EP0138208A2

EP0138208A2 - Anordnung zur Regelung der Entladung eines Wärmespeichers

Info

Publication number: EP0138208A2
Application number: EP84112267A
Authority: EP
Inventors: Markus Brückner; Simon Burri
Original assignee: Fr Sauter AG Fabrik elektr Apparate
Current assignee: Fr Sauter AG Fabrik elektr Apparate
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1985-04-24
Also published as: DE3337053C1

Abstract

Bei einem Wärmespeicher (10) wird die Entladung durch Änderung der Drehzahl eines von einem Elektromotor (21) angetriebenen Ventilators (20) geregelt, der Luft durch den Speicherkern (12) und beispielsweise durch einen Wärmetauscher (22) bläst. Die Drehzahländerung erfolgt durch Zu- und Wegschalten von Vorwiderständen im Stromkreis des Elektromotors. Die Vorwiderstände sind als Heizstäbe (40, 41) ausgebildet, die im Speicherkern (12) angeordnet sind, so daß die in den zugeschalteten Vorwiderständen anfallende Verlustleistung als zusätzliche Heizleistung ausgenutzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Entladung eines Wärmespeichers mit einem aufladbaren Speicherkern, einen durch einem Elektromotor antreibbaren Ventilator, der Luft durch den Speicherkern bläst, und mit einem elektrischen Entladeregler, der die Drehzahl des Ventilatormotors in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf regelt.
Wärmespeicher werden gewöhnlich elektrisch mit tariflich günstigem Nachtstrom aufgeladen. Der Speicherkern besteht aus einem Material mit großer Wärmekapazität und ist gut wärmeisoliert, so daß er die während der Aufladung zugeführte Wärme für längere Zeit speichert. Die Entladung erfolgt vorwiegend tagsüber zu Heizungszwecken, zur Warmwasserbereitung oder zur Deckung eines anderen Wärmebedarfs. Die vom Ventilator umgewälzte Luft nimmt Wärme aus dem Speicherkern auf und gibt diese dann an einen Verbraucher ab, beispielsweise an einen im Warmluftstrom angeordneten Wärmetauscher, der vom Heizungswasser einer Warmwasserheizung durchflossen wird. Die aus dem Speicherkern pro Zeiteinheit entnommene Wärmemenge hängt von der Luftströmung ab, die wiederum durch die Ventilatordrehzahl bestimmt ist. Durch Regelung der Ventilatordrehzahl ist es daher möglich, eine gewünschte Soll-Temperatur des Verbrauchers einzuhalten, beispielsweise die verlangte Temperatur des Vorlaufs einer Warmwasserheizung.
Bei den bisher bekannten Anordnungen der eingangsangegebenen Art erfolgte die Regelung der Ventilatordrehzahl entweder über eine Phasenanschnittsteuerung oder durch einen von einem Stellantrieb bewegten Stelltransformator, weil diese Maßnahmen eine Drehzahlregelung ohne größere Leistungsverluste ermöglichen. Diese bekannten Lösungen sind aber mit Nachteilen behaftet. Die für eine Phasenanschnittsteuerung benötigten Triacregler sind aufwendig, und die Phasenanschnittströme bringen Lärm und zusätzliche Erwärmung des Ventilators mit sich. Die Probleme des Lärms und der Eigenerwärmung der Motoren werden durch Stellantriebe mit Stelltransformatoren beseitigt, doch sind diese bezüglich Preis und Montage noch aufwendiger.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Regelung der Entladung eines Wärmespeichers der eingangs angegebenen Art, die sich durch einen sehr geringen Aufwand auszeichnet, ohne daß Lärm- oder Erwärmungsprobleme entstehen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der elektrische Entladeregler wenigstens einen Vorschaltwiderstand enthält, der zur Drehzahlregelung in den Stromkreis des Ventilatormotors einschaltbar ist, und daß der bzw. jeder Vorschaltwiderstand als zusätzlicher Heizwiderstand im Speicherkern angeordnet ist.
