WO1999024771A1 - Einrichtung und verfahren zum betrieb von haushaltskühl- und -gefriergeräten - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device for operating a household refrigerator or freezer.
  • the demand for electrical energy must always be met in a power supply network.
  • One way of providing additional electricity in times of high demand is in particular by storing excess energy, for example in pumped storage.
  • larger reserve power plants are operated nowadays, which can be switched on when there is an increased energy requirement.
  • the electricity produced by these power plants is quite expensive. It also pollutes the environment if large power plants have to run in reserve so that they can be quickly connected to the grid if necessary.
  • Another way of balancing generation and demand for electricity is to control demand in a targeted manner.
  • electrical devices such as night storage heaters, are to be mentioned, with which the demand increases low demand times is increased.
  • billing models for large customers that can be used to buy the desired demand behavior from the electricity supply company.
  • refrigerators and freezers with cold storage are known from EP 0 651 214. These devices work with a cold store, which keeps the inside of the device at a low temperature level. The arrangement also allows longer periods of rest to be bridged, for example when used in a hotel.
  • refrigerators or freezers that are only operated with night-time electricity and whose periods of operation and rest are therefore fixed, have a limited use value. It is therefore not possible with such a freezer to freeze large quantities of frozen goods during the day, because this would require a disproportionately large amount of cold storage. The same applies to a refrigerator. Incidentally, there are also phases during the day with greatly reduced energy demand, which should be used for the operation of electrical household appliances in order to achieve as uniform a demand as possible.
  • Modern household freezers are well insulated and, as already mentioned, some have cold storage so that they protect the frozen goods even in the event of a power failure of 24 hours or longer. It is irrelevant for such freezers if the cooling unit is not running for a while. With the appropriate equipment, long periods of time can be bridged. Even modern refrigerators are very well insulated so that they can also easily bridge longer breaks without endangering the refrigerated goods. Such devices can easily withstand switching off of the cooling unit for more than an hour without any change or after being equipped with small cold stores.
  • the object of the present invention is to provide a device which largely enables operation with excess current in times of low demand, but which does not restrict the use value of the devices.
  • a device which contains means for remote control, in particular for influencing the current consumption behavior, of the refrigerator or freezer by means of control signals transmitted by the electricity supplier.
  • the device according to the invention is generally designed as a component of a household refrigerator or freezer, but can also be designed as an additional device with which existing household refrigerators or freezers can be provided. Even if the invention should lead to additional consumption in individual cases, however, it forms an overall economic and ecological improvement, since the peak loads have to be served by the power plants with expensive generators which are more demanding on the environment.
  • Means can be provided for receiving control signals transmitted via the power line.
  • this opens up very simple options for possibly regional fine-tuning of the power consumption and reaches every consumer in the power grid, including the household cooling devices to be controlled.
  • the electricity supplier incurs only low control costs because the existing network is only used for simple signal transmission must be equipped. The requirements for such a data transmission are significantly lower than they arise from the use of the electricity network for telecommunication currently under discussion.
  • the potential of the power supply network to transport data in addition to electrical power is also sufficient for complicated control tasks.
  • the transmission of a few, few pulses is sometimes sufficient for the control of the cooling devices provided with a device according to the invention.
  • the device has means for receiving signals transmitted by telephone line or means for receiving radio signals.
  • the control by radio is quite simple and requires little effort on the part of the electricity supplier. The large number of controls already carried out by radio should be pointed out here.
  • the control of the radio clocks by the radio signal DCF77 is to be mentioned here as an example.
  • the effectiveness of the remote control is dependent on the respective operating state of the household refrigerator or freezer.
  • the procedure is such that the cooling unit of the household refrigerator or freezer can only be switched off by the remote control below a predetermined target temperature.
  • the cooling unit In the event of peak demand, a corresponding signal is sent out by the electricity supplier and the cooling unit is switched off. In this case, however, the switch-off or the prevention of switching on can only take place to the extent that the cooling space does not exceed a predetermined temperature. It the cooling unit can only be switched off remotely if the temperature falls below a specified target temperature.
  • cooling unit of the household refrigerator or freezer can be controlled by the remote control in a predetermined temperature range.
  • the cooling unit of the household cooling device can only be controlled by the power supply company in a predetermined temperature range. This means that some devices are not switched off even during peak load times because they have just been freshly loaded. Statistically speaking, these devices, which are in an extreme state, play only a subordinate role.
  • the cooling devices provided with the device according to the invention can thus be used without any restriction on comfort.
  • control signals with information about the expected time of the peak load can be received before the expected occurrence of a peak load and that the cooling unit of the household refrigerator or freezer is switched on Switching on and off is controlled in such a way that the expected peak load falls in a switch-off phase.
  • the device can be designed in such a way that the temperature in the household refrigerator or freezer is at a minimum value specified by the cooling setting at or shortly before the expected point in time. If the cold storage capacity is not sufficient to bridge a load peak without getting out of the desired temperature range, the device can also be designed such that the temperature in the household refrigerator or freezer is reduced by a predetermined temperature difference below or shortly before the expected point in time minimum value specified by the cooling setting.
  • a particularly favorable adaptation of the household refrigerator or freezer to the load profile of the power grid can be achieved by means which derive information about several load peaks within a predetermined period of time from the transmitted control signals and, depending on this, control the cooling unit in such a way that overlaps between the load peaks and Cooling phases are minimized.
