DE4213072C2 - Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Speicherheizgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Speicherheizgeräts, bei dem ein Speicherkern während Freigabeperioden durch einen Aufladeregler gesteuert aufgeladen wird.

Aus der DE-OS 15 40 864 und der DE-OS 19 43 595 bekannte elektrische Speicherheizgeräte besitzen einen Speicherkern, der mit Hilfe elektrischer Widerstandsheizungen aufladbar ist. Die im Speicherkern gespeicherte Wärme wird ei­ nerseits als statische Wärme und andererseits kontrolliert über einen steuerbaren Lüfter als dynamische Wärme an den zu behei­ zenden Raum abgegeben. Die statische Wärmeabgabe hängt von der konstruktiven Gestaltung des Speicherheizgerätes, insbesondere der Wärmeisolation des Speicherkerns, und der Speicherkerntem­ peratur ab.

Das Aufladen des Speicherkerns wird durch den Aufladeregler gesteuert. In Abhängigkeit von einem für die folgende Heiz- bzw. Entladeperiode prognostizierten oder eingestellten Wärme­ bedarf steuert der Aufladeregler den Grad des Aufladens des Speicherkerns zwischen 0%, d. h. keiner Aufladung, und 100%, d. h. bei der Abschalttemperatur. Die Abschalttempe­ ratur ist der konstruktiven Gestaltung des Speicherheizgeräts, insbesondere der Kapazität des Speicherkerns angepaßt.

Ist der prognostizierte oder eingestellte Wärmebedarf sehr hoch, so wird der Speicherkern maximal aufgeladen (100%). Bei der Abschalttemperatur ergibt sich naturgemäß ein Maximum der statischen Wärmeabgabe. Da die Abschalttemperatur und folglich die maximale statische Wärmeabgabe den konstrukti­ ven Parametern des Speicherheizgerätes, aber nicht den Auf­ stellbedingungen des zu beheizenden Raumes angepaßt sind, kann es trotz richtiger Dimensionierung des Speicherheizgerätes durch die statische Wärmeabgabe zu einer Überheizung des Raumes kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Größe des Speicherheizgerätes bzw. dessen maximale statische Wärmeabgabe zwar der Raumgröße für einen normalen Wärmebedarf angepaßt ist, aber zusätzliche Wärmegewinne, beispielsweise über Fußboden und Wärme von benachbarten beheizten Räumen oder durch eine intensive Sonneneinstrahlung nicht berücksichtigt wurden. Die ungewollte Überheizung des Raumes führt zu einem unnötigen Energieverbrauch. Dies mußte bisher hingenommen werden, um die Anzahl von Geräteausführungen mit Unterschiedlichen Leistungs­ stufen in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit von Speicherheizgeräten ohne Einbußen an Benutzerkomfort zu verbes­ sern.

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Spei­ cherheizgeräts der o.g. Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Aufladeregler verwendet wird, bei dem unterschiedliche Werte der Abschalttemperatur vorein­ gestellt werden können, daß die Einsatzbedingungen des Spei­ cherheizgeräts am Aufstellort bestimmt werden, und daß danach in Anpassung an die Einsatzbedingungen am Aufstellort ein Wert für die Abschalttemperatur eingestellt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß aus den Einsatzbedingungen am Aufstellort resultierende Wärmegewinne noch bei der Installa­ tion berücksichtigt werden können. Dies gelingt einfach durch Änderung der Voreinstellung bzw. Umprogrammierung des Auflade­ reglers derart, daß die Abschalttemperatur des Spei­ cherkerns verringert wird. Die statische Wärmeabgabe läßt sich daher problemlos - z. B. einmalig bei Installation des Heizge­ räts - korrigieren. Die Anzahl der vom Hersteller angebotenen Leistungsstufen von Speicherheizgeräten kann entsprechend der dynamischen Wärmeabgabe in wirtschaftlichen Grenzen gehalten werden.

Bei der Bestimmung der Einsatzbedingungen am Aufstellort des Speicherheizgerätes werden mögliche Wärmegewinne (beheizte Nachbarräume, Sonneneinstrahlung, weitere Wärmequellen im Raum) und deren mögliche Schwankungen berücksichtigt. Vorzugsweise wird die Abschalttemperatur durch Variation der maxi­ malen Speicherkerntemperatur eingestellt. Aus der Einstellung der Abschalttemperatur ergibt sich eine maximale statische Wärmeabgabe. Diese statische Wärmeabgabe kann durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Wert be­ grenzt werden, bei dem eine Überheizung des Raumes bei zusätz­ lichen Wärmegewinnen und somit ein unnötiger Energiebrauch ver­ mieden werden. Dies gewinnt umso mehr an Bedeutung, je weniger Heizwärmebedarf ein Raum pro Fläche aufweist, insbesondere bei den im Zuge einer geplanten Novellierung der Wärmeschutzverord­ nung zu erwartenden Niedrigenergiehäusern. Die Bestimmung der Einsatzbedingungen am Aufstellort wird erstmalig vor der In­ stallation des Speicherheizgerätes vorgenommen. Vor oder bei der Installation wird dann die Abschalttemperatur ein­ gestellt. Eine Bestimmung der Aufstellbedingungen und eine an­ schließendes Einstellen der Abschalttemperatur können ggf. nach baulichen Veränderungen des Raumes wiederholt werden.

