DE1295160B - Verfahren zur Steuerung der Aufladung von Waermespeicher-Raumheizoefen, insbesondere solchen mit elektrischem Strom als Energietraeger, mit Waermeenergie in Billigzeitperioden - Google Patents

Description

• Beim Aufladen von Wärmespeicher-Raumheizöfen, welche durch elektrischen Strom oder von einem anderen Wärmeträger aufgeladen werden, sind nicht nur die vom Energielieferanten freigegebenen Ladezeiten zu berücksichtigen, sondern es ist für eine wirtschaftliche Heizung auch notwendig, die Speicheröfen in der Ladezeit - die Hauptladezeit liegt in der Regel zwischen 22 und 6 Uhr - nur so weit aufzuladen, wie die am nächsten Tage voraussichtlich benötigte Wärmemenge beträgt. Ferner ist vorteilhaft, den Ladevorgang so zu steuern, daß die Aufladung erst am Ende der freigegebenen Ladezeit, d. h. zu Beginn der Entladezeit, in voller Höhe vorhanden ist. In allen anderen Fällen würde ein unnötiger Energieverbrauch durch kaum zu vermeidende Wärmeabgabe zur unrechten Zeit eintreten.
• Die als vorteilhaft oder für eine wirtschaftliche Heizung als notwendig genannten Maßnahmen werden mit Hilfe eines bekannten Verfahrens zur Steuerung der Aufladung von Wärmespeicher-Raumheizöfen, insbesondere solchen mit elektrischem Strom als Energieträger, mit Wärmeenergie in Billigzeitperioden verwirklicht. Auf dieses Verfahren bezieht sich die Erfindung. Bei ihm wird als Steuergröße fortlaufend die Außenlufttemperatur herangezogen, und der Zeitpunkt des Aufladebeginns stellt sich selbsttätig so ein, daß erst am Ende der jeweiligen Billigzeitperiode die Ladung beendet ist.
• Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch die im Speicherofen verbliebene Restwärme nicht berücksichtigt, so daß es zu unwirtschaftlichen Überladungen kommen kann; ferner wird die Außenlufttemperatur mittels eines Wärmedehnungselementes abgenommen und über ein Übertragungsgestänge auf einen Schaltzylinder übertragen. Derartige gemischt mechanischelektrische Elemente sind naturgemäß empfindlich und einem stetigen Verschleiß unterworfen.
• Diese genannten Mängel will die Erfindung vermeiden. Sie erreicht dies dadurch, daß außer der Außenlufttemperatur auch die von der vorangegangenen Lade-Entlade-Periode im Wärmespeicher verbliebene Restwärme als Steuergröße erfaßt wird, daß ferner diese beiden Größen durch elektrische temperaturabhängige Widerstände dargestellt werden, die derart arbeiten, daß niedrigeren Meßtemperaturen zunehmende Widerstandswerte zugeordnet sind, und daß diese Widerstände mit einem durch eine Uhr oder ein elektromotorisches Zeitwerk angetriebenen Drehwiderstand (Potentiometer) mit wachsender Widerstandscharakteristik in Reihe geschaltet werden, wobei die Summe aller dieser Widerstände in einer Meßschaltung derart mit einem vorgegebenen konstanten Widerstand elektrisch verglichen wird, daß im Falle der Übereinstimmung beider Werte Steuervorgänge ausgelöst werden, welche das Betätigen des den Zutritt des Energieträgers zum Wärmespeicher freigebenden Organs bewirken.
• Die in dieser Erfindung gewählten Maßnahmen, einerseits Temperaturen durch elektrische, temperaturabhängige Widerstände darzustellen und andererseits eine Summe mehrerer Meßwerte in einer Meßschaltung derart mit vorgegebenen Werten elektrisch zu vergleichen, daß im Falle der Übereinstimmung beider Werte Steuervorgänge ausgelöst werden, sind zwar an sich bekannt, wurden aber - wie der Stand der Technik ausweist - bisher noch nicht in dem durch die Erfindung gegebenen Zusammenhang angewendet.
• Die Verwendung vorwiegend elektrischer Elemente führt zusätzlich zu der durch die Erfindung erzielten Beseitigung bereits aufgezeigter Mängel des eingangs genannten bekannten Verfahrens zu einer einfacheren, präziseren und praktisch völlig wartungsfreien Arbeitsweise, da elektrische Elemente der hier verwendeten Art erfahrungsgemäß zuverlässiger und wartungsfreier arbeiten als mechanische oder gemischt mechanisch-elektrische.
• Eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sieht vor, die Außenlufttemperatur mittelbar über die Temperatur der der Außenluft zugekehrten Wandoberfläche des zu beheizenden Objektes zu messen. Diese Maßnahme führt dazu, daß bei der Feststellung des Wärmebedarfs die in der Wand des zu beheizenden Objektes vorhandene Wärme Berücksichtigung findet; nur von der Außenlufttemperatur auszugehen, kann insbesondere dann, wenn diese sich schnell ändert, zu Fehleinschätzungen des Wärmebedarfs führen.
• Eine weitere Ausführungsform sieht die Verwendung von Halbleitern für die temperaturabhängigen Widerstände vor. Hierdurch wird die Wartungsfreiheit der zu dem Verfahren gehörenden Einrichtungen noch gesteigert.
• Im folgenden werden zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Verfahrens einige theoretische Überlegungen mitgeteilt.
• Die erwähnten Widerstandswerte werden, wie dargestellt wurde, in einer Meßschaltung summiert. Dies läßt sich in folgender Gleichung erfassen: Die einzelnen Summanden setzen sich wie folgt zusammen 1. Der Witterungswiderstandswert besteht aus dem a) Festwiderstand Rwo z. B. bezogen auf 20°C Gebäudewandtemperatur, b) variablen Wert d tu, -,x" in dem d t. die Temperaturdifferenz gegenüber 20'C = t" - 20 ° C, aw der Temperaturkoeffizient (9/'C) ist.
• 2. Der Restwärmewiderstandswert besteht aus dem a) Festwiderstandswert Rqo, z. B. bezogen auf 20°C Speicheroberflächentemperatur (an Stelle der Ofenkerntemperatur, die schlecht meßbar ist), b) variablen Wert d tq # aq, in dem d tq die Temperaturdifferenz gegenüber 20'C = tq - 20°C, aq der Temperaturkoeffizient (ü/°C) bedeutet. 3. Der Ladezeitwiderstandswert besteht aus dem a) Festwiderstandswert Rho des Potentiometers zum Zeitpunkt der Ladezeitfreigabe, z. B. 22 Uhr, b) variablen Wert Zh - cah, in dem ZA Zeitabstand in Stunden (Sperrzeit) nach der Freigabe der tariflich begünstigten Ladezeit, z. B. nach 22 Uhr, und ah die Widerstandsänderung je Stunde bedeutet.
• 4. K ist ein vorgegebener Festwiderstand. Je nachdem die variablen Anteile der beiden ersten Summanden größer oder kleiner entsprechend einer kleineren oder größeren Witterungs- bzw. Ofenrestwärmetemperatur sind, fällt der Wert Zh (Einschaltzeitraum nach 22 Uhr) kleiner oder größer aus; d. h., die Ladung des Wärmespeichers beginnt entsprechend früher oder später.
• Setzt man die obengenannte Gleichung für die Werte Rwo bis K die durch die Meßwiderstände vorgegebenen und für die übrigen Widerstände entsprechend gewählten Zahlenwerte ein und löst sie nach Zh auf, so erhält man für den Beginn der Ladezeit nach 22 Uhr die Gleichung Zh = 1,320 + 0,200 tw -f- 0,134 tq, wobei nur noch tw (die Gebäudeoberflächentemperatur) und tq (die Speicheroberflächentemperatur) einzusetzen sind. Beispiele 1. Bei einem t. = +20'C und einem tq von 200C (Übergangsjahreszeit) würde Zh = 8 Stunden betragen, also die Aufladung um 6 Uhr früh zum Ende der freigegebenen Ladezeit erst beginnen können, d. h., es findet gar keine Speicherung statt. z. Bei einem t. = O' C und einem tq von 20°C (mittlere Winterverhältnisse) würde Zh = 4 Stunden betragen, d. h., die Aufladung würde um 2 Uhr beginnen.
