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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Rohrleitungssystems, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Steuergerät und eine Verwendung eines erfassten Durchsatzes eines Zuleitungssystems und eines erfassten Durchsatzes eines Ableitungssystems eines Rohrleitungssystems.
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Ein Prüfen von Rohrleitungssystemen, insbesondere zur Trinkwasser- oder Brauchwasserversorgung in Gebäuden ist relevant, um Leckagen in Rohrleitungssystemen frühzeitig zu erkennen. So können nicht erkannte Leckagen erhebliche Gebäudeschäden verursachen und kosten- und zeitaufwendige Sanierungsarbeiten erfordern.
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Da bei verschiedene Nutzungsszenarien, beispielsweise dem Füllen einer Badewanne oder Gartenwässerung, eine entnommene Wassermenge nicht oder verzögert dem Abwassersystem zugeführt wird, ist für eine Leckage-Prüfung eine quantitative Mengenbetrachtung kaum heranziehbar.
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In diesem Zusammenhang wird in der
WO 2020/156628 A1 vorgeschlagen, in einem Rohrleitungssystem verschiedene Bereiche durch Ventile abzusperren und durch einen Vergleich erfasster Druckverlustraten eine Leckage zu detektieren. Allerdings ist dieses Verfahren nur mit sehr hohem Arbeitsaufwand durchführbar.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen eines Rohrleitungssystems vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll das Verfahren eine sichere Überwachung eines Rohleitungssystems ermöglichen, und dabei einen nur geringen Aufwand für eine Durchführung erforderlichen Kosten- und Montageaufwand, beispielsweise für eine Installation von notwendigen Sensoren etc. erfordern.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zum Überwachen eines Rohrleitungssystems bei, das Rohrleitungssystem aufweisend ein Zuleitungssystem mit mindestens zwei Verbrauchszweigen und ein Ableitungssystem. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Erfassen eines (ersten) Zeitraums eines (ersten) Durchsatzes des Zuleitungssystems in einem Bereich in Strömungsrichtung gesehen vor einer Trennung der Verbrauchszweige,
- b) Erfassen eines (zweiten) Zeitraums eines (zweiten) Durchsatzes des Ableitungssystems in Strömungsrichtung gesehen nach einer Zusammenführung der Verbrauchszweige (6),
- c) Vergleichen der (ersten und zweiten) Zeiträume in denen ein Durchsatz des Zuleitungssystems (3) und des Ableitungssystems (4) erfasst wurde, und
- d) Erkennen einer Leckage des Rohrleitungssystems (2), wenn die (ersten und zweiten) Zeiträume über einen (zeitlichen) Grenzwert hinweg nicht nacheinander folgen.
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Die Schritte a), b), c) und d) werden bei einem regulären Verfahrensablauf in der Regel zumindest einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Es ist auch möglich, die Schritte a) bis d) permanent durchzuführen, insbesondere können die Schritte a) und b) permanent durchgeführt werden. Die Schritte c) und d) können insbesondere zu definierten relevanten Zeiträumen durchgeführt werden.
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Das Verfahren dient insbesondere zum Überwachen eines Rohrleitungssystems und dem Erkennen einer Leckage. Das Rohrleitungssystem kann beispielsweise eine Trinkwasserversorgung eines Mehrfamilienhauses sein. Durch ein Zuleitungssystem kann Trink- oder Brauchwasser zur Verfügung gestellt und durch ein Ableitungssystem kann benutztes Wasser einer Entsorgung zugeführt werden. Das Zuleitungssystem hat dabei mindestens zwei Verbrauchszweige, beispielsweise definiert durch Wohneinheiten des Mehrfamilienhauses. Für eine Leckage des Rohrleitungssystems ist in der Regel lediglich das mit Druck beaufschlagte Zuleitungssystem relevant.
