Aufladesteuerung
Eine Aufladesteuerung ist eine elektrische Steuerung, die mit Hilfeeines Temperatursensors den geschätzen Energiebedarf einer Nachtspeicherheizung
ermittelt und daraus den Sollwert für den Laderegler in den einzelnen
Wärmspeichern vorgibt.
Einsatzgebiet
Eine Aufladesteuerungen ist ein Element einer Nachtspeicherheizungsanlage.
Eine solche Anlage besteht üblicherweise aus einer Aufladesteuerung und
mehreren Wärmespeichern. Es sind selten auch Einzelgeräte erhältlich, bei denen
die Aufladesteuerung in den Wärmespeicher integriert ist, was allerdings nur
für Einzelgeräte sinnvoll ist.
Eine Aufladesteuerung bewirkt, dass die Wärmespeicher nicht jede Ladephase
mit ihrer maximalen Kapazität, sondern nur mit der wahrscheinlich für die
nächste Abgabephase benötigten Energiemenge geladen werden.
Wirtschaftlichkeit
Man schätzt, dass eine Anlage mit Aufladesteuerung während der Heizperiode
im Mittel ca. 20% weniger elektrische Leistung verbraucht, als ohne. Speziell
in Jahreszeiten, in denen eigentlich kaum geheizt werden muss, wäre eine
maximale Ladung der Öfen unsinnig. Zwar wird nicht die ganze, gespeicherte
Energie der Wärmespeicher wieder abgegeben, so dass in der nächsten Ladephase
nur die Differenz nachgeladen werden muss, jedoch geht durch die unvollkommene
Isolierung immer ungewollt Wärme und damit Energie verloren.
Bestandteile einer Aufladesteuerung
Zu einer Aufladesteuerung gehört immer ein Außentemperaturfühler, auch
Witterungsfühler genannt, der üblicherweise
auf der Nordseite des Gebäudes in mindestens zwei Metern Höhe über dem Boden
angebracht und mit Mörtel fest mit dem Mauerwerk verbunden wird.
Weiterhin muss ein Rundsteuerempfänger vorhanden sein,
über den das EVU-Freigabesignal empfangen wird, was dazu benutzt wird, um
den Leistungskreis der Wärmespeicher nur in der vom EVU vorgegebenen Zeit
freizuschalten. Das Freigabesignal wird in der Aufladesteuerung weiterverarbeitet.
Die Aufladesteuerung steuert dann meistens selbst den Schütz für den
Leistungskreis an. Der Rundsteuerempfänger schaltet auch den Stromzähler
zwichen Hoch- und Niedrigtarif um.
In Anlagen mit mehreren Gruppen, z.B. Mietsparteien, wird meistens pro Gruppe
noch eine Gruppensteuerung installiert. Die Gruppensteuerung ist keine Steuerung
im eigentlichen Sinne, sondern eine Art Zwischenverstärker, bei dem zusätzlich das
Steuersignal in engen Grenzen dem individuellen Wärmeempfinden angepasst werden
kann.
Moderne Aufladesteuerung als auch Gruppensteuerung können mit Zeitschaltuhren
gekoppelt werden, um z.B. Wochenendabsenkungen zu realisieren.
Lademodelle
Das Lademodell stellt den zeitlichen Ablauf der Aufladung dar. Üblich sind
Vorwärts-, Rückwärts und Spreizungssteuerung. Welche Steuerung zu wählen ist,
wird vom zuständigen EVU vorgegeben.
Bei der Vorwärtssteuerung wird der Leistungskreis zu Beginn der Ladezeit
freigegeben, bei der Rückwärtssteuerung erst so spät, dass die Wärmespeicher erst
am Ende der Ladezeit die Ladung erreicht haben können und bei der Spreizsteuerung
entweder in der Mitte der Ladezeit, oder in zwei Blöcken am Anfang und am Ende.
Es wird immer Versucht, Laststöße im Nezt zu vermeiden und die Last zu verteilen.
Ladezeiten
Häufig liegt die Freigabezeit zwischen 22:00 und 06:00 Uhr und beträgt somit
acht Stunden. Es können aber sogar innerhalb von Straßenzügen die Freigabezeiten
variieren, um die Last zu Verteilen. Bei manchen EVUs ist auch eine zusätzliche
Freigabe von mehreren Stunden während des Tages möglich.
Funktionsprizip
Die Aufladesteuerung ermittelt aus dem Temperaturverlauf der Aussentemperatur vor
der nächsten Aufladephase (Nacht) den geschätzen Wärmemengenbedarf für die nächste
Abgabephase (Tag). Dieser wird in Form eines Sollwertes zu den einzelnen
Wärmespeichern übermittelt. In jedem Wärmespeicher sitzt ein Aufladeregler, der
den Leistungkreis des einzelnen Speichers unterbrechen kann. Als Istwert wird
die Temperatur des Speichermediums, z.B. der Schamottsteine, über
eine Fühler ermittelt. Hat die gespeicherte Wärmemenge (sprich Temperatur) den
Sollwert erreicht, so wird der Ladevorgang beendet.
