Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Koch-, Back- und/oder Warmwasserbereitungseinrichtungen Im Hinblick auf einen besseren Ausgleich der Ta- gesbelastungskurven der Elektrizitätswerke kommt der Speicherung von Elektrowärme für den Haushalt, insbe sondere für Koch-, Back- und Warmwasserbereitungs- einrichtungen, besondere Bedeutung zu. Der Stromver brauch im Haushalt für .Küche und Bad fällt - abgese hen von Heisswasserspeichern, die mit Nachtstrom auf geladen werden - hauptsächlich in die Zeiten der hohen Netzbelastung am Morgen, Mittag und Abend.
Infolge der hohen Anschaffungskosten und des grossen Raum bedarfs werden elektrische Heisswasserspeicher mit 80 und mehr Liter Inhalt bis heute im allgemeinen noch relativ wenig verwendet. In Deutschland sind zum Bei spiel nur etwa 15 % der Wohnungen mit elektrischen Heisswasserspeichern ausgerüstet.
Seitens der Elektrizitätswerke besteht ein starkes Be dürfnis nach Elektrowärmespeichern für den Haushalt, die möglichst den ganzen Wärmebedarf für Küche und Bad speichern können und die während der Zeiten der Schwachbelastung der Netze (zum Beispiel von 20 bis 6 Uhr und von 14 bis 16 Uhr) aufgeladen werden. Solche Speicher hätten auch den grossen Vorteil kleiner Anschlussleistungen von beispielsweise 2kW, wodurch die Installationskosten der Netze niedrig werden. Übli che Vollherde haben Anschlusswerte von 7 bis 10 kW, Durchlauferhitzer sogar solche von 12 bis 24 kW.
Schon vor mehr als 30 Jahren wurden elektrische Wärmespeicherherde entwickelt mit der Absicht, billi gen Nachtstrom für Kochzwecke zu verwenden. Diese Herde wurden mit Wasser als Energiespeicher, das in Druckgefässen auf etwa 250 C aufgeheizt wurde, be trieben. Die Wärmeübertragung auf die Kochplatten er folgte mittels gespannten Wasserdampfes über Rohr leitungen in einem geschlossenen System. Da Wasser bzw. Wasserdampf von 250 einen Druck von 40 at aufweist, mussten die Wärmespeicherherde entsprechend massiv gebaut und mit allen erforderlichen Sicherheits vorrichtungen versehen werden.
Wegen der Temperatur begrenzung auf etwa 250 reichte die Wärmesspeicher- fähigkeit auch nicht aus und die Leistung der Koch platten war nach Absinken der Wassertemperatur un genügend. Diese Herde konnten sich deshalb in der Praxis nicht durchsetzen. Für die Erzeugung von Warm wasser für .Küche und Bad sind bis heute - abgesehen von grossen Elektrokessel- und Fern-Wärmeversorgungs- anlagen - keine Elektrowärmespeicher entwickelt oder gebaut worden.
Die Speicherung von Wärme kann auch für Gas netze interessant sein, indem dadurch eine Überlastung der Verteilnetze während den Kochzeiten vermieden und eine Verstärkung der Rohrleitungen erübrigt werden kann.
Die vorliegende Erfindung zeigt einen neuen Weg der zentralen Speicherung von Wärme, insbesondere Elektrowärme, vorzugsweise für den Haushalt, und be trifft ein Verfahren zum Betrieb von Koch-, Back- und/ oder Warmwasserbereitungseinrichtungen mit gespei cherter Wärme. Das Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass die Wärme zentral erzeugt und gespei chert und mittels einer Wärmeübertragungsflüssigkeit mit hoher Siedetemperatur, von über 300 C eines Rohrsystems und einer Zirkuiationspumpe den verschie denen Wärmeverbrauchsgeräten je nach Bedarf zuge führt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In einem Wärmespeicherblock 1, der zum Beispiel mit Maschinenguss oder Magnesit als Speichermasse gefüllt ist, sind ein elektrischer Heiz körper 2, ein Temperaturfühler 3 und eine Heizrohr schlange 4, die von einer Wärmeübertragungsflüssigkeit durchflossen wird, eingebaut. Der ganze Block ist mit einer dicken Schicht Wärmeisoliermaterial 5, zum Bei spiel Schlackenwolle oder Glaswolle, umgeben, um die Wärmeverluste klein zu halten.
