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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Heizen von Räumen mittels
einer Kombination aus Direkt- und Speicherhe izung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum elektrischen Heizen von Räumen mittels einer Kombination
aus Direkt- und Speicherheizung, wobei der Speicherheizung nur während einer vom
Energie-Versorgungs-Unternehmen (im folgenden EVU abgekdrzt) aufgrund der Lastverhältnisse
im Netz festgelegten Freigabe-zeit in der Nacht elektrische Energie zur Verfügung
steht.
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Bei einem Elektro-Heizungssystem, das sowohl fUr das EVU als auch
für den Kunden im wirtschaftlichen Optimum betrieben werden kann, muß das Nachtspeichergerät
erheblich verkleinert werden, und die fehlende Wärmeenergie wird dann am Tage mittels
Direkt-Heizgeräten, die während der Spitzenlastzeiten ausgeschaltet sind, nachgeliefert.
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Die etwas erhöhten Betriebskosten durch den Tages-Hochtarif für die
Direktheizgeräte werden mehr als aufgewogen durch die geringeren Investitionen für
dieses Heizungssystem.
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Erst durch eine erhebliche Verkleinerung der Nachtspeichergeräte,
doh. einer Verkleinerung der vom EVU vorzuhaltenden Leistung einerseits und den
Mehreinnahmen durch die Tages-Direktheizung andererseits werden Investitionen im
Netz für das EVU lohnend. Als Elektro-Heizung hat bisher besonders die Nachtspeicherheizung
Verbreitung gefunden. Der Gebrauchswert der Speichergeräte der Bauart III mit der
steuerbaren Entladung durch Lüfter ist mit ihrer automatischen Raumtemperatur-Regelung
aus der Sicht des Anwenders kaum mehr zu steigern.
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Bei der bekannten Nachtspeicherheizung mit 8 Stunden-Aufladung muß
das Speichergerät so groß gewählt werden, daß der gespeicherte Wärmevorrat für den
zu erwartenden kältesten Tag der entsprechenden Klimazone ausreicht. Nachteile des
Nachtspeichergrätes sind somit seine Baugröße, sein ungünstiges Gewicht (sie werden
deshalb von manchen Architekten abgelehnt) und damit auch sein Preis und für das
EVU sein hoher Anschlußwert.
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Um das Nachtlasttal aus verschiedenen Gründen auffüllen zu können,
propagierten die EVU die Nachtspeicherheizung zu einem besonders niedrigen Tarif
(NT 5 Niedrig-Tarif). Voraussetzung war, daß wegen der Heizlast keinerlei zusätzliche
Investitionen erforderlich wurden.
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Die Nachfrage an Elektro-Heizungsanlagen ist aber in den letzten
Jahren derart gestiegen, daß der Rahmen, der anfangs für die Nachtspeicherheizung
abgesteckt war, dadurch gesprengt wird. Immer mehr EVU sehen sich darum gezwungen,
Neuzulassungen von Speicherheizungsanlagen abzulehnen, weil die Reserven im Netz
weitgehend aufgebraucht sind.
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Es sind schon verschiedene Wege beschritten worden, um die Nachteile
der ausschließlichen Nachtspeicherheizung abzuschwächen. Aber jede Verringerung
des Anschlußwertes ist gleichbedeutend mit einer Verlängerung der Einschaltdauer
huber 8 Stunden hinaus, d.h., es ist am Tage entweder eine Nachladung des verkleinerten
Speichergerätes oder ein zusätzlicher Einsatz von Direktheizgeräten in irgend einer
Form erforderlich.
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Die Größe des Speichergerätes kann auf 80* reduziert werden bei der
Speicherheizung mit 2-stündiger Tagesnachladung (Aufladung (8+2) h). Die Nachladung
erfolgt im Mittags-Lasttal. Da bei verschiedenen EVU das Mittags-Lasttal sich zunehmend
mit Allgemeinlast ausfüllt, können auch hier Neuzulassungen vielfach nicht mehr
genehmigt werden.
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Die Größe des Speichergerätes kann ebenfalls auf etwa 85% reduziert
werden, wenn in seinem Luftkanal ein Heizstab als Direkt-Zusatzheizung zum Hoch-Tarif
eingebaut wird.
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Da dieser Direktheizstab keinen eigenen Lüfter besitzt, kann er erst
in Betrieb genommen werden, wenn die aus dem Speicher mit Lüfter geförderte Wärmemenge
nicht mehr zur
Aufrechterhaltung der Raumtemperatur ausreicht. Da
diese Zusatzheizung praktisch nur in der Nachmittags-Lastspitze und abends eingeschaltet
werden kann1 sind bei einem EW auch diese Speichergeräte mit Zusatzheizung nicht
mehr zugelassen.
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Die Größe des Speichergerätes könnte erheblich reduziert werden, wenn
das Speichergerät auch am Tage erheblich länger als nur 2 Stunden nachgeladen werden
könnte bei Ausklammerung der Tageszeiten mit LastspitzenO Bei der bekannten Teilspeicher
- oder Pendelspeicherheizung wird das Heizgerät am Tage abwechselnd als Speichergerät
und als Direktheizgerät benutzt (Sonderanfertigungen). In den Sperrzeiten des Direktheizgerätes
soll das Gerät die gespeicherte Wärme liefern, in den Freigabezeiten soll das Gerät
gleichzeitig Wärme in den Raum liefern und wieder Wärme für die nächste Sperrzeit
speichern Diese Konzeption hat ebenfalls erhebliche Nachteile. Sie fordert ztB.
die Festlegung der Sperrzeiten und der Länge der dazwischen liegenden Freigabezeiten.