Sollwertübertragung
Es haben sich zwei Arten der Sollwertübertragung etabliert:
# Das sogenannte ED- oder 80% ED-Signal.
Dabei wird die Netzspannung pulsweitenmoduliert, d.h. das Verhältnis zwischen der Einschalt- und der Ausschaltzeit bestimmt die Größe des übertragenen Signals. Bei Nachtspeicherheizungen wird eine Frequenz von ca. 0,1 Hz, also eine Periodendauer von ca. 10 Sekunden verwendet. Eine Einschaltdauer von 0%, also überhaupt kein Signal, bewirkt eine Vollladung des Wärmspeichers. Eine Einschaltdauer von 80%, also 8 von 10 Sekunden, bewirkt, dass überhaupt nicht geladen wird. Dies hat den Vorteil, dass bei Ausfall der Steuerung, die Wärmespeicher voll geladen werden, also das Gebäude nicht auskühlt.
Früher waren auch Signale mit anderen Werten für die Ladeunterdrückung gebräuchlich, wie z.B. 72%, 68% oder 40%.
Diese Form der Übertragung ist recht robust, so dass eine sogenannte "Eindrahtsteuerung" möglich ist. Hierbei wird der Neutralleiter, der praktisch immer vorhanden ist, als Rückleitung genutzt, so dass nur ein zusätzlicher "Draht" notwendig ist.
# Die sogenannte DC-Steuerung.
Dabei wird eine Gleichspannung zwischen 0,91 V und 1,43 V zur Übertragung verwendet, dabei bedeutet 0,91 V Vollladung und 1,43 V Ladeunterdrückung, also auch hier Vollladung bei Ausfall der Aufladesteuerung.
Laderegler
In jedem Wärmespeicher gibt es den Aufladeregler, der je nach Soll- und Istwert
des ermittelten Wärmerenergiebedarfs das Laden beendet. An den hadelsüblichen
Wärmespeichern ist zusätzlich ein Betätigungselement ("Drehregler") vorhanden,
mit dem sich die Ladung des einzelnen Speichers zusätzlich reduzieren lässt.
Dies kann für Räume mit geringerem Wärmebedarf wie z.B. Schlafzimmer genutzt werden.
Neben vollelektronischen Ladereglern gibt es bei der Verwendung des ED-Signals
auch elektromechanische Laderegler.
Diese benutzen zur Ladeabschaltung temperaturempfindliche, mechanische Einrichtungen.
Es sind zwei mechanische Temperaturfühler vorhanden, der eine befindet sich in
den Speichersteinen, der Zweite zusammen mit einem Heizwiderstand in einer
Isolation. Der Heizwiderstand wird direkt von dem ED-Signal angesteuert und
überträgt damit den Sollwert an den thermisch-mechanischen Regler. Der Heizwiderstand
weist einen Wert von mehreren Kiloohm auf. Das erklärt, warum bei
größeren Anlagen Gruppensteuerungen als Zwischenverstärker eingesetzt werden
müssen, da sonst der Steuerausgang der Aufladesteuerung überlastet werden könnte.
Der Sollwert für die Laderegler wird von einer modernen Aufladesteuerung zu Beginn der Ladezeit auf Ladeunterdrückung eingestellt, und erst nach der Freigabe für den Leistungskreis auf das eigenliche Sollwertsignal eingestellt. Aufgrund der Trägheit und statistischer_Erscheinungen bewirkt dies, das die Wärmespeicher nie gleichzeitig, sondern zeitlich etwas versetzt anfangen zu laden, was wiederum Laststöße im Netz verringert.
Einstellung der Aufladesteuerung
Die Einstellung sollte einem Fachmann überlassen werden, da es Vorgaben des
zuständigen EVUs gibt, die einer Privatperson nicht ohne weiteres zur Verfügung
stehen.
Es gibt jedoch ein paar Größen, die evtl. individuell angepasst werden sollten.
# Der Temperaturschwellwert, ab dem abwärts zu 100% voll geladen wird, machmal als E1 bekannt, z.B. -15°C
# Der Temperaturschwellwert, über dem die Ladung bis auf einem Sockelbetrag verhindert wird, machmal als E2 bekannt, z.B. 20°C
# Die Sockelladung, also der Wert der minimal, auch über E2, noch geladen wird, machmal als S bekannt, z.B. 15%
Einstellung der Nachtspeicherheizungsanlage
Ist die Aufladesteuerung vom Fachmann eingestellt, so hat man meist noch drei
Punkte, an denen die Anlage eingestellt werden kann: Die Gruppensteuerung,
der Laderegler an jedem Speicher und das Raumthermostat.
Das Raumthermostat ist völlig entkoppelt von der Aufladesteuerung. Es sollte
lediglich auf die gewünschte Raumtemperatur eingestellt werden. Es bestimmt
lediglich die Wärmeenergieabgabe.
Die Gruppensteuerung stellt man am sinnvollsten während der Übergangszeit, in
der die Temperatur nachts nicht unter 10°C sinkt ein. Dazu werden alle Laderegler
("Drehrelger" an jedem Wärmespeicher) auf den höchsten Wert eingestellt. Sind
die Wärmespeicher am Abend leer, d.h. dass selbst bei hoch eingestelltem Raumthermostat
nur kalte Luft abegeben wird, so muss der "Drehregler" an der Gruppensteuerung
zu größeren Werten hin verstellt werden. Sind die Speicher noch heiß, so muss
der Wert an der Gruppensteuerung verringert werden. Ist der optimale Punkt gefunden,
so kann an den einzelnen Laderegler die Ladung weiter Schrittweise verringert werden (z.B.
im Schlafzimmer).
Siehe auch
*Elektroheizung
*Nachtspeicherheizung