  • a microcomputer-controlled cooling device can work as follows, for example: The electricity provider communicates to the cooling devices the periods in which as little electricity as possible is to be used. These guidelines are constantly updated. Each individual household cooling unit calculates a cooling cycle that is as gentle on the engine as possible, during which the cooling unit does not run or runs as little as possible in the specified periods. In this way, the most varied of device properties and the different loading levels of the devices can be optimally taken into account.
  • Example of use Shifting the cycle time of a household refrigerator without any significant intervention in the temperature limits. Assumption: A peak load of the power grid is expected between 8:00 a.m. and 8:30 a.m. The refrigerator has the following cooling cycle at the specified target temperature: 25 minutes cooling, 60 minutes defrosting. The cooling cycle is controlled during the night so that the cooling unit does not run between 7.45 a.m. and 8.45 a.m.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention is that a display device is provided which indicates the presence of a peak load. As a result, the user is able to adapt to the occurrence of load peaks when using the household refrigerator or freezer, insofar as this makes sense.
  • the device according to the invention can also be designed such that the household refrigerator or freezer is provided with a cold store, which is preferably sufficient for more than 30 minutes.
  • the household cooling devices according to the invention represent a reserve for the electricity provider on the supply side and on the demand side. These cooling devices therefore have a similar function to the storage power plants mentioned above, which are also used both on the supply and on the demand side.
  • the cooling devices according to the invention are particularly well suited to reducing the extreme demand peaks that occur during the day and, on the other hand, to bridge the times of low demand that also exist during the day.
  • Such household refrigerators with a useful content of approx. 60-600 1 are particularly interesting.
  • the manufacturer can set the delay to a fixed value that varies within the series.
  • a delay is also possible with the aid of a built-in random generator, which generates a random time delay when a control signal occurs.
  • a simultaneous start-up of the cooling units can also be prevented by only slowly shifting the switching temperatures.
  • Such a device can be switched in several stages: a first stage causes the cooling unit to switch on as rarely as possible. The temperature in the cold room is kept just below the set maximum value. Further stages effect normal operation. The temperature fluctuates around the set optimal value.
  • a final stage similar to a super cooling function, can induce more cooling, so that a cold reserve is built up. It is advisable to operate the cooling devices on the last stage and during the consumption peak on the first stage before an expected peak load, so that the devices do not consume any power during the peak consumption.
  • control signals which characterize load peaks
  • a further development of the method provides that a further control signal for announcing the peak load is sent before a control signal which characterizes the actual start of a peak load.
  • Control by area can also be advantageous and requires special circuits. In general, however, this is possible through a selection circuit on the device itself or through other regulations.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the program sequence in a microcomputer provided in the device according to FIG. 1,
  • Cooling devices with the device according to the invention in the time range of a peak load in the time range of a peak load.
  • load and time information 3 is transmitted from a power supplier 1 to a signal decoder 4 in a cooling device 2.
  • the output signal of the signal decoder 4 is fed to a microcomputer 6 which, together with a temperature sensor 8 located in a cooling cell 7 and the cooling unit 9, forms a control circuit.
  • the setting of a temperature selector switch 5 is also transmitted to the microcomputer 6.
  • the load and time information can consist of signals which mean the start, the end or the duration of peak loads. However, further information can also be contained, for example the expected time until the start of the next peak load, or relatively extensive information about peak loads, for example of a day. If necessary, the device according to FIG.
  • the 1 contains a display device 10 which indicates the presence of a peak load.
  • the regulation results from the controlled switching on and off of the cooling unit approximately the curve shown in FIG. 2, which oscillates between a lower temperature Tmin and an upper temperature Tmax. In modern cooling devices, the difference is, for example, approximately 3 ° C., the height being adjustable by means of the temperature selector switch 5 (FIG. 1). Under the curve in Fig. 2 by bars 11, 12, the respective switch-on time of the cooling unit is characterized, the bars 11 denoting the normal switch-on time.
  • the control of the cooling device is switched over in such a way that the temperature at most reaches a lower upper temperature Tmax '.
  • the switch-on phases 12 are correspondingly shorter. During this time, it is ensured that the refrigerated goods assume a relatively low temperature, so that during the subsequent switch-off phase, which comprises the peak load, the temperature of the refrigerator compartment does not exceed the upper temperature limit Tmax. After this switch-off phase 15, the regulation is then continued in the usual way.
  • FIG. 3 Such a regulation is shown schematically in FIG. 3. At 21 there is regulation in the limits between Tmin and Tmax and at 22 regulation in the limits Tmin and Tmax '.
  • the signal decoder 4 actuates the switch 24, which short-circuits the control 22, so that the cooling unit 9 is controlled by the control 22 after receiving a control signal which announces a peak load.
  • Fig. 4 shows the uninfluenced process of a
  • Refrigerator control where the temperature T fluctuates between 2 ° C and 5 ° C.
  • the switch-on phases are through again
  • the peak load is announced at time 25, whereupon the control passes into shorter intervals, so that the peak load enters a switch-off phase. In the case according to FIG. 5, this is achieved without exceeding or falling below the temperature limits.
  • the cooling temperature can be reduced according to FIG. 6 when an announcement 26 arrives in time, for example to a lower temperature limit of 1 ° C. A longer switch-off phase is then available when the load peaks.
  • FIG. 7 shows a case in which a signal 27 announcing the load peak is received immediately before a load peak.
  • the cooling unit is switched off immediately in the situation shown.
  • the subsequent switch-off phase is sufficient for the upper temperature of 5 ° C to be reached only after the peak load has ended.
  • the parts 31, 32, 33 and 34 form a control loop for regulating the cold room temperature.
