DE2515263C3 - Elektrische Heizung mit Speicherheizkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Heizung mit Speicherheizkörper, dessen Heizkreis von einem ersten, auf ein vorbestimmtes erstes Temperaturniveau eingestellten Thermostaten gesteuert wird und dem eine Einrichtung zur beschleunigten Wärmeabgabe zugeordnet ist, die von einem zweiten, auf ein zweites — niedrigeres — Temperaturniveau eingestellten Thermo staten gesteuert wird.

Bei einer bekannten Speicherheizung dieser Art (DE-AS 20 21 997) ist die Einrichtung zur beschleunigten Wärmeabgabe (ein Entladeventilator) von der Schalterstellung einer Verbraucherschaltuhr abhängig.

Der erste Thermostat, als thermischer Schalter bezeichnet, ist so beschaffen, daß er oberhalb eines bestimmten Einschaltverhältnisses des zweiten Thermostaten den Heizkreis einschaltet. Ein dritter Thermostat ist nicht vorgesehen.

Um die Leistung einer Nachtstrom-Speicherheizung zu verringern, ist es bekannt (»Handbuch der elektrischen Raumheizung« von P.Borstelmann, 1970, 4. Aufl, Seiten 33 bis 38), an sehr kalten Tagen eine Tagstrom-Zusatzheizung (Direktheizung) zu betreiben.

Eine Aufladung der Speicherheizung am Tage ist hierbei nicht vorgesehen. Es ist aber auch bekannt, von der reinen Nachtstrom-Speicherung zur Speicherung während der zeitenschwachen Belastung (sogenanntes Halbspeicherprinzip) überzugehen, und hierfür eine Rundsteuerungsanlage vorzusehen. Dies kommt jedoch nur für geschlossene, größere Objekte in Frage. Auf dem Halbspeicherprinzip beruhende elektrische Speicherheizungen sind vielfach bekannt (DE-OS 1944 995, 20 53 281, 21 30 112 und DE-AS 20 44 403).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizung mit Speicherheizkörper anzugeben, bei der die Kosten der installierten Leistung auf Kosten einer evtl. Wiederaufladung des Speicherheizkörpers

zur Tageszeit verringert sind, ohne eine Rundsteueranlage erforderiich zu machen, wobei jedoch das Wiederaufladen nur während einer beschränkten Periode eines Jahres vorkommen soll.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dem Hauptanspruch zu entnehmen und wird durch die Maßnahmen der Unteransprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.

Während der Nachtzeit wird also die Aufladung des Speicherheizkörpers bei der Erfindung von dem dritten Thermostaten gesteuert, während der zweite Thermostat in der üblichen Weise eine beschleunigte Wärmeabgabe bewirkt, wenn es nötig ist. Während der Tageszeit wird die beschleunigte Wärmeabgabe des Heizkörpers von dem dritten Thermostaten gemäß Erfindung gesteuert, während eine vollständige Wiederaufladung des Speicherheizkörpers durch die Steuerung des ersten Thermostaten bewirkt wird, falls notwendig.

Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß auf diese Weise die installierte Leistung vorteilhafterweise verringert werden kann, und in der Praxis wird diese so gewählt, daß gerade die Wärmeverluste des zu erwärmenden Raumes für die äußere minimale 3ezug> temperatur des Ortes ausreicht, wo die Anlage steht. Die Erfahrung zeigt, daß in diesem Fall der elektrische Verbrauch für die Aufheizung des Raumes auf etwa 80% Nachtstrom und etwa 20% Tagesstrom für ein ganzes Betriebsjahr kommt Da die installierte Leistung gering ist, führen die Ausgaben über den Grundtarif der elektrischen Energie für Niederspannung zu einer niedrigeren Bilanz des jährlichen Verbrauchs im Verhältnis zu üblichen Installationen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer elektrischen Heizeinrichtung,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise dieser Einrichtung,

Fig.3 eine Variante der elektrischen Heizeinrichtung.

Die elektrische Heizeinrichtung weist in gewöhnlicher Weise einen Speicherheizkörper auf, dessen Heizwiderstand 10 schematisch angedeutet ist und dem eine Einrichtung zur beschleunigten Wärmeabgabe 11 zugeordnet ist Diese Einrichtungen werden von einer elektrischen Betriebsspannungsquelle versorgt, die in der Praxis das elektrische Verteilungsnetz ist, und welches in F i g. 1 durch eine erste Klemme f(für Phase) und eine zweite Klemme N (für neutralen Leiter) schematisiert dargestellt ist.

