DE2363038B2 - Verfahren zum betreiben eines waermespeichers waehrend eines entladezeitraumes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmespeichers während eines Entladezeitraumes.

Es ist bei einer Teilspeicherheizung bekannt (Elektrizitätswirtschaft 1969, S. 31 bis 37), ein Direktheizgerät und einen Wärniespeicher vorzusehen, die jeweils für sich die volle für den Raum erforderliche Heizleistung abgeben. Hierbei wird vorausgesetzt daß Heizstrom für das Direktheizgerät und gleichzeitig für den Wärmespeicher während des größeren Teils des Tages zur Verfügung steht. Lediglich während einiger Stunden wird dann bei Spitzenbelastung des Netzes der Heizstrom gesperrt und die Beheizung des Raumes erfolgt allein durch den Wärmespeicher. Die Entladung des Wärmespeichers wird dabei durch einen Raumthermostaten so gesteuert, daß an sich eine konstante Raumtemperatur aufrechterhalten wird. Da die Aufladung des Wärmespeichers aus wirtschaftlichen Gründen nur auf den der Außentemperatur entsprechenden Wert vorgenommen wird, besteht die Gefahr, daß der Wärmespeicher bei unvorhergesehenem erhöhtem Wärmebedarf bereits im ersten Abschnitt des Entlade-Zeitraumes entladen wird. Dann ist im weiteren Verlauf des Entladezeitraumes wegen der vollkommenen Sperrung der elektrischen Energie keine oder keine ausreichende Beheizung des Raumes mehr möglich.

Eis ist auch bekannt (elektrowärme international 1968,

S. 316 bis 322), für die Steuerung der Aufladung eines Wärmespeichers in einer Brückenschaltung die Widerstandswerte eines temperaturabhängigen, der Außentemperatur ausgesetzten Widerstandes und eines durch

ein Uhrwerk angetriebenen Drehwiderstandes miteinander zu vergleichen und bei Brückenabgteich ein Schaltsignal zu erzeugea Hierdurch werden die Heizelemente des Wärmespeichers während des Aufladezeitraumes der Außentemperatur entsprechend verzögert eingeschaltet, um die Auflad-yig zu begrenzen und das Nachttal der Netzbelastung besser auszufüllen.

Ferner wird bei einer bekannten Regeleinrichtung (DT-OS 20 21997) so verfahren, daß sowohl die Aufladung als auch die Entladung eines Wärmespeichers über vinen Raumthermostaten gesteuert werden. Dabei ist zwar eine Nachladung des Wärmespeichers bei erhöhtem Wärmebedarf während des Tages möglich, sofern das EJektrizitätsversorgungs-Unternehmen zu einer bestimmten Zeit freie Netzlkapazität hat, jedoch erfolgt diese Nachladung in Abhängigkeit von der Raumtemperatur nur dann, wenn der Speicherkern zur Zeit der möglichen Nachladung praktisch völlig entladen ist und der Raum thermos ta* sehr lange Einschaltzeiten aufweist Entfällt die Nachladezeit z. B. infolge Auslastung des Netzes oder ist sie sehr kurz und folgt eine Sperrzeit, in der dem Netz elektrische Energie zu Heizzwecken nicht entnommen werden darf, dann ist eine ausreichende Beheizung des Raumes nicht mehr möglich. Auch muß die Entladung des Speicherkerns schon vor der festgesetzten Nachladezeitspanne erfolgt sein.

Schließlich ist auch eine Regeleinrichtung für die Aufladung eines Wärmespeichers bekannt (DT-OS 15 65 636), bei der einem die Aufladung begrenzenden, die Speicherkerntemperatur überwachenden Thermostaten zusätzliche, sich zeitlich ändernde Wärmeenergie zur Steuerung der Schalttemperatur zugeführt wird. Hierbei wird die auf die Speicherkerntemperatur bezogene Schalttemperatur des Thermostaten während der nächtlichen Aufladezeitdauer von niedrigen zu hohen Werten hin verstellt und folglich der Einschaltzeitpunkt unter Berücksichtigung der Restwärme auf das Ende der möglichen Aufladezeitdauer hin verschoben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das während des Entladezeitraumes sichergestellt wird, daß selbst bei einer vorübergehenden vollkommenen Sperrung der zu Heizzwecken dienenden elektrischen Energie in jedem Fall eine Wärmemenge im Wärmespeicher enthalten ist, die eine ausreichende Raumheizung während der Sperrzeit ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß bei einer negativen Abweichung des Istwertes der Speichertemperatur gegeuüber einem über den Entladezeitraum festgelegten Verlauf der Solltemperatur dem Wärmespeicher zusätzliche Wärmeenergie zugeführt wird.