  • the actual temperature Ti is read in by the temperature sensor 8 (FIG. 1), which at 32 is compared with Tmin and Tmax. Depending on the comparison result, the cooling unit is switched on or off at 33.
  • the switch-on and switch-off times are stored at 34, and a new temperature value is read in again at 31.
  • the output of the signal decoder 4 (FIG. 1) is queried. If a control instruction is determined, the switch-on time and the temperature before the load peak are calculated at 36. Furthermore,
  • Heating-cooling functions determined with the times stored at 34.
  • FIG. 9 shows the time behavior of the power consumption of a group of cooling devices which are controlled by the power provider.
  • the illustration is based on an urban electricity network with a total of 30,000 household cooling devices, whereby the average output of the cooling devices is 100 watts and the average running time of the cooling units is 1/3, i.e. 20 minutes per hour.
  • more than 90% of all household cooling devices should work without load for a period of 30 minutes or more than 80% of all household cooling devices should cool without load for a period of even 60 minutes.
  • This enables a reduction for a period of 30 minutes, for example the load to less than 0.1 MW or a reduction to less than 0.2 MW for 60 minutes.
  • the load contribution of household refrigerators in the area of demand peaks can be reduced to 0.1 MW or 0.2 MW - this means that the municipal electricity supplier has to buy less expensive peak electricity.
  • the cooling units are signaled to the cooling units about 1.5 to 2 hours before the expected peak load, which is assumed to be one hour in FIG. 8.
  • cooling units are gradually aligned to build up a cold reserve or to synchronize their switching cycle with the time of the peak load.
  • An increased load therefore occurs before the peak load. This is dismantled relatively quickly at the beginning of the peak load, after which individual cooling units gradually start operating again. After the end of the load peak, the load then rises again to return to normal after an increase.
  • Fig. 10 shows the time course of the load without a previous announcement of the load peak under otherwise identical conditions. Due to the lack of preparation, not so many cooling devices are switched off at the beginning of the peak load. Furthermore, even during the peak load, a larger part of the cooling devices than in the case according to FIG. 9 must resume operation.

Abstract

Eine Einrichtung zum Betrieb eines Haushaltskühl- oder -gefriergerätes (2) enthält Mittel zum Fernsteuern (4, 6), insbesondere zur Beeinflussung des Stromaufnahmeverhaltens, des Kühl- oder Gefriergerätes (2) durch vom Stromversorger (1) übermittelte Steuersignale. Bei einem Verfahren zur Steuerung von Haushaltskühl- oder -gefriergeräten (2) ist vorgesehen, dass von einem Stromversorger (1) Steuersignale, welche Lastspitzen kennzeichnen, an Haushaltskühl- und/oder -gefriergeräte (2), die an das Netz des Stromversorgers (1) angeschlossen sind, gesendet werden.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Betrieb von Haushaltskühl- und -gefriergeräten
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb eines Haushaltskühl- oder -gefriergerates .
Die Nachfrage nach elektrischer Energie muß in einem Stromversorgungsnetz stets gedeckt werden. Eine Möglichkeit, in Zeiten hoher Nachfrage zusätzlichen Strom zur Verfügung zu stellen, ist insbesondere durch Speicherung von überschüssiger Energie, beispielsweise in Pumpspeichern, möglich. Um eine Stabilität der Stromversorgung zu gewährleisten, werden heutzutage größere Reservekraftwerke betrieben, welche bei erhöhtem Energiebedarf zuschaltbar sind. Der von diesen Kraftwerken produzierte Strom ist jedoch recht teuer. Ferner belastet es die Umwelt, wenn große Kraftwerke in Reserve laufen müssen, damit sie bei Bedarf schnell ans Netz gehen können.
Eine andere Möglichkeit, die Erzeugung und die Nachfrage nach Strom in Einklang zu bringen, besteht in der gezielten Steuerung der Nachfrage. Hier sind elektrische Geräte, wie Nachtspeicherheizungen zu nennen, mit denen die Nachfrage zu nachfrageschwachen Zeiten erhöht wird. Ebenso gibt es für Großkunden Abrechnungsmodelle, mit denen ein gewünschtes Nachfrageverhalten vom Stromversorgungsunternehmen erkauft werden kan .
Ein weiteres Beispiel für elektrische Geräte, die den Strombedarf von den Nachfragespitzen des Tages weg in nachfrageschwache Stunden verlegen, ist durch Kühl- und Gefrierschränke mit Kältespeicher gegeben. So sind beispielsweise Gefriergeräte, die mit Nachtstrom arbeiten, aus EP 0 651 214 bekannt. Diese Geräte arbeiten mit einem Kältespeicher, welcher das Innere des Gerätes auf einem niedrigen Temperaturniveau hält. Die Anordnung gestattet auch das Überbrücken längerer Ruhephasen, beispielsweise beim Einsatz in einem Hotel.
Kühl- oder Gefriergeräte, die nur mit Nachtstrom betrieben werden und deren Betriebs- und Ruhephasen daher festgelegt sind, haben jedoch einen eingeschränkten Gebrauchswert. So ist es mit einem derartigen Gefriergerät nicht möglich, größere Mengen Gefriergutes tagsüber einzufrieren, weil dafür ein unverhältnismäßig großer Kältespeicher erforderlich wäre. Gleiches gilt für einen Kühlschrank. Im übrigen treten auch während des Tages Phasen mit stark verringerter Energienachfrage auf, die für den Betrieb von elektrischen Haushaltsgeräten genutzt werden sollten, um eine möglichst gleichmäßige Nachfrage zu erreichen.