Die Änderung des einmal festgelegten Ablaufes würde auch eine Änderung des Gerätes
nach sich ziehen.
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Wieder einen anderen Weg versucht ein süddeutsches EVU zu gehen. Das
Speichergerät wird erheblich verkleinert und der fehlende Anteil wird durch Direktheizgeräte
gedeckt, die ebenfalls hauptsächlich des Nachts eingeschaltet werden0 Am Tage ist
für die wenigen sehr kalten Tage ein Einschalten der Direktheizgeräte von maximal
2 Stunden vorgesehen, alles zum Nieder-Tarif. Die Einschaltdauer der Speicher- und
Direktheizgeräte des
Nachts wird witterungsabhängig vom EVU mittels
TR-Signal gesteuert. Aus der Sicht des EVU ist diese Betriebsweise sehr ähnlich
einer Speicherheizung mit Tages-Nachladung.
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Diese Heizungsanlage kann wirtschaftlich für das EVU ebenfalls nur
dort betrieben werden, wo im Netz noch Reserven vorhanden sind. Das Heizen des Nachts
mit Direktheizgeräten steht ferner im Gegensatz zu den Lebensgewohnheiten der meisten
Menschen und der allgemeinen Auffassung, daß es am angenehmsten ist, wenn die Zimmertemperatur
des Nachts abgesenkt wird. Dieser Auffassung bedient sich auch die Propaganda für
die zahlreichen automatischen Aufladesteuerungen mit Witterungsfühler.
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Da besonders bei der Speicherheizung mit 8-Stunden-Aufladung in der
Mehrzahl der Heiztage die erforderliche Ladeenergie kaum 50% des Speichervermögens
ausmacht, sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Betriebsweisen möglich: a) entweder
das stets am Morgen voll aufgeladene Gerät wird am Tage kaum zur Hälfte entladens
Wegen der unnötig hohen Kerntemperatur wird hier vom wAufschaukeln n des Speichergerätes
gesprochen; ferner ist durch die hohe Kerntemperatur die statische Entladung des
Gerätes über seine Oberfläche des Nachts größer als zur Aufrechterhaltung der des
Nachts gewünschten abgesenkten Raumtemperatur erforderlich wäre. Man spricht in
diesem Zusammenhang von Verlustwärme.
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b) oder durch eine irgendwie gestaltete Aufladesteuerung wird der
Speicher immer nur soviel aufgeladen,
daß der Wärmebedarf des kommenden
Tages gedeckt ist. Im Speichergerät verbleibt abends immer nur ein nicht verwertbarer
Restbetrag an Wärme der meßtechnisch durch einen Restwärmefühler erfaßt wird. Die
Lademenge für den kommenden Tag, welche gleichbedeutend ist mit der Ladezeit in
der Nacht, wird im Zusammenwirken mit einem außen am Haus angebrachten Witterungsfühler
bestimmt0 Die meisten automatischen Aufladesteuerungen haben einen Korrekturschalter,
der vom Kunden von Hand "nach Gefühl" höher gestellt werden muß, wenn aufgrund eines
Kälteeinbruches die aufgespeicherte Wärmemenge nicht ausreichte, denn mittels Witterungsfühler
ist noch keine Wettervorhersage möglich. Der Kunde glaubt, den Korrekturschalter
dann richtig eingestellt zu haben, wenn die Lademenge stets einen entsprechend großen
Sicherheitsbetrag beinhaltet (teilaufgeschaukelt), so daß auch bei plötzlichen größeren
Kälteeinbrüchen eine zusätzliche Wärmemenge aus der Reserve beigesteuert werden
kann. Die Propaganda sagt, eine Aufladeautomatik rentiere sich wegen der Vermeidung
der Verlustwärme.
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Die Rentabilität verringert sich aber durch den ständig emitgeschleppten
Sicherheitsbetrag." Ein Nachteil der automatischen Aufladesteuerungen im allgemeinen
ist durch die Vielzahl der unterschiedlichen Systeme gegeben. Da die Speichergeräte
durch Zusatzeinrichtungen dem jeweiligen System angepaßt wurden, sind die Geräte
verschiedener Systeme nicht austauschbar, was im Störungsfalle eine
schnelle
Reparatur durch den örtlichen Installateur sehr erschwert.
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Wird die Ladezeit von Speichergeräten aufgrund einer Wettervorhersage
vom Metereologischen Institut mittels TR-Signal vom EVU vorgegeben, dann wird die
genaue Ladezeit um etwa 20> verlängert. Dies ist erforderlich, um sowohl unterschiedliches
Kleinklima, als auch differierende Kundenwünsche voll zu berücksichtigen; dadurch
wird aber ein Teil der Speichergeräte aufgeschaukelt, was wieder entsprechende Verlustwärme
bedeutet.
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Aus der geordneten Jahres-Dauerlinie der mittleren Tages-Außentemperatur
ist zu entnehmen, daß für 90% bis 95 % der in einer Heizperiode benötigen elektrischen
Arbeit bereits ein Speichergerät von etwa halber Leistung (bezogen auf ein Speichergerät
bei maximal 8-Stunden-Aufladung) ausreichen würde, Für die obigen 9 4 und einen
auf den Nieder-Tarif bezogenen, doppelt so hohen Tages-oder Hoch-Tarif ergäbe das
eine Steigerung der Betriebskosten von 10% ( für obige 95 % eine Erhöhung von 5
%).
