Verfahren und Einrichtung zur Messung von Wärmemengen einer Warmwasser-
Heizanlage mit konstantel Durchílu6menge.
Messverfahren und deren Einrichtungen zur Feststellung der Wärmemenge, die zur Beheizung eines Gebäudes, einer Wohnung oder dergleichen benötigt wird, sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt geworden.
Bei einer dieser Messarten wird eine an sich der Rücklauftemperatur ausgesetzte Hilfsheizung noch von der Differenz zwischen Vor-und Rücklauftemperatur gesteuert und die von dieser Hilfsheizung be notigte Energie als Mass für die verbrauchte Wärmemenge von einem Zähler registriert.
Diese Messart hat aber zufolge des verwendeten Differentialkontaktthermometers vor allem den Nachteil, dass der Einbau in die Heizanlage, sowie deren Eichung schwierig und demzufolge teuer ist.
Eine weitere Messanordnung macht weiterhin ebenfalls davon Gebmuch, die Energie der Hilfsheizung einer thermostatischen Vorrichtung als Mass für die gelieferte Wärmemenge zu benutzen, wobei aber die thermostatische Vorrichtung lediglich nur von der Temperatur eines wärmeabgebenden Heizkörpers abhängig ist. Da es sich bei dieser Messanordnung also nur um eine Punktmessung handelt, ist natürlich mit dieser, abgesehen von der nicht sehr hohen MeBgenauigkeit nur die Erfassung der abgegebenen Wärmemenge eines einzigen Heizkörpers möglich.
Es sind natürlich auch noch andere Einrichtungen zur Registrierung der verbrauch- ten Wärmemenge einer Heizanlage bekannt geworden. Diese mit den vorstehend genannten und dem erfindungsgemässen Verfahren in gar keinem näheren Zusammenhang ste- henden Anordnungen erfüllen jedoch in noch geringerem Masse die Anforderungen nach einer allgemein zufriedenstellenden Lösung.
GemäB der Erfindung wird die Differenz der von einem Vor-und einem Rücklauf- thermostaten mit Hilfsheizung an die Heizröhren abgegebenen Wärmemengen gebildet und von einem ZÏhler registriert. Diese Wärmemengendifferenz steht bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit nun in einem proportionalen Verhältnis zu der gelieferteil Wärmemenge. Dass dies tatsächlich der Fall ist, geht aus der nachstehend auseinandergesetzten Erkenntnis hervor.
Ein abgeschlossener Raum, der eine Heizung und einen von dieser thermisch sein- flussten Kontakt enthält, benötigt eine mitt ; lere Heizenergie, die genau gleich seinem Wärmeverlust ist. Die Temperatur des ab- geschlossenen Raumes wird dann, da der thermisch gesteuerte Kontakt die Heizung stets bei der gleichen Temperatur ausschaltet, konstant gehalten, wobei die pro Zeiteinheil : zugeführten Wärmeeinheiten im Mittel den pro Zeiteinheit abfliessenden Wärmeeinheiten entsprechen.
Das Verhältnis von Ein-ux1d Ausschaltzeit des thermisch gesteuerten Kontaktes wird demnach entsprechend der jeweilig herrschenden Aussentemperatur derart ge- steuert dass beispielsweise bei abnehmender Au¯entemperatur die Einschaltda@er des intermittierend betÏtigten Kontaktes gr¯¯er wird.
Wird nun ein derart abgeschlossener Thermostat mit irgend einem Korper wärme- leitend verbunden, so wird ein Teil der im Thermostat befindlichen Wärme in diesen Körper und der andere in die Umgebung für den Fall abströmen, wenn die Temperatur im Innern des Thermostaten hucher ist als die der Umgebungsluft und des K¯rpers. Be festigt man daher einen Thermostaten an einem Rohr einer Warmwasserheizung, so wird die von der Heizung des Thermostaten verbrauchte Energie ein Mass für den Wärme- abfluss aus dem Thermostaten an das Heizrohr und die Umgebungsluft sein.
Wenn man nun an das Vorlauf- und Rücklaufrohr je einen solchen Thermostat anschliesst und diese beiden Thermostaten der gleichen Umgebungstemperatur aussetzt, sowie auf die gleiche Abschalttemperatur einstellt, so ergibt sich, dass die WÏrmemenge. die von den Thermostaten an die Heizrohre abgegeben wird, in jedem Moment gleich der Wärmemenge ist, die die Rohre von den Thermostaten wegzuführen vermögen. Das Rücklaufrohrvermagdanngegenüberdem Vorlaufrohr eine umso grössere Wärmemenge von seinem Thermostaten wegzuführen als es vorher durch Wärmeabgabe an die Um gebung verloren hat.
Daraus kann also ge folgert werden, dass bei konstanter Str¯mungsgeschwindigkeit tatsÏchlich die Differenz zwischen der vom Vorlaufthermo- staten an das eine Heizrohr abgegebenen Wärmemenge und der vom Rüeklaufthermo- staten an das andere Heizrohr abgegebenen WÏrmemenge ein unmittelbares Ma¯ f r die von den Heizkörpern an die Umgebung abgegebene Wärmemenge ist. Damit wird also, wenn diese Wärmemengendifferenz von einem Zähler registriert wird, die Feststellung der abgegebenen Wärmemenge erreicht.
Die Me¯einrichtung zur Durchf hrung des Verfahrens kann ein mit den Hilfsheizungen der beiden Thermostaten zusam- menarbeitendes. die Bildung und Messung der Wärmemengendifferenz ermöglichendes Mit- tel enthalten. Die Thermostate können unter Verwendung von Heizwicklungen elektrisch beheizt werden und mit einem Elektrizitäts- zähler zusammenarbeiten.
Die Anordnung kann weiterhin in ihrem näheren Aufbau so getroffen werden, dass entweder au¯er den beiden Heizwicklungen der Thermostaten noch eine besondere Zusatzheizwicklung verwendet wird, die zur Heizwicklung des Vor- laufthermostaten parallel liegt und im Riiek- laufthermostaten vorgesehen ist. dessen eigentliche Heizwicklung mit dem Elektrizi- Üitszähler in Reihe liegt oder da¯ die Heizwicklungen der beiden Thermostaten mit je einer Stromspule des Elektrizitätszählers in Reihe liegen, wobei die beiden Stromspulen entgegengesetzt zueinander geschaltet sind.
Weiterhin kann mit der Heizwicklung des Rüeklaufthermostaten gleichzeitig noch die Heizwicklung eines das Regelorgan der Heiz anlage überwaehenden Aussenthermostaten gesteuert werden. Vorzugsweise wird man für die Thermostate Anlege-Thermostaten verwenden. Der die gelieferten Wärme- mengen registrierende Elektrizitätszähler kann ein Amperequadratstundenzähler, ein Wattstundenzähler oder auch ein Zeitzähler sein.
Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung ist durch die Verwen- dung zweier bereits erprobter Thermostaten und eines normalen, in der Messtechnik gebräuchlichen Zählers verhältnismässig einfach. billig, betriebssicher und messgenau.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.
Die Mess-und Regelanordnung enthält einen Vorlauf-Anlegethermostaten 1, einen Rücklauf-Anlegethermostaten 2, einen Au- ssenthermostaten 3, einen Kesselthermostaten 4 ein die Heizung steuerndes Regelorgan 5 und einen Transformator 6.
Der Vorlaufthermostat l weist eine Heizwicklung 7 und einen thermisch gesteuerten Kontakt 8 auf. Der Rücklaufthermostat 2 besteht aus einer Heizwicklung 9, einer Zu satzheizwicklung 10 und einem von den beiden Heizwicklungen 9, 10 gesteuerten Kontakt 11. Der Aussenthermostat 3 ist ebenfalls, wie der Vorlaufthermostat l mit einer Heizwicklung 12 und einem thermisch ge- steuerten Kontakt 13 versehen.
Sämtliche Heizwicklungen 7, 9, 10, 12 der Thermostate 1, 2, 3 sind über den Transformator 6 an das Netz 14 angeschlossen.
Dabei ist die Heizwicklung 7 des Vorlauf thermostaten l mit der Zusatzheizwicklung 10 des Rücklauf thermostaten 3 verbunden, dessen eigentliche Heizwicklung 9 mit einem ausserdem an die Spannung des Netzes 14 angeschlossenen Wattstundenzähler 15 und der Heizwicklung 12 des Aussenthermostaten 3 in Reihe liegt. In dem Stromkreis des thermisch gesteuerten Kontaktes 13 des Aussenthermostaten 3 liegt noch das Relais des Regelorganes 5 der Heizanlage, ein Kontakt 16 des Kesselthermostaten 4 und ein Schalter 20.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltanordnung befindet sich im Ruhezustand. In diesem sind die Schalter 19, 20 geöffnet und die Kontakte 8, 11, 13 der Thermostaten 1, 2, 3 geschlossen. Bei Inbetriebnahme der Heizanlage werden durch Schliessen der Schalter 19, 20 die Heizwicklungen 7, 9, 10 ihre Anlegethermostaten 1, 2 auf die Aus- schalttemperatur, die beispielsweise 90 sein kann, aufheizen. Sobald die Anlegethermostaten 1, 2 die Ausschalttemperatur erreicht haben, werden die Kontakte 8, 11 der Anlegethermostaten 1, 2 geöffnet.
Durch die Offnung des Rontaktes 8 wird der Anlegethermostat 1 abgekühlt. Sein Kontakt 8 wird daher nach einer gewissen Abkühlung wieder geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich in solcher Weise intermittierend, dass bei Abgabe von Warme an die Umgebungsluft und das Vorlaufrohr 17 die Temperatur im Anlegethermostaten 1 konstant bleibt, wobei das Verhältnis von Einund Ausschaltzeit entsprechend der Vorlauftemperatur geändert wird. Je hoher dabei die Vorlauftemperatur wird, umso kleiner ist die Einschaltzeit des Kontaktes 8 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne und damit die Heizleistung der Heizwicklung 7.
Solange die Wassertemperaturen im Vorlaufrohr 17 und im Rücklaufrohr 18 die gleichen sind, was ja bei Inbetriebnahme der Heizung der Fall ist, wird die mit der Heizwicklung 7 des Anlegethermostaten 1 verbundene Zusatzheizwicklung 10 des Anlegethermostaten 2 jeweils so viel Wärme entwickeln, daB die Temperatur des Anlege- thermostaten 2 nicht unter die Ausschalt- temperatur fallen kann. Der Kontakt 11 des Anlegethermostaten 2 kann demnach nicht geschlossen werden, so dass der Zähler 15 auch nicht zum Anlaufen kommt.
Bei steigender Temperatur des Vorlaufwassers wird, wie bereits erwähnt, die Heizleistung Ides Eeizwiderstandes 7 kleiner. Damit wird natürlich auch die von der Zusatzheizwicklung 10 aufgebrachte Heizleistung entsprechend germger. Die Temperatur in dem Anlegethermostaten 2 wird deshalb sinken, so dass der Kontakt 11 geschlossen wird.
Die Heizwicklung 9 wird dadurch eingeschaltet und zur Lieferung der zu wenig vorhan- denen Wärmemenge herangezogen. In dem Anlegethermostaten 2 wird also eine be stimmte Wärmemenge entsprechend der an das Rücklaufrohr 18 und die Umgebung abgegebenen WÏrme erzeugt. Hierbei bringt die Zusatzheizwicklung 10 eine WÏrmemenge auf, die der vom Thermostaten l an das Vorlaufrohr 17 abgegebenen Wärmemenge entspricht.
Folglich wird die Heizwicklung 9 noch den Rest der abzugebenden WÏrmemenge erzeugen, die demnach der Differenz der von dem Vorlaufthermostaten l an das Vorlauf rohr 17 und der vom R cklaufthermostaten 2 an das Rüeklaufrohr 18 abgegebenen Wärmemenge und damit der an die Um gebung von den Heizkörpern abgegebenen Wärmemenge entspricht. Dabei wird das Verhältnis von Ein-und Aussehaltzeit des Kontaktes 11 ebenfalls, wie beim Anlegethermostaten 1 geändert, und zwar wird mit abnehmender Heizleistung der Heizwicklung 10 die Einschaltzeit des Kontaktes 11 pro Zeiteinheit grosser.
Diese Heizleistung der Heizwicklung 9 wird nun von dem Elek trizitätszähler 15 registriert da dieser beim intermittierenden Schliessen des Wontaktes 11 ebenfalls in den Heizstromkreis der Heizwicklung 9 eingeschaltet wird.
Es wird noch besonders darauf hingewie- sen. dass die höchste Heizleistung der Ge bäudeheizung mit einer Warmwasserheiz- anlage dann vorhanden ist, svenn bei konstanter Str¯mungsgeschwindigkeit die Differenz zwischen der Tor-nnd Rüeklauftem peratur am grössten ist. Die Differenz der Wärmeverluste zwischen den Anlegethermo- staten 1 9 ist somit ein Maximum. Die Folge davon ist dass der Kontakt 11 des Rücklauf- thermostaten 2 dauernd geschlossen bleibt und damit die Heizleistung des Heizwiderstandes 9 ihren höchsten Wert erreicht.
Demnach registriert der Zähler bei der grössten auftretenden Differenz zwischen Vor-und Rüeklauftemperatur auch tatsäehlieh die maximale Wärmelieferung.
Hinsichtlich des Regelvorganges, sei kurz erwähnt, dass da die Heizwicklung 12 des Aussenthermostaten 3 mit der Heizwicklung 9 des Rücklaufthermostaten 2 in Reihe liegt, auch der Au¯enthermostat 3 eine der gelieferten WÏrmemenge entsprechende Steue rung des Regelorganes 5 der Heizanlage vornehmen wird. Dal) ei hat der Kesselthermostat 4 lediglieh den Zweck, bei Erreichung der höehst zulÏssigen Wassertemperatur des Heizkessels den Stromkreis des elektrisch gesteuerten Regelorganes 5 zu unterbrechen.
Die Messeinrichtungbrauchtnatürlichkei- nesssegs so ausgef hrt zu sein, wie sie in der Zeiehnung dargestellt ist. Es sind vielmehr auell noch andere Ausführungsformen der Me¯einrichtung denkbar. So kann. wie bereits erwÏhnt, die Zusatzheizwicklung des Rücklaufthermostaten weggelassen werden und jede Heizwicklung der beiden Anlegethermostaten mit einer Stromspule des ZÏhlers verbunden werden.
PATENTANSPR¯CHE: I. Verfahren zur Messung von WÏrmemen gen einer Warmwasserheizanlage mit konstanter Durchflu¯menge, dadurch ge kennzeichnet, dass die Differenz der von einem Vor-uald einem Rücklaufthermo staten mit Hilfsheizung an die Heiz r¯hren abgegebenen WÏrmemengen ge bildet und von einem ZÏhler registriert wird.
II. Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens naeh Patentansprueh L da durch gekennzeichnet, dass ein mit den
Hilfsheizungen eines Vorlauf- und R ck laufthermostaten zusammenarbeitendes. die Bildung und Messung der WÏrme mengendiffcrenz ermöglichendes Mittel vorgesehen ist.