Vorzugsweise werden ein als elektronische Baugruppe ausge­ bildeter Aufladeregler und als Mittel zum Einstellen der Abschalttemperatur wenigstens ein einer Steckvorrichtung zugeordneter Jumper verwendet. Der elektronische Aufladeregler ist in Abhängigkeit von der Jumperstellung voreingestellt bzw. programmiert. Der Installateur kann auf einfache Weise durch Umstecken des Jumpers von der höchsten Abschalttem­ peratur entsprechend der maximalen Speicherkapazität des Spei­ cherheizgeräts auf eine niedrigere Abschalttemperatur umstellen. Die Steckplätze des Jumpers sind entsprechend ge­ kennzeichnet. Da der Aufladegrad des Speicherkerns einer be­ stimmten Speicherkerntemperatur entspricht, ist der jeweils eingestellten Abschalttemperatur eine maximale Spei­ cherkerntemperatur zugeordnet. Bei Erreichen dieser maximalen Speicherkerntemperatur beim Aufladen des Speicherkerns wird die Stromversorgung der den Speicherkern aufladenden Heizwi­ derstände abgeschaltet. Zur Kennzeichnung der eingestellten Abschalttemperatur können an den jeweiligen Jumper­ steckpositionen die entsprechenden Abschalttemperaturen ange­ geben werden.

Vorzugsweise ist der Aufladeregler so ausgebildet, daß die Charakteristik des Aufladereglers unabhängig von Variationen der voreingestellten Abschalttemperatur konstant ist. Dadurch bleibt auch bei einer Änderung der Abschalttemperatur des Aufladereglers die Charakteristik der Fremdansteuerbarkeit, beispielsweise durch eine Steuerspannung, im vollen Umfang zwi­ schen 0% und 100% erhalten, wobei 100% dem jeweiligen Abschalt­ punkt, d. h. der Abschalttemperatur zugeordnet sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich­ nung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Auf­ ladesteuerung eines Speicherheizgeräts; und

Fig. 2 einen Aufladeregler mit einem Jumper zur Vorein­ stellung der Abschalttemperatur des Speicherkerns.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild der Aufladesteuerung des Speicherheizgeräts dargestellt. In einem Speicherkern 10 des Speicherheizgerätes sind eine Widerstands­ heizung 11 zum Aufladen des Speicherkerns und ein PTC-Wärmefüh­ ler 12 zum Messen der Speicherkerntemperatur ϑ_ist angeordnet. Ein Aufladeregler 20 regelt den Aufladestrom der über die Lei­ tungen 13 an die Klemmen SH und N angeschlossenen Speicherkern- Widerstandsheizung 11. Die Steuerung des Aufladestroms ge­ schieht mit Hilfe eines Triac 21, dessen Steuerelektrode von einem Regelverstärker 22 angesteuert wird. Der Regelverstärker 22 steuert den Triac 21 u. a. in Abhängigkeit von der vom PTC- Wärmefühler 12 gemessenen Ist-Temperatur ϑ_ist im Speicherkern 10. Der Sollwert der Aufladung wird von einer Steuerspannung U_ST vorgegeben. Die Steuerspannung wird von einem (nicht darge­ stellten) Zentral- bzw. Gruppensteuergerät über die Klemmen 23 dem Aufladeregler 20 zugeführt. Beim beschriebenen Ausführungs­ beispiel beträgt die Steuerspannung U_ST für einen Aufladegrad von 0% (keine Aufladung, 20°C) 1,43 Volt und für einen Auflade­ grad von 100% (maximale Speicherkerntemperatur) 0,91 Volt. Der 100%-Wert der Speicherkernaufladung, d. h. die maximale Spei­ cherkerntemperatur, kann auf verschiedene Werte eingestellt werden. Über ein externes Potentiometer 24 kann zusätzlich der Sollwert der Aufladung des Speicherkerns von maximal 100% bis auf 0% reduziert werden. Dabei wird durch den Aufladeregler 20 im Speicherkern 10 ein Temperatur-Istwert eingestellt, der um einen durch das Potentiometer 24 vorgegebenen Wert unter dem von der Steuerspannung U_ST vorgegebenen Sollwert liegt. Wenn die Aufladung des Speicherheizgerätes unabhängig von einem Zen­ tral- bzw. Gruppensteuergerät gesteuert wird, so werden die Klemmen 23 kurzgeschlossen oder nicht beschaltet. Dann wird die Aufladung nur durch den vom Potentiometer 24 vorgegebenen Soll­ wert beeinflußt.

Die Stromversorgung der elektronischen Baugruppen des Auf­ ladereglers 20 übernimmt die Stromversorgungsbaugruppe 25, die an die Netzanschlußklemmen L und N angekoppelt ist. Über die Netzspannungsklemmen L und N werden der Aufnahmeregler 20 und die Widerstandsheizung 11 über das (nicht dargestellte) Zen­ tralsteuergerät des Energieversorgungsunternehmens während der Freigabe- bzw. Niedrigtarifzeiten mit Spannung versorgt.