• 3. Bei einem t" = -20°C und einem tq von 20°C (starker Frost) würde Zh = 0 Stunden betragen, d. h., die Aufladung würde sofort um 22 Uhr zum Zeitpunkt der Freigabe beginnen.
• 4. Bei einem tw = -20°C und einem tq von 40°C (starker Frost, jedoch Restwärme im Ofen) würde Z" = 2,7 Stunden betragen, d. h., die Aufladung würde um 0,42 Uhr beginnen.
• Tritt nach dem Beginn der Ladung eine Erhöhung der Außenlufttemperatur ein, so wird im Falle der Erfindung sofort die Ladung unterbrochen. Die erfindungsgemäße Regelung wirkt daher gleichzeitig als Überladesicherung.
• Ein nach der vorstehenden Gleichung arbeitendes Gerät ist schematisch in der Figur dargestellt.
• Darin bezeichnet 1 den Widerstand des unmittelbar an der Gebäudewand gelegenen Witterungsfühlers, 2 den Widerstand des am Speicherofen 9 gelegenen Restwärmefühlers und 3 den Widerstand des durchdrehbaren Potentiometers, welches über die Achse 4a von einer Uhr oder einem sonstigen elektromotorischen Zeitwerk 4 verstellt wird.
• Die genannten Widerstände sind in Reihe geschaltet. Ihre Summe wird innerhalb der Meßschaltung 5, die von einer Konstant-Spannungsquelle 7 gespeist wird, mit einem vorgegebenen konstanten Widerstand 11 verglichen. Im Falle der Übereinstimmung beider Werte werden Steuervorgänge ausgelöst, die das Einschalten des Ladeschalters 6 bewirken, der das Netz 10 an den Speicherofen 9 legt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Steuerung der Aufladung von Wärmespeicher-Raumheizöfen, insbesondere solchen mit elektrischem Strom als Energieträger, mit Wärmeenergie in Billigzeitperioden, bei dem als Steuergröße fortlaufend die Außenlufttemperatur herangezogen wird und bei dem sich der Zeitpunkt des Aufladebeginns selbsttätig so einstellt, daß erst am Ende der jeweiligen Billigzeitperiode die Ladung beendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Außenlufttemperatur auch die von der vorangegangenen Lade-Entlade-Periode im Wärmespeicher verbliebene Restwärme als Steuergröße erfaßt wird, daß ferner diese beiden Größen in an sich bekannter Weise durch elektrische temperaturabhängige Widerstände (1 und 2) dargestellt werden, die derart arbeiten, daß niedrigeren Meßtemperaturen zunehmende Widerstandswerte zugeordnet sind, und daß diese Widerstände (1 und 2) mit einem durch eine Uhr (4) oder ein elektromotorisches Zeitwerk angetriebenen Drehwiderstand (Potentiometer 3) mit wachsender Widerstandscharakteristik in Reihe geschaltet werden, wobei die Summe aller dieser Widerstände in einer Meßschaltung derart mit einem vorgegebenen konstanten Widerstand (11) elektrisch verglichen wird, daß im Falle der Übereinstimmung beider Werte in an sich bekannter Weise Steuervorgänge ausgelöst werden, welche das Betätigen des den Zutritt des Energieträgers zum Wärmespeicher freigebenden Organs (6) bwirken.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Außenlufttemperatur in an sich bekannter Weise mittelbar über die Temperatur der der Außenluft zugekehrten Wandoberfläche des zu beheizenden Objektes erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Widerstände in an sich bekannter Weise aus Halbleitern bestehen.