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In dem BuchsAktivierung und Planung von Netzen für allelektrische
Versorgung", herausgegeben von der VDEW (1970), teilt eine Arbeitsgruppe das Ergebnis
ihrer wirtschaftlichen Berechnungen mit; sie kommt, unter der Voraussetzung, daß
auch in Küche und Bad eine Kombination aus Speicher- und Direktheizung eingebaut
werden1 zu einem wirtschaftlich optimalen Leistungsverhältnis von 3 ki Speicher-
zu 2,7 kW Direktheizung. Dieses Verhältnis kann aber wegen unterschiedlicher
Gegebenheiten
bei den einzelnen EVU etwas differieren0 Für die Zusammenarbeit von Speicher-und
Direktheizgeräten ist eine automatisch wirkende Entladeregelung erforderlich.
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Der Aufwand für eine denkbare und von der Arbeitsgruppe im Prinzip
angegebene automatische Entladeregelung ist so erheblich, daß die Wirtschaftlichkeit
des Heizungssystems für den Kunden zumindest stark gefährdet ist.
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Eine Entladeautomatik muß stets so regeln, daß abends zum Ladebeginn
des Speichergerätes (nicht früher oder später) dieses leer ist und zwar unabhängig
von der Witterung und unabhängig von der am Raumthermostaten eingestellten Raumtemperatur.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelungssystem zu schaffen,
das es ermöglicht, eine kombinierte Speicher-Direktheizung auch ftir den Kunden
wirtschaftlich und bequem zu betreiben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein aufgrund
der Wettervorhersage für den nächsten Tag angegebener Heizgradwert am Regler der
kombinierten Heizung etwa zu Beginn der Freigabezeit eingestellt wird, wobei dieser
Heizgradwert die Aufladedauer der Speicherheizung in der Nacht und gegebenenfalls
die Dauer der ge samten Energieaufnahme der mit der Speicherheizung verriegelten
und zu dieser in einem festen Leistungsaufnahmeverhältnis stehenden Direktheizung
am folgenden Tag derart festlegt, daß der bei Beginn einer dieser Aufladedauer folgenden
Aufladedauer gemessene, dem Wärmeinhalt der Speicherheizung entsprechende Rest-Heizgradwert
etwa Null beträgt.
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Bei Einhaltung der Nebenbedingung, daß die Summe der täglichen Sperrzeiten
fllr die Direktheizgeräte 5 Stunden beträgt, die von dem EVU einzuhalten ist, ergibt
sich ein für alle EVU konstantes, d.h. unabhängig von der Klimazone betriebstechnisch
optimales Leistungsverhältnis von 3kW Speicher- zu 1,59 kW Direktheizung. Gegenüber
einem den Wärmebedarf des Raumes genau angepaßten,theoretisch denkbaren Speichergerät
für 8-Stunden Aufladung beträgt der verwertbare Wärmeinhalt des Speichergerätes
dieser kombinierten Heizung nur noch 53 *. Da aber das Ergebnis einer Wärmebedarfsrechnung
nach DIN 4701 sehr selten mit einer vorhandenen Typengröße des Speichers übereinstimmt,
muß das nächst-größere Gerät gewählt werden. Um sowohl die Thermorelais der Speichergeräte
als auch die Regler der Direktheizgeräte mit einheitlichen Heizgradwert-Skalen bestücken
zu können (zumindest innerhalb der gleichen Klimazone), ist unter Einbeziehung der
schon vorhandenen Speichergrößen von 2,3 und 4,5 kW der Anschlußwert der Speichergeräte
so gestaffelt, daß der nächste Wert immer um etwa 10% größer als der vorhergehende,
kleinere ist.
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Der prozentuale Anteil des Speichergerätes schwankt dann zwischen
53% bis 60%, bezogen auf den theoretisch denkbaren Wert eines passenden Speichergerätes
für 8-Stunden-Aufladung.
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Ausgangspunkt für die Umrechnung sind 17000 kcal verwertbare Wärmemenge
für ein 3 kW Speichergerät. Un die Typenreihe nicht zu groß zu machen, erhält jeder
Speicher Anschlüsse für zwei benachbarte Anschlußwerte. Es ergibt sich folgende
Reihenfolge:
kcal 8 500 1 10 300 12 500 15 100 18 700 22 600 |
b) kW 1,5 1,82 2,2 2,66 3,3 4,0 |
c) koal 9 400 11 400 13 700 17 000 20 600 25 000 |
d) kW 1,65 2,0 2,42 3,0 3,63 4,5 |
Die schon vorhandenen Größen von 2,0 ; 3,0 und 4,5 kW erhalten die zugehörigen Anzapfungen
von 1,82 kW; 2,66 kW und 4kW (Zeile b). Die übrigen Werte der Zeile d) sind die
zu schaffenden Zwischengrößen mit den entsprechenden Anzapfungen der Zeile b). Die
Speichergeräte von 3ki und größer sind wärmeisoliert nach Gruppe A. Um den prozentualen
Anteil der statischen Ladung, bezogen auf die Gesamtlademeng. gleichzuhalten, sind
die kleineren Typen (2,42 kW und kleiner) in der Wärmeisolation entsprechend besser
auszuführen, jedoch höchstens nach Gruppe B.
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Der Wärmeinhalt des Speichergerätes wird mittels Thermoelement und
Milliampèremeter derart in Heizgradwerten angezeigt, daß bei ordnungsgemäßer Aufladung
morgens die Instrumenten-Anzeige mit dem abends am Thermorelais eingestellten Heizgradwert
HW übereinstimmt. Die Anzeige: OHW gehört zu der niedrigen Kerntemperatur, die der
nicht verwertbaren Restwärme entspricht. Ist zum Ladebeginn, d.h. etwa um 2200 Uhr,
noch eine Anzeige von z.B, 1,5 HW vorhanden, dann ist dies der individuelle Korrekturwert,
um den der zugehörende Regler künftig niedriger gestellt wird als der "amtliche"
Heizgradwert.
