Eberle-Regeltechnik in der Praxis: Lastbegrenzung und Raumtemperaturregelung
Elektrische Heizsysteme stellen an die Regelung und an das Lastmanagement besondere Anforderungen. Einerseits soll die zur Verfügung stehende elektrische Leistung möglichst effizient genutzt werden, andererseits darf das hausinterne Stromnetz auch bei gleichzeitig eingeschalteten größeren Verbrauchern nicht überlastet werden. In der hier beschriebenen Anwendung übernehmen Komponenten von Eberle zwei unterschiedliche Aufgaben: Die Stromrelais ELAR-20 in Verbindung mit dem Installationsschütz ISCH 20-2Ö sorgen für eine automatische Lastbegrenzung der Elektroheizung. Für die bedarfsgerechte Regelung einer an der Decke montierten Infrarotheizung kommt zusätzlich der programmierbare Raumtemperaturregler Eberle INSTAT+ 3R zum Einsatz.
Teil 1: Lastbegrenzung mit Eberle ELAR-20 und ISCH 20-2Ö
Bei leistungsstarken Elektroheizungen muss nicht nur die Heizleistung selbst betrachtet werden. Entscheidend ist vielmehr die gesamte momentane Belastung des Hausanschlusses. Werden beispielsweise gleichzeitig Kochfeld, Backofen, Waschmaschine, Trockner oder andere größere elektrische Verbraucher betrieben, kann die Stromaufnahme einzelner Phasen deutlich ansteigen. Genau an diesem Punkt setzt die Kombination aus Eberle ELAR-20 und Eberle ISCH 20-2Ö an.
In der beschriebenen Anlage wird jede der drei Phasen mit einem eigenen ELAR-20 überwacht. Am jeweiligen Gerät lässt sich ein Stromwert im Bereich von 2 bis 20 Ampere einstellen. Steigt die Stromaufnahme einer Phase über den eingestellten Wert, reagiert das zugehörige Stromrelais. Über die nachgeschaltete Schaltfunktion und den Eberle-Schütz ISCH 20-2Ö wird die Elektroheizung abgeschaltet. Damit erhält die Elektroheizung im Lastmanagement bewusst eine nachrangige Priorität gegenüber den übrigen Verbrauchern des Hauses.
Der praktische Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die Überwachung automatisch und unmittelbar auf die tatsächliche Strombelastung reagiert. Es muss daher nicht vorausgesehen werden, welche Geräte gleichzeitig eingeschaltet sein werden. Solange die Stromaufnahme der überwachten Phasen unterhalb der eingestellten Grenzen bleibt, kann die Elektroheizung regulär arbeiten. Steigt die Belastung auf einer Phase über den vorgegebenen Wert, wird die Heizung vorübergehend aus dem Netz genommen. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass eine zusätzliche Heizlast die hausinterne Elektroinstallation unnötig bis an ihre Belastungsgrenze beansprucht.
Gerade bei einer Elektroheizung ist ein solcher Lastabwurf gut nutzbar. Eine kurzzeitige Unterbrechung der Wärmeerzeugung macht sich wegen der thermischen Trägheit des Heizsystems in vielen Fällen kaum bemerkbar, entlastet das Stromnetz jedoch genau in dem Moment, in dem andere Verbraucher Vorrang benötigen. Sobald die Voraussetzungen wieder gegeben sind, kann die Heizungsfreigabe erneut erfolgen. Das Lastmanagement wirkt damit im Hintergrund und benötigt im normalen Betrieb keinen manuellen Eingriff.
Die Kombination aus drei ELAR-20 und einem zentralen Schütz trennt dabei Mess- und Schaltaufgabe sinnvoll voneinander. Die Stromrelais erfassen und bewerten die Belastung der einzelnen Phasen; der ISCH 20-2Ö übernimmt die eigentliche Schaltaufgabe für die angeschlossene Heizungssteuerung. Die eingestellte Stromgrenze kann an die vorhandene Hausinstallation und an die gewünschte Reserve angepasst werden. Voraussetzung ist selbstverständlich eine fachgerechte Auslegung und Verdrahtung durch eine Elektrofachkraft.
Damit ist jedoch erst die elektrische Leistungsseite geregelt. Eine Elektroheizung soll nicht nur dann abgeschaltet werden, wenn das Hausnetz stark belastet ist, sondern im normalen Betrieb ebenso exakt nach dem tatsächlichen Wärmebedarf arbeiten. Während ELAR-20 und ISCH 20-2Ö also darüber wachen, ob genügend elektrische Leistungsreserve vorhanden ist, übernimmt ein Raumtemperaturregler die zweite Ebene der Regelung: Er entscheidet, wann und mit welcher Solltemperatur überhaupt geheizt werden soll. Genau diese Aufgabe übernimmt bei der hier eingesetzten Decken-Infrarotheizung der Eberle INSTAT+ 3R.
Teil 2: Eberle INSTAT+ 3R für die Decken-Infrarotheizung
Der Eberle INSTAT+ 3R ist ein elektronischer, programmierbarer Raumtemperaturregler für die Wandmontage. Laut Bedienungs- und Installationsanleitung ist er unter anderem ausdrücklich für Elektro-Heizgeräte vorgesehen. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der Raumlufttemperatur: Sinkt die gemessene Temperatur unter den eingestellten Sollwert, wird die Heizung eingeschaltet. Damit eignet sich der Regler auch für eine Infrarotheizung, die an der Decke montiert ist, während der Thermostat an einer geeigneten Stelle im Raum die tatsächliche Lufttemperatur erfasst.
Für eine korrekte Temperaturerfassung ist der Montageort wichtig. Eberle empfiehlt eine gut zugängliche Stelle mit freier Luftzirkulation, ohne direkte Sonneneinstrahlung und ohne Zugluft. Der Regler sollte nicht unmittelbar von der Wärmequelle beeinflusst werden und etwa 1,5 Meter über dem Fußboden montiert sein. Gerade bei einer Decken-Infrarotheizung ist diese räumliche Trennung sinnvoll: Das Heizpaneel gibt seine Strahlungswärme von oben ab, während der Wandregler die Raumtemperatur an einer für die Nutzung repräsentativen Position misst.
Im Alltag bietet der INSTAT+ 3R mehrere Betriebsarten. Im Automatikbetrieb arbeitet er nach einem hinterlegten Zeit- und Temperaturprogramm. Bis zu sechs Schaltzeiten pro Tag können verwendet werden. Damit lassen sich beispielsweise morgens, tagsüber, am Abend und während der Nacht unterschiedliche Solltemperaturen vorgeben. Neben drei voreingestellten Programmen kann die Programmstruktur an den eigenen Tagesablauf angepasst werden. Möglich sind unter anderem eine 7-Tage-Programmierung mit individuellen Einstellungen für jeden Wochentag, eine 5/2-Tage-Einteilung für Werktage und Wochenende sowie ein gemeinsames 24-Stunden-Programm.
Soll die Temperatur unabhängig vom Zeitprogramm konstant gehalten werden, steht der Handbetrieb zur Verfügung. Außerdem kann im Automatikbetrieb die aktuell vorgegebene Temperatur vorübergehend verändert werden. Diese Übersteuerung bleibt bis zur nächsten programmierten Schaltzeit wirksam. Für längere Abwesenheiten oder zeitlich begrenzte Änderungen bietet der Regler zusätzlich eine Ferien- beziehungsweise Partyfunktion. Der Temperatur-Einstellbereich reicht laut Hersteller von 7 bis 32 Grad Celsius.
Für den Betrieb mit einer elektrischen Infrarotheizung ist eine Installationseinstellung besonders wichtig: der Ventilschutz. Diese Funktion ist ab Werk eingeschaltet und schaltet das Relais des Reglers einmal täglich um 10 Uhr für eine einstellbare Dauer von einer bis fünf Minuten ein. Bei wassergeführten Heizsystemen kann dies sinnvoll sein, damit Ventile oder Pumpen während längerer Stillstandszeiten nicht festsitzen. Bei einer Infrarotheizung gibt es jedoch kein Heizungsventil, das auf diese Weise bewegt werden müsste. Würde der Ventilschutz aktiviert bleiben, könnte die elektrische Infrarotheizung einmal täglich unabhängig vom eigentlichen Wärmebedarf für die eingestellte Ventilschutzdauer eingeschaltet werden.
Deshalb sollte der Ventilschutz beim Einsatz des INSTAT+ 3R für eine Infrarotheizung unbedingt deaktiviert werden. Genau darauf weist auch die Eberle-Anleitung hin: Bei Elektroheizungen oder Anwendungen, bei denen kein Festsetzen zu erwarten ist, soll diese Funktion ausgeschaltet sein. Für die Praxis bedeutet das, in den Installationseinstellungen Option 8 „Ventilschutz“ auf AUS beziehungsweise OFF zu stellen. Die dazugehörige Ventilschutzdauer unter Option 9 ist anschließend für diese Anwendung ohne Bedeutung.
Zusammen ergeben beide Eberle-Lösungen ein schlüssiges Regelkonzept für elektrische Heizungen. ELAR-20 und ISCH 20-2Ö übernehmen den Schutz vor einer zu hohen gleichzeitigen Belastung des Hausnetzes, während der INSTAT+ 3R die Temperaturregelung im Raum und die zeitliche Anpassung des Heizbetriebs übernimmt. Lastmanagement und Komfortregelung arbeiten damit auf zwei unterschiedlichen Ebenen, ergänzen sich jedoch unmittelbar: Die Heizung erhält nur dann eine Freigabe, wenn elektrische Leistungsreserve vorhanden ist, und sie erzeugt zugleich nur dann Wärme, wenn das Raumprogramm beziehungsweise der eingestellte Sollwert dies tatsächlich verlangt.
