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Verfahren zum elektrischen Heizen von Räumen,mittels einer Kombination
aus Direkt- und Speicherheizung und Schaltungs-,anordnung zu seiner Dur chfUhrun
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Heizen von Räumen mittels
einer Kombination aus Direkt- und Speicherheizung, wobei der Speicherheizung nur
während einer vom EVU aufgrund der Lastverhältnisse im Netz festgelegten Freigabezeit
in der Nacht elektrische Energie zur Verfügung steht und eine dem Wärmebedarf der
Heizung entsprechende Meßgröße zur Einwirkung auf die Einschaltdauer des Speichergeräts
gebracht wird, und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen
Heizen dieser Art bekannt (DT-OS 2 146 349), gemäß dem ein aufgrund der Wettervorhersage
für den nächsten Tag angegebener Heizgradwert am Regler der kombinierten Heizung
etwa zu Beginn der Freigabezeit eingestellt wird und die Aufladedauer der Speicherheizung
in der Nacht und gegebenenfalls die Dauer der gesamten Energieaufnahme der mit der
Speicherheizung verriegelten und zu dieser in einem festen Leistungs aufnahmeverhältnis
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. Ein solche durch den Benutzer
selbst vorzunehmende Regelung ist wegen der damit für diesen verbundenen Unbequemlichkeiten
sowie ihrer geringen Treffsicherheit nachteilig und führt häufig zu einem durch
die tatsächlichen Wetterverhältnisse nicht gerechtfertigten, hohen Energieverbrauch.
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Vorgeschlagen wurde ferner bereits eine Automatisierung des Regelvorgangs
für die Steuerung der Aufladedauer der Speicherheizung dadurch, daß die Korrekturverstellung
des Heizgradwertes am Regler der Direktheizung automatisch in Abhängigkeit sowohl
von der Einschaltdauer des die Entladung der Wärme bewirkenden Lüfters im Speichergerät
als auch von der Zeitdauer zwischen zwei LUfterläufen erfolgt (Patentanmeldung P
24 33 475.6). Dabei handelt es sich aber nur um eine Automatisierung der Regelung
fUr die Direktbeheizung. Bei wärmerer Witterung, d. h. kleinen Heizgradwerten, muß,
um Energievergeudung zu vermeiden, der Speicher nur zum Teil aufgeladen werden.
Eine witterungsabhängige Steuerung dieser Teilaufladung des Speichers bei höheren
Außentemperaturen, d. h. Heizgradwerten unter 18, wird mit dem erwähnten Vorschlag
nicht angestrebt und ist damit auch nicht durchfuhrbar.
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Aufgabe der Erfindung ist die Ermöglichung einer solchen witterungsabhängigen
Aufladungssteuerung für das Speichergerät einer kombinierten Speicher-Direktbeheizungsanlage,
das eine automatische, witterungsabhängige Einstellung der Aufladedauer des Speichergeräts
bei minimaler Inanspruchnahme von Direktstrom gestattet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßgröße
zum Beginn der Freigabe zeit der Speicherheizung aus der aus der Messung der Außcntemperatur
mittels Thermoelement ermittelten Spannung abzüglich der der die Restwärme im Kern
des Speichers wiedergebenden Kerntemperatur entsprechenden Spannung und zuzüglich
der den Anteil der Direktheizung wiedergebenden Spannung ermittelt wird.
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Eine zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Schaltungsanordnung
ist in der Weise ausgebildet, daß die Summe der Spannungen zur Einwirkung auf einen
Widerstand gebracht wird, der ein in einem automatischen Nullpunktabgleich liegendes
Potentiometer steuert.
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Zweckmäßige Weiterbildungen bzw. bevorzugte AusfUhrungsformen der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den obigen AnsprUchen 2 bis 5 angegeben.
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Die Zeichnung stellt eine Ausführungsform der zur Ausübung des Verfahrens
nach der Erfindung geeigneten Schaltungsanordnung in einem Prinzipschaltbild dar,
das das Zeitglied mit Fernwirkteil der Fig. 8 der DT-OS 2 146 390 mit den dort verwendeten
Bezugszeichen bis 78 für die entsprechenden Teile wiedergibt, mit Bezugszeichen
über 79 sind Bauteile der angebauten witterungsabhängigen Aufladesteuerung bezeichnet,
die den eigentlichen Gegenstand der Erfindung darstellt.
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Da wegen der automatischen, auch bei der Erfindung angewandten Korrekturverstellung
des Reglers der Direktheizung für Heizgradwerte A19 HW das Abfragen des Heizgradwertes
bei der Wettervorhersage o.dgl. nicht mehr notwendig ist (Patentanmeldung
P
24 33 475o6), erscheint es sinnvoll, auch weiterhin darauf zu verzichten. Wie Versuche
gezeigt haben, beträgt der Spielraum für die Fehleinstellung des Thermorelais im
Speicherlcern etwa 3 Heizgraduerte.