Hierbei wird also vorgegeben, welche Temperaturen während des Entladezeitraumes zu bestimmten Zeiten im Wärmespeicher noch vorhanden sein müssen, um bei einer möglicherweise eingeschalteten Sperrzeit noch genügend Wärme zur Verfügung zu haben. Erfolgt die Entladung durch besondere Umstände schneller als im normalen Tagesverlauf, dann wird die jeweils zuviel entnommene Wärmemenge durch Nachladen bereits während der Hochtarifzeit wieder ausgeglichen. Es steht dann zu Beginn einer Sperrzeit in jedem Fall die zur weiteren Beheizung erforderliche Wärmeenergie zur Verfügung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Das stellung einer Lade- und Entladekurve und

Fig.2 eine Prinzipskizze einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
'n Fig. 1 ist über der Tageszeit der angenäherte zeitliche Verlauf der Temperatur des Wärmespeichers aufgezeichnet Ausgehend von einem aus der vorangegangenen Entladung verbliebenen Restwärmesoclcel K mia wird durch die Heizelemente der Wärmespeicher während der Niedertarifzeit NT, z.B. ab 22Uhr bis 6 Uhr, etwa entsprechend der Ladelinie 1 auf eine der Witterung entsprechende Temperatur K max. aufgeheizt Die dabei gespeicherte Wärmemenge reicht dann bei normalem Heizbetrieb für die Beheizung des entsprechenden Raumes während der verbleibenden Tageszeit, ohne eine Nachladung vornehmen zu müssen. Damit jedoch während der Hochtarifzeit HT zwischen 6 Uhr und 22 Uhr immer eine ausreichende Wärmemenge selbst bei erhöhtem Wärmebedarf zur Verfügung steht um auch während einer dazwischen auftretenden Sperrzeit eine ausreichende Beheizung des Raumes sicherzustellen, wird eine der normalen Entladung entsprechende Entladelinie 2 gemäß dem Verlauf der Solltemperatur des Wärmespeichers festgelegt Erfolgt die Entladung und damit die Absenkung der Isttemperatur des Wärmespeichers langsamer als der Verlauf der Solltemperatur, dann ist eine Nachladung unnötig, weil jeweils noch genügend Wärmeenergie gespeichert ist, um eine z. B. zwischen 18 Uhr und 20 Uhr eingeschaltete Sperrzeit SZ zu überbrücken.

Fällt die Isttemperatur des Wärmespeichers dagegen schneller als es der Verlauf der Solltemperaturlinie 2 vorgibt, dann wird auch während der Hochtarifzeit sofort der Betrag der zuviel entzogenen Wärmemenge nachgeladen, so daß der tatsächliche Temperaturabfall der Solltemperaturlinie 2 folgt und auch in diesem Fall die Wärmeversorgung des jeweiligen Raumes während der Sperrzeit SZsichergestellt ist

Um während der Sperrzeit auch einen erhöhten Wärmebedarf ohne Nachteil für die weitere Beheizung decken zu können, ist es vorteilhaft gemäß der strichpunktierten Linie 3 den Solltemperaturverlauf zu gestalten. Durch die geringere Neigung der Solltemperaturlinie 3 vor der Sperrzeit und danach wird zunächst vor der Sperrzeit ein Wärmepolster geschaffen, das zusätzlich während der Sperrzeit abgebaut werden kann, während eine Entladung unter den normalen Verlauf der Solltemperatur anschließend durch den flachen Verlauf der Solltemperaturlinie wieder ausgeglichen wird.

In F i g. 2 ist eine Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dargestellt, wobei ein elektrisch beheizbarer Wärmespeicher 4 mit Heizelementen 5 vorgesehen ist. In Serie zum Heizelement 5 liegen Kontakte 6 eines hydraulischen Theraiostaten 7, mit dem das Heizelement 5 an das Versorgungsnetz anschaltbar ist. Der Thermostat 7 weist zwei Temperaturfühler 8 und 10 auf, von denen der eine dem Wärmespeicher 4 zugeordnet ist und die Isttemperatur desselben erfaßt, während der andere getrennt davon mittels eines Heizwiderstandes 9 beheizbar ist. Überschreitet der aus der Beheizung der beiden Temperaturfühler resultierende Druck einen bestimmten Wert, dann wird der Kontakt 6 geöffnet und die Beheizung des Wärmespeichers 4 unterbrochen. Der Heizwiderstand 9 liegt an einer Spannungsquelle 11, deren Spannung oder abgegebene Leistung in bekannter Weise abhängig von der Witterung gesteuert sein kann. Ein veränderbarer