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In den Monaten der Übergangszeiten, wenn die zu erwartende mittlere
Tagesaußentemperatur höher als +1 bis 20C ist, werden die Direktheizgeräte nicht
mehr eingeschaltet und für den entsprechend kleinen Heizgradwert werden auch die
Speichergeräte in der Freigabezeit weniger als 8 Stunden aufgeladen. Mit der Verstellung
der Ansprechtemperatur des Thermorelais entsprechend dem Heisgradwert, kann in einfacher
Weise ein Zeitglied derart gekoppelt sein, daß die Ladedauer automatisch richtig
entweder an den Anfang, an das Ende,oder in die Mitte der Freigabezeit gelegt wird.
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Aus dem betriebs technisch optimalen Leistungsverhältnis von ) kW
Speicher- zu 1,59 Direktheizung ergeben sich folgende zu den Speichergeräten obiger
Tabelle passende Anschlußwerte der Direktheizgeräte:
Speicher-Nenn- kW 1,5 1,82 2,2 Ó, 3 t 14t |
Ans chlußwert 1,65 2,0 2,42 3 w O | 13 , 63 |
v |
Direkthe iz- |
064 0,71 0 |
gerät (Halb- kW 0t 0,7t, °.t 0,53 °§t 1 |
- /0,4 ' /o, fi3 B |
lastwert |
Halblastwert bedeutet, daß der Anschlußwert der Direktheizgeräte
in 2 Hälften aufgeteilt ist und daß jede Hälfte noch entsprechend den Werten obiger
Tabelle gestuft ist, d.h. das Direktheizgerät hat 5 Anschlußenden. Diese Mittelanzapfung
wurde erforderlich wegen der "regeltechnischen Halbierung der Anschlußwerte, um
in der Umgebung keine störenden Lichtschwankungen zu verursachen, wenn statt eines
mechanischen Reglers mit seiner Spieldauer von 1 Minute in Zukunft auch Thyristoren
mit Schwingungspaket-Steuerung mit einer Spieldauer von 2 bis 4 Sekunden verwendet
werden.
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Es ist völlig belanglost welcher Art die Direktheizgeräte sind. Sind
es n.B. Heizlüfter, so erscheint es am zweckmäßigsten, diese gemeinsam mit dem Speichergerät
in einem Gehäuse unterzubringen, zusammen mit dem Regler und dem Schaltrelais.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch den diesem pseudo-automatischen Regelungssystem innewohnenden Zwang zur
technischen Optimierung die Speichergeräte um das größtmögliche Maß verkleinert
werden können. Da außerdem die Speicher-und die Direktheizgeräte gegeneinander elektrisch
verriegelt sind, d.h. die Direktheizgeräte nur einschaltbar sind, wenn die Speichergeräte
ausgeschaltet sind, und umgekehrt, werden die Investitionen für eine allelektrische
Versorgung für das EVU auf ein nicht mehr unterschreitbares Minimum gesenkt.
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Für den Kunden werden die Ersparnisse durch die Verkleinerung der
Speichergeräte zwar wieder geschmälert wegen der Kosten
für die
Direktheizgeräte, Regler und zusätzlicher Installation, trotzdem hat dieses Heizungssystem
auch filr den Kunden Vorteile, obwohl ihm zugemutet wird, abends den Wetterbericht
zu hören und die Regler zu stellen.
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Weiter, mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind: a) Die Heizgeräte
sind in Baugröße und Gewicht wesentlich verkleinert.
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b) FUr die pseudo-automatische Regelung ist weder eine Aufladeautomatik
noch eine Entladeautomatik erforderlich.
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c) Der Regler für die Direktheizgeräe ist einheitlich für jede Typengroße
und einheitlich mit den gleichen Heizgrad wert-Skalen bestückt (allerdings abhängig
von der jeweiligen Klimazone) Die Speichergeräte haben deshalb ebenfalls einheitliche
Heizgradwert-Skalen.
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d) Sämtliche Fabrikate sind einheitlich, d.h. gegeneinander austauschbar.
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e) Die Einstellung der Raumtemperatur am Regler ist unabhängig von
der Einstellung des Heizgradwertes, sie m<iß aber mit der Temperatureinstellung
am Raumthermostaten für das Speichergerät übereinstimmen.
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Die Übereinstimmung ist durch das Aufleuchten von Kontrollampen gekennzeichnet.
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f) Der individuelle Korrekturfaktor für die Heizgradwert-Einstellung
muß nicht erraten werden, sondern ergibt sich aufgrund einer einzigen fehlerhaften
Einstellung abends als Anzeigewert des Instrumentes für die Messung der Restwärme
g) Der Kunde braucht sich um die Sperrstunden der Direktheizgeräte nicht zu kümmern.
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h) Wegen der regeltechnischen Halbierung der Anschlußwerte der im
aussetzenden Betrieb arbeitenden Direktheizgeräte treten keine bemerkbaren Lichtschwankungen
bei Glühlampen auf.
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Außer der erheblichen Senkung der Investitionen für dieses Heizungssystem
ergeben sich für das EVU noch folgende spezielle Vorteile: a) Wegen der relativ
langen Sperrzeit der Direktheizgeräte von etwa 5 Stunden, die aber verschiedentlich
im Dezember benötigt werden, ist dieses psæ do-automatische Regelungssystem auch
in ländlichen Bezirken, wo eine Steuerung mit TR-Signal technisch schwer möglich
ist, mit Schaltuhren zu betreiben.