Moderne Haushaltsgefriergeräte sind gut isoliert und verfügen, wie schon erwähnt, teilweise über Kältespeicher, so daß sie auch bei einem Stromausfall von 24 Stunden oder länger das gefrorene Gut schützen. Für derartige Gefriergeräte ist es unerheblich, wenn das Kühlaggregat eine Zeitlang nicht läuft. Bei entsprechender Ausrüstung können auch große Zeitspannen überbrückt werden. Auch moderne Kühlschränke sind sehr gut isoliert, so daß sie größere Ruhepausen ebenfalls problemlos überbrücken können, ohne daß das Kühlgut gefährdet wird. Derartige Geräte können direkt ohne jede Änderung oder nach Ausrüstung mit kleinen Kältespeichern problemlos ein Abschalten des Kühlaggregats für eine Dauer von mehr als einer Stunde überstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, welche den Betrieb weitgehend mit Überschußstrom in nachfrageschwachen Zeiten ermöglicht, welche aber den Gebrauchswert der Geräte nicht einschränkt.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gelöst, welche Mittel zum Fernsteuern, insbesondere zur Beeinflussung des Stromaufnahmeverhaltens, des Kühl- oder Gefriergerätes durch vom Stromversorger übermittelte Steuersignale enthält.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in der Regel als Bestandteil eines Haushaltskühl- oder -gefriergerates ausgebildet, kann jedoch auch als Zusatzgerät ausgeführt sein, mit dem bestehende Haushaltskühl- oder -gefriergeräte versehen werden können. Selbst wenn die Erfindung im Einzelfall zu einem Mehrverbrauch führen sollte, bildet sie jedoch insgesamt eine ökonomische und ökologische Verbesserung, da die Lastspitzen von den Elektrizitätswerken mit teuren und die Umwelt stärker beanspruchenden Generatoren bedient werden müssen.
Dabei können Mittel zum Empfang von über die Netzleitung übertragenen Steuersignalen vorgesehen sein. Dies eröffnet insbesondere sehr einfache Möglichkeiten einer gegebenenfalls regionalen Feinsteuerung des Stromverbrauchs und erreicht jeden Verbraucher des Stromnetzes, also auch die zu steuernden Haushaltskühlgeräte. Dem Stromversorger entstehen nur geringe Kosten für die Steuerung, da das bestehende Netz nur für eine einfache Signalübertragung ausgerüstet werden muß. Die Anforderungen an eine derartige Datenübertragung sind deutlich niedriger als sie durch die zur Zeit diskutierte Nutzung des Stromnetzes zur Telekommunikation entstehen. Das Potential des Stromversorgungsnetzes, neben dem elektrischen Strom noch Daten zu transportieren, ist auch für komplizierte Steuerungsaufgaben bei weitem ausreichend. Das Übertragen von einigen, wenigen Impulsen reicht mitunter für die Steuerung der mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Kühlgeräte aus .
Alternativ dazu ist bei einer nächsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, daß die Einrichtung Mittel zum Empfang von per Telefonleitung übertragenen Signalen oder Mittel zum Empfang von Funksignalen aufweist. Die Steuerung durch Funk ist recht einfach und setzt nur einen geringen Aufwand auf Seiten der Stromversorger voraus. Hier sei auf die große Anzahl der heute bereits über Funk durchgeführten Steuerungen hingewiesen. Beispielhaft ist hier die Steuerung der Funkuhren durch das Funksignal DCF77 zu nennen.
Um eine sichere Aufbewahrung des Kühl- oder Gefriergutes zu gewährleisten, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Wirksamkeit der Fernsteuerung vom jeweiligen Betriebszustand des Haushaltskühl- oder -gefriergerates abhängig ist. Vorzugsweise wird dabei derart vorgegangen, daß das Kühlaggregat des Haushaltskühl- oder -gefriergerates durch die Fernsteuerung nur unterhalb einer vorgegebenen Solltemperatur abschaltbar ist.
Im Falle von Nachfragespitzen wird ein entsprechendes Signal vom Stromversorger ausgesendet und das Kühlaggregat abgeschaltet. Dabei kann die Abschaltung oder das Verhindern des Einschaltens jedoch nur so weit erfolgen, als der Kühlraum eine vorgegebene Temperatur nicht übersteigt. Es kann also das Kühlaggregat nur bei Unterschreitung einer vorgegebenen Solltemperatur ferngesteuert abgeschaltet werden .
Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß das Kühlaggregat des Haushaltskühl- oder -gefriergerates durch die Fernsteuerung in einem vorgegebenen Temperaturbereich steuerbar ist.
In dieser Weiterbildung kann das Kühlaggregat des Haushaltskühlgerätes nur in einem vorgegebenen Temperaturbereich durch das Stromversorgungsunternehmen gesteuert werden. Dies führt zwar dazu, daß auch zu Spitzenlastzeiten einige Geräte nicht abgeschaltet werden, weil sie gerade frisch beschickt worden sind. Statistisch gesehen spielen diese Geräte, die sich in einem Extremzustand befinden, jedoch nur eine untergeordnete Rolle. Die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Kühlgeräte können damit ohne jede Einschränkung an Komfort genutzt werden.
