CH649843A5

CH649843A5 - Anordnung zur waermemengenmessung an den einzelnen heizgruppen einer gemeinsamen heizzentrale.

Info

Publication number: CH649843A5
Application number: CH235781A
Authority: CH
Inventors: Claudio Meisser; Klaus-Dieter Ellinghaus
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1981-04-08
Filing date: 1981-04-08
Publication date: 1985-06-14
Also published as: FR2503863B1; DE3150837A1; FR2503863A1; DE3150837C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Wärmemengenmessung zwecks Bestimmung der Heizkosten-An-teile einzelner, von einer gemeinsamen Heizzentrale aus über einen Wärmeträger gespeicherten Heizgruppen, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 27 22 485 bekannt, benötigt jedoch noch einen relativ grossen Aufwand und besitzt eine zu kleine Sicherheit gegenüber Betrugsmöglichkeiten. Wie ferner die Erfahrung zeigt, weisen solche Anlagen vielfach noch eine ungenügende Langzeit-Stabilität auf, da die mechanischen Durchflussmesser in relativ kurzer Zeit verschmutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die bei geringem Aufwand und ohne Wartung eine erhöhte Langzeit-Stabilität aufweist und die betrügerische Manipulationen sofort erkennt.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungsanordnung,

Fig. 2 den schematisch dargestellten Aufbau eines Messkopfes und

Fig. 3 bis 5 je eine mögliche Anordnung eines Durchfluss-Messsystems.

In der hig. 1 bedeutet 1 einen Heizkessel, der als Wärmequelle für mehrere Heizgruppen 2,3,4 dient. An Stelle des Heizkessels 1 könnte irgendeine Wärmequelle treten, z.B. eine Heizzentrale oder eine Ubergabestelle einer Fernheizung.

Eine Speiseleitung 5 und eine Rückflussleitung 6 sind über einen Bypass 7 eines in die Rückflussleitung 6 eingebauten Dreiwegmischers 8 miteinander verbunden. Die Verlängerung der Speiseleitung über den Mischpunkt mit dem Bypass 7 hinaus bildet einen gemeinsamen Vorlauf 9 für die Heizgruppen, deren gemeinsamer Rücklauf 10 am Dreiwegmischer 8 angeschlossen ist. Der Dreiwegmischer bestimmt den Mengenanteil des in den Heizgruppen 2,3,4 zirkulierenden Wärmeträgers, meist Wasser, der durch den Heizkessel 1 fliesst. Der Dreiwegmischer 8 kann in irgend einer Art, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Aussentemperatur, gesteuert sein, und dient dann als gemeinsame Vorregelung für alle Heizgruppen. Der Vor- und der Rücklauf 9 bzw. 10 sind im Beispiel als senkrechte Steigleitungen ausgebildet, an denen die einzelnen, als waagrechte Stränge gezeichneten Heizgruppen 2 bis 4 angeschlossen sind. Je ein Radiator 11,12,13 einer Heizgruppe ist symbolisch für ein ganzes Heizsystem, beispielsweise eines Stockwerkes, dargestellt. Im gemeinsamen Rücklauf 10 ist vor dem Dreiwegmischer 8 eine Umwälzpumpe 14 sowie ein Ventil 15 vorhanden, dessen Aufgabe weiter unten erläutert ist.

Im gemeinsamen Vorlauf 9 befindet sich ferner eine für alle Heizgruppen 2,3,4 gemeinsame Messstelle 16 für die Erfassung der Vorlauftemperatur. Bei einem weitläufigen Verteilnetz können dies auch zwei oder mehr Messstellen sein. In der Zeichnung ist eine weitere Messstelle 16a gestrichelt ange-

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deutet. Die genaue Vorlauftemperatur der jeweiligen Heiz- standswerte zu erfassen und über das Interface 28 an den gruppe 2,3,4 wird in diesem Fall zweckmässig durch lineare Rechner 23 zu übermitteln, der daraus die Temperatur des

Interpolation aus den Messwerten der Messstellen 16,16a be- Wassers errechnet. Die thermischen Angleichszeiten können stimmt. Zusätzlich weist je ein Rücklaufstrang 17,18,19 jeder dabei klein gehalten werden, denn die Zeitkonstante der Wi-

Heizgruppe 2,3,4 je eine Messstelle 20,21,22 auf, die neben 5 derstände 35,36 liegt etwa in der Grössenordnung von einer der Erfassung der Rücklauftemperaturen zugleich zur Be- Sekunde.

Stimmung der einzelnen Durchflussmengen vorgesehen sind. Die Messresultate für die Bestimmung der Durchfluss-

Zur Auswertung aller Messwerte und darauf basierend geschwindigkeit sind in der beschriebenen Anordnung von zur Berechnung der pro Heizgruppe 2,3,4 bezogenen Wär- Ablagerungen auf den Widerständen 35,36 und von der Ver-

memengen ist ein zentraler Rechner 23 vorhanden. Jede 10 schmutzung des Wassers abhängig. Da sich insbesondere die

Messstelle 16,16a, 20,21,22 ist Teil eines kompakten Mess- Ablagerung mit der Zeit ändern, ist die mit einer solchen kopfes 25 (Fig. 2). Jeder Messkopf 25 setzt sich aus einem Messeinrichtung erreichte Genauigkeit beschränkt. Um dies

Fühlerteil 26, einer Elektronikschaltung 27 und einem Inter- zu verbessern, besitzt der Rechner 23 eine Abgleichrichtung,

face 28 zusammen, wobei das Interface 28 und damit der die bei periodisch, z.B. einmal pro 24 Stunden abgestellter ganze Messkopf über einen zweiadrigen Datenbus 29 (Fig. 1) 15 Umwälzpumpe 14 und damit bei stillstehendem Wasser das mit dem Rechner 23 verbunden ist. Der Messkopf 25 besitzt Verhalten der Messstellen 20,21,22 einzeln überprüft, d.h. zwei Anschlussklemmen 30, mit denen er über zwei Leitungen deren durch Ablagerungen verändertes thermisches Verhalten

31 an den in der Fig. 1 strichpunktiert als Stichleitung darge- testet und für die Berechnung der Durchflussmengen messstellten Datenbus 29 angeschlossen ist. Die Datenbus-Verbin- stellentypische Korrekturfaktoren für jede einzelne Messstelle dung kann aber auch als Ringleitung so ausgebildet sein, dass 20 20,21,22 neu festlegt. Dies kann dadurch erfolgen, dass der an den Anschlussklemmen 30 der Datenbus 29 einerseits als Rechner bei stillstehendem Wasser, jedoch bei erhöhtem, vorVerbindung zum Rechner 23 und andererseits als Verbindung zugsweise gleichem elektrischem Messstrom wie bei der zum nächsten Messkopf 25 angeschlossen ist. Durchflussgeschwindigkeits-Messung die Änderung des Ver-

Das Interface 28 in jedem Messkopf 25 besteht aus einem haltens der Widerstandswerte seit deren Neuzustand ver-Speiseteil 32 und einem Datenübertragungsteil 33, die es er- 2s gleicht, um daraus die pro Messstelle anzuwendenden Kormöglichen, dass sowohl die Speisung der Elektronikschaltung rekturfaktoren neu festzulegen. Die Änderungen können so-27 als auch die Datenübermittlung über die gleichen Leitun- wohl dynamisch durch Vergleich des Verlaufes von Übergen des Datenbus 29 erfolgt. gangsfunktionen als auch auf Grund statischer Werte erfasst

Die Datenübermittlung kann beispielsweise so erfolgen, werden.

dass die Elektonikschaltung 27 jedes Messkopfes 25 peri- 30 Der Rechner 23 steuert zu diesem Zweck die Umwälz-odisch, zum Beispiel alle 5 Sekunden, seine Messwerte bereit- pumpe 14 und stellt sie während der Dauer der Korrekturstellt und diese vom Interface 28 an den Rechner 23 übermit- messungen ab. Um dabei auch jegliche Schwerkraftzirkula-telt werden, sobald der Datenbus 29 nicht von der anderen tion zu verhindern, kann es sinnvoll sein, wenn gleichzeitig Übermittlung belegt ist. mit dem Abstellen der Umwälzpumpe 14 auch das dazu vor-

Durch die beschriebene Anordnung werden Fremdein- 35 handene Ventil 15 geschlossen wird.

griffe, z.B. an den Zuleitungen 31, vom Rechner 23 sofort er- Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit, insbeson-

kannt. Ein Kurzschluss der Leitungen bedeutet den Ausfall dere in grösseren Anlagen, ist es zweckmässig, wenn ein zu-

der ganzen Überwachungsanlage, während eine Unterbre- sätzlicher Wärmezähler 40 (Fig. 1) vorhanden ist, der eine hö-

chung der Zuleitung das Eintreffen von Messwerten aus die- here Messgenauigkeit aufweist als die bei den einzelnen Heiz-

ser Messstelle verhindert. Beides wird vom Rechner 23 in ir- 4<> grUppen 2,3,4 erreichte Genauigkeit. Es kann dies z.B. ein gend einer Form zur Anzeige gebracht. Betrugsversuche sind auf Ultraschall-Messung basierender Wärmezähler sein, der somit zuverlässig erkennbar. vom gemeinsamen Vor-und Rücklauf 9 bzw. 10 beeinflusst

Die Messstellen 20,21,22, von denen je eine im Fühlerteil wird. Der Wärmezähler 40 ist ebenfalls über ein entsprechen-26 des entsprechenden Messkopfes 25 angeordnet sind, beste- des Interface und über den Datenbus 29 mit dem Rechner 23 hen im Beispiel der Fig. 3 aus einer von mindestens einem Teil « verbunden. Vor der periodischen Überprüfung der Korrek-des Wärmeträgers durchflossenen Messstrecke 34, in der zwei turfaktoren für die einzelnen Messstellen 20,21,22 vergleicht strömungstechnisch hintereinander und elektrisch in Reihe der Rechner 23 die Summe der für die einzelnen Heizgruppen geschaltete temperaturabhängige Widerstände 35,36 (Fig. 2) 2,3,4 ermittelten Wassermengen und Wärmemengen mit den angeordnet sind, deren Widerstanswerte unter den gleichen Werten des gemeinsamen Wärmezählers 40 und verwendet thermischen Bedingungen gleich gross sind. Beide Wider- so die Differenzen der Messresultate bei der Bildung der neuen stände 35,36 werden vom gleichen elektrischen Strom durch- messstellentypischen Korrekturfaktoren im Sinne einer Verflossen, der die beiden Widerstände je nach der Stärke der minderung dieser Differenzen. Damit kann die erreichbare Wasserströmung unterschiedlich erwärmt. Die sich infolge ei- Genauigkeit bei der Aufteilung der Heizkosten erhöht und nes relativ grossen elektrischen Messstromes ergebende Wi- über einen grossen Zeitraum aufrecht erhalten werden, ohne derstandsdifferenz ist daher ein Mass für die Durchfluss- 55 dass dazu in jedem Heizstrang ein aufwendiger Wärmezähler geschwindigkeit, aus der dann auf Grund des bekannten eingebaut ist.

Durchflussquerschnittes der Messstrecke 34 vom Rechner 23 Die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit und damit die Durchflussmenge bestimmt werden kann. der Wassermenge pro Zeit könnte in den Messstellen 20,21,

Die Widerstände 35,36 weisen drei Anschlüsse 37,38,39 22 auch in irgend einer anderen Weise erfolgen. In der Fig. 4

auf, welche zur Erzeugung der nötigen Stromkreise mit der 60 ist dafür ein weiteres Beispiel erläutert. In der Messstrecke 34

Elektronikschaltung 27 (Fig. 2) verbunden sind. ist eine Blende 41 eingebaut. Ein Bypassrohr 42 verbindet die

Die Widerstände 35,36 sind thermisch gut an den Wär- Räume vor und nach der Blende 41 miteinander. Durch die meträger angekoppelt. Sie dienen daher zugleich zur Bestim- über der Blende 41 entstehende Druckdifferenz fliesst immer mung der Temperatur des Wassers in den Rücklaufsträngen ein kleiner Teil des in Richtung eines Pfeiles 43 strömenden

17,18,19. Die Elektronikschaltung 27 macht zu diesem 65 Wassers durch das Bypassrohr 42. Die Widerstände 35,36

