Aufladesteuerung

Eine Aufladesteuerung ist eine elektrische Steuerung, die mit Hilfe eines Temperatursensors den geschätzen Energiebedarf einer Nachtspeicherheizung ermittelt und daraus den Sollwert für den Laderegler in den einzelnen Wärmespeichern vorgibt.

Inhaltsverzeichnis

Einsatzgebiet

Eine Aufladesteuerung 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

Schätzungen gehen davon aus, dass eine Anlage mit Aufladesteuerung während der Heizperiode im Mittel rund 20 Prozent 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 theoretisch in der nächsten Ladephase nur die Differenz nachgeladen werden müsste.

Allerdings ist in der Praxis auch die beste thermische Wärmedämmung von Speicheröfen unvollständig. Folglich entsteht ein permaneter Wärmeabfluß durch Konvektion. Diese ist zudem von der Temperaturdifferenz zwischen dem Gerätinnern und Umgebung abhängig. In der Übergangszeit wird jedoch eine im Verhältnis zur möglichen Wärmeleistung geringe Heizleistung erforderlich. Damit heizt sich der Raum unnötig auf.

Bestandteile einer Aufladesteuerung

Zu einer Aufladesteuerung gehört immer ein Außentemperaturfühler, auch Witterungsfühler genannt, der üblicherweise auf der Nordseite des Gebäudes in mindestens zwei Meter Höhe über dem Boden angebracht wird. Manche Anbieter geben an, den Fühler mit Mörtel fest mit dem Mauerwerk zu verbinden, oder ihn sogar in den Putz einzbetten [1] [2] [3] [4]. Dies stellt jedoch keine allgemeine Regel dar, da es auch einige Anbieter gibt, die auf diese Hinweise verzichten.

Weiterhin muss ein Rundsteuerempfänger vorhanden sein, über den das EVU-Freigabesignal empfangen wird, was dazu benutzt wird, 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 das Schütz für den Leistungskreis an. Der Rundsteuerempfänger schaltet auch den Stromzähler zwischen Hoch- und Niedrigtarif um.

In Anlagen mit mehreren Gruppen, zum Beispiel Mietparteien, 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 zum Beispiel 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 Netz zu vermeiden und die Last zu verteilen.

Ladezeiten

Häufig liegt die Freigabezeit zwischen 22 und 6 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, etwa der Schamottsteine, über einen 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:

  1. Das so genannte ED- oder 80-Prozent-ED-Signal.
    Dabei wird die Netzspannung pulsweitenmoduliert, das heißt das Verhältnis zwischen der Einschalt- und der Ausschaltzeit bestimmt die Größe des übertragenen Signals. Bei Nachtspeicherheizungen wird eine Frequenz von circa 0,1 Hz, also eine Periodendauer von circa 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 etwa 72 %, 68 % oder 40 %.
    Diese Form der Übertragung ist recht robust, so dass eine „Eindrahtsteuerung“ möglich ist. Hierbei wird der Neutralleiter, der praktisch immer vorhanden ist, als Rückleitung genutzt, so dass nur ein zusätzlicher „Draht“ notwendig ist.
  2. Die so genannte DC-Steuerung.
    Dabei wird eine Gleichspannung zwischen 0,91 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 Wärmeenergiebedarfs das Laden beendet. An den handelsüblichen 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 etwa 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 eigentliche 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 eventuell individuell angepasst werden sollten.

  1. Der Temperaturschwellwert, ab dem abwärts zu 100 Prozent voll geladen wird, manchmal als E1 bekannt, zum Beispiel -15 °C
  2. Der Temperaturschwellwert, über dem die Ladung verhindert wird, manchmal als E2 bekannt, zum Beispiel 20 °C
  3. Die Sockelladung, also der Wert auf den bei unterschreiten von E2 mindestens geladen wird, manchmal als S bekannt, zum Beispiel 15 Prozent

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 der Raumthermostat.

Der Raumthermostat ist völlig entkoppelt von der Aufladesteuerung. Er sollte auf die gewünschte Raumtemperatur eingestellt werden. Er 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 („Drehregler“ an jedem Wärmespeicher) auf den höchsten Wert eingestellt. Sind die Wärmespeicher am Abend leer, das heißt dass selbst bei hoch eingestelltem Raumthermostat nur kalte Luft abgegeben 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 Ladereglern die Ladung weiter schrittweise verringert werden (z. B. im Schlafzimmer).

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Dimplex: "Montage und Gebrauchsanweisung Aufladesteuerung"
  2. DRT: "Montage des Witterungsfühlers"
  3. SABI: "Betriebsanleitung Universal-Aufladeautomat"
  4. Frensch: "Bedienungs- und Montageanleitung"

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