DE2539117A1

DE2539117A1 - Verfahren zum auf- und entladen einer elektrischen speicherheizung und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2539117A1
Application number: DE19752539117
Authority: DE
Inventors: Poul Christian Carlos Iversen; Gunnar Ernst Rudolf Olsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1977-03-10
Also published as: JPS5233346A; GB1553611A; IT1071433B; FR2323285B1; DE2539117B2; DK387776A; DE2539117C3; US4213032A; FR2323285A1

Description

des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auf- und Entladen einer elektrischen Speicherheizung, bei der während eines ersten Betriebszustandes eine für die Speicherentladung maßgebende Kenngröße zur Bildung eines Integrationswertes und während eines zweiten Betriebszustandes eine den Integrationswert auflösende Abfragegröße zugeführt und die Abfragezeit bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abfrageendwertes des Integrationswertes als Maß für die Aufladung genutzt wird, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, einen Stromintegrator, z.B. ein Coulometer oder einen Akkumulator, während der Entladeperiode mittels eines Stromes aufzuladen, der vom Wärmebedarf des zu beheizenden Raumes abhängig ist. Zu Beginn der Niedrigtarifperiode wird der Integrator mittels eines in umgekehrte Richtung fließenden konstanten Stromes abgefragt. Sobald der Integrator völlig entladen ist, was sich bei einem Coulometer oder Akkumulator durch einen plötzlichen Anstieg des Widerstandes bemerkbar macht, wird ein Schaltsignal abgegeben, das die Beheizung des Speicherkerns einleitet, die dann bis zum Ende der Niedrigtarifperiode fortgesetzt wird.

Bei dieser Einrichtung können für die Aufladung nur solche Daten verwendet werden, die bis zum Beginn der Niedrigtarifperiode vom Integrator berücksichtigt worden sind. Da die dem Integrator

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zugeführte Kenngröße lediglich Daten berücksichtigt, welche für die Speicherentladung maßgebend waren, kann dem Kernspeicher zwar die entnommene Wärmemenge durch Aufladung wieder zugeführt werden, möglicherweise aber auf einem zu hohen Niveau der Kerntemperatur, wenn nämlich der Raum während der Entladezeit infolge Sonneneinstrahlung, Besetzung durch viele Personen u. dgl., teilweise Übertemperatur führte.

Zur Berücksichtigung einer solchen Übertemperatur ist es bereits vorgeschlagen worden, einen Raumthermostaten mit drei Stellungen zu verwenden, nämlich einer Untertemperatur-Stellung, bei der der Ventilator eingeschaltet ist und die Laufzeiten des Ventilators im Integrator summiert werden, eine Normaltemperatur-Stellung, bei der der Ventilator ausgeschaltet ist und dem Integrator keine Kenngröße zugeführt wird, und eine Übertemperatur-Stellung, deren Einschaltdauer im Integrator von der Summe der Laufzeiten des Ventilators subtrahiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem auf einfache Weise eine genauere Anpassung der Aufladung der elektrischen Speicherheizung an die zu erwartenden Entladebedingungen erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abfragegröße und/oder der Abfrageendwert eine Funktion wenigstens einer änderbaren Steuergröße ist.

Bei diesem Verfahren ist die Aufladezeit nicht bereits zu Beginn der Niedrigperiode festgelegt, sondern wird durch höchst aktuelle Daten, die noch in der Niedrigtarifperiode bis zum Ende des Abfragens auftreten, korrigiert. Daher ergibt sich eine genauere Aufladung. Sowohl durch eine Änderung der Abfragegröße als auch durch eine Änderung des Abfrageendwertes erhält man eine aktuell korrigierte Abfragezeit, wobei die Benutzung der Abfragegröße insofern günstiger ist, als sie die Verhältnisse während der gesamten Abfragezeit zu berücksichtigen gestattet. Beide Werte lassen sich verhältnismäßig leicht durch eine änderbare Steuergröße beeinflussen.