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Die Erfindung beruht insbesondere auf der Idee, die Existenz eines Durchsatzes (bzw. einer Strömung) im Zuleitungssystem und die Existenz eines Durchsatzes (bzw. einer Strömung) im Ableitungssystems eines Rohrleitungssystems zu erfassen bzw. (qualitativ) festzustellen. Liegt ein solcher Durchsatz vor, werden für die Dauer des Durchsatzes die jeweiligen Zeiträume ermittelt und ggf. festgehalten. Anhand der Überlagerung und/oder des zeitlichen Versatzes der Zeiträume, in denen ein Durchsatz auftritt, kann eine Leckage erkannt werden. Dieser Ansatz über die Zeiträume mit Durchfluss an den verschiedenen Stellen des Rohrleitungssystems kann allein oder als am höchsten gewerteter Parameter für eine Entscheidung über eine Leckage herangezogen werden.
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Gemäß Schritt a) erfolgt das Erfassen eines Durchsatzes bzw. einer Strömung durch das Zuleitungssystems in einem Bereich vor einer Trennung der Verbrauchszweige. Das Erfassen des Durchsatzes kann bevorzugt quantitativ erfolgen. Wird ein Durchsatz erfasst, kann ein (erster) Zähler starten, der erst wieder gestoppt wird, wenn der Durchsatz beendet ist, so dass derart der (erste) Zeitraum ermittelt wird. Es ist möglich, dass für das Starten und Stoppen des Zählers ein Signal eines Drucksensors, eines im Wasser befindlichen Laufrades und/oder eines Strömungssensors eingesetzt wird. Durch ein Erfassen des Durchsatzes in einem Bereich vor einer Trennung der Verbrauchszweige kann ein Durchsatz für alle Verbrauchszweige erkannt werden und somit das gesamte Zuleitungssystem in Strömungsrichtung gesehen hinter der Position des Erfassens des Durchsatzes überwacht werden.
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Gemäß Schritt b) erfolgt das Erfassen eines Durchsatzes des Ableitungssystems des Rohrleitungssystems bzw. das Erfassen des zugehörigen Zeitraums. In vorteilhafter Weise kann auch der Durchsatz des Ableitungssystems an einer Position desselben erfasst werden, die ein Erfassen der Durchsätze aller Verzweigungen des Ableitungssystems ermöglicht. In der Regel wird dies an einer Position in Strömungsrichtung gesehen nach dem Zusammentreffen aller Verzweigungen des Ableitungssystems sinnvoll erscheinen.
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Das Erfassen des Durchsatzes des Ableitungssystems kann bevorzugt qualitativ, (also nicht-quantitativ), sondern z.B. akustisch, wie mittels einen Schallsensor, erfolgen. Wird ein Durchsatz erfasst, kann ein (zweiter) Zähler starten der erst wieder gestoppt wird, wenn der Durchsatz beendet ist, so dass derart der (zweite) Zeitraum ermittelt wird. Es ist möglich, dass für das Starten und Stoppen des Zählers ein Signal eines im Wasser befindlichen Laufrades, einer Klappe, etc. eingesetzt wird.
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Gemäß Schritt c) erfolgt ein Vergleichen der Zeiträume, in denen ein Durchsatz des Zuleitungssystems und des Ableitungssystems aufgetreten ist. Der Vergleich umfasst insbesondere mindestens einen der folgenden Parameter: Startzeitpunkt, Dauer und/oder Endzeitpunkt des ersten Zeitraums; Startzeitpunkt, Dauer und/oder Endzeitpunkt des zweiten Zeitraums; Abstand der Durchsatz-Erfassungsstellen in Strömungsrichtung bzw. Strömungszeit für Wasser zur Überbrückung dieses Abstandes in dem Rohrleitungssystem. Ergebnis des Vergleichs können ein zeitlicher Überlapp und/oder ein zeitlicher Versatz bzw. Abstand beider Zeiträume sein. Für den Vergleich kann auf gespeicherte oder ermittelte Grenzwerte für den Überlapp und/oder Versatz/Abstand zurückgegriffen werden, wobei diese Grenzwerte insbesondere spezifisch für das Rohrleitungssystem und/oder Umgebungsbedingungen (Temperatur, Wasserdruck, etc.) sind. Zusätzlich ist möglich, die Quantität des (ersten) Durchsatzes im Zuleitungssystem heranzuziehen.
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Bei einem Vergleich der Zeiträume können beispielsweise folgende Szenarien zum Normalbetrieb gehören:
- 1. Ein (erster) Durchsatz des Zuleitungssystems wird festgestellt, beispielsweise für die Entnahme von Wasser für Badewannen, Spülkästen oder Gartenwässerung, ohne dass ein (zweiter) Durchsatz des Ableitungssystems erfasst wird. Diese Situation kann als „normal“ angesehen werden, soweit der erste Zeitraum einen Grenzwert nicht überschreitet und/oder ggf. der qualitative erste Durchsatz in dem ersten Zeitraum eine vorgebbare Entnahmemenge (ggf. minimal und maximal) überschreitet.
- 2. Ein (erster) Durchsatz des Zuleitungssystems und ein (zweiter) Durchsatz des Ableitungssystems wird (zeitnah zueinander) festgestellt. Auch dieser Zustand kann als „normal“ angesehen werden.
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Gemäß Schritt d) kann eine Leckage des Rohrleitungssystems erkannt werden, wenn die Zeiträume über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert hinweg nicht nacheinander folgen bzw. wenn über einen Erkennungszeitraum ein (erster) Durchsatz des Zuleitungssystems, jedoch kein (zweiter) Durchsatz des Ableitungssystems erfasst wurde.
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Der vorgegebene oder vorgebbare Grenzwert kann einen Erkennungszeitraum charakterisieren, der ein Erkennen einer Leckage des Rohrleitungssystems gemäß Schritt d) für eine normale Nutzung weitestgehend ausschließt. In Abhängigkeit der Anzahl der Verbrauchszweige und/oder der Nutzungsart des Gebäudes kann ein sinnvoller Grenzwert bzw. Erkennungszeitraum, beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 und 24 Stunden, liegen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann im Rahmen der Durchführung des Schrittes d) der Erkennungszeitraum erneut beginnen, wenn während des erfassten Durchsatzes des Zuleitungssystems ein Durchsatz des Ableitungssystems erkannt wird. Dies kann das Feststellen einer zeitlichen Überlappung der beiden Zeiträume bedeuten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren insbesondere zu Phasen (Urzeiten und/oder Zeitabschnitten) durchgeführt werden, in denen das Rohrleitungssystem üblicherweise oder sensorisch ermittelt, aktuell nicht genutzt wird. Beispielsweise kann eine derartige Phase bei einem Mehrfamilienhaus nachts sein. Vorteilhaft wird so eine sicherere Detektion ermöglicht, weil eine Verfahrensdurchführung durch weniger Verbrauchsvorgänge gestört wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Erfassen des Durchsatzes des Ableitungssystems und/oder des Zuleitungssystems nur qualitativ. Dies bedeutet, dass lediglich erfasst wird, ob ein Durchsatz vorliegt. In vorteilhafter Weise können so für das Erfassen des Durchsatzes sehr einfache Mittel zur Anwendung kommen, die kostengünstig erhältlich und einfach zu installieren sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in einem Schritt e) eine Information über eine in Schritt d) festgestellte Leckage bereitgestellt oder versendet werden. Insbesondere kann das Bereitstellen oder Versenden der Information über ein Netzwerk, insbesondere dem Internet, erfolgen. Beispielsweise könnte ein das hier vorgeschlagenes Verfahren durchführendes Steuergerät automatisiert nach einem Erkennen einer Leckage eine Information hierüber an einen ausgewählten Empfänger senden, der dann sofortige Maßnahmen einleiten kann. Alternativ oder kumulativ können über eine Anzeige oder eine Nachricht auch die Nutzer des Rohrleitungssystems, beispielsweise die Bewohner eines Mehrfamilienhauses, informiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann nach einem Erkennen einer Leckage gemäß Schritt f) das Zuleitungssystem in einem Bereich vor einer Trennung der Verbrauchszweige (automatisch) gesperrt bzw. geschlossen werden. Vorteilhaft können so ein weiteres Austreten von Wasser durch die Leckage und damit einhergehende Schäden am Gebäude verhindert werden. Das Sperren bzw. Verschließen des Zuleitungssystems kann beispielsweise durch ein Ventil erfolgen, insbesondere durch ein Magnetventil.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können weitere Parameter erfasst und in die Durchführung des Verfahrens einbezogen werden. Dies können insbesondere Parameter sein, die eine Inbetriebnahme von Verbrauchern (beispielsweise von einer Waschmaschine in einem Waschmaschinenraum) anzeigen. Weiterhin könnte ein Durchsatz besonders relevanter Entnahmestellen (Verbraucher) des Zuleitungssystems, beispielsweise einer Au-ßenentnahmestelle, der keinen Zweig des Ableitungssystems zugeordnet ist, erfasst werden.
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Darüber hinaus wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur Durchführung eines hier offenbarten Verfahrens eingerichtet ist. Weiter kann ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen sein, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Weiter kann ein Computerprogramm vorgesehen sein, dass Befehle umfassen, die bewirken, dass das Steuergerät die offenbarten Verfahrensschritte ausführt. Hierfür kann das Steuergerät beispielsweise mit Sensoren zur Erfassung der Durchsätze und/oder zur Betätigung einer Informationsversendeeinheit, einer Anzeige und/oder einem Absperrventil in dem Zuleitungssystem in Verbindung stehen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer zeitlichen Relation eines erfassten Durchsatzes eines Zuleitungssystems und eines erfassten Durchsatzes eines Ableitungssystems eines Rohrleitungssystems zum Prüfen des Rohrleitungssystems auf Leckage vorgeschlagen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verwendung kann der Durchsatz des Zuleitungssystems und/oder des Ableitungssystems lediglich qualitativ erfasst werden.
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Hier werden somit ein Verfahren zum Prüfen eines Rohrleitungssystems, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Steuergerät und eine Verwendung eines erfassten Durchsatzes eines Zuleitungssystems und eines erfassten Durchsatzes eines Ableitungssystems eines Rohrleitungssystems angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Speichermedium, das Steuergerät sowie die Verwendung zumindest dazu bei, eine einfache, kostengünstige und ohne erhöhten Installationsaufwand durchführbare Möglichkeit dar, eine Prüfung eines Rohrleitungssystems auf Leckage durchzuführen.
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Zudem kann die Erfindung aufgrund des geringen Installationsaufwandes problemlos in älteren Gebäuden durchgeführt werden.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens und
- 2: ein Gebäude aufweisend ein hier vorgeschlagenes Steuergerät.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum Prüfen eines Rohrleitungssystems 2 auf Leckage. Die mit Blöcken 110, 120, 130 und 140 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b), c) und d) kann sich bei einem regulären Betriebsablauf einstellen. Insbesondere können jedoch die Schritte a) (Block 110) und b) (Block 120) permanent und die Schritte c) (Block 130) und d) (Block 140) regelmäßig oder nach Bedarf durchgeführt werden.
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In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Erfassen eines Zeitraums eines Durchsatzes des Zuleitungssystems 3 in einem Bereich vor einer Trennung der Verbrauchszweige 5. Die Durchführung des Schrittes a) (Block 110) kann insbesondere durch einen Sensor für den Durchsatz im Zuleitungssystem 8 erfolgen.
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In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Erfassen eines Zeitraums eines Durchsatzes des Ableitungssystems 4. Auch der Durchsatz des Ableitungssystems 4 kann insbesondere durch einen Sensordurchsatz Ableitungssystems 9 erfolgen, der bevorzugt als Schallsensor ausgeführt sein kann. In vorteilhafter Weise kann das Erfassen eines Durchsatzes des Ableitungssystems 4 gemäß Schritt b) (Block 120) in Strömungsrichtung 7 gesehen nach einer Zusammenführung der Verbrauchszweige 6 erfolgen.
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In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Vergleichen der Zeiträume, in denen ein Durchsatz des Zuleitungssystems 3 und des Ableitungssystems 4 erfasst wurde. In Block 140 erfolgt gemäß Schritt d) ein Erkennen einer Leckage des Rohrleitungssystems 2. Dies kann erfolgen, wenn die Zeiträume über einen Grenzwert hinweg nicht nacheinander folgen bzw. wenn über einen Erkennungszeitraum gemäß Schritt a) (Block 110) ein Durchsatz des zu Leitungssystems 3 erfasst wurde, ohne gemäß Schritt b) (Block 120) einen Durchsatz des Ableitungssystems 4 zu erfassen.
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2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Gebäude 1, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Steuergerät 10. Das Steuergerät 10 kann dazu eingerichtet sein, ein hier vorgeschlagenes Verfahren durchzuführen. Das Gebäude 1 weist ein Rohrleitungssystem 2 auf, umfassend ein Zuleitungssystem 3 zur Trinkwasserversorgung und ein Ableitungssystems 4 zur Ableitung des Abwassers. Zuleitungssystem 3 und Ableitungssystems 4 können mehrere Verbrauchszweige 11 aufweisen, mit denen beispielsweise verschiedene Wohneinheiten des Gebäudes 1 versorgt werden können. Die Verbrauchszweige 11 des Zuleitungssystems 3 trennen sich im Bereich einer Trennung, Verbrauchszweige 5 und werden im Ableitungssystems 4 im Bereich einer Zusammenführung Verbrauchszweige 6 zusammengeführt. Durch das Zuleitungssystem 3 kann Trink- oder Brauchwasser zur Verfügung gestellt und durch ein Ableitungssystem 4 kann benutztes Wasser einer Entsorgung zugeführt werden.
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Ein erster Sensor 8 für den Durchsatz des Zuleitungssystems 3 ist in Strömungsrichtung 7 gesehen vor einer Trennung Verbrauchszweige 5 angeordnet, sodass ein Durchsatz aller Verbrauchszweige 11 erfasst werden kann. Ein zweiter Sensor 9 für einen Durchsatz des Ableitungssystems 4 kann in Strömungsrichtung 7 gesehen nach einer Zusammenführung der Verbrauchszweige 6 angeordnet sein, sodass gleichfalls ein Durchsatz aller Verbrauchszweige 11 erfasst werden kann.
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Der Sensor zu Durchsatz Zuleitungssystem 8 und der Sensor zu Durchsatz Ableitungssystems 9 können mit einem Steuergerät 10 elektrisch verbunden sein. Das Steuergerät 10 kann dazu eingerichtet sein, ein hier vorgeschlagenes Verfahren gemäß 1 durchzuführen. Zudem kann das Zuleitungssystem 3 ein Ventil 12 aufweisen, dass gleichfalls mit dem Steuergerät 10 elektrisch verbunden sein kann. Im Fall des Erkennens einer Leckage gemäß Schritt d) (Block 140) kann das Steuergerät einen zusätzlichen Schritt f) durchführen, bei dem das Zuleitungssystem 3 für alle Verbrauchszweige 11 geschlossen wird, beispielsweise durch Schließen des Ventils 12. Hierfür kann das Ventil 12 beispielsweise ein Magnetventil sein, dass durch elektrische Ansteuerung des Steuergeräts 10 geöffnet und geschlossen werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens kann in einem zusätzlichen Schritt e) eine Information über eine in Schritt d) (Block 140) erkannte Leckage bereitgestellt oder versandt werden. Hierfür kann insbesondere das Steuergerät 10 mit einem Netzwerk, beispielsweise dem Internet, verbunden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gebäude
- 2
- Rohrleitungssystem
- 3
- Zuleitungssystem
- 4
- Ableitungssystem
- 5
- Trennung Verbrauchszweige
- 6
- Zusammenführung Verbrauchszweige
- 7
- Strömungsrichtung
- 8
- Sensor Durchsatz Zuleitungssystem
- 9
- Sensor Durchsatz Ableitungssystem
- 10
- Steuergerät
- 11
- Verbrauchszweig
- 12
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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