Um möglichst günstige Voraussetzungen für das Abschalten während einer Lastspitze zu schaffen, ist bei einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß vor dem voraussichtlichen Auftreten einer Lastspitze Steuersignale mit einer Information über den voraussichtlichen Zeitpunkt der Lastspitze empfangbar sind und daß das Kühlaggregat des Haushaltskühl- oder -gefriergerates durch Ein- und Ausschalten derart gesteuert wird, daß die voraussichtliche Lastspitze in eine Ausschaltphase fällt. Dabei kann die Einrichtung derart ausgebildet sein, daß zu oder kurz vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt die Temperatur im Haushaltskühl- oder -gefriergerät auf einem durch die Kühleinstellung vorgegebenen Mindestwert liegt. Sollte die Kältespeicherkapazität nicht dazu ausreichen, eine Lastspitze zu überbrücken, ohne aus dem erwünschten Temperaturbereich zu geraten, kann die Einrichtung auch derart ausgebildet sein, daß zu oder kurz vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt die Temperatur im Haushaltskühl- oder -gefriergerät um eine vorgegebene Temperaturdifferenz unter einem durch die Kühleinstellung vorgegebenen Mindestwert liegt.
Eine besonders günstige Anpassung des Haushaltskühl- oder -gefriergerates an den Lastverlauf des Stromnetzes kann durch Mittel erzielt werden, die aus den übermittelten Steuersignalen Informationen über mehrere Lastspitzen innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes ableiten und in Abhängigkeit davon das Kühlaggregat derart steuern, daß Überschneidungen zwischen den Lastspitzen und Kühlphasen minimiert werden.
Hinsichtlich der Steuerung der Kühlgeräte bieten sich die unterschiedlichsten Möglichkeiten. Diese reichen von der einfachen Vorgabe der Verschiebung der Solltemperaturen durch den Stromanbieter bis hin zu mikrocomputergesteuerten Kühlschränken und Gefriergeräten.
Ein mikrocomputergesteuertes Kühlgerät kann beispielsweise wie folgt arbeiten: Der Stromanbieter übermittelt den Kühlgeräten die Zeiträume, in denen möglichst wenig Strom verbraucht werden soll. Diese Vorgaben werden ständig aktualisiert. Jedes einzelne Haushaltskühlgerät berechnet einen möglichst motorschonenden Kühlzyklus, bei dem in den vorgegebenen Zeiträumen das Kühlaggregat nicht bzw. möglichst wenig läuft. Auf diese Weise können die unterschiedlichsten Geräteeigenschaften und der unterschiedliche Beladungsgrad der Geräte optimal berücksichtigt werden. Anwendungsbeispiel: Verschiebung der Zykluszeit eines Haushaltskühlschranks ohne nennenswerten Eingriff in die Temperaturgrenzen. Annahme: Es wird eine Lastspitze des Stromnetzes in der Zeit von 8.00 Uhr bis 8.30 Uhr erwartet. Der Kühlschrank hat bei der vorgegebenen Solltemperatur folgenden Kuhlzyklus: 25 Minuten Kühlen, 60 Minuten Abtauen. Der Kuhlzyklus wird im Laufe der Nacht so gesteuert, daß das Kühlaggregat in der Zeit von 7.45 Uhr bis 8.45 Uhr nicht läuft.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die das Vorliegen einer Lastspitze anzeigt. Dadurch ist der Benutzer in der Lage, sich bei der Nutzung des Haushaltskühl- oder -gefriergerates an das Auftreten von Lastspitzen anzupassen, soweit dies sinnvoll ist.
Um zu vermeiden, daß bei gleichzeitigem (Wieder- )Einschalten eine zusätzliche Lastspitze entsteht, sind bei einer anderen Weiterbildung Mittel zur zeitversetzten Steuerung der einzelnen Haushaltskühl- oder -gefriergeräte vorgesehen.
Für den Fall, daß häufig längere Lastspitzen auftreten, kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart ausgebildet sein, daß das Haushaltskühl- oder -gefriergerät mit einem Kältespeicher, der vorzugsweise für mehr als 30 Minuten ausreicht, versehen ist.
Durch den Betrieb in nachfrageschwachen Zeiten wird aufgrund der guten Isolierung moderner Geräte oder mittels eines vorhandenen Kältespeichers eine Kältereserve aufgebaut, welche die Ruhephasen, in denen das Kühlaggregat abgeschaltet ist, überbrückt. Die erfindungsgemäßen Haushaltskühlgeräte stellen für den Stromanbieter eine Reserve auf der Angebotsseite und auf der Nachfrageseite dar. Diese Kühlgeräte haben also eine ähnliche Funktion wie die oben erwähnten Speicherkraftwerke, die ebenfalls sowohl auf der Angebots- wie auch auf der Nachfrageseite eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Kühlgeräte sind insbesondere bestens geeignet, die im Laufe des Tages auftretenden extremen Bedarfsspitzen zu reduzieren und andererseits die auch tagsüber vorhandenen nachfrageschwachen Zeiten zu überbrücken. Interessant sind insbesondere solche Haushaltskühlgeräte mit einem Nutzinhalt von ca. 60-600 1.