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b) Werden bei entsprechend kleinen Heizgradwerten die Speichergeräte
nicht mehr 8 Stunden aufgeladen sondern kürzer, dann kann mit einem Zeitglied, das
mit der Heisgradwert-Einstellung des
Thermorelais gekoppelt ist,
die Ladedauer auch an das Ende oder in die Mitte der 8 Stunden-Freigabezeit gerückt
werden.
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Unabhängig von dieser Verschiebung innerhalb der Freigabezeit berücksichtigt
das Zeitglied noch den Restwärmebetrag. Bei einem ausnutzbaren Restwärmebetrag von
z.B. 1 Grad HW ergäbe sich eine zusätzliche Einschaltverzögerung von etwa 20 Minuten.
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Tritt während der Ladezeit eine Störung mit Abschaltung auf, dann
würden beim Wiedereinschalten des Leitungsabschnittes sämtliche Speichergeräte sofort
einschalten. Um diesen Laststoß zu vermeiden, ist durch eine kleine Zusatzeinrichtung
zu erreichen, daß die Speichergeräte zeitlich nach einander statistisch verteilt
innerhalb von z.B. 5 Minuten wiedereinschalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Bekchnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltung für die
regeltechnische Halbierung des Anschlußwertes der Direkt-Heizgeräte Fig. 2 einen
Schnitt eines Konstruktionsentwurfes eines mechanischen Reglers mit regeltechnischer
Halbierung, Fig. 3 eine Rückansicht des Reglers nach Fig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht
des Reglers nach Fig. 2, Fig. 5 ein Prinzip-Scllaltbild für die Raumtemperatur-Einstellung,
Fig. () ein weiteres Prinzip-Schaltbild für die Raumtemperatur-Einstel 1 ung,
Fig.
7 ein Prinzip-Schaltbild fllr das Zeitglied, Fig. 8 ein weiteres Prinzip-Schaltbild
für das Zeitglied.
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Bild 1 zeigt, wie die Aufteilung des Anschlußwertes eines Direktheizgerätes
29 möglich ist. Dabei sind 30 und 31 die beiden Hälften des Direktheizgerätes mit
den beiden Anschlußmöglichkeiten 30a, 30b und 31a, 31b, 5 der umlaufende Kontaktarm
mit den beiden Nocken 32 (EIN) und 33 (AUS) und 34 das Kipprelais zum-Schalten des
Direkt-Heizgerätes 29 mit einer Quecksilber-Schaltröhre.
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Der Standort der Nocke 33 ist mit Hilfe der Heizgradwerteinstellung
veränderlich. In geringem Maße ist auch die Nocke 32 zwecks Einstellung der gewünschten
Raumtemperatur um den Mittelwert + 200C veränderlich.
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Für Klimazone zwei (z.B. Berlin) gelten folgende Heizgradwert-Skalen
Speichergerät von O bis 18,6 HW Direktheizgerät von 18,6 bis 35 HW.
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Ist das Direktheizgerät 29 ausgeschaltet, dann steht die Nocke 33
sehr dicht bei der Nocke 32 (Heizgradwert etwa 18,6 HW). Wird der Heizgradwert höher
gestellt, dann wird sofort das Direktheizgerät und das Regel organ 35 mittels Schalter
1 eingeschaltet. Es brennt die rote Kontrollampe 36 und der Motor 37 mit Untersetzungsgetriebe
bewegt den Kontaktarm 5. Schon bei etwa Skalenmitte (d.h. 3518.6 + 18,6 = 26,8 EN)
nähert sich die Nocke 33 wieder der Nocke 332 (Einschaltdauer ED fast 100 %) und
dem Schalter 2, der die Quecksilber-Schaltröhre überbrückt (jetzt beträgt ED = 100
top für Hälfte 30 des Direktheizgerätes 29). Bei Verstellung nach höheren Heizgradwerten
als 11W 2fJ,8 wird die Nocke 33
an Nocke 32 vorbeigeführt und der
Umschalter 3 betätigt.
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Über das Kipprelais j4 ist jetzt Hälfte 31 des Direktheizgerätes 29
eingeschaltetb wieder bei kleiner ED beginnend.
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Nähert sich die Nocke 33 zum zweiten Mal der Nocke 32, dann wird bei
etwa HW 35 der Schalter 4 eingeschaltet und die Quecksilber-Schaltröhre wird abermals
überbrückt.
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In Fig. 2, 3 und 4 ist der Konstruktionsentwurf eines Reglers mit
Nockenscheiben in verschiedenen Ansichten dargestellt, der die Bedingungen des soeben
beschriebenen Schaltbildes nach Fig. 1 erfüllt. Sämtliche Thyristor-Regler mit Schwingungspaket-Steuerung
müssen dieselben Bedingungen erfüllen.
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Um den Bedienungsknopf 38 für Raumtemperatur und den Bedienungsknopf
39 für den Heizgradwert verstellen zu können, müssen sie gegen die Kraft der Federn
12 eingedrückt werden. Dadurch kommt der feingeriffelte Konus 11 außer Eingriff
zu seinem Gegenstück. Diese Anordnung ist erforderlich, um ein unbeabsichtigtes
Verstellen der Skalenwerte beim Betätigen der Schalter 1 bis 4 (vergl. Fig. 1) zu
verhindern.
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Das Potential der Nocke 33 ist nach außen über eine feindrSlEge Litze
geführt, die in der Buchse des Zahnrades 14 zu einer Spirale 40 gewickelt ist, die
sich beim Verstellen der Nocke 33 entsprechend auf- oder zuwickelt. Außen am Schwenkhebel
der Nocke 33 sitzt die Nase 7, mit der werden über Zwischenglieder und Federn die
Schalter 1 bis 4 geschaltet.