Der Aufladekreis des Heizkörpers 10 wird von einem ersten Umgebungsthermostaten 12a gesteuert, der auf ein erstes Temperaturniveau A, beispielsweise 19" C, eingestellt ist, und die Steuereinrichtung für beschleunigte Wärmeabgabe 11 wird von einem zweiten Umgebungsthermostaten 12ß gesteuert, der auf ein zweites Temperaturniveau B eingestellt ist, welches unterhalb dem Temperaturniveau A liegt und beispielsweise 18° C beträgt.

In dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel sind die Thermostate MA, \7B von elektromechanischer Art, mit Steuerung durch Bimetallstreifen beispielsweise, d. h., sie stellen selbst Unterbrecher dar. Die Thermostate 12-4, 12fl weisen jeweils einen mit dem Pol P der Betriebsspannungsauelle verbundenen festen Kontakt auf. Der zweite feste Kontakt des Thermostaten 12/4 steht mit dem zweiten Pn' N der Betriebsspannungsquelle über den Heizkörper 10 in Verbindung, während der zweite feste Kontakt des Thermostaten 125 mit dem zweiten Pol N der Betriebsspannungsquelle über die Steuereinrichtung für beschleunigte Wärmeabgabe 11 in Verbindung steht,

Zusätzlich ist ein dritter Thermostat 12C vorgesehen, der auf drittes Temperaturniveau C oberhalb des Temperaturniveaus A eingestellt ist, beispielsweise auf 20⁰C.

Dem Thermostaten 12C ist ein Umschalter 14

ίο zugeordnet, der in doppelter Hinsicht wirkt, und dabei einerseits parallel zum ersten Thermostaten \2A in der Ladeschaltung des Heizkörpers 10 liegt und andererseits auf die Steuereinrichtung für beschleunigte Wärmeabgabe 11 parallel zum zweiten Thermostaten

π \2B einwirken kann. In der Praxis steht der eine feste Kontakt des dritten Thermostaten I2Cmit dem Pol P der Betriebsspannungsquelle in Verbindung, während der zweite feste Kontakt mit dem beweglichen Kontakt 15 des Umschalters 14 in Verbindung steht, dessen feste Kontakte 16a und 16ß jeweils in elektrische Verbindung mit dem entsprechenden zweiten feiten Kontakt des ersten Thermostaten 12Λ und dem zweiten festen Kontakt des zweiten Thermostaten 12ß in Verbindung stehen.

Der Umschalter 14 wird von einem Tag-Nacht-Relais 17 als Steuerorgan mit zyklischem Betrieb derart gesteuert, daß er zunächst entsprechend den Nachtstunden (von 22.00 Uhr bis 6.00 Uhr) auf seinen festen Kontakt 16/1 kippt, dann für die Tageszeit von 6.00 Uhr bis 22.00 Uhr auf den anderen festen Kontakt 165 kippt. Die Spule 18 des Tag-Nacht-Relais 17 wird von einer Steuerleitung 19 gesteuert, die von einem Kontakt 13 der Tarif-Umschaltuhr ausgeht, die gewöhnlich dem elektrischen Verteilungsnetz zugeordnet ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Steuerleitung zwischen den Polen P und N der Betriebsspannungsquelle verlaufend dargestellt worden.

In der Praxis werden die Thermostate 12/4, 12B und 12C mechanisch von dem gleichen Träger gehalten, der in der Umgebungsluft des aufzuheizenden Raumes angeordnet ist; es kann sich um drei Kontakte des gleichen Thermostaten handeln, der Thermostat kann auf dem Heizkörper sitzen, den er steuert, iiber das Temperaturgeberelement, der Bimetallstreifen od. dgl., befindet sich in der Umgebungsluft des aufzuheizenden Raumes. Vorzugsweise können die drei Thermostate gemeinsam auf des jeweilige Schaltniveau mil: jeweils konstanten Abständen von einem zum anderen Niveau eingestellt werden, beispielsweise I⁰C₁ oder anders ausgedrückt, die drei Kontakte, weiche den Thermostaten bilden, weisen eine gemeinsame Stellachse auf, aber der Sollabstand zwischen den Kontakten ist unveränderlich.
Wie oben ausgeführt, steht der Umschalter 14 auf seinem festen Kontakt i6A während der Nachtzeit. Die Aufladung des Heizkörpers 10 erfolgt demnach nur dann, wenn die Umgebungstemperatur des betreffenden Raumes unterhalb dem Niveau C ist, d. h. unterhalb 20⁰C in dem betrachteten Beispiel; in diesem Fall ist der Thermostat C eingeschaltet und schließt den Ladekreis des Heizkörpers 10. Wenn die statischen Verluste des Heizkörpers 10 größer als die eigentliche Wärmeabgabe des Raumes sind, nimmt die Raumtemperatur zu, und der Thermostat 12C öffnet seinen Schalter, so daß die Aufladung des Heizkti'pers 10 unterbrochen wird. Auf diese Weise wird eine automatische Begrenzung der Aufladedauer des Heizkörpers 10 erzielt, und dies kommt vor allem in der Übergangszeit des Jahres vor,

wenn die Wärmeabgabe des betrachteten Raumes in der gleichen Größenordnung ist, wie die statischen Verluste des Speicherheizkörpers 10.

Im Winter jedoch sind die Wärmeverluste des Raumes in jedem Fall höher als die statische ί Wärmeabgabe des Heizkörpers 10, und demnach nimmt die Umgebungstemperatur des betrachteten Raumes im Laufe der Nachtzeit ab. Wenn die Raumtemperatur das Niveau B erreicht, auf welches der zweite Thermostat 12ßeingestcllt ist, wird dieser eingeschaltet und schaltet seinerseits die Einrichtung für erhöhte Wärmeabgabe 11 ein. lis kommt also zur zyklischen öffnung und Schließung des Thermostaten 12ß. was zur Aufrechterhaltung einer Raumtemperatur entsprechend dem Niveau B führt, also 18° im betrachteten Beispiel, is Während der ganzen Zeit wird der Heizkörper 10 infolge der Stellung des Thermostaten 12Γ aufgeheizt, da dieser im Hinblick auf das eingestellte Temperaturniveau andauernd geschlossen ist. Wie gesagt, ist die Schalttemperatur des Thermostaten 12C oberhalb der m Temperatur B. wie sie in dem Raum aufrechterhalten wird.

Zur Tageszeit steht der Umschalter 14 auf seinem festen Kontakt 16ß. Der dritte Thermostat 12C ist demnach in die Steuerschaltung für beschleunigte Wärmeabgabe Il einbe/.ogen und stellt die Aufrechterhaltung der Raumtemperatur auf das Temperaturniveau C sicher. 20C im betrachteten Beispiel, vorausgesetzt, daß die in dem Heizkörper 10 gespeicherte Energie ausreicht, um die Wärrnevcrluste des Raumes auszuglei- in chen. Dies trifft für die Übergangszeit zu.

Im Winter hingegen reicht die in der Nachtzeit in dem Heizkörper gespeicherte Energie nicht aus, während der Tageszeit die Raumtemperatur auf das Niveau Czu hallen, welche das höchste betrachtete Niveau ist. Die J5 Raumtemperatur nimmt also ab. Sobald das Temperaturniveau A erreicht wird, 19° im betrachteten Beispiel, schaltet sich der Thermostat 12/4 ein, und der Heizkörper 10 wird aufgeheizt, während die beschleunigte Wärmeabgabe anhält, da der Thermostat 12C w eingeschaltet bleibt. Der Speicherheizkörper 10 arbeitet somit nunmehr als direkte Heizung. Es finden alsdann zyklisches öffnen und Schließen des Thermostaten 12Λ statt, um die Temperatur auf das entsprechende Temperaturniveau A zu halten. -^

Die täglichen Schwankungen der Raumtemperatur weisen das allgemeine Aussehen der Kurven nach Γ i g. 2 auf. die als Beispiele zu werten sind. Der Kurvenzug MS betrifft die Übergangszeit, und zwar wird die Temperatur im wesentlichen das Niveau C «> während der Nachtzeit und während der Tageszeit gehalten. Die Kurve H betrifft den Winter, während der Nacht wird die Temperatur im wesentlichen auf dem Niveau B gehalten und während des Tages auf dem Niveau A.