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Wichtiger als der "amtliche" Heizgradwert ist für den Benutzer der
Heizungsanlage die für den kommenden Tag zu erwartende Änderung der Witterung, wie
sie auch aus dem allgemeinen Wetterbericht im Rundfunk zu erfahren ist und dem im
Speichergerät verbliebenen Restwärmewert. Vird dieser Restwärmewert durch Fehleinstellung
größer als etwa 3 iAl, dann besteht die Gefahr, daß in der Mittagszeit eine Regelung
der Raumtemperatur nur noch durch Fensteröffnen möglich ist.
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Würde die eingestellte Aufladung zein HW) zur den kommenden Tag dagegen
nicht ausreichen, dann wird automatisch die in ständiger Bereitschaft stehende Direktheizung
am Nachmittag noch rechtzeitig zuge schaltet (Erweiterung der in der Patentanmeldung
P 24 33 475.6 beschriebenen Funktionen der automatischen Korrekturverstellung).
Der für den nächsten Tag einzustellende Heizgradwert am Speichergerät muß dann wenigstens
um den abends am Regler der Direktheizung angezeigten (zusätzlichei Heizgradwert
höher gestellt werden (gleichbleibende Witterung vorausgesetzt). Es besteht also
für den Benutzer keine Gefahr, daß ea durch eine Fehleinstellung des Speichergerätes
am nächsten Tag im Raum zu kalt ist.
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Der Erfindung liegt folgender Gedanke zugrunde: Es werden die Spannungswerte,
die sich aus der Messung der Außentemperatur mittels Thermoelement ergeben, ferner
die Spannungswerte aus der Rostwärmemessung (Thermoelement) und eine äquivalente
Spannung, die dem (zusätzlichen) Heizgradwert aus der Stellung des Reglers der Direktheizung
entspricht, mit einer Spannung, die der Einstellung des Thermorelais im Speichergerät
entspricht, verglichen.
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Einzelheiten ergeben sich aus der Zeichnung. Mit dem Operations-Verst«rker
79 wird die Spannung des Thernoelementes für die Außentemperatur (#a) auf z.B. 0,3
V/°C und mit dem Operations-Vertärker 80 die Thermospannung #Kern auf 0,3VlHil verstärkt0
Das Potentiometer 81 ist mit der Stellung der Lochscheibe 23 (Fig. 4 der Patentanmeldung
P 24 33 475.6) gekoppelt. Mit dem Widerstand 82 ist die Spannung am Potentiometer
81 so eingestellt, daß an seinem Abgriff nach (-) ebenfalls 0,3 V/HW entsteht. Diese
3 Spannungen werden zusammengefaßt in der Form: U83 U84 + U81 und mit der Spannung
am A>iff des Potentiometem 85 verglichen.
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Dieser Vergleich und die nachfolgende Einstellung des Heizgradwertes
am Speichergerät für die kommende Nacht mittels des Motors 86 soll nur um 22.00
Uhr durchgeführt werden, d.h., wenn mittels Trägerfrequenz-Signal im Netz (oder
Schaltuhr) die Umschaltung der Spannung vom Direktheizgerät auf das Speichergerät
erfolgt. In diesem Augenblick gelangt Spannung an das Relais 87, das anziehen kann,
weil das am Regler der Direktheizung liegende Relais 88 wegen des Kondensators 89
stark abfallverzögert ist. Ist der Relaiskontakt 87 a geschlossen, liegt am Widerstand
90 die Differenzspannung (u83 - u84 + u81) - u85 # 0, wodurch je nach ihrer Polung
nur einer der beiden Operations-Verstärker 91 oder 92 durchgesteuert wird. Dieses
Durchsteuern erfolgt wegen des Vorhandenseins der Koppelwiderstände 93 und 94 verhältnismäßig
spontan, Der entstehende Stromfluß durch den Motor 86 ist stets so gerichtet, daß
das Potentiometer 85 in Richtung Differenzspannung = 0 verstellt wird. Gleichzeitig
mit dem Motor 86 bekommt auch das Relais 95 Spannung; durch seinen Kontalct 95 a
bleibt nach dem Öffnen der Kontakte 88 a das Relais 87 noch an Spannung, bis der
Motor 86 mittels des
Potentiometers 85 die Differenzspannung = 0
eingestellt hat.
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Dann wird der Stromfluß durch den Motor 86 und die Spannungam Relais
95 gleich Null. Bei einem eventuellen Überregeln und einem vielleicht kurzzeitigem
Durchsteuern beider Operations-Verstärker würde der Motor 86 durch Gegenstrom abgebremst
werden, und das Relais 95 würde durch Gegenerregung sofort abfallen. Durch Öffnen
des Kontaktes 95 a fällt das Relais 87 ab, sein Kontakt 87 a schaltet die Differenzspannung
vom Widerstand 90 ab.
