüblichen Bausteinen in IS-Technik.

Der umlaufende Kontaktarm a des Reglers (Fig. 4) gibt pro Minute mit dem Kontakt 14 einen Zählimpuls auf die beiden Zähler 15, 16. Der Zähler 15 zählt die während der Laufzeit des Lüfters anfallenden Impulse, die ihm über eine UND-Schaltung 18 und eine NAND-Schaltung 19 zugeleitet werden. Am zweiten Eingang der UND-Schaltung liegt immer dann eine Spannung an, wenn der Lüfter 93 läuft. Die Ausgangsspannung der UND-Schaltung 18 wird von der NAND-Schaltung 19 gesperrt, wenn eine von einem Thermoelement einem zweiten Eingang der NAND-Schaltung 19 zugeführte Spannung noch zu groß ist. Dadurch wird ein Höherstellen des Reglers am Morgen, wenn eine verstärkte Wärmezufuhr aus dem Speicherkern für das Wiederaufheizen des in der Nacht etwas abgekühlten Raumes erforderlich ist, unterbunden. Erst wenn die Spannung am Thermoelement auf vielleicht 50% gegenüber Volladung des Speicherkerns gesunken ist, wird die Sperrung über die NAND-Schaltung 19 aufgehoben und die Zählimpulse gelangen zum Zähler 15. Die Zeit, nach der über den Zähler 15 zum Relais 20 Strom gelangen soll, wird an einem Schalter 21 des Zählers 15 eingestellt. Es genügt ein Zeitbereich von 99 Minuten. Danach

würde sich der Zähler selbst auf N-.1! zurückstellen Wenn das Relais 20 angezogen hai, läuft ein Motor Ml in Girier Richtung, in der mit einem Schneckenrad 22 und einem Zahnrad 23 de; Regler um eine Stufe höher gesielh wird. Das Zahnrad 23 ist mit dem Regler für die Direktheizung 29 gekoppelt.

L>ie mechani.-.die Verbindung der Achse des Vielfach-Umschalters 13 mit demZahmad 23 muß wegen desSchneikenantriebes entriegelbar sein, so daß 7. B. duieh geringes Eindrucken oder Herausziehen eines "i c'cr Zeichnung nicht dargestellten Einstellknöpfe* der '.leizgradwert am Regier auch von Hand eingestellt werden kann.

Dy* Zahnrad 23 '-veist auf einem Kreis angeordnet so viele Bohrungen 24 wie der Vielfachumschalter 13 Kontakte hat, d. h. irn vorliegenden Beispiel 20 Bohrungen. ;uif. Beim Verdrehen des Zahnrades 23 schließt ein Schalter 25. Damit wird dem Relais 20 einmal die Spannung zum Selhsthalten zugeführt und /um anderen über eine Diode 26 ein Rückstellimpuls zum Zähler 15 geführt.

Die Dioden 26,27,28 und 80 sind zur gegenseitigen Entkopplung der verschiedenen Rückstellimpulse erforderlich. Ebenso sind die Dioden 81 bis 84 für die Trennung der Stromkreise über die Relaisspulen notwendig.

Mit dem Rückstellimpuls über die Diode 26 verschwindet auch der Stromfluß über die Diode 82. Da; Relais 20 bleibt nur noch mit dem Selbsthaltekrei; über die Diode 81 angezogen, bis durch Öffnen de; Schalters 25 beim Einrasten in das nächste Loch de; Zahnrades 23 die Selbsthaltung aufgehoben ist, womi der Motor Ml abgeschaltet wird. Das Zählwerk zählt wieder bei Null beginnend, weiter, bis der Lüfter (voi der nächsten Anregung des Relais 20) im Speichergerät ausgeschaltet und damit auch die von ihm abgelei tete, der UND-Schaltung zugeführte Spannung zi Null wird. Der nächste Impuls vom Kontakt 14 kanr dann nicht mehr die UND-Schaltung 18 durchlaufen sondern gelangt zu einer NAND-Schaltung 85, vor dessen Ausgang abgeleitet er zugleich Rückstellim puls über die Diode 27 für den Zähler 15 ist.