Widerstand 12 ist mit seinem Schleifkontakt an einen Motor 13 angekuppelt. Dabei ist die Drehzahl so gewählt,-daß der Widerstandswert des Widerstandes 12 von seinem Maximalwert am Anfang der Hochtarifzeit auf seinen Minimalwert am Ende der Hochtarifzeit verändert wird. In den Stromkreis des Motors 13 ist noch ein Vorwiderstand 14 eingeschaltet, der während der Sperrzeit SZ mit einem Kontakt 15 einer Schaltuhr 16 überbrückt wird, um den verstärkten Abfall der Solltemperatur während der Sperrzeit SZ in einfacher Weise realisieren zu können.
Die Funktion dieser Einrichtung ist wie folgt:
Zu Beginn der Hochtarifzeit HT um 6 Uhr ist der Wärmespeicher 4 auf die jeweilige, der Witterung entsprechende Temperatur K max. aufgeheizt. Der dadurch im Fühler 8 erzeugte Druck reicht zusammen mit der vom Widerstand 9 am Temperaturfühler 10 erzeugten Wärmemenge und dem daraus resultierenden Druck aus, um den Kontakt 6 des Thermostaten 7 in Ausstellung zu halten. Dabei hat der Widerstand 12 seinen maximalen Widerstandswert. Mit fortschreitender Zeit wird jedoch der Widerstandswert des Widerstandes 12 zunehmend vermindert, so daß durch die steigende Beheizung des Temperaturfühlers 10 ein zusätzlicher Druck im Hydrauliksystem des Thermostaten 7 erzeugt wird. Gleichzeitig fällt jedoch infolge der Entladung die vom Temperaturfühler 8 erfaßte Isttemperatur im Wärmespeicher 4, wodurch der davon erzeugte Druck sinkt. Folglich bleibt der Kontakt 6 nur dann in Ausstellung, wenn der vom Temperaturfühler 10 mit dem Widerstand 9 erzeugte Druck gleich schnell oder schneller ansteigt als der Druck im Temperaturfühler 8 infolge der Entladung des Wärmespeichers 4 fällt. Wird der Wärmespeicher 4 dagegen sehr rasch entladen, dann reicht der Druck im Hydrauliksystem des Thermostaten nicht aus, den Kontakt 6 zu halten, so daß auch während der Hochtarifzeit eine Nachladung entsprechend dem erhöhten Wärmebedarf erfolgt. Danach unterbricht der Thermostat 7 wieder den Stromkreis für das Heizelement 5. Es wird somit durch die zunehmende Beheizung des Temperaturfühlers 10 eine ständige Verminderung der Solltemperatur des Wärmespeichers 4 vorgenommen.

Der Vorwiderstand 14 und der Kontakt 15 der Schaltuhr 16 sind nur notwendig, wenn eine Steilheitsänderung des Solltemperaturverlaufes gefordert wird.

damit nach einer Sperrzeit nicht alle angeschlossenen Wärmespeicher schlagartig an das Versorgungsnetz angeschaltet werden, die einen etwas größeren Wärmebedarf zu decken hatten, als es der Solltemperaturlinie 2 entspricht.

Die mittleren Tagestemperaturen während einer Heizperiode liegen z. B. bei etwa +5° C und übliche Wärmespeicher sind im allgemeinen so bemessen, daß sie den normalen Wärmebedarf bei Vollaufladung auch bei der tiefsten von der entsprechenden Steuerung erfaßten Außentemperatur decken können. Daraus resultiert jedoch eine sehr hohe Anschlußleistung, die selbst dann eingeschaltet wird, wenn bei relativ hohen Außentemperaturen nur ein geringer Wärmebedarf besteht. Bei mittleren Tagestemperaturen genügt daher bereits eine wesentlich verringerte Anschlußleistung, die zu einer beachtlichen Verminderung der Netzbelastung führt. Um dies zusätzlich zu erreichen, wird in weiterer Ausgestaltung die außentemperaturabhängige Aufladung zwischen Null und Vollaufladung nicht mehr im maximalen, einzelnen Klimazonen zugeordneten Außentemperaturbereich zwischen z.B. +2O⁰C und — 18° C gesteuert sondern es wird Vollaufladung der Wärmespeicher bereits bei einer mittleren Außentemperatur von z. B. 0° C erreicht und die Speicherkapazität so bemessen, daß damit auch der Wärmebedarf des zu beheizenden Raumes bis 0^r C Außentemperatur gedeckt werden kann. Daraus folgt im Beispielsfall eine Reduzierung der im Wärmespeicher installierten Heizleistung auf etwa 50 %, da die zur Aufladung zur Verfügung stehende Zeitdauer unverändert ist. Außerdem kann auch das Speicherkernvolumen wesentlich reduziert werden, ohne für den weit überwiegenden Teil der Heizperiode auf die ausschließliche Nutzung des verbilligten Niedertarif stromes verzichten zu müssen. Außerdem wird die Anschlußgebühr usw. bei niedriger installierter Leistung vermindert. Lediglid« an den wenigen besonders kalten Tagen wird dann während des Entladezeitraumes die Solltemperatur des Wärmespeichers durch verstärkte Entladung unterschritten und demzufolge eine zusätzliche Beheizung auch während der Hochtarifzeit lediglich zur Deckung des erhöhten Wärmebedarfs eingeschaltet. Es ist dabei jedoch nicht nötig, die Speicherheizung und die Zusatzheizung gleichzeitig einzuschalten, sofern dafür getrennte Heizkörper verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines Wärmespeichers während eines Entladezeitraumes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer negativen Abweichung des Istwertes der Speichertemperatur gegenüber einem über den Entladezeitraum festgelegten Verlauf der Solltemperatur dem Wärmespeicher zusätzliche Wärmeenergie zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solltemperatur während des Entladezeitraumes von einem Maximalwert auf einen vom Maximalwert abhängigen Minimalwert vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Solltemperaturwert vor und nach einer während des Entladezeitraumes auftretenden Sperrzeit mit geringerer Steilheit abfällt als während der Sperrzeit

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß einem die Isttemperatur erfassenden, die Heizung des Wärmespeichers steuernden Thermostaten eine zusätzliche, während des Entladezeitraumes zunehmende Wärmemenge zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß sich der Anfangswert der Solltemperatur außentemperaturabhängig von einem Maximalwert bei tiefen Außentemperaturen auf einen Minimalwert bei hohen Außentemperaturen ändert.

6. Verfahren nach \nspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anfangswert der Solltemperatur in dem dem Entladezeitraum vorausgehenden Aufladezeitraum der Maximalwert der außentemperaturabhängig gesteuerten Aufladesolltemperatur verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladesolltemperatur bei einem vorgegebenen Außentemperaturbereich von einem Minimalwert bei hohen Außentemperaturen auf einen Maximalwert bei Außentemperaturen im mittleren Bereich des Außentemperaturbereiches gesteuert wird und bei tieferen Außentemperaturen auf dem Maximalwert bleibt.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß bei einem Wärmespeicher (4) mit einem Thermostaten (7), dessen Schaltkontakt (6) die Stromzufuhr zum Heizelement (5) des Wärmespeichers (4) beherrscht und dessen Temperaturfühler (8,10) einerseits von der Speicherwärme beeinflußt und andererseits über einen zusätzlichen Heizwiderstand (9) beheizbar ist, der Heizwiderstand (9) an eine elektrische Spannungsquelle (11,12) angeschaltet ist, derer Spannung sich im Verlauf des Entladezeitraumes ändert.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle einen veränderbaren Widerstand (12) enthält.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (12) in Serie zum Heizwiderstand (9) geschaltet ist und daß sein Widerstandswert mittels eines Motors (13) von hohen zu niedrigen Widerstandswerten hin verstellbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandes (12) während einer innerhalb des Entiadezeitraumfs auftretenden Sperrzeit schneller geändert wird als davor und danach.

IZ Einrichtung nach Anspruch 10 oder U, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Motors (13) während der Sperrzeit erhöht wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 10 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis des Motors (13) ein Vorwiderstand (14) geschaltet ist, der während der Sperrzeit überbrückt ist

14. Einrichtung nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (12) eine zusätzlich von der Außentem-

peratur abhängige Spannung abgibt

15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei einem Wärmespeicher mit einem elektronischen Regler, der einen den Stromkreis der Heizelemente des Wärmespeichers beherrschenden Schalter steuert und andererseits ein Steuersignal von einem die Speicherwärme erfassenden temperaturabhängigen Widerstand erhält, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler ein weiteres, das Steuersignal des temperaturabhängigen Widerstandes unterstützendes Sollwertsignal aufgeschalte! ist, das sich während des Entladezeitraumes ändert.

16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (4) eine Wärmekapazität aufweist, die größer als die mit den installierten Heizelementen während der Niedertarifzeit erzeugbare Wärmemenge ist.