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Es sind z. B. sogenannte Mikro-Schalter, die als einpolige Wechsler
bis 10A und 259V gebaut werden.
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Die Stößel der Schalter 2 und 3 werden mittels der Federn 16 und 17
(Fig. 3) und z.B. der Schalter 1 mit der Feder 10 (in Fig. 4 angedeutet) betätigt.
Die Federn der Schalter 1 und 4
werden ihrerseits mittels des Schaltbägels
9 (Fig.4) bewegt, der mit der Schraube 21 (Fig.2) zentral etwas beweglich gehalten
wird. Die Federn 16 und 17 der Schalter 2 und 3 werden mittels der speziell geformten
Schaltnocken 15a und 8a in zwei definierten Raststellungen gehalten. Damit sind
auch die beiden Grenzlagen der mit diesen Schaltnocken starr verbundenen ungleichschenkeligen
Winkelhebel 15 und 8 festgelegt (gestrichelt angedeutet in Fig.3). Die Nocke 8a
und der Winkelhebel 8 z.B. sind mittels der Hülse 22 und dem Bolzen 23 fest miteinander
auf einen bestimmten Abstand verbunden (Fig.4).
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Die Hülse 22 ist in einer Bohrung der Schwenkplatte 24 drehbar gelagert
und der Abstand des Winkelhebels 8 bzw.
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der Schaltnocke 8a zur Schwenkplatte 24 ist durch die Distanzhülsen
25 und 26 festgelegt. Um ein Verkanten und damigS chwergängigkeit zu verhindern,
ist der Bolzen 23 noch in einer Bohrung der die Stehbolzen 19 verbindenden Platte
27 geführt.
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Mittels der Buchse 28 (Fig.4) ist ein Stufenschalten 41a (Fig.5) gekoppelt,
wie er für die Übereinstimmung der Einstellung des Reglers 42 für das Direktheizgerät
mit dem Raumthermostaten 43 des Speichergerätes 44 nach Fig.5 oder aber ein Potentiometer
45a nach Fig.6 erforderlich ist.
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Wird das Kipprelais 34 durch einen Triacs ersetzt, dann ist für die
Steuerelektronik des Triacs eine Kleinspannung ( z.B.l2V) erforderlich, mit der
auch noch eine Brückenanordnung, bestehend aus dem Potentiometer 45a am Regler 42,
das über die Buchse 28 bewegt wird und von einem mit dem Verstellknopf des Raumthermostaten
gekoppelten Potentiometer 43b gespeist wird. Ist bei
übereinstimmender
Einstellung beider Potentiometer 45a, 45b die BrUcken-abgleichspannung zwischen
den Potentiometerschleifen gleich Null, dann brennen die beiden brühen Kontrollampen
46,47.
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Fig.7 zeigt das Prinzip-Schaltbild für ein Zeitglied mit folgenden
Eigenschaften: a) Selbst wenn alle am Netz angeschlossenen Speichergeräte 44 auf
den höchsten Heizgradwert eingestellt sind, werden zu Beginn der Freigabezeit nicht
alle Speichergeräte schlagartig eingeschaltet, sondern unterschiedlich mit Zeitverzögerung,
die proportional der verwer -baren Restwärme ist. FUr das gewählte Beispiel mit
einer höchsten Heizgradwerteinstellung von 18,6 H ergibt sich je Heizgradwert Restwärme
eine Einschaltverzögerung von etwa 20 bis 25 Minuten. Zusätzlich ergibt sich noch
eine weitere Einschaltverzögerung von (z.B.) maximal 5 Minuten nach Punkt c).
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b) Bei Heizgradwerten unter dem Höchstwert, d.h.
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z.B. unter 18,6 Hw, kann das Zeitglied so eingestellt werden, daß
die Ladedauer des Speichers entweder an das Ende,(Kontakt 50), in die Mitte (Kontakt
49), oder an den Anfang (Kontakt 48) der Freigabezeit gerückt wird. Diese Einstellung
ist dem Kunden entzogen.
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Ijnabhängig davon erheben sich noch zusätzliche Einscilaltverzögeruncen
nach Punkt a) und c).
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c) Tritt etwa in der Mitte der Freigabezeit eine Störung von vielleicht
ein bis zwei Stunden auf, z.B. Ringkabelfehler, der eine Verlegung der Ring-Trennstelle
erfordert, dann würden nach Wiederkehr der Spannung sämtliche am Netz angeschlossene
Speichergeräte 44 sofort einschalten. Dies wird aber verhindert durch einen Kontakt
51, der in Abständen von z.B.
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5 Minuten nur für wenige Sekunden geschlossen ist.Da kein Synchronlauf
zwischen den Zeitgliedern der einzelnen Speichergeräte besteht, werden somit die
Speichergeräte nacheinander innerhalb von 5 Minuten (statistisch verteilt) wieder
eingeschaltet.
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Die Wirkungseise des Zeitgliedes im einzelnen ist folgende: Die Widerstände
52; 53; 54 und 55; 56; 57 sind Glieder einer Brückenanordnung, die an einer kleinen
Gleichspannung von etwa 12 oder 24V liegt. Die Widerstände 58 und 59 bleiben zuerst
noch unberücksichtigt (Lasche liegt auf "Anfang!'). Die Brückenabgleichspannung
herrscht zwischen den Punkten 60 und 61. Der Widerstand 56 ist ein Motorpotentiometer
für ständigen Umlauf in der Freigabezeit. Ein Umlauf des Motor-Potentiometerschleifers
und des mit diesem synchron umlaufenden Kontaktarmes 62 erfolgt in etwa 7,5 Stunden.