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Bei einer l'itterung mit Heizgradwerten über 19 HEf würde die Differenzspannung
nicht mehr bis Null ausgeregelt werden können. Es ist jetzt erforderlich, daß generell
bei Stellung Volladung des Speichergerätes, d. h. bei zr 19, der Motor 86 stillgesetzt
wird. Dies erfolgt mit dem Endschalter 96 und Öffnen des Kontaktes 97. Mit Öffnen
des Kontaktes 97 wird die Diode 99 in Sperrichtung mit dem Widerstand 90 in Reihe
geschaltet. Dadurch wird der Spannungsabfall am Widerstand 90 plötzlich so klein,
als ob der Motor die Differenzspannung au Null geregelt hätte.
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Bei kleineren Heizgradwerten <19 HW ist die Differenzspannung umgepolt,
d. h. die Diode 99 wird in Durchlaßrichtung beansprucht, so daß am Widerstand 90
fast die gesamte Differenzspannung liegt. Schon kurz nach Beginn der Abwärtsverstellung
wird die Diode 99 durch Kontakt 97 wieder kurz geschlossen. Der Endschalter 100
für die Abwärtsverstellung ist nur bei Handverstellung mittels Tipp-Schalter 101
erforderlich. Das Höherstellen von Hand wird bei Stellung = 19 HW durch Öffnen des
Kontaktes 98 begrenzt.
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Der NTC-Widerstand in Fig. 8 der DT-OS 2 146 349 ist hier in der Zeichnung
durch die mittels des OperationFVerstärkers 80 verstärkte Thermospannung ersetzt,
ferner wird der Wärmeinhalt des Speicherkernes digital 103 in Heizgradwerten angezeigt.
Die
Versorgungsspannung für den Operations-Verstärker 80 mittels Gleichrichter 102 ist
ständig vorhanden (hier ist auch die Handverstellung des Motors86 angeschlossen).
Um die von den anderen Operations-Verstärkern gelieferten Spannungen belieAit zusammenschalten
zu können, hat jeder Operations-Verstärker seine eigene Stromversorgung. Es ist
auch eine Schaltung mit Addition von Strömen, statt der hier gezeigten Addition
der Spannungen, möglich.
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Die übrigen 5 in der Zeichnung dargestellten Gleichrichter werden
darum über getrennte Niederspannungswicklungen vom Transformator 104 gespeist. Dieser
liegt nur während der Freigabezeit für das Speichergerät (22.00 - 6.00 Uhr) an Spannung.
Bis auf den Minuspol des Gleichrichters 102 sind die Minuspole der übrigen Gleichrichter
über verblockte hochohmige Widerstände an Masse gelegt.
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Die mit einem Thermoelement gemessene Außentemperatur ,Sa wird mit
dem Operations-Verstärker 79 auf den Wert von 0,3 V/°C verstärkt. Der im Widerstand
83 entstehende Spannungsabfall sollte bei unveränderter Witterung proportional dem
"amtlichen" Heizgradwert sein. Das wäre der Fall, wenn die Tempraturdifferenz #R
- #a # HW richtig gemessen R a würde, dies ist aber in mehrfacher Hinsicht nicht
der Fall, so daß eine zusätzliche (einmalige) Korrektureinstellung erforderlich
ist. #a ist die mittlere Tagesaußentemperatur der letzten 24 Stunden (eine Wettervorhersage
läßt sich daraus natürlich nicht ableiten). Es ist üblich, die um 21.00 Uhr gemessene
Außentemperatur mit ru gleichzusetzen.
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Die Abweichung gegenüber 22.00 Uhr wird aber klein sein.
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Da mit Thermoelementen nur die Differenz zu einem Bezugspunkt gemessen
werden kann, wUrde aR - pa den richtigen Wert bei #R = 20°C ergeben. Der Bezugspunkt,der
AR liefert, ist ein gleichartiges Thermoelement, z.B. in einer Installationsdose
in der Nähe des Speichergerätes (meitens Außenwand
). Da die Oberflächentemperatur
der Außenwand <200 C sein wird, können alle Fehler durch teilweises Anschalten
einer Zusatzspannung als Spannungsabfall am Widerstand 105 korrigiert werden.
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Die Korrektur soll so eingestellt sein, daß bei unveränderlicher Witterung
am nächsten Abend im Speicher noch ein Restwärmewert von 1 HW bis höchstens 2 HW
vorhanden ist. Ein Korrigieren auf einen Restwärmewert = O HW ist aus regeltechnischen
Gründen ungUnstig. Wird es in den nächsten 24 Stunden nur etwas kühler oder windiger
als es der Einstellung des Thermorelais entspricht, so würde sofort die Direktheizung
einspringen und die fehlende Wärme zum Hochtarif beisteuern.
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Das Potentiometer 106 verhindert bei jeder Einstellung des Thermorelais
(d.h. nicht nur wie bisher bei Volladung) ein Höherschalten des Reglers der Direktheizung
am Morgen bei langanhaltendem Lüfterlauf (siehe Patsatanmeldung P 24 33 475.6, Fig.
4, Bezugszeichen 19, und Seite 9, 2. Absatz).
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Pqtentansrüche: