DE2539117B2

DE2539117B2 - Verfahren und Einrichtung zur Aufladung einer elektrischen Speicherheizung

Info

Publication number: DE2539117B2
Application number: DE2539117A
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: 1978-08-10
Also published as: DE2539117C3; DK387776A; GB1553611A; US4213032A; FR2323285B1; JPS5233346A; DE2539117A1; FR2323285A1; IT1071433B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufladung einer elektrischen Speicherheizung, bei dem während der Hochtarifzeit eine für die Entladung des Speichers maßgebende Kenngröße integriert wird, der so gebildete hitegrationswert während der Niedertarifzeit durch eine Abfragegröße bis zu einem vorgegebenen Abfrageendwert aufgelöst wird und bei Erreichen dieses Abfrageendwerts ein Schaltvorgang zur Beeinflussung der Aufladung erfolgt, und auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt (DE-OS 22 17 068), 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 Niedrigtarif zeit 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.

Dieses Verfahren hielt der Urheber für so genau, daß auf eine Erfassung der Außentemperatur und der Restwärme des Speicherheizgerätes verzichtet werden sollte. Allerdings ist im Ausführungsbeispiel zur Korrektur noch eine Integrationsvorrichtung zur Freigabe für eine Nachladung während zusätzlicher Niedertarifzeiten vorgesehen. Bei dieser Einrichtung

können für die Aufladung nur solche Daten verwendet werden, die während der Tagzeit berücksichtigt worden sind.

Des weiteren ist eine Aufladesteuerung bekannt (DE-AS 17 65 961), bei der ein als Integrator wirkender Kondensator zu Beginn der Niedrigtarifzeit auf einen konstanten Wert aufgeladen wird, dann über einen konstanten Widerstand entladen wird und bei Erreichen einer außentemperaturabhängigen Schwelle durch Auslösung eines Schaltvorganges die Aufladung beginnen läßt. Diese Aufladung endet in Abhängigkeit vom Laderegler des Gerätes, der wiederum außentemperaturabhängig gesteuert wird. Dies entspricht im wesentlichen der außentemperaturabhängigen Vorlaufsteue-

rung einer Zentralheizungsanlage. Bei dieser Anordnung erfolgt die Datensammlung nur während der Nachtzeit

Des weiteren ist bekannt, den Wert für die Aufladung des Speicherheizgerätes von einem Raumthei mostaten abzuleiten (DE-OS 16 15 307, DE-AS 21 52 812). Es gibt auch einen Vorschlag (DE-PS 24 Ol 659), 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 Abfrageendwert eine Funktion wenigstens einer änderbaren Steuergröße ist.

Bei diesem Verfahren ist die Aufladezeit nicht bereits zu Beginn der Niedrigtarifzeit festgelegt, sondern wird durch höchst aktuelle Daten, die noch in der Niedrigtarifzeit bis zum Ende des Abfragens auftreten, korrigiert Durch Ausnutzung der Daten während beider Zeiträume ergibt sich eine hohe Genauigkeit; dies steht im Gegensatz zu den bekannten Steuerungen, bei denen die Datensammlung entweder nur während der Tagzeit oder nur während der Nachtzeit erfolgte. Wichtig ist ferner, daß die Integrationsfunktionen, die bei den bekannten Steuerungen je einen Integrator inmitten zahlreicher anderer Schaltungsbestandteile erforderten erfindungsgemäß in einem Integrator zusammengefaßt sind. Sowohl durch eine Änderung der Abfragegröße als auch durch eine Änderung des Abfrageendwertes erhält man eine aktuell korrigierte Abfragezeit, wobei die Benutzung der in neuartiger Weise änderbaren 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.

Besonders günstig ist es, wenn die Abfragegröße und/oder der 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.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß 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 Kenngrößenstrorii, und einem

ίο 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.

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 Speiseoder den Abfragekreis wirksam macht. Hierbei kann der Speisekreis vor und der Abfragekreis hinter dem Niedrigtarifschalter mit der Netzzuleitung verbunden sein und die Umschaltvorrichtung aus dem Niedrigtarifschalter und einem den Ausgang des Speisekreises kurzschließenden Tranistor 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 für die Entladung des Speichers maßgebende Kenngröße, und einem Abfragekreis, über den ihm eine Abfragegröße zuführbar ist, sowie einer bei Erreichen des Abfrageendwertes ansprechenden Schaltvorrichtung zur Beeinflussung der Aufladung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorrichtung mindestens ein Steuerglied zugeordnet ist, mit dessen Hilfe der Abfrageendwert änderbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung einen Vergleicher auf, der den Integrationswert des Integrators mit einem vorgegebe-

nen 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 zeigt

F i g. 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.

Ein Stromintegrator 14 hat einen Aufladeeingang 15 mit zugehöriger Diode D1 und einen Entladeeingang 16, mit zugehöriger, entgegengesetzt gepolter Diode D 2. 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 Stromintegrator 14 vollständig entladen ist und öffnet dann den Aufladeschalter 10.

Der Aufladeeingang 15 des Stromintegrators 14 wird über einen Spreisekreis 18 versorgt, der außer dem Thermostatschalter 12 einen Widerstand R 1 in Reihe mit diesem Schalter und einen Widerstand R 2 parallel zu dieser Reihenschaltung aufweist. Über den Widerstand R1 fließt ein Integrationsstrom, der der Laufzeit des Gebläses 4, d. h. dem angeforderten Wärmebedarf des Raumes proportional ist. Über den Widerstand R 2 fließt dauernd ein Integrationsstrom, der der ungeregelten Wärmeabgabe des Speicherkerns 2 durch Konvektion und Strahlung Rechnung trägt. Der Ausgang des Speisekreises 18 kann mittels eines Transistors Tr 1 kurzgeschlossen werden, wenn der Niedrigtarifschalter 8 schließt. Zu diesem Zweck ist die Basis des Transistors über einen Widerstand R 3 und eine Diode D 3 mit Netzzuleitung 7 hinter dem Schalter 8 verbunden.

Der Entladeeingang 16 ist mit einem Abfragekreis 19 verbunden. Dieser besteht aus zwei parallelgeschalteten Widerständen R 4 und /75, die zwischen die Diode D 2 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 A4 und R5 sind temperaturabhängige Widerstände, nämlich NTC-Widerstände. R> ist der Außentemperatur ausgesetzt. RS ist de Temperatur des Speicherkerns ausgesetzt, wie e: strichpunktiert angedeutet ist; er liegt daher entwede am Speicherkern an oder ist im Luftkanal unterge bracht. Je höher die Außentemperatur und je höher di< Speicherkerntemperatur, um so größer ist der Abfrage strom und um so kürzer die Abfragezeit, die hier mit dei Aufladezeit identisch ist.

ίο Da die ungeregelte Wärmeabgabe der Speicherhei zung von der Kerntemperatur abhängt, kann auch dei Widerstand R 2 als NTC-Widerstand ausgebildet sein so daß der Integrationsstrom mit sinkender Kerntempe ratur ebenfalls sinkt Ferner können die Widerstand!

R 4 und RS auch in Reihe geschaltet sein, wenn ihn Charakteristik entsprechend angepaßt ist

Der Betrieb dieser Einrichtung verläuft in folgendei Weise. Der aufgeladene Speicherkern 2 gibt währenc der Hochtarifperiode kontinuierlich durch Strahlung und Konvektion sowie auf Anforderung des Thermo statschalters 12 zwangsweise mittels des Gebläses ' Wärme ab. Beide Entladungsarten werden durcl Stromkenngrößen im Speisekreis 18 erfaßt. Diese Stromkenngrößen werden im Stromintegrator 1* integriert. Sobald der Niedrigtarif schalter 8 schließt wird der Speisekreis 18 unwirksam gemacht und dei Abfragekreis 19 tritt in Tätigkeit. Der Abfragestrom is nicht konstant, sondern durch Außentemperatur unc Kerntemperatur korrigiert. Infolgedessen ergibt sid eine Abfragezeit, die nicht nur von dem Integrations wert des Stromintegrators 14 zu Beginn der Niedrigta rifperiode, sondern auch von der Außentemperatur unc der Kerntemperatur während der Niedrigtarifperiod« bestimmt wird. Sobald der Stromintegrator 14 völlig entladen ist, spricht die Schaltvorrichtung 17 an unc öffnet den Aufladeschalter 10. Damit hat die Speicherheizung einen Aufladezustand erreicht, der dem zi erwartenden Bedarf bei optimaler Kerntemperatui aktuell angepaßt ist.

Bei der Ausführung nach Fig.2 werden dieselber Teile wie in F i g. 1 verwendet. Unterschiedlich isi lediglich, daß statt der veränderbaren Widerstände R A und R 5 ein fester, gegebenenfalls justierbarer Widerstand R 6 im Abfragekreis vorgesehen ist. Dei Abfragestrom ist daher konstant. Des weiteren ist eir Vergleicher 20 vorgesehen, dessen Eingang 21 der Ladungszustand des Stromintegrators 14 in der Forrr einer Spannung oder eines Stromes mißt und an desser Eingang 22 mittels eines an eine konstante Gleichspan nung gelegten Spannungsteilers aus den Widerständer R 7 und R 9 ein fester Schwellenwert angelegt ist. Den: Widerstand R 7 ist ein temperaturabhängiger Widerstand R 9 parallel geschaltet, der der Kerntemperatui ausgesetzt ist. R 9 bildet daher eine Korrekturschaltung mit deren Hilfe eine Differenz zwischen dem ursprüngli chen Schwellenwert und dem tatsächlichen Ansprechwert erzeugt wird, welche Differenz temperaturabhängig ist. Wenn der Stromintegrator 14 bei diesel Auswertung nicht vollständig entladen sein sollte, kanr eine Zusatzvorrichtung gesehen werden, die ihn voi Beginn der nächsten Hochtarifperiode vollständig entlädt. Statt des Widerstandes R 9 oder zusätzlich zi ihm kann auch ein von der Außentemperatur abhängiger Widerstand vorgesehen werden.

Es sind noch zahlreiche weitere Abwandlunger möglich. Beispielsweise braucht die Integration nicht elektrisch zu erfolgen; vielmehr kann dies auch mechanisch geschehen. Im Abfragekreis können auch

wahlweise einschaltbare Widerstände vorgesehen sein, weiche beispielsweise ein Wochenendprogramm steuern. Wenn die Widerstände R 2 und R 5 NTC-Widerstände sind, genügt in manchen Fällen auch ein einziges Widerstandselement, das durch einen Umschalter abwechselnd in den Speisekreis und in den Abfragekreis gelegt wird. Durch Umkehrung der

Taktverhältnisse kann die Integration auch in der Weise erfolgen, daß die Zeiten integriert werden, in denen das Gebläse 4 nicht läuft; dann wird der Aufladeschalter 10 erst geschlossen, wenn die Abfragezeit beendet ist und die Aufladung des Speicherkems wird dann bis zum Ende der Niedrigtarifperiode durchgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufladung einer elektrischen Speicherheizung, bei dem während der Hochtarifzeit eine für die Entladung des Speichers maßgebende Kenngröße integriert wird, der so gebildete Integrationswert während der Niedertarifzeit durch eine Abfragegröße bis zu einem vorgegebenen Abfrageendwert aufgelöst wird und bei Erreichen dieses Abfrageendwerts ein Schaltvorgang zur Beeinflussung der Aufladung erfolgt, 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 Abfrageeridwert eine Funktion der Kerntemperatur der Speicherheizung ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragegröße und/oder der Abfrageeridwert 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 (R 4, RS) aufweist, mit dessen Hilfe der Abfragestrom änderbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied ein temperaturabhängiger Widerstand (R 4, RS) ist, der einer die Steuergröße bildenden Temperatur ausgesetzt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfragekreis einen ersten, der Speicherkerntemperatur ausgesetzten (R 5) und einen zweiten, der Außentemperatur ausgesetzten (R 4), 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 (RS) von der Speicherkerntemperatur abhängig ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4—7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung mit Wechselstrom der Speisekreis (18) über ein Diode (D 1) und der Abfragekreis (19) über eine entgegengesetzt gepolte Diode (D 2) an den Stromintegrator (14) angeschlossen ist und eine vom Betriebszustand abhängige Umschaltvorrichtung wahlweise den Speise- oder an den Abfragekreis wirksam macht.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisekreis (18) vor und der Abfragekreis (19) hinter dem Niedrigtarifschalter (8) mit der Netzzuleitung (7) verbunden ist und die Umschaltvorrichtung aus dem Niedrigtarifschalter (8) und einem den Ausgang des Speisekreises (18) kurzschließenden Tranistor (TrI) besteht, dessen Basis über eine Diode (D 3) ebenfalls mit der Netzzuleitung (7) hinter dem Niedrigtarifschalter verbunden ist.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

nach einem der Ansprüche 1 —3, mit einem Stromintegrator, einem Speisekreis, über den dem Stromintegrator eine für die Entladung des Speichers maßgebende Kenngröße, und einem Abfragekreis, über den ihm eine Abfragegröße zuführbar ist, sowie einer bei Erreichen des Abfrageendwertes ansprechenden Schaltvorrichtung zur Beeinflussung der Aufladung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorrichtung (17) mindestens ein Steuerglied (R 8) ίο 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 Integrals tionswert des Stromintegrators (14) mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und beim Vorhandensein einer vorgegebenen Differenz ein Schaltsignal abgibt, und daß eine das Steuerglied (R Ά) aufweisende Korrekturschaltung zur Festlegung der Differenz vorgesehen ist.