Zweck die Widerstände 35,36 für kurze Zeit spannungslos, sind so eingebaut, dass sie nur vom Durchfluss durch das By-

um dann bei einem im Vergleich zur Durchflussmengenmes- passrohr 42 beeinflusst sind. Sie können zu diesem Zweck aus sung sehr kleinen elektrischen Messstrom, deren Wider- direkt auf das Bypassrohr 42 aufgewickeltem Draht oder aus

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einer aufgebrachten Widerstandsmasse bestehen. Das By- same Rückleitung ist. Zur Gewährleistung der geforderten passrohr 42 ist vorteilhafterweise in einen Isolierkörper 44 Langzeit-Stabilität wird in analoger Weise wie bei den Widereingepackt. Abgesehen davon, dass bei dieser Anordnung für ständen 35 und 36 vorgegangen, wobei beim Differenzdruck-die Errechnung der Durchflussmengen andere mathematische messer der Abgleich besonders einfach ist, da der Differenz-Gesetzmässigkeiten gelten als für das Beispiel der Fig. 3, er- 5 druck bei abgestelltem Wasser verschwindet und daher als folgt die Auswertung in der gleichen Art, wie dort beschrie- Null-Abgleich erfolgen kann.

ben. Der Vorteil der Anordnung nach der Fig. 4 ist rein kon- Die beschriebenen Messstellen 20,21,22 samt den nötigen struktiver Art, indem die Widerstände 35,36 auf dem Bypass- Messköpfen 25 zur Übertragung der Messwerte auf den Darohr 42 leichter anzubringen sind als in der Anordnung nach tenbus 29 bedeuten einen kleineren Aufwand, als wenn für der Fig. 3. Änderungen im Laufe der Zeit ergeben sich hier 10 jede Heizgruppe ein einzelner Wärmezähler verwendet würde, mehr durch Ablagerungen im Bypassrohr 42 und durch die was insbesondere dann der Fall ist, wenn eine grosse Zahl von dadurch bedingte Veränderung des Durchflussmengen-Ver- Heizgruppen angeschlossen sind.

hältnisses zwischen der Messstrecke 34 und dem Bypassrohr

42. Durch den periodisch erfolgenden Vergleich aller Mess-

An Stelle der Verwendung des Bypassrohres 42 und der 15 werte bei der Bildung der Korrekturwerte ergibt sich zusätz-

Widerstände 35,36 besteht auch die Möglichkeit, die Durch- lieh eine dauernde Fehlerüberwachung. Allenfalls plötzlich flussmenge über Drucksensoren, die vor und nach der Blende auftretende Abweichungen einer Messstelle können sofort zur

41 eingesetzt sind, zu erfassen. In einem solchen Fall besteht Anzeige gebracht werden.

gemäss der Fig. 5 jede Messstelle 20,21,22 aus der vom Wär- Der zentrale Rechner 23 ist vorteilhafterweise ein Mikro-meträger durchflossenen Messstrecke 34, in welche die Blende 20 prozessor, der die pro Heizgruppe verbrauchte Wärmemenge 41 und ein die Druckdifferenz über der Blende 41 aufnehmen- in je einem Zählwerk anzeigt oder durch einen Drucker aus-der Differenzdruckmesser 45 sowie ein Temperaturfühler 46 druckt. Mit dem gleichen Rechner lassen sich die verbraucheingebaut sind. In der Fig. 5 ist eine solche Messstrecke 34 ten Brennstoffmengen erfassen und eine Wirtschaftlichkeits-dargestellt, die ebenfalls über die drei Anschlüsse 37,38 und rechnung erstellen.

39 anschliessbar ist, wobei die Anschlüsse 37 und 39 als je eine 25 In die für Heizgruppen beschriebene Anordnung lässt sich

Zuleitung zum Differenzdruckmesser 45 bzw. zum Tempera- sinngemäss auch der Bezug von Brauch-Warmwasser mit ein-

turfühler 46 dienen, während der Anschluss 38 die gemein- beziehen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

649843 PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur Wärmemengen-Messung zwecks Bestimmung der Heizkosten-Anteile einzelner Heizgruppen (2, 3,4), die von einer gemeinsamen Heizzentrale (1) aus mit einem Wärmeträger gespeist werden, wobei jede Heizgruppe (2, 3,4) wenigstens eine Messstelle (20,21,22) zur Erfassung der Durchflussmenge des Wärmeträgers sowie Messstellen (20, 21,22) zur Bestimmung der Temperaturdifferenz zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf (17,18,19) aufweist, mit einem zentralen Rechner (23) zur laufenden Berechnung der pro Heizgruppe (2,3,4) bezogenen Wärmemenge, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine für alle Heizgruppen (2, 3,4) gemeinsame Messstelle (16,16a) der Erfassung der Vorlauftemperatur dient, während die Messstellen (20,21,22) in den Rücklaufsträngen (17,18,19) jeder Heizgruppe (2,3,4) neben der Erfassung der Rücklauftemperaturen zugleich zur Bestimmung der einzelnen Durchflussmengen vorgesehen sind, dass jede Messstelle (16,20,21,22) ein Teil eines kompakten, plombierbaren Messkopfes (25) ist, der mit dem Rechner (23) verbunden ist, dass ferner eine vom Rechner (23) gesteuerte Umwälzpumpe (14) für den Wärmeträger vorhanden ist und der Rechner (23) eine Abgleicheinrichtung aufweist, die bei periodisch abgestellter Umwälzpumpe (14) und stillstehendem Wärmeträger das Verhalten der Messstellen (16,20,21,22) für die Durchflussmessung einzeln überprüft und messstellentypische Korrekturfaktoren für die einzelnen Messstellen (20,21,22) neu festlegt.

(2,3,4) ermittelten Wassermengen und Wärmemengen mit den Werten des gemeinsamen Wärmezählers (40) vergleicht und die Differenzen der Messresultate bei der Bildung der messstellentypischen Korrekturfaktoren im Sinne einer Verminderung dieser Differenzen berücksichtigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (25) aus einem Fühlerteil (26), einer Elektronikschaltung (27) und einem Interface (28) besteht, wobei das Interface (28) und damit der ganze Messkopf (25) über einen Datenbus (29) mit dem Rechner (23) verbunden ist und so die Speisung der Elektronikschaltung (27) als auch die Datenübermittlung über den Datenbus (29) erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messstelle (20,21,22) zur Bestimmung der Durch-flussmenge aus einer von mindestens einem Teil des Wärmeträgers durchflossenen Messstrecke (34) besteht, in der zwei strömungstechnisch hintereinander und elektrisch in Reihe geschaltete temperaturabhängige Widerstände (35,36) angeordnet sind, deren Widerstandswerte bei kleinem elektrischem Messstrom zur Bestimmung der Temperatur des Wärmeträgers im Rücklaufstrang (17,18,19) dienen, während deren Widerstandsdifferenz bei erhöhtem elektrischem Messstrom ein Mass für die Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgers liefert.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messstrecke (34) eine Blende (41) eingebaut ist, dass ein Bypassrohr (42) die Räume vor und nach der Blende (41) miteinander verbindet und dass die Widerstände (35,36) vom Durchfluss durch das Bypassrohr (33) beeinflusst sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messstelle (20,21,22) zur Bestimmung der Durch-flussmenge aus einer vom Wärmeträger durchflossenen Messstrecke (34) besteht, in die eine Blende (41) und ein die Druckdifferenz über der Blende (41) aufnehmender Differenzdruckmesser (45) sowie ein Temperaturfühler (46) eingebaut sind.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Vorlauftemperatur mehr als eine Messstelle (16,16a) vorhanden ist und dass die Berechnung der Vorlauftemperatur für jede Heizgruppe (2,3,4) durch lineare Interpolation der Messwerte der einzelnen Messstellen (16,16a) erfolgt.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein von einem gemeinsamen Vor- und Rücklauf (9 bzw. 10) aller Heizstränge beeinflusster Wärmezähler (40) vorhanden ist, und dass der Rechner (23) die Summe der für die einzelnen Heizgruppen

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmezähler (40) eine höhere Genauigkeit aufweist als die bei den einzelnen Heizgruppen (2,3,4) erreichte Genauigkeit.