DE632339C

DE632339C - Electrically heated central heating system

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Publication number: DE632339C
Application number: DES114861D
Authority: DE
Original assignee: WALTER VON SAUER DIPL ING
Current assignee: WALTER VON SAUER DIPL ING
Priority date: 1934-07-26
Filing date: 1934-07-26
Publication date: 1936-08-11

Description

Die elektrische Raumheizung ist in erster Linie ein wirtschaftliches Problem. In technischer Hinsicht ist zur Erzielung einer in jeder Beziehung vollwertigen Heizung lediglieh die Aufstellung von Widerstandsheizkörpern erforderlich, deren Wirksamkeit und Betriebssicherheit nichts zu wünschen übrigläßt. Derartige Anlagen vermochten in Deutschland keinen allgemeinen Eingang in die Praxis· zu finden, weil der kWh-Preis weit über den Kosten der Kohlenmenge liegt, durch deren Verbrennung S 64 Wärmeeinheiten erzeugt werden können, da er einen beträchtlichen Anteil für den Kapitaldienst enthält. Der Anteil des Preises für den Kapitaldienst richtet sich hierbei nach der jährlichen ßenutzungsdauer des betreffenden Stromverbrauchers und ist um so geringer, je höher die Benutzungsdauer ist.Electric space heating is primarily an economic problem. In technical In order to achieve a fully fledged heating system in every respect, respect is uniquely important the installation of resistance heating elements required, their effectiveness and Operational safety leaves nothing to be desired. Such investments were able to do in Germany cannot find general acceptance in practice because of the kWh price is far above the cost of the amount of coal, through the combustion of which S 64 thermal units can be generated, as it contains a considerable portion for the debt service. The share of the price for the debt service is based on the annual useful life of the relevant power consumer and is the lower, the higher the period of use is.

Die günstigste Ausnutzung eines Kraftwerkes wäre gegeben, wenn seine Anlagen über die ganze Dauer des Jahres gleichmäßig und voll belastet sein könnten. Die Belastungskurven der Elektrizitätswerke kranken aber durchweg an den typischen Abendspitzen und Nachtsenken, die im wesentlichen durch den Lichtbedarf in den Abendstunden und den Ausfall industrieller Belastung während der Nacht bedingt sind, also durch Faktoren, die sich schlechterdings nicht zugunsten einer vergleichsmäßigen Absatzverteilung beseitigen lassen. Aus diesem Grunde mußte sich das Bestreben der Elektrizitätswerke darauf richten, die Senken ihrer Belastungskurven durch solche Verbraucher auszufüllen, die ihrer Natur nach nur während der Talzeiten auftreten oder doch ohne Nachteil in diese Zeiten verlegt werden können.The most favorable utilization of a power plant would be given if its facilities could be evenly and fully loaded over the entire duration of the year. The load curves of the electricity companies are sick but consistently at the typical evening peaks and dips, which are essentially due to the need for light in the evening hours and the failure of industrial loads during of the night, i.e. by factors that are absolutely not in favor of each other an even distribution of sales can be eliminated. For this reason the endeavors of the electricity works had to be aim to fill in the sinks of their load curves through those consumers, which by their nature only occur during the valley times or at least without any disadvantage can be relocated to these times.

Es kamen hierfür als häusliche Verbraucher die elektrische ■ Küche und dort, wo kein Feuerungskessel hierfür vorhanden ist, der während der Nachtzeit aufgeheizte Heißwasserspeicher in Frage. Diese beiden Arten von Stromverbrauchern vermögen aber die Belastungstäler nur in sehr beschränklein Umfange auszufüllen.The electrical kitchen ■ came here as domestic consumers and where none There is a combustion boiler for this purpose, the hot water storage tank heated up during the night in question. However, these two types of electricity consumers can only manage the load valleys to a very limited extent Scope to fill in.

Ein Verbraucher, der in weit höherem Maße geeignet wäre, die Belaslungstäler auszufüllen, ist die elektrische Raumheizung, welche allerdings keinen höheren kWh-Preis als etwa 1,75 ShK verträgt, um mit dom Kohlehausbrand in Wettbewerb treten zu I können.A consumer who would be far more suitable to fill the Belaslung valleys is the electric room heating, which, however, cannot tolerate a higher kWh price than about 1.75 ShK in order to be able to compete with the coal house fire.

Betrachtet man das Problem der elektrischen Raumheizung von der tariflichen und wirtschaftlichen Seite, so taucht jedoch nunmehr ein technisches Problem, auf, nämlich die Frage, in welcher Weise ein auf elektrische Heizung eingerichtetes Gebäude während der erfahrungsgemäß je etwa dreistündigen Morgen- und Abendspitze voll geheizt werden kann, ohne Strom aus dem Netz zuLooking at the problem of electric space heating from the tariff and economic side, a technical problem now arises, namely the question of how a building equipped with electric heating during Experience has shown that the morning and evening peak, which lasts about three hours, is fully heated can be without electricity from the grid too

nehmen, da dieser nach Voraussetzung ja nur zur restlichen Talausfüllung mit einem wirtschaftlich in Frage kommenden ,Preis ab-' gegeben werden kann. Es liegt auf der Handjj 5' daß die eingangs erwähnten Widerstands-^ körper diesem" 'Erfordernis nicht gerecht zu werden vermögen.take, as this is only required to fill the remaining valley with a economically relevant 'price from-' can be given. It's on the handjj 5 'that the resistance bodies mentioned at the beginning do not meet this requirement will be able to.

Zur Lösung dieses Problems erscheinen schon eher die bekannten Zentralheizungsanlagen geeignet, die von einem elektrisch aufgeheizten Heißwasserspeicher gespeist werden, welcher während der Nachtzeit und gegebenenfalls auch während einiger Stunden in der Mittagszeit aufgeladen wird und so groß bemessen ist, daß er den gesamten maximalen Wärmebedarf des Hauses innerhalb eines Tages oder innerhalb eines noch größeren Zeitabschnittes zu decken vermag. So zweckmäßig solche Anlagen für größere Fabrik- oder Verwaltungsgebäude sein mögen, welche ohnehin ein eigenes Kesselhaus aufzuweisen pflegen, so wenig kommen sie a'ber für Wohnhäuser üblicher 'Bauart und Größe in -Frage, weil ein solcher Speicher, will man ihn nicht unter hohen Druck setzen, wie er in Wohnhäusern nicht zulässig wäre, Abmessungen aufweisen müßte, welche den Rauminhalt eines normalen Kohlenkellers weit überschreiten. Zwar könnte man das VoIumen des Speichers wesentlich verringern, wenn man einen entsprechenden Teil des täglichen Wärmebedarfes durch einen Feuerungskessel -deckt, der wahlweise an das Rohrsystem angeschlossen wird, wie es gleichfalls schon vorgeschlagen wurde, doch kann man solche Anlagen nicht mehr als elektrische Heizsysteme im eigentlichen Sinne des Wortes bezeichnen. Auch haben sie den schweren Nachteil, daß sie statt einer Vereinfachung der Wartung, wie man sie von einer elektrischen Heizung naturgemäß erwartet, einen wesentlichen Mehraufwand an Bedienung erfördern würden, indem der intermittierend arbeitende Feuerungskessel in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen immer wieder aufs neue aufgeheizt werden müßte. Daß ein solcher wechselweiser Betrieb überdies nicht zu der erstrebten Konstanthaltung" der Raumtemperatur beiträgt, liegt auf der Hand. Solche Feuerungsanlagen mit nebenbei vorgesehenem elektrischem Speicher hat man daher auch nur dort vorgeschlagen,, wo die Kohle verhältnismäßig teuer ist und zu gewissen Jahreszeiten sehr billiger Strop zur Verfügung steht, um also an Betriebskosten«- im Vergleich zum reinen Kohlebetrieb zu sparen, nicht aber, um die eigentlichen Vorteile' des elektrischen Betriebes, gegebenenfalls sogar unter Aufwendung' höherer Betriebskosten, ausnutzen zu können; diese Vorteile liegen namentlich in der Möglichkeit, mit geringstem Aufwand an zusätzlichen Einrichtungen und sogar ohne jede Wartung eine vollkommen selbsttätige Konstanthaltung der Raum- '; temperatur trotz Schwankung der Außentemvperatur innerhalb der praktisch auftretenden .Grenzen zu erreichen.To solve this problem, the known central heating systems seem more suitable, which are fed by an electrically heated hot water tank, which is charged during the night and possibly also for a few hours at noon and is so large that it takes the entire maximum heat demand of the house able to cover within a day or within an even greater period of time. As useful as such systems may be for larger factory or administrative buildings, which usually have their own boiler house anyway, they are not in question for residential buildings of the usual type and size, because such a storage facility is not wanted at a low level Put pressure in a way that would not be permissible in residential buildings, would have to have dimensions that far exceed the volume of a normal coal cellar. It is true that the volume of the storage tank could be reduced significantly if a corresponding part of the daily heat requirement is covered by a combustion boiler that is optionally connected to the pipe system, as has also already been proposed, but such systems can no longer be used as electrical heating systems in the denote the real sense of the word. They also have the serious disadvantage that instead of simplifying maintenance, as one naturally expects from an electric heater, they would require a considerable additional effort in terms of operation, as the intermittently operating boiler would have to be re-heated over and over again at relatively short intervals. It is obvious that such alternating operation does not contribute to keeping the room temperature constant. Such firing systems with an additional electrical storage device have therefore only been proposed where coal is relatively expensive and very cheap strop at certain times of the year is available to so operating costs "- to save compared to pure coal operations, but not to the actual benefits 'electrical operation, possibly even with the expenditure of' higher operating costs, take advantage of being able; these advantages are especially in the way, To achieve a completely automatic constant room temperature with the least amount of additional equipment and even without any maintenance , despite fluctuations in the outside temperature within the practically occurring limits.

' Um nun in weitgehender bis vollkommener Anpassung an das Belastungsdiagramm des Elektrizitätswerkes, also mit mehrstündiger Unterbrechung der Stromaufnahme, namentlich Wohnhäuser ausschließlich und kontinuierlich elektrisch heizen und hierbei die Raumtemperatur möglichst ohne jede Wartung konstant halten zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Vorlauf einer Zentralheizungsanlage während der Stromentnahmezeit von einem Durchlauferhitzer zu speisen und den Wärmebedarf während ^ der Stromsperrzeit ausschließlich durch einen während der. Stromentnahmezeit aufgeladenen Speicher zu decken, .wie an Hand der Zeichnung näher erläutert sei, die jedoch nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung vc-ranschaulicht. 'In order to be able to adapt to the load diagram of the Electricity works, i.e. with interruption of power consumption for several hours, in particular Heat residential buildings exclusively and continuously with electricity and, if possible, keep the room temperature without any maintenance To be able to keep constant, it is proposed according to the invention, the flow of a central heating system during the To feed electricity consumption time from a water heater and the heat demand during ^ the power cut-off time exclusively by one during the. Current draw time to cover charged memory, as explained in more detail with reference to the drawing, which, however, only shows one embodiment of the invention in a schematic representation.

Mit 2 ist der Rücklauf und mit 3 der Vorlauf einer Zentralheizungsanlage bezeichnet. Zwischen dem Rücklauf 2 und dem Vorlauf 3 ■ ist' der Durchlauferhitzer 4 eingeschaltet, dessen Rauminhalt sehr gering ist. Die an das Netz 6 angeschlossenen elektrischen Heizelemente des Durchlauferhitzers sind in drei Gruppen 5°, γ, $^c unterteilt und mittels der Schütze 29«, 29'', 29^C durch die im Kreis der Haltespulen 34*, 34* liegenden Schalter 3$^h> 35^C einzeln schaltbar; die Schalter 35'', 35^C können der Außentemperatur ausgesetzte Kontaktthermometer ο. dgl. sein. Zwischen Vor- und Rücklauf ist ferner der Durchlauf- too speicher 7 geschaltet, wobei in der den Speicher mit dem Rücklauf verbindenden Leitung ein Absperrventil 8 angeordnet ist. Die. Heizelemente des Speichers sind gleichfalls in drei Gruppen 9⁰, g^b, g^c unterteilt, welche über das Schütz 25 parallel zu den entsprechenden Gruppen s^fl, 5*, $^c des Durchlauferhitzers liegen. Während der beispielsweise 7stündidigen Betriebszeit des Durchlauferhitzers wird der Speicher 7 mit ebenso vielen Heizelementen aufgeheizt, wie Elemente des Durchlauferhitzers !eingeschaltet sind; während dieser Zeit ist das Ventil 8 geschlossen, so däß ein Durchlauf durch den Speicher nicht erfolgen kann. Wird nun. zur Spitzenzeit die Stromaufnahme in bekannter Weise durch die Sperruhr 30 unterbrochen, so öffnet sich, z. B. von einem nicht dargestellten Relais gesteuert, das Ventile. Das in dem Durchlauferhitzer 4 befindliche Warmwasser wird iao infolge des verhältnismäßig sehr geringen Wasserraumes sehr schnell durch den Vorlauf2 with the return and 3 with the flow of a central heating system. Between the return 2 and the flow 3 ■ the water heater 4 is switched on, the volume of which is very small. The electrical heating elements of the water heater connected to the network 6 are divided into three groups 5 °, γ, $ ^c and by means of the contactors 29 ″, 29 ″, 29 ^C by the switches 3 $ located in the circle of the holding coils 34 *, 34 * ^h > 35 ^C individually switchable; the switches 35 '', 35 ^C can switch contact thermometers exposed to the outside temperature ο. like. be. The flow tank 7 is also connected between the flow and return, with a shut-off valve 8 being arranged in the line connecting the memory to the return. The. Heating elements of the memory are equally divided into three groups 9 ^0, g ^b, g ^c divided, which are above the contactor 25 parallel to the respective groups S ^fl, 5 *, $ ^c of the flow heater. During the 7-hour operating time of the instantaneous water heater, for example, the storage tank 7 is heated with as many heating elements as there are elements of the instantaneous water heater! during this time the valve 8 is closed so that a passage through the memory cannot take place. Will now. at peak time the power consumption is interrupted in a known manner by the locking ring 30, so opens, for. B. controlled by a relay, not shown, the valves. The hot water in the water heater 4 is generally very quickly through the flow due to the relatively very small water space

entwichen sein, und es beginnt dann der Speicher sein Warmwasser abzugeben, indem das rücklaüfende Wasser nunmehr in den Speicher eintritt. Der Speicher ist so bemessen, daß das in den Speicher zurücklaufende Wasser nicht wieder in den Vorlauf gelangt. Nach Beendigung der Spitzensperre wird das Ventil8 selbsttätig geschlossen, und die beiden Heizkörper S, 9 werden wieder an 'das Netz angeschlossen. Infolge des sehr geringen Wasserinhaltes des Durchlauferhitzers erwärmt sich das in diesem inzwischen abgekühlte Wasser* nahezu augenblicklich und übernimmt nun wieder die alleinige Versorgung der Anlage.be escaped, and the storage tank then begins to deliver its hot water by the returning water now enters the storage tank. The memory is dimensioned in such a way that that the water flowing back into the memory does not get back into the flow. After the end of the peak lock, valve8 is automatically closed, and both of them Radiators S, 9 are reconnected to the network. As a result of the very small The water content of the water heater warms up that which has meanwhile cooled down Water * almost instantly and now takes over the sole supply again the plant.

Die Temperatur des Speicherwassers soll im allgemeinen etwa auf der gleichen Höhe der jeweils benötigten Wassertemperatur des Durchlauferhitzers gehalten werden. Wird dieser beispielsweise durch Ausschalten der Heizelemente 5* und $^c nur mit dem Element 5^a betrieben, so werden gleichzeitig auch die Heizelemente g^b und g^r im Durchlaufspeicher ausgeschaltet, so daß sich dessen Endtemperatur der geringen Vorlauftemperatur angleicht. Zur weiteren Sicherung, der Temperaturgleichheit ist ferner eine Differentialschaltung vorgesehen, welche, z. B. aus den . beiden Widerstandsthermometern 10, 11 besteht, deren eines sich im Speicher 7 und. deren anderes sich im Durchlauferhitzer 4 befindet. Die beiden Thermometer sind mittels der gleich großen Widerstände 12, 13 und des widerstandslosen Verbindungsleiters 14S0-wie der Stromquelle 32 mit der Leitung 17 zu einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet. Solange die Temperatur in den beiden Behältern 4 und 7 gleich groß ist, wird in der Brückendiagonale 22· kein Differenzstrom fließeii. Wird die Temperatur im Speicher? 'höher als im Durchlauferhitzer 4, so wird ein Stromfluß in der einen Richtung auftreten und das in der Diagonale 22 liegende polarisierte Relais 23 zum Öffnen des Stromkreises veranlassen, in welchem die Haltespule 24 des zwischen den beiden Heizelementen s und 9 befindlichen Schützes 25 liegt, womit der Speicher 7 an einer Stromaufnahme gehindert ist. Der umgekehrte Fall, daß die Temperatur im Speicher 7 geringer ist als im Behälter 4, wird einen Brückendifferentialstromfluß nach der anderen Richtung zur Folge haben, unter dessen Wirkung das polarisierte Relais 23 den Stromkreis der Schützenhaltespule 24 schließt.The temperature of the storage water should generally be kept at approximately the same level as the water temperature required in each case for the water heater. If this, for example by switching off the heating elements 5 * and $ ^c operated with the element 5 ^a, so the heating elements are g ^b g ^r is turned off and the FIFO memory at the same time, so that its final temperature of the low flow temperature equalizes. To further ensure the temperature equality, a differential circuit is also provided which, for. B. from the. two resistance thermometers 10, 11, one of which is in the memory 7 and. the other of which is located in the water heater 4. The two thermometers are connected to a Wheatstone bridge by means of the resistors 12, 13 of the same size and the resistance-free connecting conductor 14S0-like the current source 32 with the line 17. As long as the temperature in the two containers 4 and 7 is the same, no differential current will flow in the bridge diagonal 22. Will the temperature in the store? 'higher than in the water heater 4, a current flow will occur in one direction and cause the polarized relay 23 located in the diagonal 22 to open the circuit in which the holding coil 24 of the contactor 25 located between the two heating elements s and 9 is located, whereby the memory 7 is prevented from consuming power. The opposite case, that the temperature in the memory 7 is lower than in the container 4, will result in a bridge differential current flow in the other direction, under the effect of which the polarized relay 23 closes the circuit of the contactor holding coil 24.

Die beschriebene Anlage ermöglicht also trotz mehrstündiger Unterbrechung der Stromaufnahme einen bedienungslosen und ununterbrochenen rein elektrischen Heizbetrieb, d. h.The system described enables the power consumption to be interrupted for several hours an unattended and uninterrupted purely electrical heating operation, d. H.

eine Heizung ohne andere zusätzliche Energieformen, und gestattet überdies in einfachster Weise, die Raumtemperatur völlig konstant zu halten, indem die Heizelemente bzw. die Haltespulen 34"», 34^s, 34^C der Schütze 29", 2°A 29^C durch ein Kontaktthermometer ·ο. dgl. ■18 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur ein- und ausgeschaltet werden, wodurch wiederum die Temperatur des aus dem Durchlauferhitzer vorlaufenden Wassers und damit auch die Endtemperatur des Speicherinhaltes 7c vollkommen selbsttätig der jeweiligen Außentemperatur angepaßt, jedoch stets auf das niedrigste Maß beschränkt-werden, das zur Konstanthaltung der gewünschten Raumtemperatur gerade erforderlich ist.heating without other additional forms of energy, and also allows the room temperature to be kept completely constant in the simplest possible way by connecting the heating elements or holding coils 34 ″, 34 ^s , 34 ^{C of} the contactors 29 ″, 2 ° A 29 ^C through a contact thermometer · Ο. Like. ■ 18 are switched on and off depending on the room temperature, whereby the temperature of the water flowing out of the water heater and thus also the end temperature of the storage tank contents 7c are completely automatically adjusted to the respective outside temperature, but are always limited to the lowest possible level. which is just necessary to keep the desired room temperature constant.

Wenn es^ erwünscht sein sollte, daß die Temperatur des nach der Stromunterbrechung aus dem Speicher vorlaufenden Wassers um einen bestimmten Betrag höher oder tiefer liegen soll, als die in der vorangegangenen Heizperiode vom Durchlauferhitzer gelieferte Wassertemperatur, braucht man den Brückendraht 17 nur potentiometrisch ein wenig aus der Mitte der Widerstände 12, 13 nach der einen oder anderen Richtung zu verschieben, wobei zweckmäßigerweise eine Skala vorgesehen ist, auf der die Temperaturdifferenz verzeichnet ist.If it should ^ be desired that the Temperature of the water flowing out of the storage tank after the power interruption should be a certain amount higher or lower than the previous one Heating season water temperature supplied by the water heater, you need the bridge wire 17 only potentiometrically a little from the middle of the resistors 12, 13 after the to move one or the other direction, expediently provided a scale on which the temperature difference is recorded.

Da die beiden Widerstandsthermometer 10, Ii in Differential schaltung liegen, brauchen sie keine hochwertigen Instrumente mit Edelmetalldraht zu sein: es genügt vielmehr, sie aus gewöhnlichem Kupferdraht zu bilden, den man mit einer hohen Strombelastung versehen kann, um einen entsprechend starken Differentialstromfluß zu erzielen, was wiederum die Möglichkeit schafft, das Relais 23 spezifisch unempfindlicher, d.h. robuster und billiger zu bauen.Since the two resistance thermometers 10, Ii are in differential circuit, need they are not high-quality instruments with precious metal wire: it is sufficient to use them to be formed from ordinary copper wire, which is supplied with a high current load can to achieve a correspondingly strong differential current flow, which in turn creates the possibility of the relay 23 specifically less sensitive, i.e. more robust and cheaper to build.

Claims

Patent claims:

1. Electrically heated central heating system with flow boiler and storage tank for intermittent power consumption to compensate for the load curve of power plants, characterized in that, that the flow is fed by a water heater during the current withdrawal time and that the heat demand during the power cut only no by the during the power consumption time charged memory is covered.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the contactors of the Storage radiators are in series with the contactors of the water heater so that the electrical circuits for both radiators open or closed at the same time will.

3. Plant according to claim 1, characterized in that that each container with a resistance exposed to the water temperature

Standing thermometer is provided and that the two thermometers are known per se Way are switched so that the circuits of the radiator in the memory opened when the intended flow temperature is exceeded, and remain closed as long as it is not reached.

4. Plant according to claim 1 or claims 2 or 3, characterized by a valve (8) located in the circuit of the storage tank,

1 sheet of drawings