Der Heizkörper 2, der für einen mittelgrossen Haushalt etwa 2 kW Leistung benötigt, wird vom Wechselstromnetz N, P gespeist und während der Niedertarifzeit, zum Beispiel von 20 bis 6 Uhr und von 14 bis 16 Uhr, durch den Zeitschalter 6 eingeschaltet. Der Temperaturregler 7 schaltet die Hei zung aus, wenn der Wärmespeicher voll aufgeladen ist, zum Beispiel auf 400 C. Er schaltet wieder ein, wenn die Speichertemperatur um etwa 20 C abgesunken ist. Mittels eines Hauptschalters 30 kann die ganze Anlage ein- oder ausgeschaltet werden.
Der Kochherd 8, der normalerweise ein Drei- oder Vierplattenherd ist, weist Kochplatten 9, 10 auf, welche lediglich aus je zwei zusammengeschweissten dünnen hitzebeständigen Stahlblechen bestehen, zwischen denen die Wärmeübertragungsflüssigkeit zirkuliert. Die Koch platten 9, 10 sind über ein dünnes Vorlaufrohr 11, 12 und ein Rücklaufrohr 13, 14 mit der Heizrohrschlange 4 verbunden. Eine kleine Zirkulationspumpe 15 setzt die Wärmeübertragungsflüssigkeit im Wärmekreislauf in Be wegung, wenn Wärme benötigt wird.
Die Durchfluss- menge der Flüssigkeit und damit die Temperatur der Kochplatten 9, 10 kann mittels kleiner Handventile 16, 17 stufenlos geregelt werden. Zum Betrieb des Koch herdes wird vorerst mittels des Handschalters 18 die Pumpe eingeschaltet. Die Erhitzung der Kochplatten er folgt aber erst, wenn die Ventile 16, 17 geöffnet werden. Bei Nichtbenützung des Herdes soll die Pumpe ausge schaltet sein. Im oder neben dem Kochherd ist üblicher weise noch ein Backofen eingebaut, der mittels einer Heizschlange geheizt und mittels eines Temperatur reglers geregelt wird; dieser ist in der Zeichnung nicht eingezeichnet.
Die Wärmeträgheit der Kochplatten ist infolge ihrer geringen Masse sehr klein und nur ein Bruchteil derjenigen üblicher Gusskochplatten. Die Kochplatten werden auf der unteren Seite zweckmässi- gerweise durch eine Schicht Wärmeisoliermaterial 19 abgedeckt.
Der gleiche Wärmespeicher 1 wird zur Warmwasser bereitung für Bad, Dusche, Waschbecken, Spülbecken und dergleichen verwendet. Hierzu dient ein Durch lauferhitzer 20, in dem eine von der Wärmeübertra- gungsflüssigkeit durchflossene Heizschlange 21 einge baut ist. Die Heizschlange 21 ist über Rohrleitungen 22, 11 und 23, 14 mit der Heizrohrschlange 4 des Wärmespeichers verbunden. Ein Regelventil 24, dessen Wärmefühler 25 im Wasserauslauf des Durchlauferhit zers 20 eingebaut ist, regelt den Durchfluss der Wärme übertragungsflüssigkeit derart, dass das Warmwasser mit konstanter Temperatur aus dem Erhitzer fliesst.
Die ge wünschte Wassertemperatur ist an einem Einstellknopf 26 auf 30 bis 90 C einstellbar. Beim Öffnen des Regel ventils 24 wird gleichzeitig ein Kontakt 27 geschlossen, welcher die Pumpe 15 einschaltet. Der Durchlauferhit zer 20 hat einen kleinen Speicherraum von einigen Li tern Warmwasser. Beim Öffnen einer Zapfstelle 28 fliesst sogleich Warmwasser. Der Durchflusserhitzer ist durch den unteren Rohrstutzen 29 an das Wasserlei tungsnetz angeschlossen und wird von unten nach oben durchflossen, während die Wärmeübertragungsflüssigkeit in der Rohrschlange 21 von oben nach unten fliesst (Gegenstromprinzip).
Der Durchlauferhitzer 20 wird vorzugsweise wärmeisoliert, ebenso die Wärmeüber- tragungsrohre 11, 12, 13, 14, 22, 23.
Als Wärmeübertragungsflüssigkeit wird eine hierzu geeignete Spezialflüssigkeit, zum Beispiel Organosilikat, mit guten Wärmeübertragungseigenschaftcn, kleiner Vis kosität und hoher Temperaturbeständigkeit verwendet. Auch bei 400 C besteht kein innerer überdruck im Zirkulationssystem. Der Stromkreis der Wärmeübertra gung sflüssigkeit wird vorzugsweise mit einem kleinen Ausgleichgefäss (nicht dargestellt) verbunden, um Volu menausdehnungen aufzufangen.
Ein Haushalt von 4-5 Personen hat einen täglichen Stromverbrauch für Küche und Bad von etwa 10 kWh, wovon ungefähr 1/4 zum Kochen und 3/,1 für Warm wasserbereitung verwendet werden. Bei nur einmaliger Aufladung des Wärmespeichers pro Tag über die Nacht stunden ist für die Aufspeicherung dieser Energie ein Speicher mit Maschinenguss als Speichermasse mit Ab messungen von 35 x 35 x 35 cm (ohne Isolation) und bei Magnesit als Speichermasse mit Abmessungen von 38 x 38 x 38 cm erforderlich.
Wenn am Nachmittag eine Nachladung des Speichers von 2 oder mehr Stunden zugelassen wird, kann das Speichervolumen um 1/3 redu ziert werden. Speicher dieser Grösse können bequem in der Küche unter der Herdplatte oder in den Einbau- Unterschränken untergebracht werden. Der thermische Wirkungsgrad des Wärmespeichers beträgt bei guter Isolierung und täglicher Aufladung und Entladung etwa 85 %. Der Durchlauferhitzer 20 für die Warmwasser bereitung kann bei zweckmässiger Ausbildung pro Mi nute 10 1 Badewasser von 40 C erzeugen, was einer Leistung von etwa 15 kW entspricht.
Der Erhitzer 20 wird vorzugsweise über oder neben dem Wärmespei cher 1 angeordnet. Um die Leistung der Kochplatten hoch zu halten, soll der Wärmespeicher zum Kochen und Backen nicht unter 200-250 C entladen werden; für die Warmwasserbereitung ist hingegen eine Entla dung auf etwa 150 C zulässig. Zum bequemen Trans port kann der Wärmespeicher 1 in mehrere Teile zer legt und am Einbauort montiert werden.
Die Verwendung eines Wärmespeichers zur Warm wasserbereitung ist, abgesehen von der Einsparung von Stromkosten durch billigen Nachtstrom auch im Hinblick auf den Raumbedarf interessant. Ein Wärmespei- cherblock benötigt zur Wärmespeicherung einer be stimmten Energie mit Einschluss der Isolation nur 1/3 des Raumes, den ein Heisswasserspeicher benötigen würde.
Die Herstellungs- und Anschaffungskosten einer kompletten Wärmespeicheranlage mit Kochherd und Warmwasserbereiter liegen beträchtlich unter den Ko sten einer üblichen Ausrüstung mit Vollherd und Was serspeicher (Druckspeicher) mit mehreren Zapfstellen. Zu diesen Einsparungen kommen noch die wesentlich kleineren Tosten der elektrischen Installation.
Die Bedienung der gesamten Anlage ist äusserst ein fach. Ein Hauptschalter 30 dient dazu, die Anlage dauernd ein- oder auszuschalten. Die Aufladung des Wärmespeichers 1 erfolgt vollständig automatisch wäh rend der durch den Zeitschalter 6 oder einen Fernsteuer empfänger bestimmten Zeiten. Die Aufheizung des Warmwassers im Durchlauferhitzer 20 auf die am Reg lerknopf 26 eingestellte Temperatur erfolgt ebenfalls automatisch, wobei im Erhitzer stets eine kleine Menge Warmwasser bereit gehalten wird.
Beim Öffnen einer Zapfstelle 28 fliesst kaltes Wasser aus der Leitung 29 nach, kühlt den Temperaturfühler 25 ab, wodurch der Reglerkontakt 27 schliesst, die Pumpe 15 einschaltet und Wärmeübertragungsflüssigkeit in der Heizschlange 21 zirkuliert. Zum Kochen oder Backen muss am Herd lediglich der Schalter 18 eingeschaltet werden, der die Pumpe 15 in Betrieb setzt. Die Einschaltung der ein zelnen Kochplatten 9, 10 und die Regulierung der Heiz leistung derselben erfolgt durch die kleinen Handventile 16, 17. Diese Ventile können auch so beschaffen sein, dass sie automatisch eine einstellbare Plattentemperatur einregulieren.
Das beschriebene System der Wärme- speichereng kann selbstverständlich auch lediglich zum Betrieb eines .Kochherdes oder eines Warmwasserberei ters verwendet werden.