Nach der Variante gemäß Fig.3 sind die verwendeten Thermostaten vom elektronischen Typ. Nach dem dargestellten Schaltbild liegt eine erste steuerbare Unterbrechungseinrichtung 20, beispielsweise ein gesteuerter Gleichrichter (Triac), in dem Heizkreis des Heizkörpers 10, und eine ähnliche zweite gesteuerte Unterbrechungseinrichtung 21 ist der Steuereinrichtung für beschleunigte Wärmeabgabe 11 des Heizkörpers 10 zugeordnet. Die Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters 20 (Triac) wird von einem Steuerkreis 22 und in gleicher Weise die Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters 21 (Triac) von einem Stcuerkreis 23 gesteuert. Die Ausbildung derartiger Steuerkreise ist an sich bekannt und braucht hier ru'cht weiter erläutert werden, da der Durchschnittsfachmann sich an dem Schaltbild orientieren kann. Die Steuerschaltungen weisen jeweils einen Eingangs- und einen Ausgangstransistor auf, und der leitende Zustand des Ausgangstransistors ist mit dem des F.ingangstransistors gekoppelt, der entsprechend dem an seiner Basis angelegten Potential leitend oder nichtleitend ist. Es versteht sich, daß die Steuerkreise an eine Gleichspannungsbetriebsquclle angeschlossen sind, dessen positiver Pol schematisch in der Zeichnung angedeutet ist.

Als Thermostatschaltung ist eine Widerstandsbrücke 25 vorgesehen, die einen lemperaturabhängigen Widerstand 26 aufweist und die an drei unterschiedlichen Punkten 27a, 27b und 27r drei unterschiedliche Potentialniveaus aufweist, die jeweils den drei Temperaturniveaus der drei zuvor beschriebenen Thermostaten entsprechen. Der Basiskreis des Eingangstransistors des Steuerkreises 22. der dem gesteuerten Gleichrichter zugeordnet ist, welcher das Aufheizen des Heizkörpers 10 steuert, umfaßt den Teil der Widerstände 25, welche die Punkte 27a und 27c umfassen, die wiederum dem ersten und dritten Temperaturniveau entsprechen. Der ßaMskreis des Eingangstransistors des Steuerkreises 23 steuert in entsprechender Weise den gesteuerten Gleichrichter 21, welcher die Schaltung für beschleunigte Wärmeabgabe 11 steuert, und dieser Basiskreis umfaßt in Abhängigkeit von der Stellung des Umschalters 14 entweder den einzigen Teil der Widerstandsbrücke 25, welche den Punkt 27£> entsprechend dem zweiten Temperaturniveau umgibt — was während der Nachtzeit vorkommt — oder den einzigen Teil der Brücke, welche den Punkt 27centsprechend dem ersten Temperaturniveau umgibt, was während der Tageszeil vorkommt.

Entsprechend der Raumtemperatur nehmen die Punkte 27a, 27b und 27c der Widerstandsbrücke 25 die richtigen Potentialniveaus infolge des leitenden Zustands bzw. der Sperrung der Transistoren der Steuerschaltungen 22 und 23 ein, was zu der Durchsteuerung bzw. der Sperrung der entsprechenden gesteuerten Gleichrichter 20, 21 führt. Daraus er ibt sich ein analoger Betriebsablauf, wie er mii bezug auf den Heizkörper 10 und/oder die Einrichtung zur beschleunigten Wärmeabgabe beschrieben worden ist.