Bei Ausfall der Spannung vom Lüfter 93 beginn der andere Zähler 16 zu zählen, bis durch den Strom fluß über die Diode 84 (bei Stellung eines Schalter: 86 bei etwa 50 Minuten) ein Relais 87 anzieht unc der Motor Ml das Zahnrad 23 und damit den Regle; jetzt in Richtung zum kleineren Heizgradwert ver stellt. Die weiteren Vorgänge wiederholen sich unc entsprechen den oben beschriebenen Vorgängen füi das Relais 20.

Besteht die Tendenz, den Regler noch unter HW = 19 zu verstellen, dann wird kurz nach dem Anzieher des Relais 87 und Anlaufen des Motors Ml durd einen am Zahnrad 23 mitlaufenden Stift 88 die Re laisspule durch einen Schalter 89 endgültig abgeschal tet. Dasselbe gilt bei der Tendenz über HW = 35 Im letzterem Falle wird durch einen Schalter 90 di( Spule des Relais 20 abgeschaltet. In Fig. 4 ist an Zahnrad 23 nur die örtliche Lage der Schalter 89 unc 90 eingezeichnet, ihre Lage im Stromkreis ist aus den Schaltbild erkennbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Verstellen eines Reglers für eine in Kombination mit einer Speicherheizung betriebene Direktheizung, welcher die Einschaltdauer der Direktheizung mittels eines während deren Einschaltzeit umlaufenden Kontaktarmes und eines am Regler in Stufen einstellbaren Heizwertes festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (14) vorgesehen ist, welcher bei jeder Umdrehung des Kontaktarmes (a) einen Impuls erzeugt, welcher über eine UND-Schaltung (18) einem ersten Impulszähler (15) und über eine NAND-Schaltung (85) einem zweiten Impulszähler zugeführt ist, wobei an den zweiten Eingängen von UND-Schaltung (18) und NAND-Schaltung (85) jeweils ein beim Lauf des Lüfters (93) der Speicherheizung erzeugtes Signal anliegt, und daß von den Impulszählern (15, 16) bei Überschreitung vorgegebener Zählerstände je ein Schalter (20, 87) angesteuert ist, welche Schalter einem drehrichtungsänderbaren Stellmotor (Ml) für ein zur Verstellung des Heizwertes um eine Stufe an einem Vielfachumschalter (13) ausreichendes Zeitintervall in der zur Erzielung einer Heizwertvergrößerung bzw. -verminderung erforderlichen Polarität Strom zuführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (M2) über ein Schneckenrad (22) ein mit dem Vielfachumschalter (13) verbundenes Zahnrad (23) antreibt, welches auf einem Kreis verteilte Bohrungen (24) aufweist, deren Anzahl der Zahl der am Vielfachumschalter (13) vorhandenen Schaltstellungen entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der UND-Schaltung (18) und dem ersten Impulszähler (15) eine NAND-Schaltung (19) angeordnet ist, deren zweiter Eingang mit einem die Speicherkerntemperatur fühlenden Thermoelement verbunden ist und den ersten Zähler (15) so lange sperrt, wie die Speicherkerntemperatur noch nicht auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 50% gegenüber der Vollade-Temperatur, abgesunken ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß am Vielfachumschalter (13) ein Schaltkontakt (25) angeordnet ist, der während des Versteilens des Vielfachumschalters (13) schließt und dabei an die Schalter (20,87) eine Selbsthaltespannung und an die Impulszähler (15, 16) eine Rückstellspannung legt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Impulszählern (15, 16) und den Schaltern (20, 87) Dioden (26, 27, 28, 80) zur gegenseitigen Entkopplung der Rückstellimpulse und weitere Dioden (81 bis 84) für die Entkopplung der Erregerstromkreise der Schalter (20, 87) eingeschaltet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerkapazitäten der Impulszähler (15,16) voreinstellbar sind (21, 86).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (22) und das Zahlenrad (23) zum .Zwecke manueller Verstellung des Vielfachumschplters (13) voneinander entriegelbar sind.