Wenn große Gruppen von Geräten zentral gesteuert werden, können bei einem gleichzeitigem Anlaufen der Motoren starke Schwankungen im Energienetz auftreten. Daher ist es zweckmäßig, die Kühlaggregate verzögert zu schalten. Dabei kann die Verzögerung beispielsweise bereits beim Hersteller auf einen festen Wert eingestellt werden, der innerhalb der Serie variiert. Alternativ ist auch eine Verzögerung mit Hilfe eines eingebauten Zufallsgenerators möglich, der bei Auftreten eines Steuersignals eine zufällige Zeitverzögerung generiert. Ebenso kann ein gleichzeitiges Anlaufen der Kühlaggregate verhindert werden, indem die Schalttemperaturen nur langsam verschoben werden. Ein derartiges Gerät kann in mehreren Stufen geschaltet werden: Eine erste Stufe veranlaßt das Kühlaggregat, möglichst selten einzuschalten. Die Temperatur im Kühlraum wird knapp unter dem eingestellten Maximalwert gehalten. Weitere Stufen bewirken den normalen Betrieb. Die Temperatur pendelt um den eingestellten Optimalwert. Eine letzte Stufe kann ähnlich einer Superkühl-Funktion eine stärkere Kühlung veranlassen, so daß eine Kältereserve aufgebaut wird. Es ist sinnvoll, vor einer erwarteten Lastspitze die Kühlgeräte auf der letzten Stufe und während der Verbrauchsspitze auf der ersten Stufe zu betreiben, so daß die Geräte während der Verbrauchsspitze keinen Strom verbrauchen. Dies beschreibt jedoch nur eine von vielen Möglichkeiten, die Kühlgeräte durch den Stromanbieter zu steuern.
Auch hinsichtlich der Vergütung des angebotsorientierten Verhaltens für den Verbraucher gibt es verschiedene Möglichkeiten. So kann der Kunde z.B. beim Kauf eines solchen Gerätes eine vom Stromanbieter ausgelobte Prämie erhalten. Andererseits ist auch eine direkte Abrechnung der je nach Lastart (Spitzenstrom oder Niederlaststrom) abgenommenen Strommenge möglich. Ebenso ist es möglich, auch die einzelnen Stromzähler u.U. über dasselbe Signal zu steuern und so den Verbraucher direkt zu einem lastgerechten Verbrauch anzuregen. In diesem Fall kann eine zusätzliche Anzeige am Kühlgerät, das den Lastzustand des Netzes anzeigt, von Vorteil sein.
Sind an ein elektrisches Stromversorgungsnetz vom Versorger gesteuerte Haushaltskühl- und -gefriergeräte angeschlossen, die mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestattet sind, lassen sie sich ohne Einbuße an Nutzungskomfort weitgehend mit Überschußstrom betreiben. Dadurch, daß diese Geräte in ihrem Stromabnahmeverhalten direkt vom Stromanbieter gesteuert werden, kann eine optimale Nutzung von Überkapazitäten des Stromversorgungssystems erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren dadurch gelöst, daß von einem Stromversorger Steuersignale, welche Lastspitzen kennzeichnen, an Haushaltskühl- und/oder -gefriergeräte, die an das Netz des Stromversorgers angeschlossen sind, gesendet werden. Um dabei die angeschlossenen Haushaltskühl- oder -gefriergeräte auf voraussichtliche Lastspitzen vorzubereiten, ist bei einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, daß vor einem den tatsächlichen Beginn einer Lastspitze kennzeichnenden Steuersignal ein weiteres Steuersignal zur Ankündigung der Lastspitze gesendet wird.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, daß angeschlossene Haushaltskühlgeräte und Haushaltsgefriergeräte getrennt steuerbar sind. Dadurch wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das unterschiedliche Schaltverhalten dieser Gerätegruppen ausgenutzt.
Auch eine gebietsweise Steuerung kann vorteilhaft sein und erfordert besondere Schaltungen. Im allgemeinen ist dies jedoch durch eine Auswahlschaltung am Gerät selbst oder durch andere Regelungen möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Temperatur in einem Kühlgerät mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 3 eine schematische Regelung eines Kühlgerätes,
Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Temperatur ohne Anwendung der Erfindung, Fig. 5 bis Fig. 7 Zeitdiagramme der Temperatur bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Programmablaufs in einem in der Einrichtung nach Fig. 1 vorgesehenen Mikrocomputer,
Fig. 9 und Fig. 10 die Leistungsaufnahme einer Gruppe von
Kühlgeräten mit der erfindungsgemäßen Einrichtung im Zeitbereich einer Lastspitze.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Stellvertretend für alle zur Anwendung der Erfindung in Frage kommenden Kühl- und Gefriergeräte sind die Ausführungsbeispiele auf ein Kühlgerät gerichtet.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 wird von einem Stromversorger 1 eine Last- und Zeitinformation 3 zu einem Signaldecoder 4 in einem Kühlgerät 2 übertragen. Das Ausgangssignal des Signaldecoders 4 wird einem Mikrocomputer 6 zugeführt, der zusammen mit einem in einer Kühlzelle 7 befindlichen Temperatursensor 8 und dem Kühlaggregat 9 einen Regelkreis bildet. Die Einstellung eines Temperatur-Wahlschalters 5 wird ebenfalls an den Mikrocomputer 6 übertragen. Je nach Ausführung im einzelnen kann die Last- und Zeitinformation aus Signalen bestehen, die jeweils den Beginn, das Ende oder die Dauer von Lastspitzen bedeuten. Es können jedoch auch weitere Angaben enthalten sein, beispielsweise die voraussichtliche Zeit bis zum Beginn der nächsten Lastspitze, oder relativ umfangreiche Informationen über Lastspitzen, beispielsweise eines Tages. Gegebenenfalls enthält die Einrichtung nach Fig. 1 eine Anzeigeeinrichtung 10, die das Vorliegen einer Lastspitze anzeigt. Die Regelung ergibt durch das gesteuerte Ein- und Ausschalten des Kühlaggregats etwa die in Fig. 2 dargestellte Kurve, die zwischen einer unteren Temperatur Tmin und einer oberen Temperatur Tmax pendelt. Bei modernen Kühlgeräten beträgt die Differenz beispielsweise etwa 3 °C, wobei die Höhe durch den Temperaturwahlschalter 5 (Fig. 1) einstellbar ist. Unter der Kurve ist in Fig. 2 durch Balken 11, 12 die jeweilige Einschaltzeit des Kühlaggregats gekennzeichnet, wobei die Balken 11 die normale Einschaltzeit bezeichnen.
Wird beispielsweise zu einem durch einen Pfeil 25 gekennzeichneten Zeitpunkt vom Signaldecoder ein Signal empfangen, das eine voraussichtliche Lastspitze während der Zeit t_ ankündigt, wird die Regelung des Kühlgerätes derart umgeschaltet, daß die Temperatur höchstens eine geringere obere Temperatur Tmax' erreicht. Dementsprechend kürzer sind die Einschaltphasen 12. Während dieser Zeit wird sichergestellt, daß das Kühlgut eine relativ geringe Temperatur annimmt, so daß während der anschließenden Ausschaltphase, welche die Lastspitze umfaßt, die Temperatur des Kühlraums nicht die obere Temperaturgrenze Tmax überschreitet. Nach dieser Ausschaltphase 15 wird die Regelung dann in üblicher Weise fortgesetzt.
Eine solche Regelung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Und zwar erfolgt bei 21 eine Regelung in den Grenzen zwischen Tmin und Tmax und bei 22 eine Regelung in den Grenzen Tmin und Tmax'. Vom Signaldecoder 4 wird der Schalter 24 betätigt, der die Regelung 22 kurzschließt, so daß das Kühlaggregat 9 nach Empfang eines Steuersignals, welches eine Lastspitze ankündigt, von der Regelung 22 gesteuert wird. Fig. 4 zeigt den von außen unbeeinflußten Ablauf einer
Kühlschrankregelung, wobei die Temperatur T zwischen 2 °C und 5 °C pendelt. Die Einschaltphasen sind wiederum durch
Balken 11 gekennzeichnet. Tritt nun unkorreliert während einer Zeit tτ eine Lastspitze auf, so trägt der jeweilige
Kühlschrank zur Erhöhung dieser Lastspitze bei, solange sich eine Einschaltzeit 11 mit der Zeit L der Lastspitze überschneidet .
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Fall wird die Lastspitze zum Zeitpunkt 25 angekündigt, worauf die Regelung in kürzere Intervalle übergeht, so daß die Lastspitze in eine Ausschaltphase gerät. Dieses wird bei dem Fall nach Fig. 5 ohne Über- bzw. Unterschreiten der Temperaturgrenzen erreicht .
Sollte jedoch die Ausschaltphase bei normalen Betrieb, beispielsweise aufgrund zu geringer Wärmeisolierung, zu kurz in Bezug auf die Lastspitze sein, so kann gemäß Fig. 6 bei rechtzeitigem Eintreffen einer Ankündigung 26 die Kühltemperatur herabgesetzt werden, beispielsweise auf eine untere Temperaturgrenze von 1 °C. Es steht dann bei einer Lastspitze eine längere Ausschaltphase zur Verfügung.
Fig. 7 zeigt einen Fall, bei dem unmittelbar vor einer Lastspitze ein die Lastspitze ankündigendes Signal 27 empfangen wird. Das Kühlaggregat wird in der dargestellten Situation unmittelbar abgeschaltet. Die anschließende Ausschaltphase reicht dazu aus, daß die obere Temperatur von 5 °C erst erreicht wird, nachdem die Lastspitze zu Ende ist.
Die schematische Darstellung gemäß Fig. 8 dient zur Erläuterung eines Programms im Mikrocomputer 6 (Fig. 1). Die Teile 31, 32, 33 und 34 bilden einen Regelkreis zur Regelung der Kühlraumtemperatur. Bei 31 wird dazu die Ist-Temperatur Ti vom Temperatursensor 8 (Fig. 1 ) eingelesen, die bei 32 mit Tmin und Tmax verglichen wird. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird bei 33 das Kühlaggregat ein- oder ausgeschaltet. Bei 34 werden die Einschalt- und die Ausschaltzeit gespeichert, worauf bei 31 wieder ein neuer Temperaturwert eingelesen wird.
Bei 35 wird der Ausgang des Signaldecoders 4 (Fig. 1 ) abgefragt. Wird dabei eine Steueranweisung festgestellt, werden bei 36 der Einschaltzeitpunkt und die Temperatur vor der Lastspitze berechnet. Ferner werden
Erwärmungs-Abkühlfunktionen mit den bei 34 gespeicherten Zeiten ermittelt. Bei 37 wird geprüft, ob die Bedeutung des Zyklus abgeschlossen ist. Nicht zutreffendenfalls wird ein neuer Temperaturwert eingelesen, zutreffendenfalls wird bei 38 geprüft, ob eine Schaltung vorgenommen werden muß. Ist dieses nicht der Fall, wird wiederum bei 31 ein Temperaturwert eingelesen. Ist dies der Fall, wird bei 39 das Kühlaggregat geschaltet und das Programm danach mit dem Einlesen eines neuen Temperaturwertes bei 31 fortgesetzt.
Fig. 9 zeigt das Zeitverhalten der Leistungsaufnahme einer Gruppe von Kühlgeräten, die vom Stromanbieter gesteuert werden. Der Darstellung liegt ein städtisches Stromnetz mit etv:a 30.000 Haushaltskühlgeräten zugrunde, wobei die durchschnittliche Leistung der Kühlgeräte 100 Watt beträgt und die durchschnittliche Laufzeit der Kühlaggregate 1/3, das heißt 20 Minuten je Stunde beträgt. Damit stellt diese Gruppe von Haushaltskühlgeräten im Mittel eine Last von 30.000 x 1/3 x 100 = 1 MW dar.