Das zyklisch arbeitende Organ, welches den Umschalter 14 steuert, kann anstelle des Relais 17 ein System mit statischer Umschaltung mit elektronischen Bauteilen umfassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Elektrische Heizung mit Speicherheizkörper, dessen Heizkreis von einem ersteh, auf ein vorbestimmtes erstes Temperaturniveau eingestellten Thermostaten gesteuert wird und dem eine Einrichtung zur beschleunigten Wärmeabgabe zugeordnet ist, die von einem zweiten, auf ein zweites — niedrigeres — Temperaturniveau eingestellten Thermostaten gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter, auf ein drittes — gegenüber dem ersten Temperaturniveau hohes — Temperaturniveau eingestellter Thermostat (12CJ und ein Umschalter (14) für den dritten Thermostaten (12CJ vorgesehen sind, der in der einen Schalterstellung des Umschalters parallel zum ersten Thermostaten (\2A) im Heizkreis des Heizkörpers liegt und in der anderen Schalterstellung parallel zum zweiten Thermostaten (12ßjin der Steuereinrichtung zur beschleunigten Wärmeabgabe (U) einbezogen ist, und daß der Umschalter (14) von einem Tag-Nacht-Relais (13. 17, 18, 19) gesteuert wird

2. Elektrische Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektromechanischen Thermostaten (12A 12S, 12CJ jeweils eine Klemme parallel zum ersten Pol (P) einer öetriebsspannungsquelle liegt, daß die zweite Klemme (16/4Jdes ersten Thermostaten (12>4J mit dem zweiten Pol (N) der Betriebsspannungsquelle über den Heizkörper (10) verbunden ist, daß die zweite Klemme (16Sj des zweiten Thermostaten (120/ mit dem zweiten Pol (N) der Betriebspannung^uelle Ober die Steuereinrichtung für beschleunigte Wärmeabgabe (11) verbunden ist, daß die zweite Ki- ;nme des dritten Thermostaten (12CJ mit dem beweglichen Kontakt (15) des Umschalters (14) verbunden ist und daß die Kontakte (16Λ \6B) des Umschalters (14) jeweils elektrisch mit der zweiten Klemme des ersten Thermostaten (\2A) und der zweiten Klemme des dritten Thermostaten (12CJ verbunden sind.

3. Elektrische Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektronischen Thermostaten (Fig.3) eine erste elektronische Unterbrechungseinrichtung (20) in dem Heizkreis des Heizkörpers (10) liegt, daß eine zweite elektronische Unterbrechungseinrichtung (21) in der Steuereinrichtung für beschleunigte Wärmeabgabe (11) angeordnet ist, daß je ein Steuerkreis (22, 23) den Unterbrechungseinrichtungen (20, 21) zugeordnet ist, daß eine an sich bekannte Widerstandsbrücke (2S) vorgesehen ist, welche einen temperaturabhängigen Widerstand (26) aufweist und an drei unterschiedlichen Punkten (27a, 270, 27c) drei unterschiedliche Potentialniveaus entsprechend den jeweiligen Temperaturniveaus für die drei Thermostaten darbietet, daß der Steuerkreis (22) der ersten Unterbrechungseinrichtung (20) den Teil der Widerstandsbrücke umfaßt, welcher die Punkte (27a, 27cJ entsprechend dem ersten und dem dritten Temperaturniveau enthält und daß die Steuerschaltung (23) der zweiten Unterbrechungseinrichtung (21) in Abhängigkeit von der Lage des Umschalters (14) entweder mit dem Teil der Brücke (25) verbunden ist, der den Punkt (27b) entsprechend dem zweiten Temperaturniveau enthält oder mit dem Teil der Brücke verbunden ist, der den Punkt (27cJ entsprechend dem ersten Temperaturniveau enthält.

4. Elektrische Heilung nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Thermostaten mechanisch von dem gleichen Träger gehalten werden.

5. Elektrische Heizung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Termostaten (12/1, 12S, 12CJ gleichzeitig auf ihr Steuerniveau mit konstanten Temperaturdifferenzen zwischen benachbarten Niveaus einstellba- sind.

6. Elektrische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungsquelle von dem gewöhnlichen elektrischen Verteilungsnetz gebildet wird, daß zur Steuerung des Umschalters (14) ein elektromechanisches Relais (17) verwendet ist, dessen Spule (18) von der Steuerleitung (19) gesteuert wird, die von dem Kontakt (13) der Tarifschaltuhr ausgeht

7. Elektrische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Umschalters (14) ein elektronisches Relais vorgesehen ist.

8. Elektrische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erwärmung eines Raumes der Heizkörper (10) eine derartige elektrische Leistung aufweist, daß die Wärmeverluste des Raumes für eine äußere minimale Bezugsteaiperatur des Ortes, an dem die Heizung sich befindet, gerade ausgeglichen werden.