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Besonders günstig ist es, wenn die Abfragegröße und/oderder Abfrageendwert eine Funktion der Kerntemperatur der Speicherheizung ist. Wenn zu Beginn der Niedrigtarifperiode der Speicherkern eine zu hohe Kerntemperatur hat, beispielsweise weil fremde Wärmequellen dem zu beheizenden Raum wenigstens zeitweise Übertemperatur verliehen haben, wird die Abfragezeit derart korrigiert, daß bei der neuen Aufladung eine geringere Aufheizung erfolgt als es sich aus den normalen Entladungs-Kenngrößen ergeben würde.

daß Eine andere Möglichkeit besteht darin,/die Abfragegröße und/oder der Abfrageendwert eine Funktion der Außentemperatur ist. Wenn während der Niedrigtarifperiode eine tiefere Außentemperatur herrscht und daher, z.B. wegen Auskühlung der Mauern, in der nächsten Entladeperiode ein größerer Wärmebedarf zu erwarten ist, wird die Aufladezeit durch eine entsprechende Korrektur der Abfragezeit vergrößert.

Es kann auch gleichzeitig die Kerntemperatur und die Außentemperatur berücksichtigt werden. Die Steuergröße kann auch durch ein Programm geändert werden, beispielsweise durch ein Wochenendprogramm, bei dem einerseits die Sollwerttemperaturen am Samstag herabgesetzt und am Montag wieder heraufgesetzt werden, gleichzeitig aber die Aufladezeiten in den jeweils vorangehenden Niedrigtarifperioden entsprechend verkürzt oder verlängert werden.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Stromintegrator, einem Speisekreis, über den dem Stromintegrator ein Kenngrößenstrom, und einem Abfragekreis, über den ihm ein Abfragestrom zuführbar ist, sowie einer bei Erreichen des Abfrageendwerts ansprechenden Schaltvorrichtung zur Beeinflussung der Aufladung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragekreis mindestens ein Steuerglied aufweist, mit dessen Hilfe der Abfragestrom änderbar ist. Auf elektrische Weise läßt sich eine solche Auf- und Entladeeinrichtung besonders einfach verwirklichen. Die Änderung des Abfragestromes mit Hilfe eines Steuergliedes ist sehr leicht zu bewerkstelligen.

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Im einfachsten Fall ist das Steuerglied ein temperaturabhängiger Widerstand, der einer die Steuergröße bildenden Temperatur ausgesetzt ist. Insbesondere kann der Abfragekreis einen ersten, der Speicherkerntemperatur ausgesetzten und einen zweiten, der Außentemperatur ausgesetzten, temperaturabhängigen Steuerwiderstand aufweisen. Temperaturänderungen führen dabei unmittelbar zu Änderungen des AbfrageStroms.

Mit besonderem Vorteil ist bei Verwendung eines von der Raumtemperatur gesteuerten Zwei-Stellungs-Thermostatschalters als Teil des Speisekreises das Steuerglied von der Speicherkerntemperatur abhängig. Durch den einfachen Thermostatschalter wird durch einfache Summierung der Einschaltzeiten der Integrationswert der bedarfsabhängigen Entladung gebildet. Durch Berücksichtigung der Speicherkerntemperatur während des Abfragens können auf einfache Weise Übertemperaturen verhindert werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß bei Speisung mit Wechselstrom der Speisekreis über eine Diode und der Abfragekreis über eine entgegengesetzt gepolte Diode an den Stromintegrator angeschlossen ist und eine vom Betriebszustand abhängige Umschaltvorrichtung wahlweise den Speise- oder den Abfragekreis wirksam macht. Hierbei kann der Speisekreis vor und der Abfragekreis hinter Niedrigtarifschalter mit der Netzzuleitung verbunden sein und die Umschaltvorrichtung aus dem Niedrigtarifschalter und einem den Ausgang des Speisekreises kurzschließenden Transistor bestehen, dessen Basis über eine Diode ebenfalls mit der Netzzuleitung hinter dem Niedrigtarifschalter verbunden ist. Dies ergibt sehr einfache Schaltungen, die besonders gut für den robusten Betrieb geeignet sind, denen elektrische Speicherheizungen häufig ausgesetzt sind.

Eine andere Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Integrator, einem Speisekreis, über den dem Integrator eine Kenngröße, und einem Abfragekreis, über den ihm eine Abfragegröße zuführbar ist, sowie einer bei Erreichen des Abfrageendwertes ansprechenden Schaltvorrichtung zur

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Beeinflussung der Aufladung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorrichtung mindestens ein Steuerglied zugeordnet ist, mit dessen Hilfe der Abfrageendwert änderbar ist.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform weist die Schaltvorrichtung einen Vergleicher auf, der den Integrationswert des Integrators mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und beim Vorhandensein einer vorgegebenen Differenz ein Schaltsignal abgibt, und daß eine das Steuerglied aufweisende Korrekturschaltung zur Festlegung der Differenz vorgesehen ist. Während bisher die Differenz Null den Abfrageendwert bestimmte, wird letzterer mit Hilfe einer variablen Differenz geändert. Auch hierbei eignen sich als Steuerglieder einfache temperaturabhängige Widerstände.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer abgewandelten Einrichtung.

Eine Speicherheizung 1 weist einen Speicherkern 2 auf, der mittels eines Heizwiderstandes 3 beheizbar und von dem Wärme mittels eines Gebläses 4 abführbar ist. Die Anordnung wird von einem Wechselstrom-Versorgungsnetz gespeist, dessen Phasenleitung an eine Klemme 5 und dessen Nulleitung an eine Klemme 6 angeschlossen ist. In der Netzzuleitung 7 zwischen der Klemme 5 und dem Heizwiderstand 3 befinden sich ein Niedrigtarifschalter 8, der mittels einer Uhr 9 nur während der Niedrigtarifperioden geschlossen wird, ein Aufladeschalter 10 und ein im Speicherkern 2 angeordneter Schalter 11, der bei Übertemperatur öffnet. Das Gebläse 4 wird mittels eines Thermostatschalters 12 geschaltet, dessen Fühler 13 der Temperatur des zu beheizenden Raumes ausgesetzt ist.

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Ein Stromintegrator 14 hat einen Aufladeeingang 15 mit zugehöriger Diode D1 und einen Entladeeingang 16, mit zugehöriger, entgegengesetzt gepolter Diode D2. Dieser Stromintegrator 14 kann ein Kondensator oder ein Sekundärelement, vorzugsweise ein elektrolytisches Element sein, bei dem ein Feststoffelektrolyt mit hoher Ionenleitfähigkeit,z.B. eine Silberhalogenidverbindung, zwischen einer Elektrode aus aktivem Material, z.B. Silber, und einer Elektrode aus demgegenüber inaktivem Material, z.B. Gold, angeordnet ist. Eine Schaltvorrichtung 17 spricht an, sobald der Integrator 14 vollständig entladen ist und öffnet dann den Aufladesehalter 10.

Der Aufladeeingang 15 des Integrators 14 wird über einen Speisekreis 18 versorgt, der außer dem Thermostatschalter 12 einen Widerstand R1 in Reihe mit diesem Schalter und einen Widerstand R2 parallel zu dieser Reihenschaltung aufweist. Über den Widerstand R1 fließt ein Integrationsstrom, der der Laufzeit des Ventilators 4, d.h. dem angeforderten Wärmebedarf des Raumes proportional ist. Über den Widerstand R2 fließt dauernd ein Integrationsstrom, der der ungeregelten Wärmeabgabe des Speicherkerns 2 durch Konvektion und Strahlung Rechnung trägt. Der Ausgang des Speisekreises 20 kann mittels eines Transistors Tr1 kurzgeschlossen werden, wenn der Niedrigtarif schalter 8 schließt. Zu diesem Zweck ist die Basis des Transistors über einen Widerstand R3 und eine Diode D3 mit Netzzuleitung 7 hinter dem Schalter 8 verbunden.

Der Entladeeingang 16 ist mit einem Abfragekreis 19 verbunden. Dieser besteht aus zwei parallelgeschalteten Widerständen R4 und R5, die zwischen die Diode D2 und die Netzzuleitung 7 hinter dem Niedrigtarifschalter 8 gelegt sind. Der Abfragekreis 19 wird daher wirksam, sobald der Niedrigtarifschalter 8 geschlossen worden ist. Beide Widerstände R4 und R5 sind temperaturabhängige Widerstände, nämlich NTC-Widerstände. R4 ist der Außentemperatur ausgesetzt. R5 i»t der Temperatur des Speicherkerns ausgesetzt, wie es strichpunktiert angedeutet ist; er liegt daher entweder am Speicherkern an oder ist im Luftkanal untergebracht. Je höher die Außentemperatur und $e höher die Speicherkerntemperatur, um

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so größer ist der Abfragestrom und um so kürzer die Abfragezeit, die hier mit der Aufladezeit identisch ist.

Da die ungeregelte Wärmeabgabe der Speicherheizung von der Kerntemperatur abhängt, kann auch der Widerstand R2 als NTC-Widerstand ausgebildet sein, so daß der Integrationsstrom mit sinkender Kerntemperatur ebenfalls sinkt. Ferner können die Widerstände R4 und R5 auch in Reihe geschaltet sein, wenn ihre Charakteristik entsprechend angepaßt ist.

Der Betrieb dieser Einrichtung verläuft in folgender Weise. Der aufgeladene Speicherkern 2 gibt während der Hochtarifperiode kontinuierlich durch Strahlung und Konvektion sowie auf Anforderung des Thermostatschalters 12 zwangsweise mittels des Gebläses 4 Wärme ab. Beide Entladungsarten werden durch Stromkenngrößen im Speisekreis 18 erfaßt. Diese Stromkenngrößen werden im Integrator 14 integriert. Sobald der Niedrigtarifschalter 8 schließt, wird der Speisekreis 18 unwirksam gemacht und der Abfragekreis 19 tritt in Tätigkeit. Der Abfragestrom ist nicht konstant, sondern durch Außentemperatur und Kerntemperatur korrigiert. Infolgedessen ergibt sich eine Abfragezeit, die nicht nur von dem Integrationswert des Integrators 14 zu Beginn der Niedrigtarifperiode, sondern auch von der Außentemperatur und der Kerntemperatur während der Niedrigtarifperiode bestimmt wird. Sobald der Integrator 14 völlig entladen ist, spricht die Schaltvorrichtung 17 an und öffnet den Aufladeschalter 10. Damit hat die Speicherheizung einen Aufladezustand erreicht, der dem zu erwartenden Bedarf bei optimaler Kerntemperatur aktuell angepaßt ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 werden dieselben Teile wie in Fig. 1 verwendet. Unterschiedlich ist lediglich, daß statt der veränderbaren Widerstände R4 und R5 ein fester, gegebenenfalls justierbarer Widerstand R6 im Abfragekreis vorgesehen ist. Der Abfragestrom ist daher konstant. Des weiteren ist ein Vergleicher 20 vorgesehen, dessen Eingang 21 den Ladungszustand des Integrators 14 in der Form einer Spannung oder eines Stromes mißt

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an eine konstante Gleichspannung gelegten und an dessen Eingang 22 mittels eines/Spannungsteilers aus den Widerständen R7 und R9 ein fester Schwellenwert angelegt ist. Dem Widerstand R7 ist ein temperaturabhängiger Widerstand R9 parallelgeschaltet, der der Kerntemperatur ausgesetzt ist. R9 bildet daher eine Korrekturschaltung, mitderen Hilfe eine Differenz zwischen dem ursprünglichen Schwellenwert und dem tatsächlichen Ansprechwert erzeugt wird, welche Differenz temperaturabhängig ist. Wenn der Integrator 14 bei dieser Auswertung nicht vollständig entladen sein sollte, kann eine Zusatzvorrichtung gesehen werden, die ihn vor Beginn der nächsten Hochtarifperiode vollständig entlädt. Statt des Widerstandes R9 oder zusätzlich zu ihm kann auch ein von der Außentemperatur abhängiger Widerstand vorgesehen werden.