Durch gezielte Steuerung des Lastverhaltens sollten beispielsweise mehr als 90% aller Haushaltskühlgeräte für einen Zeitraum von 30 Minuten lastfrei arbeiten bzw. mehr als 80% aller Haushaltskühlgeräte für einen Zeitraum von sogar 60 Minuten ohne Last kühlen. Dies ermöglicht beispielsweise für die Dauer von 30 Minuten eine Reduktion der Last auf kleiner als 0,1 MW bzw. für die Dauer von 60 Minuten eine Reduktion auf kleiner als 0,2 MW. Damit kann der Lastbeitrag der Haushaltskühlgeräte im Bereich von Bedarfsspitzen auf 0,1 MW bzw. 0,2 MW reduziert werden - das heißt, der städtische Stromversorger muß weniger teuren Spitzenstrom zukaufen. Um diese Werte zu erreichen, wird den Kühlgeräten etwa 1,5 bis 2 Stunden vor der zu erwartenden Lastspitze, die in Fig. 8 mit einer Stunde angenommen wird, die Lastspitze signalisiert.
Je nach Zustand, in dem sich die einzelnen Kühlgeräte befinden, werden nach und nach Kühlgeräte zum Aufbau einer Kältereserve oder zu einer Synchronisation ihres Schaltzyklus auf den Zeitpunkt der Lastspitze ausgerichtet. Vor der Lastspitze tritt daher eine erhöhte Last auf. Diese wird relativ schnell zu Beginn der Lastspitze abgebaut, worauf dann nach und nach einzelne Kühlgeräte ihren Betrieb wieder aufnehmen. Nach dem Ende der Lastspitze steigt die Last dann wieder an, um nach einer Überhöhung wieder in den Normalzustand überzugehen.
Fig. 10 zeigt den Zeitverlauf der Last ohne eine vorherige Ankündigung der Lastspitze unter ansonsten gleichen Voraussetzungen. Wegen der mangelnden Vorbereitung werdem nicht so viele Kühlgeräte zu Beginn der Lastspitze abgeschaltet. Ferner muß auch während der Lastspitze ein größerer Teil der Kühlgeräte als bei dem Fall nach Fig. 9 den Betrieb wieder aufnehmen.

Claims

Ansprüche
1. Einrichtung zum Betrieb eines Haushaltskühl- oder -gefriergerates gekennzeichnet durch Mittel (4, 6) zum Fernsteuern, insbesondere zur Beeinflussung des Stromaufnahmeverhaltens, des Kühl- oder Gefriergerätes (2) durch vom Stromversorger übermittelte Steuersignale.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Mittel (4) zum Empfang von über die Netzleitung übertragenen Steuersignalen .
3. Einrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Mittel (4) zum Empfang von per Telefonleitung übertragenen Signalen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Mittel (4) zum Empfang von Funksignalen.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit der Fernsteuerung vom jeweiligen Betriebszustand des Haushaltskühl- oder -gefriergerates (2) abhängig ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlaggregat (9) des Haushaltskühl- oder -gefriergerates (2) durch die Fernsteuerung nur unterhalb einer vorgegebenen Solltemperatur abschaltbar ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlaggregat (9) des Haushaltskühloder -gefriergerates (2) durch die Fernsteuerung in einem vorgegebenen Temperaturbereich steuerbar ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem voraussichtlichen Auftreten einer Lastspitze Steuersignale mit einer Information über den voraussichtlichen Zeitpunkt der Lastspitze empfangbar sind und daß das Kühlaggregat (9) des Haushaltskühl- oder -gefriergerates (2) durch Ein- und Ausschalten derart gesteuert wird, daß die voraussichtliche Lastspitze in eine Ausschaltphase fällt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu oder kurz vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt die Temperatur im Haushaltskühl- oder -gefriergerät (2) auf einem durch die Kühleinstellung vorgegebenen Mindestwert liegt.
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu oder kurz vor dem voraussichtlichen Zeitpunkt die Temperatur im Haushaltskühl- oder -gefriergerät (2) um eine vorgegebene Temperaturdifferenz unter einem durch die Kühleinstellung vorgegebenen Mindestwert liegt.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch Mittel, die aus den übermittelten Steuersignalen Informationen über mehrere Lastspitzen innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes ableiten und in Abhängigkeit davon das Kühlaggregat (9) derart steuern, daß Überschneidungen zwischen den Lastspitzen und Kühlphasen minimiert werden.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die das Vorliegen einer Lastspitze anzeigt.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch Mittel zur zeitversetzten Steuerung der einzelnen Haushaltskühl- oder -gefriergeräte (2).
14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Haushaltskühl- oder -gefriergerät (2) mit einem Kältespeicher versehen ist.
15. Verfahren zur Steuerung von Haushaltskühl- oder -gefriergeräte, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Stromversorger Steuersignale, welche Lastspitzen kennzeichnen, an Haushaltskühl- und/oder -gefriergeräte, die an das Netz des Stromversorgers angeschlossen sind, gesendet werden .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem den tatsächlichen Beginn einer Lastspitze kennzeichnenden Steuersignal ein weiteres Steuersignal zur Ankündigung der Lastspitze gesendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß angeschlossene Haushaltskühlgeräte und Haushaltsgefriergeräte getrennt steuerbar sind.
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