Das Elektrospeicherheizgerät verfügt über einen Entladereg­ ler, der einen Lüfter und damit die dynamische Wärmeabfuhr vom Speicherkern in den zu beheizenden Raum steuert. Im Gegensatz zur dynamischen Wärmeabgabe läßt sich die statische Wärmeabgabe im Betrieb nicht kontrollieren. Sie ist von der Differenz zwi­ schen Speicherkerntemperatur und Umgebungstemperatur und von konstruktiven Parametern des Speicherheizgeräts abhängig. Dies­ bezügliche Anforderungen an Elektrospeicherheizgeräte sind in der DIN 44572 definiert. Demzufolge müssen Elektrospeicherheiz­ geräte nach einer Standdauer von 16 Stunden einen Restwärmein­ halt von 40% besitzen; d. h., etwa 60% der gespeicherten Wärme­ menge werden statisch über die Oberfläche abgegeben. Das Maxi­ mum der statischen Wärmeabgabe ergibt sich naturgemäß während des Zustandes der Abschalttemperatur des Speicher­ kerns 10. Jedes Speicherheizgerät wird so dimensioniert, daß seine maximale statische Wärmeabgabe dem Wärmebedarf des zu be­ heizenden Raums ohne zusätzliche Wärmegewinne entspricht. Um am Aufstellort anfallende zusätzliche Wärmegewinne nutzen zu kön­ nen, weist das erfindungsgemäße Speicherheizgerät eine Ein­ stellmöglichkeit zum Verringern der maximalen statischen Wärme­ abgabe durch eine Verringerung der maximalen Speicherkerntem­ peratur auf. Am Aufladeregler 20 sind mehrere Steckplätze 26 mit Pins zum Aufstecken eines Jumpers 27 vorgesehen, mit deren Hilfe die maximale Speicherkerntemperatur und somit das Maximum der statischen Wärmeabgabe eingestellt werden kann.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Aufladereglers 20 dargestellt, wobei die Steckplätze 26 und der Jumper 27 sicht­ bar sind. In einer Ausschnittsvergrößerung ist die Kennzeich­ nung der Steckplätze veranschaulicht. Der 100%-Wert der Aufla­ dung kann durch eine steckbare Brücke (Jumper) in sechs Stufen (160°C-300°C) eingestellt werden. Bei der Jumperposition gemäß Fig. 2 ist eine maximale Speicherkerntemperatur bzw. Abschalt­ temperatur von 180°C eingestellt. Daneben sind in Fig. 2 die Anschlußklemmen 28 für den PTC-Wärmefühler und die Steckan­ schlüsse 29 zum Anschließen der Stromversorgung (L, N), der Wi­ derstandsheizung 11, der Steuerspannung U_ST und des Potentiome­ ters 24 dargestellt. Der Aufladeregler 20 ist im Elektrospei­ cherheizgerät so angeordnet, daß der Jumper 27 bei der Instal­ lation des Gerätes leicht zugänglich und einfach umsteckbar ist.

Vor der Installation des Gerätes werden vom Installateur die Einsatzbedingungen des Aufstellortes bestimmt. Wichtig ist die Erfassung aller Wärmegewinne des Aufstellortes, wie die La­ ge der Außenwände des Raumes, mögliche Wärmegewinne über den Fußboden, Wärmequellen im Raum und äußere Einstrahlungsquellen (Sonne bei sonnenzugewandten Räumen) . Bei der Installation des Speicherheizgeräts werden dann die notwendigen Verbindungslei­ tungen angeschlossen und der Jumper 27 auf eine zuvor ermit­ telte Steckposition eingestellt.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwand­ lungen möglich. Neben der Steuerung der Abschalttem­ peratur des Speicherkerns ist auch eine Steuerung der Abschalt­ temperatur mehrerer Stufen eines Speicherkerns denkbar, wobei zur Verringerung der Abschalttemperatur eine Stufe des Speicherkerns mit verminderter Leistung betrieben oder ab­ geschaltet werden kann. Als Mittel zum Einstellen der Abschalttemperatur können anstelle eines Jumpers auch DIP- oder andere Schalter vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Aufnahmereglers zur Anpassung der Regel­ einrichtung an verschiedene Bauausführungen von Speicherkernen mit unterschiedlichen Maximaltemperaturen denkbar.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Speicherheiz­ geräts, bei dem ein Speicherkern während Freigabeperioden durch einen Aufladeregler gesteuert aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet ,
daß ein Aufladeregler verwendet wird, bei dem unterschied­ liche Werte der Abschalttemperatur voreingestellt werden können,
daß die Einsatzbedingungen des Speicherheizgeräts am Auf­ stellort bestimmt werden, und
daß danach in Anpassung an die Einsatzbedingungen am Auf­ stellort ein Sollwert für die Abschalttemperatur ein­ gestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalttemperatur durch Variation der maximalen Speicherkerntemperatur eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein elektronischer Aufladeregler verwendet und die Abschalttemperatur durch Umstecken eines Jumpers einer Steckvorrichtung geändert wird.