Der zweite Kontaktarm 51 ist an einem aus dem Untersetzungsgetriebe 63 herausgeführten
Zwischenwert angeschlossen und führt einen Umlauf in etwa 5 Minuten aus.
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Der Synchronmotor 64 mit seinem Untersetzungsgetriebe 63 wird zwangsläufig
zu Beginn der Freigabe zeit huber den Ruhekontakt 67a eingeschaltet. Durch den sich
langsam bewegenden Motor-Potentiometerschleifer von Punkt 68 nach Punkt 69 wird
das Potential des Punktes 61 erhöht und überholt das Potential des Punktes 60. Überschreitet
die Potentialdifferenz in der Richtung von Punkt 61 nach Punkt 60 einen gewissen
kleinen Schwellwert, dann regelt der Verstärker 70 spontan hoch, so daß das Relais
66 anziehen könnte. Das Relais 66 kann aber erst anziehen, wenn kurz nach der Freigabe
zeit der Kontaktarm 62 die Überbrückung des Relais 65 aufhebt und dieses anzieht,
und wenn ferner der Kontaktarm 51 für wenige Sekunden mittels geschlossenem Kontakt
65b den Selbsthaltekontakt 66a überbrückt. Mittels Kontakt 66b wird das Relais 67
erregt. Sein Kontakt 67b schaltet über den Thermorelais-Kontakt 71 das Schütz 72
und damit das Speichergerät 44 ein. Das Öffnen von Kontakt 67a spielt für den Synchronmotor
64 jetzt keine Rolle, da der Kontakt 65a geschlossen ist. Der Synchronmotor 64 wird
stillgesetzt, wenn auch der Kontakt 65a öffnet, d.h. wenn das Relais 65 abfällt,
weil es durch den Kontaktarm 62 überbrückt wird, also etwa 30 Minuten vor Beendigung
der Freigabezeit überbrückt wird. Der Schleifer des Motor-Potentiometers 56 hat
ebenfalls einen Umlauf ausgeführt und steht wieder in der Ausgangsstellung (Punkt
68). Daß der Schleifer kurz vor her in der Stellung zwischen den Punkten 69 und
68 keinen Kontakt mit 56 hatte, ist für die Arbeitsweise des Verstärkers 70 ohne
Belang, da nach seinem Durchschalten der Ausgang nicht mehr durch Spannungsänderungen
am Eingang zu beeinflussen ist. Das Relais 66 fällt also erst am Ende der Freigabezeit
ab,und damit
auch das Relais 67, wenn die Zuleitung der Speichergeräte
44 spannungslos geworden ist.
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Bei einem Restwärmebetrag von 0 Grad HW (Instrumentablesung) ist der
temperaturabhängige und im Speicherkern an geeigneter Stelle eingebaute Widerstand
53 am größten, d.h. das Potential des Punktes 60 hat seinen betriebsmäßigen Tiefstwert.
Die Brücke ist nun so abgeglichen, daß schon kurz nach Beginn der Freigabezeit die
Potentialdifferenz vom Potential des Punktes 61 zum Potential des Punktes 60 den
Schwellwert des Verstärkers 70 überschreitet. Je größer der Restwärmebetrag, um
so kleiner wird der Widerstand 53 und um so höher rückt das Potential des Punktes
60 d.h., um so weiter muß der Schleifer des Potentiometers 56 sich von Punkt 68
fortbewegt haben, bis der Schwellwert berschritten wird, doh., um so größer ist
die Einschaltverzögerung des Speichergerätes.
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Mit der Heizgradwert-Einstellung des Thermorelais kann ein veränderlicher
Widerstand derart gekoppelt sein (Widerstand 58, Lasche dabei auf "Ende), daß dieser
um so größer wird, je kleiner der eingesrellte Heizgradwert ist. Bei größer werdendem
Widerstand 58 wird das Potential des Punktes 60 kontinuierlich heraufgesetzt, wodurch
eine solche Einschaltverzögerung entsteht, daß das Ende der Aufladung praktisch
immer mit dem Ende der Freigabezeit zusammenfällt.
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Wird dem Widerstand 58 ein gleich großer, veränderlicher
Widerstand
59 parallelgeschaltet (Lasche auf "Mitte"), dann ist die jetzt erreichte Einschaltverzögerung
nur noch halb so groß, d.h. um die zweite Hälfte der Zeitverzbgerung ist jetzt die
Ladezeit vor dem Ende der Freigabezeit beendet Der Ladevorgang ist also unabhängig
vom Heizgradwert stets zur Mitte der Freigabezeit gleichwäßig gespreizt.
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Fallen einige Stunden innerhalb der Freigabezeit für den Ladevorgang
aufgrund einer Störung aus, dann erreicht der Schleifer des Potentiometers 56 nicht
mehr über Punkt 69 die Anfangsstellung Punkt 68, und an den betroffenen Speichergeräten
stimmt morgens die Anzeige der Restwärme mit dem am Thermorelais eingestellten Heizgradwert
nicht überein. Der Kunde kann das zum Teil ausgleichen, indem er um diesen Differenzbetrag
den Regler des Direktheizgerätes für diesen einel Tag höher stellt als normal. Bei
Beginn der nächsten Frsvgabezeit werden wie nach einer Störung sämtliche Speich£rgerät
innerhalb von 5 Minuten nacheinander eingeschaltet. Da der Schleifer des Potentiometers
56 in seiner Stellung kurz vor Punkt 69 ein sehr hohespotential am Punkt 61 abgreift,
ist dieses stets höher als eine maximal mögliche Erhöhung des Potentials am Punkt
60 durch Einschleifen des Viderstandes 58, d.h. eine Verlegung der Ladezeit an das
Ende der Freigabezeit ist bezüglich einer Einschaltverzögerung jetzt unwirksam.