Es sind noch zahlreiche weitere Abwandlungen möglich. Beispielsweise braucht die Integration nicht elektrisch zu erfolgen; vielmehr kann dies auch mechanisch geschehen. Im Abfragekreis können auch wahlweise einschaltbare Widerstände vorgesehen sein, welche beispielsweise ein Wochenendprogramm steuern. Wenn die Widerstände R2 und R5 NTC-Widerstände sind, genügt in manchen Fällen auch ein einziges Widerstandselement, das durch einen Umschalter abwechsäLnd in den Speisekreis und in den Abfragekreis gelegt wird. Durch Umkehrung derTaktverhältnisse kann die Integration auch in der Weise erfolgen, daß die Zeiten integriert werden, in denen das Gebläse 4 nicht läuft; dann wird der Aufladesehalter 10 erst geschlossen, wenn die Abfragezeit beendet ist und die Aufladung des Speicherkerns wird dann bis zum Ende der Niedrigtarifperiode durchgeführt.

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Claims

_ 9 Patentansprüche

.!Verfahren zum Auf- und Entladen einer elektrischen Speicherte·^ heizung, bei der während eines ersten Betriebszustandes eine für die Speicherentladung maßgebende Kenngröße zur Bildung eines Integrationswertes und während eines zweiten Betriebszustandes eine den Integrationswert auflösende Abfragegröße zugeführt und die Abfragezeit bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abfrageendwertes des Integrationswertes als Maß für die Aufladung genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragegröße und/oder der Abfrageendwert eine Funktion wenigstens einer änderbaren Steuergröße ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragegröße und/oder der Abfrageendwert eine Funktion der Kerntemperatur der Speicherheizung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragegröße und/oder der Abfrageendwert eine Funktion der Außentemperatur ist.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, mit einem Stromintegrator, einem Speisekreis, über den dem Stromintegrator ein Kenngrößenstrom, und einem Abfragekreis, über den ihm ein Abfragestrom zuführbar ist, sowie einer bei Erreichen des Abfrageendwerts ansprechenden Schaltvorrichtung zur Beeinflussung der Aufladung, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragekreis (19) mindestens ein Steuerglied (R4, R5) aufweist, mit dessen Hilfe der Abfragestrom änderbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied ein temperaturabhängiger Widerstand (R4, R5) ist, der einer die Steuergröße bildenden Temperatur ausgesetzt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragekreis einen ersten, der Speicherkerntemperatur ausgesetzten (R5) und einen zweiten, der Außentemperatur

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ausgesetzten (R4), temperaturabhängigen Steuerwiderstand aufweist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines von der Raumtemperatur gesteuerten Zwei-Stellungs-Thermostatschalters (12) als Teil des Speisekreises (18) das Steuerglied (R5) von der Speicherkerntemperatur abhängig ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-7» dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung mit Wechselstrom der Speisekreis (18) über eine Diode (D1) und der Abfragekreis (19) über eine entgegengesetzt gepolte Diode (D2) an den Stromintegrator (14) angeschlossen ist und eine vom Betriebszustand abhängige Umschaltvorrichtung wahlweise den Speise- oder den Abfragekreis wirksam macht.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisekreis (18) vor und der Abfragekreis (19) hinter Niedrigtarif schalter (8) mit der Netzzuleitung (7) verbunden ist und die ümschaltvorrichtung aus dem Niedrigtarifschalter (8) und einem den Ausgang des Speisekreises (18) kurzschließenden Transistor (Tr1) besteht, dessen Basis über eine Diode (D3) ebenfalls mit der Netzzuleitung (7) hinter dem Niedrigtarif schalter verbunden ist.
10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 3, mit einem Integrator, einem Speisekreis, über den dem Integrator eine Kenngröße, und einem Abfragekreis, Ober den ihm eine Abfragegröße zuführbar ist, sowie einer bei Erreichen des Abfrage endwertes ansprechenden Schaltvorrichtung zur Beeinflussung der Aufladung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorrichtung (17) mindestens ein Steuerglied (R8) zugeordnet ist, mit dessen Hilfe der Abfrageendwert änderbar ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorrichtung (17) ein Vergleicher (20) zugeordnet ist, der den Integrationswert des Integrators (14) mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und beim Vorhandensein einer vorgegebenen Differenz ein Schaltsignal abgibt, und daß eine das Steuerglied (R8) aufweisende Korrekturschaltung zur Festlegung der Differenz vorgesehen ist.

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