Die Drehzahlregelung durch Zu- und Wegschalten von Vorschaltwiderständen ist sehr billig, betriebssicher und einfach durchzuführen. Sie wird jedoch ungern angewendet, weil sie unvermeidlich mit einer Verlustleistung behaftet ist, die in den zugeschalteten Vorschaltwiderständen vernichtet wird. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung geht jedoch diese Verlustleistung nicht verloren, sondern sie wird zur weiteren Erwärmung des Speicherkerns ausgenutzt und steht somit als zusätzliche Heizleistung zur Verfügung. In ihrer Gesamtheit arbeitet somit die erfindungsgemäße Regelanordnung praktisch verlustlos.
Da die im Speicherkern angeordneten Vorschaltwiderstände die Temperatur des Speicherkerns haben, werden sie bei einer erhöhten Temperatur betrieben, die sich in einem größeren Bereich ändern kann. Wenn der Einfluß der Temperatur auf den Widerstandswert der Vorschaltwiderstände unerwünscht ist, können diese aus einem temperaturunabhängigen Material hergestellt werden, beispielsweise aus Konstantan. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht jedoch darin, daß der bzw. jeder Vorschaltwiderstand aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizient gebildet ist. Bei dieser Ausbildung nimmt der Widerstandswert der Vorschaltwiderstände mit fortschreitender Entladung des Speicherkerns ab, so daß die Ventilatordrehzahl in jeder Schaltstufe um so größer ist, je niedriger die Speicherkerntemperatur ist. Demzufolge wird bei niedrigerer Speicherkerntemperatur eine größere Luftmenge durch den Speicherkern geblasen, wodurch die geringere Erwärmung der Luft kompensiert wird, so daß die entnommene Heizleistung im wesentlichen konstant bleibt.
Die Drehzahlregelung durch Zu- und Wegschalten von Vorschaltwiderständen kann natürlich nur stufenweise erfolgen, doch ist dies kein Nachteil, da die stufenweise Regelung durch die Wärmeträgheit des Verbrauchers ausgeglichen wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Soll-Temperatur mit der Ist-Temperatur verglichen wird, daß die Abweichung zwischen der Soll-Temperatur und der Ist-Temperatur über die Zeit integriert wird, und daß die Ventilatordrehzahl jeweils durch Wegschaltung eines Vorschaltwiderstands erhöht wird, wenn das Integral einen zugeordneten oberen Schwellenwert erreicht, und durch Zuschaltung eines Vorschaltwiderstands verringert wird, wenn sich das Integral auf einen zugeordneten unteren Schwellenwert verringert hat.
Dieses Verfahren ergibt eine besonders exakte Regelung mit einer sehr geringen Anzahl von Schaltstufen. In vielen Fällen genügt bereits eine Regelung mit einem einzigen Vorschaltwiderstand, also mit zwei Schaltstufen, zur Erzielung einer ausreichend genauen Regelung, insbesondere dann, wenn der Vorschaltwiderstand gemäß der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizient gebildet ist. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Anlage, da das Integral am Anfang den Wert 0 hat, immer mit dem größten Vorschaltwiderstandswert, also der niedrigsten Ventilatordrehzahl, anfährt und erst nach Erreichen dieser niedrigsten Drehzahl, falls erforderlich, durch Wegschalten eines Vorschaltwiderstands auf die nächsthöhere Drehzahl weiterschaltet. Dies ergibt die größtmögliche Schonung der zum Zu- und Wegschalten der Vorschaltwiderstände dienenden Schaltkontakte.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Wärmespeichers mit einer Anordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 das Schaltbild des Entladereglers des Wärmespeichers von Fig. 1 und
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Entladereglers von Fig. 2.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen für eine Warmwasser-Zentralheizung bestimmten Wärmespeicher 10 üblicher Bauart mit einem Gehäuse 11, in dem ein Speicherkern 12 untergebracht ist. Der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 11 und dem Speicherkern 12 ist mit einer Wärmeisolation 13 ausgefüllt. Der Speicherkern 12 besteht aus Speichersteinen 14 großer Wärmekapazität, in die elektrische Heizstäbe 15 eingebettet sind. Zwischen den Speichersteinen 14 sind Luftkanäle 16 gebildet, die mit einem vorderen Luftschacht 17 und einem hinteren Luftschacht 18 in Verbindung stehen. Die beiden Luftschächte 17 und 18 sind an ihren unteren Enden durch einen unter dem Speicherkern 12 gebildeten Lufttunnel 19 miteinander verbunden. Im Lufttunnel 19 ist ein Ventilator 20 angeordnet, der von einem außerhalb des Gehäuses 11 befindlichen Elektromotor 21 angetrieben wird. Ferner ist im Lufttunnel 19 ein Wärmetauscher 22 angeordnet, der aus einer mit Kühlrippen versehenen Rohrschlange besteht, die mit dem Vorlaufrohr 23 und dem Rücklaufrohr 24 der Warmwasser-Zentralheizung in Verbindung steht, so daß sie von dem Heizungswasser durchflossen wird, das durch eine im Vorlaufrohr 23 angeordnete Umwälzpumpe 25 umgewälzt wird.

Der Aufbau und die Funktionsweise des bisher beschriebenen Wärmespeichers entsprechen der üblichen Technik. Die Speichersteine 14 werden mittels der elektrischen Heizstäbe 15 aufgeheizt, meistens während der Nacht mit billigem Nachtstrom. Die Wärmeisolation 13 verhindert das Abfließen der in den Speichersteinen 14 gespeicherten Wärme. Wenn ein Bedarf an Heizungswärme besteht, wird der Ventilator 20 in Gang gesetzt, der die im Wärmespeicher 10 eingeschlossene Luft in einem geschlossenen Kreislauf durch den vorderen Luftschacht 17, die Luftkanäle 16, den hinteren Luftschacht 18 und den Lufttunnel 19 umwälzt. Beim Durchgang durch die Luftkanäle 16 nimmt die Luft Wärme von den Speichersteinen 14 auf, und sie gibt diese Wärme im Wärmetauscher 22 an das Heizungswasser ab. Die auf diese Weise vom Speicherkern 12 auf das Heizungswasser überführte Wärmeleistung ist um so größer, je größer die umgewälzte Luftmenge ist, die wiederum von der Drehzahl des Ventilators 20 abhängt. Durch Regelung der Drehzahl des Ventilators 20 kann somit die vom Heizungsregler verlangte Temperatur des Vorlaufs eingehalten werden.
Die zur Regelung der Aufladung und Entladung des Speicherkerns 12 dienenden elektrischen Geräte sind in einem am Gehäuse 11 angebauten Schaltungskasten 30 untergebracht, der auch den Antriebsmotor 21 des Ventilators 20 enthält. Ein von einer Zeituhr 31 gesteuerter Laderegler 32 bewirkt die Aufladung des Speicherkerns während der Nachtzeit durch Einschalten der Heizstäbe 15. Der Laderegler 32 empfängt Signale von einem Witterungsfühler 33 und von einem Kerntemperaturfühler 34. Er bestimmt die Einschaltdauer der Heizstäbe 15 in Abhängigkeit von der im Speicherkern 12 noch vorhandenen Restwärme und von der Außentemperatur.
Die Entladung des Speicherkerns 12 wird von einem Entladeregler 35 durch Steuerung der Drehzahl des den Ventilator 20 antreibenden Elektromotors 21 geregelt. Der Entladeregler 35 empfängt Signale von einem weiteren Witterungsfühler 36, einem Vorlauftemperaturfühler 37 und gegebenenfalls von einem Raumtemperaturfühler 38. In Abhängigkeit von diesen Signalen steuert der Entladeregler 35 die Drehzahl des Ventilators 20 so, daß der Vorlauf auf der zur Erzielung der gewünschten Raumtemperatur erforderlichen Temperatur gehalten wird.
Die Besonderheit des in Fig. 1 dargestellten Wärmespeichers besteht darin, daß die Steuerung der Drehzahl des Elektromotors 21 durch zwei Vorschaltwiderstände erfolgt, die vom Entladeregler 35 nach Bedarf in den Stromkreis des Elektromotors 21 eingeschaltet werden. Diese Vorschaltwiderstände sind als Heizstäbe 40 und 41 ausgebildet, die gleichfalls in die Speichersteine 14 des Speicherkerns 12 eingebettet sind. Auf diese Weise dient die in den Vorschaltwiderständen entstehende Verlustwärme zur zusätzlichen Aufheizung des Speicherkerns 12, so daß diese Verlustwärme nicht verlorengeht, sondern als nutzbare Heizenergie zur Verfügung steht.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Entladereglers 35. Man erkennt in Fig. 2 wieder den den Ventilator 20 antreibenden Elektromotor 21, den Witterungsfühler 36, den Vorlauftemperaturfühler 37 und den Raumtemperaturfühler 38. Jeder Temperaturfühler 36, 37, 38 ist in der üblichen Weise als Meßwandler ausgebildet, der ein von der gemessenen Temperatur abhängiges elektrisches Signal abgibt.
Das Ausgangssignal des Witterungsfühlers 36 wird nach Verstärkung in einem Vorverstärker 51 einem Funktionsgenerator 52 zugeführt, der am Ausgang ein Signal liefert, das nach einer vorgegebenen Funktion von der Außentemperatur abhängt und die Soll-Temperatur des Vorlaufs darstellt. Der Funktionsgenerator 52 kann zusätzlich durch eine Schaltuhr 53 gesteuert werden, damit die Heizkurve in Abhängigkeit von der Tageszeit beeinflußt wird, insbesondere zur Absenkung der Soll-Temperatur während der Nachtzeit.
Das Ausgangssignal des Vorlauftemperaturfühlers 37 wird gleichfalls in einem Vorverstärker 54 verstärkt und anschließend einem Inverterverstärker 55 zugeführt, der somit an seinem Ausgang ein Signal abgibt, das der Ist-Temperatur des Vorlaufs mit umgekehrtem Vorzeichen entspricht.
Die Ausgangssignale des Funktionsgenerators 52 und des Inverterverstärkers 55 werden über Summierwiderstände 56, 57 dem Eingang eines Summierverstärkers 58 zugeführt, der somit am Ausgang ein Signal abgibt, das der Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Vorlauftemperatur entspricht. Dieses Signal wird über einen Widerstand 59 dem Eingang eines Integrators 60 zugeführt, der in üblicher Weise durch einen Operationsverstärker gebildet ist, in dessen Rückkopplungskreis ein Kondensator 61 liegt. Der Integrator 60 bildet somit das Integral der Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Vorlauftemperatur über die Zeit und gibt am Ausgang eine diesem Integral proportionale Spannung UInt ab. Diese Integralspannung U_Int wird einer Stufenschalteinheit 65 zugeführt.
Die Stufenschalteinheit 65 enthält drei Schwellenwert-Diskriminatoren 66, 67, 68, von denen jeder die Integralspannung ^U _Int empfängt und mit einem eingestellten Schwellenwert vergleicht. Der Ausgang jedes Schwellenwertdiskriminators steuert einen Schalter 69, 70 bzw. 71. Diese Schalter liegen in Reihe im Stromkreis des Elektromotors 21. Dem Schalter 70 ist der als Heizstab ausgebildete Vorschaltwiderstand 40 parallelgeschaltet, und dem Schalter 71 ist der als Heizstab ausgebildete Vorschaltwiderstand 41 parallelgeschaltet, so daß jeder dieser Schalter im geschlossenen Zustand den zugeordneten Vorschaltwiderstand kurzschließt. Die Schalter 69, 70, 71 können beispielsweise die Kontakte von Schaltrelais sein.
Jeder Schwellenwert-Diskriminator 66, 67, 68 hat eine Schalthysterese, so daß er in den Arbeitszustand geht, wenn die angelegte Spannung UInt in ansteigender Richtung einen oberen Schwellenwert erreicht und wieder in den Ruhezustand zurückkehrt, wenn die angelegte Spannung ^U _Int auf einen unteren Schwellenwert abfällt. Jeder Schwellenwert-Diskriminator gibt am Ausgang ein Signal ab, das den zugeordneten Schalter im Arbeitszustand schließt und im Ruhezustand öffnet. Die Schwellenwerte der drei Schwellenwert-Diskriminatoren 66, 67, 68 sind unterschiedlich eingestellt, wobei der Schwellenwert-Diskriminator 66 den niedrigsten und der Schwellenwert-Diskriminator 68 den höchsten Schwellenwert hat.
Die Funktionsweise dieser Anordnung soll anhand des Diagramms von Fig. 3 erläutert werden, das die Steuerung der drei Schalter 69, 70, 71 in Abhängigkeit von der vom Integrator 60 abgegebenen Integralspannung U_Int zeigt.
Im Anfangszustand hat das Integral den Wert 0. Wenn beim Einschalten der Sollwert der Vorlauftemperatur größer ist als deren Istwert, gibt der Summierverstärker 58 eine der Abweichung entsprechende Spannung ab, die vom Integrator 60 integriert wird. Dadurch steigt die Integralspannung U_Int am Ausgang des Integrators 60 vom Wert 0 aus an. Wenn die Integralspannung U_Int den Wert U₁ erreicht, geht der Schwellenwert-Diskriminator 66 in den Arbeitszustand, so daß der Schalter 69 geschlossen wird. Der Spannungswert U₁ entspricht also dem oberen Schwellenwert des Schwellenwert-Diskriminators 66. Durch das Schließen des Schalters 69 wird der Elektromotor 21 über die beiden Vorschaltwiderstände 40 und 41 an Spannung gelegt, so daß er den Ventilator 20 mit der kleinsten Drehzahl antreibt. Die vom Ventilator 20 umgewälzte Luft erwärmt das Heizungswasser im Wärmetauscher 22, so daß der Istwert der Vorlauftemperatur ansteigt. Dadurch wird die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Vorlauftemperatur geringer.
Solange wie der Istwert der Vorlauftemperatur den Sollwert nicht erreicht, nimmt die vom Integrator 60 abgegebene Integralspannung U_Int weiter zu. Wenn sie den Wert U₂ erreicht, der dem oberen Schwellenwert des Schwellenwert-Diskriminators 67 entspricht, geht der Schwellenwert-Diskriminator 67 in den Arbeitszustand, so daß der Schalter 70 geschlossen wird. Dadurch wird der Vorschaltwiderstand 40 kurzgeschlossen, so daß im Stromkreis des Elektromotors 21 nur noch der Vorschaltwiderstand 41 liegt. Der Elektromotor 21 läuft daher schneller, und er treibt den Ventilator 20 mit einer mittleren Drehzahl an. Die dem Heizungswasser im Wärmetauscher 22 zugeführte Heizleistung wird dadurch vergrößert.
Wenn schließlich die Integralspannung U_Int den oberen Schwellenwert U₃ des Schwellenwert-Diskriminators 68 erreicht, wird auch der Schalter 71 geschlossen, so daß der Vorschaltwiderstand 41 ebenfalls kurzgeschlossen ist. Nunmehr liegt die volle Spannung am Elektromotor 21, so daß dieser den Ventilator 20 mit der größten Drehzahl antreibt. Dann erfolgt die Erwärmung des Vorlaufs mit der größten Heizleistung.
Wenn die vom Vorlauftemperaturfühler 37 festgestellte Vorlauftemperatur den vom Funktionsgenerator 52 vorgegebenen Sollwert übersteigt, kehrt sich das Vorzeichen der vom Summierverstärker 58 abgegebenen Abweichungsspannung um, so daß sich das im Integrator 60 gebildete _Fehlerintegral zurückbildet. Die Integralspannung U_Int nimmt dann wieder ab. Dieses Ereignis kann bei jedem der zuvor geschilderten Zustände der Schwellenwert-Diskriminatoren 66, 67, 68 eintreten. Wenn angenommen wird, daß die Abnahme der Integralspannung UInt nach dem zuvor geschilderten Ansprechen des Schwellenwert- Diskriminators 68 beginnt, geht der Schwellenwert-Diskriminator 68 wieder in den Ruhezustand zurück, wenn die Integralspannung UInt einen unteren Schwellenwert erreicht, der niedriger ist als der obere Schwellenwert U₃ dieses Schwellenwert-Diskriminators. Im Diagramm von Fig. 3 ist zur Vereinfachung angenommen, daß der untere Schwellenwert des Schwellenwert-Diskriminators 68 gleich dem oberen Schwellenwert U₂ des Schwellenwert-Diskriminators 67 ist, doch ist diese Bemessung keineswegs zwingend. Der Schalter 71 wird dann wieder geöffnet, wodurch der Vorschaltwiderstand 41 wieder in den Stromkreis des Elektromotors 21 eingeschaltet wird. Bei weiterer Verringerung der Integralspannung U_Int geht auch der Schwellenwert-Diskriminator 67 in den Ruhezustand, wenn die Integralspannung U_Int den unteren Schwellenwert dieses Schwellenwert-Diskriminators erreicht, von dem in Fig. 3 angenommen ist, daß er gleich dem oberen Schwellenwert U₁ des Schwellenwert-Diskriminators 66 ist. Dann wird auch der Schalter 70 geöffnet, so daß wieder beide Vorschaltwiderstände 40 und 41 im Stromkreis des Elektromotors 21 liegen. Wenn schließlich die Integralspannung U_Int auf den unteren Schwellenwert des Schwellenwert- Diskriminators 66 fällt, der im Diagramm von Fig. 3 den Wert 0 hat, wird der Schalter 69 geöffnet, so daß der Elektromotor 21 stillgesetzt wird. Der Vorlauf wird nun nicht mehr erwärmt, so daß seine Ist-Temperatur fällt. Sobald die Ist-Temperatur unter die vom Funktionsgenerator 52 vorgegebene Soll-Temperatur fällt, beginnt der zuvor beschriebene Zyklus erneut.
Die Drehzahlregelung des Ventilators 20 erfolgt bei der beschriebenen Anordnung durch Zu- und Wegschalten der Vorschaltwiderstände 40 und 41. Wenn bei der niedrigen Drehzahl die beiden Vorschaltwiderstände 40 und 41 und bei der mittleren Drehzahl der Vorschaltwiderstand 41 allein im Stromkreis des Elektromotors 21 liegen, entsteht an den Vorschaltwiderständen ein Spannungsabfall, durch den die Drehzahl verringert wird. Gleichzeitig verursacht der über die Vorschaltwiderstände fließende Strom eine Verlustleistung, die in Wärme umgesetzt wird. Da die Vorschaltwiderstände 40 und 41 in Form von Heizstäben im Speicherkern 12 des Wärmespeichers liegen, geht diese Verlustleistung nicht verloren, sondern sie steht vollständig als Heizleistung zur Verfügung. Global betrachtet arbeitet somit die Entladeregelung des Wärmespeichers praktisch verlustlos.
Obwohl die Drehzahl des Ventilators nur in verhältnismäßig groben Stufen geschaltet werden kann, erlaubt die beschriebene Regelung durch Vergleich der Soll-Vorlauftemperatur mit der Ist-Vorlauftemperatur und Integration der Abweichung eine sehr genaue Einhaltung der Vorlauftemperatur mit einer einfachen Installation. Insbesondere wird kein Mischer zur Mischung eines Teils des Rücklaufs mit dem Kesselwasser zur Einstellung der Vorlauftemperatur benötigt, und eine Messung der Rücklauftemperatur ist überflüssig.
In Fig. 2 sind noch zusätzliche Maßnahmen dargestellt, die zur Durchführung der beschriebenen Heizungsregelung zwar nicht notwendig sind, aber mit Vorteil angewendet werden können.
Die erste Maßnahme besteht in einer Begrenzung der Vorlauftemperatur. Diese Funktion ist vor allem bei Bodenheizungen mit Kunststoffrohren zum Schutz der Heizungsanlage von großem Vorteil. Zu diesem Zweck wird das vom Vorverstärker 54 verstärkte Ausgangssignal des Vorlauftemperaturfühlers 37 einem Vorlauftemperaturbegrenzer 75 zugeführt. Dieser enthält einen als Schwellwertgeber geschalteten Operationsverstärker 76, der am einen Eingang das Ausgangssignal des Vorverstärkers 54 empfängt. Der andere Eingang des Schwellwertgebers 76 empfängt eine mittels eines Potentiometers 77 einstellbare Begrenzungsschwellenspannung, die der maximal zulässigen Vorlauftemperatur entspricht. Der Ausgang des Schwellwertgebers 76 ist über eine Diode 78 und einen Widerstand 79 mit dem Eingang des Integrators 60 verbunden. Sobald die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 54 die am Potentiometer 77 eingestellte Begrenzungsschwellenspannung übersteigt, gibt der Vorlaufbegrenzer 75 eine Ausgangsspannung ab, die unmittelbar auf den Integrator 60 in solchem Sinne einwirkt, daß die Integralspannung UInt verringert wird, so daß die Heizungsstufen zurückgeschaltet werden.
In ähnlicher Weise kann ein Raumtemperaturbegrenzer 80 vorgesehen sein, der einen Schwellwertgeber 81 enthält, der am einen Eingang das Ausgangssignal des Raumtemperaturfühlers 38 über einen Vorverstärker 82 empfängt, während an den anderen Eingang eine mittels eines Potentiometers 83 einstellbare Begrenzungsschwellenspannung angelegt ist, die der Soll-Raumtemperatur entspricht. Der Ausgang des Schwellwertgebers 81 ist über eine Diode 84 und einen Widerstand 85 mit dem Eingang des Integrators 60 verbunden. Sobald die vom Raumtemperaturfühler 38 gemessene Raumtemperatur den am Potentiometer 83 eingestellten Sollwert übersteigt, gibt der Raumtemperaturbegrenzer 80 eine Ausgangsspannung ab, die unmittelbar auf den Integrator 60 einwirkt und die Integralspannung U_Int bis zum Stillsetzen des Ventilators 20 verringert. Dadurch wird die Heizung abgeschaltet, wenn wegen Fremdwärmeeinfluß nicht die normale Heizleistung erforderlich ist, oder wenn bei normaler Heizung die Soll-Raumtemperatur erreicht ist. Dank dem nachgeschalteten Integrator 60 kann der Schwellwertgeber 81 hysteresefrei arbeiten und daher sehr genau regulieren.
Da die Vorschaltwiderstände 40 und 41 im Speicherkern 12 angeordnet sind, befinden sie sich stets auf der Temperatur des Speicherkerns, die verhältnismäßig hoch ist und sich in einem größeren Bereich ändern kann. Um den Einfluß der Temperatur auf den Widerstandswert zu eliminieren, können die die Vorschaltwiderstände bildenden Heizstäbe aus einem temperaturunabhängigen Material hergestellt sein, beispielsweise aus Konstantan. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht jedoch darin, daß die Vorschaltwiderstände aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizient hergestellt werden, so daß sich ihr Widerstand mit zunehmender Temperatur vergrößert. Dadurch ergibt sich zusätzlich eine automatische Beeinflussung der Drehzahl des Ventilators 20 in Abhängigkeit von der Temperatur des Speicherkerns 12. Wenn die Speicherkerntemperatur hoch ist, ist der eingeschaltete Vorwiderstand groß, so daß die Drehzahl des Ventilators 20 verringert ist. Mit zunehmender Abkühlung des Speicherkerns 12 nimmt der Widerstandswert des eingeschalteten Vorschaltwiderstands ab, so daß die Drehzahl des Ventilators 20 zunimmt. Die geringere Temperatur der dem Wärmetauscher 22 zugeführten Warmluft wird daher durch eine vergrößerte Luftfördermenge kompensiert, so daß die in der gleichen Schaltstufe überführte Heizleistung etwa konstant bleibt.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Vorschaltwiderstände vorgesehen, so daß die Stufenschalteinheit drei Schaltstufen für die Ventilatordrehzahl aufweist. Es ist natürlich möglich, auch mehr Vorschaltwiderstände und eine dementsprechend größere Anzahl von Schaltstufen vorzusehen, doch ist die mit zwei Vorschaltwiderständen erzielbare Entladeregelung bereits so fein, daß sie für die meisten Anwendungszwecke ausreicht.
Umgekehrt ist es auch möglich, nur einen einzigen Vorschaltwiderstand vorzusehen, wodurch sich zwei Schaltstufen ergeben. Wenn ein solcher einziger Vorschaltwiderstand in der zuvor beschriebenen Weise aus einem Material mit positiven Temperaturkoeffizient hergestellt wird, ergibt sich infolge der zusätzlichen automatischen Drehzahlregelung in Abhängigkeit von der Speicherkerntemperatur eine sehr präzise Regelung der Vorlauftemperatur.
Schließlich ist die Anwendung der beschriebenen Entladeregelung auch nicht auf den Fall beschränkt, daß die Wärmeabgabe aus der vom Ventilator umgewälzten Luft mittels eines Wärmetauschers erfolgt. Die Anordnung eignet sich auch für Anlagen, bei denen die umgewälzte Luft auf andere Weise zur Heizung verwendet wird, beispielsweise im Falle einer Warmluftheizung direkt in den zu heizenden Raum geblasen wird.
Der Entladeregler kann gemäß dem Schaltbild von Fig. 2 aus herkömmlichen diskreten elektronischen Schaltungsbestandteilen aufgebaut sein. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, daß zumindest ein Teil dieser elektronischen Schaltungen, insbesondere der Funktionsgenerator 52, die Summierschaltung 58, der Integrator 60 und der Diskriminatorteil der Stufenschalteinheit 65, entsprechend der neueren Technologie durch einen geeignet programmierten Mikrocomputer gebildet werden kann.

Claims

1. Anordnung zur Regelung der Entladung eines Wärmespeichers mit einem aufladbaren Speicherkern, einem durch einen Elektromotor antreibbaren Ventilator, der Luft durch den Speicherkern bläst, und mit einem elektrischen Entladeregler, der die Drehzahl des Ventilatormotors in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf regelt, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Entladeregler (35) wenigstens einen Vorschaltwiderstand (40, 41) enthält, der zur Drehzahlregelung in den Stromkreis des Ventilatormotors (21) einschaltbar ist, und daß der bzw. jeder Vorschaltwiderstand (40, 41) als zusätzlicher Heizwiderstand im Speicherkern (12) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Vorschaltwiderstand (40, 41) als Heizstab ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Vorschaltwiderstand (40, 41) aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizient gebildet ist.

4. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Temperatur mit der Ist-Temperatur verglichen wird, daß die Abweichung zwischen Soll-Temperatur und Ist-Temperatur über die Zeit integriert wird, und daß die Ventilatordrehzahl jeweils durch Wegschaltung eines Vorschaltwiderstands (40, 41) erhöht wird, wenn das Integral einen zugeordneten oberen Schwellenwert erreicht, und durch Zuschaltung eines Vorschaltwiderstands (40, 41) verringert wird, wenn sich das Integral auf einen zugeordneten unteren Schwellenwert verringert hat.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 bei einer Warmwasserheizung, die einen zwischen Rücklauf und Vorlauf eingeschalteten Wärmetauscher enthält, der in dem vom Ventilator umgewälzten Luftstrom liegt, gekennzeichnet durch einen Sollwertgeber (36, 52), der ein dem Sollwert der Vorlauftemperatur entsprechendes Sollwertsignal liefert, einen Vorlauftemperaturfühler (37), der ein dem Istwert der Vorlauftemperatur entsprechendes elektrisches Istwertsignal liefert, eine Subtrahierschaltung, die das Sollwertsignal und das Istwertsignal empfängt und ein der Differenz dieser Signale entsprechendes Abweichungssignal liefert, einen Integrator (60), der das Abweichungssignal empfängt und eine dem Zeitintegral des Abweichungssignals entsprechende Integralspannung liefert, und mit einer Stufenschalteinheit (65), die die Integralspannung empfängt und die Zu- und Wegschaltung der Vorschaltwiderstände (40, 41) in Abhängigkeit. davon steuert, ob die Integralspannung festgelegte Schwellenwerte über- bzw. unterschreitet.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber einen Funktionsgenerator (52) enthält, der das von der Außentemperatur abhängige elektrische Ausgangssignal eines Witterungsfühlers (36) empfängt und ein nach einer vorgegebenen Funktion davon abhängiges Sollwertsignal abgibt.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Vorlauftemperaturbegrenzer (75), der einerseits das Ausgangssignal des Vorlauftemperaturfühlers (37) und andererseits eine eingestellte Begrenzungsschwellenspannung empfängt und eine Spannung liefert, wenn das Ausgangssignal des Vorlauftemperaturfühlers (37) die Begrenzungsschwellenspannung überschreitet, und daß die Ausgangsspannung des Vorlauftemperaturbegrenzers (75) dem Integrator (60) im Sinne einer Verringerung des Zeitintegrals zugeführt wird.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch einen Raumtemperaturbegrenzer (80), der einerseits das Ausgangssignal eines Raumtemperaturfühlers (38) und andererseits eine eingestellte Begrenzungsschwellenspannung empfängt und eine Spannung liefert, wenn das Ausgangssignal des Raumtemperaturfühlers (38) die Begrenzungsschwellenspannung überschreitet, und daß die Ausgangsspannung des Raumtemperaturbegrenzers (80) dem Integrator (60) im Sinne einer Verringerung des Zeitintegrals zugeführt wird.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ihre elektrischen Schaltungen wenigstens teilweise durch einen geeignet programmierten Mikrocomputer gebildet sind.