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Selbst wenn schon nach etwa einer Stunde oder noch kürzer das Potentiometer
56 bereits seine Ausgangtsstellung, Punkt 68, erreicht hat, erfolgt die Aufladung
wieder
in dem gewünschten Umfang, wobei die Abschaltung des Speichers huber den Kontakt
71 des Thermo-Relais erfolgt. Der Synchronmotor 64 wird aber durch Kurzschließen
des Relais 65 und Öffnen seines Kontaktes 65a stillgesetzt, da der Kontakt 67a geöffnet
ist und es auch bleibt, bis am Ende der Freigabezeit durch Fortfall der Spannung,
die auf die Direktheizgeräte umgeschaltet wird, sämtliche Relais abfallen.
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Um einen Umlauf mit ordnungsgemäßer Stillsetzung des Synchronmotors
64 zu gewährleisten, wurde die Umlaufzeit des Potentiometers 56 auf etwa 7,5 Stunden
verkürzt.
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Versagt das Zeitglied einmal in der Form, daß das Speichergerät über
den Kontakt 67b nicht eingeschaltet wird, kann es durch den den Kontakt 67b überbrückenden
Notschalter 73 eingeschaltet werden0 Dies sollte aber nur dem Installateur als zeitliche
Überbrückungsmaßnahme bis zur Behebung der Störung im Zeitglied möglich sein. Fig.8
zeigt ein weiteres Zeitglied, das gegenüber dem Zeitglied nach Fig07 folgende Besonderheiten
aufweist: 1) Die generelle Einschaltverzögerung von maximal 5 Minuten durch Kontaktarm
51 (Fig.7) entfällt.
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2) In Fig.8 erhält das Zeitglied ein Fernwirkteil, bestehend aus
den Relais 74,75, und dem Thermorelais 76, wodurch es möglich ist, z.H. nach einer
Netzstörung
bei wiederkehrender Spannung die Last der Speichergeräte ohne TR-Signal nochmals
für eine gewisse Zeit auszuschalten und eventuell wieder einzuschalten.
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Durch das Fernwirkteil wäre es z.B. möglich, jeden 6 kY -Halbring
gle-ichmäßig statt mit 1,2 MW, mit 1,6 MW -bei entsprechendem Anteil von Speicherlast
- zu betreiben.
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Tritt zaBo des Nachts ein Kabelfehler in einem Halbring auf, am ungünstigsten
zwischen Stützpunkt und einer Kopfstation, dann muß durch Verlegen der Solltrennstelle
zum Fehlerort die Last des 2. Halbringes mit über den ersten Halbring geleitet werden.
Die erforderliche Umschaltzeit, d.h.
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Spannungslosigkeit, beträgt etwa 1 bis 2 Stunden. Die Gesamtlast darf
dann aber nur 2,4 MW betragen. Durch gezieltes, kurzzeitiges Aus-und Wiedereinschalten
der 6 kV-Spannung, kann der erforderliche Anteil von Heizlast für den Rest der Freigabezeit
abgeworfen werden.
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Die Wirkungsweise des Fernwirkteiles im einzelnen ist folgende: Bei
Beginn der Freigabezeit bekommt das Relais 4 Spannung und zieht an. tber den Kontakt
74b bekommt das Thermo-Relais 76 ebenfalls Spannung und sein Bimetall berührt schon
nach etwa 15 bis 20 Sekunden einen federnden Gegenkontakt. Der Gegenkontakt ist
für einen entsprechend großen Hub ausgelegt, damit der Bimetall sich nach der Kontaktgabe
noch erheblich weiter durchbiegen kann, weil die Beharrungstemperatur und damit
seine Endsbilung erst nach etwa 1 Minute eintritt. Dadurch wird erreicht, daß nach
Fortfall der Spannung und beginnender Wiederabkühlung des
Bimetall
der Kontakt noch mindestens 20 Sekunden bestehen bleibt. Kommt innerhalb dieser
Zeit die Spannung wieder, dann wird außer dem etwas anzugverzögerten Relais 74 huber
den geschlossenen Thermo-Kontakt 77 und den noch geschlossenen Kontakt 74a auch
das Relais 75 erregt, das sich dann über seinen Kontakt 75a selbst hält und mit
seinem Kontakt 75b das Relais 66 und damit auch das Relais o7 zum Abfall bringt,
so daß über den Kontakt 67b das Speichergerät ausgeschaltet wird.
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Sollen Speichergeräte mit diesem Fernwirkteil ausgeschaltet werden,
dann ist nach dem Einschalten der Spannung etwa 1 Minute zu warten, dann wird nochmals
ausnach geschaltet und/etwa 10 Sekunden wieder eingeschaltet.
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Sollen ausgeschaltete Speiohergeräte wieder eingeschaltet werden,
dann ist nach dem Ausschalten bis zum Wiedereinschalten mindestens eine Minute zu
warten. Daraus geht hervor, daß zu Beginn der Freigabezeit die Speichergeräte stets
einschaltbereit sind.
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Auch das Zeitglied (Fig.7 und Figo8) kann weitgehend in bekannter
Technik mit elektronischen Bauteilen aufgebaut werden. Es sei bemerkt, daß der Heizgradwert
auch durch eine Fernübermittlung von einer Zentrale aus übertragen werden kann.
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Patentansprüche: