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"Schaltungsanordnung zum Erfassen und Anzeigen der von ei-
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nem Heizkörper abgegebenen Wärmemenge"
Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erfassen und Anzeigen der von einem Heizkörper
abgegebenen Wärmemenge, mit mindestens einem Temperaturfühler, einer Auswerteschaltung,
Anzeige- bzw. Zähleinrichtung und Batterie.
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Aus der DE-OS 2 912 522 ist der konstruktive Aufbau einer Vorrichtung
zur elektrischen Verbrauchsermittlung einzelner Wärmeverbraucher bekannt, wobei
in einem in unmittelbarem Kontakt mit einem Heizkörper angeordneten Gehäuse ein
Meßfühler, eine elektrische Auswerteschaltung, eine Anzeigeschaltung mit Zähleinrichtung
und Batterieversorgung untergebracht sind.
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Insbesondere bei Zentralheizungsanlagen in Wohnhäusern oder Wohnblocks
ist es erforderlich, die anteiligen Heizkosten nach dem tatsächlichen Wärmeverbrauch
der einzelnen Mieter möglichst genau umzulegen.
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Zur Feststellung der von einem Heizkörper abgegebenen Wärmemenge sind
Verdunstungszähler weit verbreitet. Sie weisen jedoch keine ausreichende Genauigkeit
auf und sind relativ leicht zu inanipulieren.
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Es sind auch elektrische Heizkostenverteiler-Systeme bekannt, bei
denen die in den einzelnen Heizkörpern abgegebene Wärmemenge bzw. der von einer
Wohnung verbrauchte Wärmemengenanteil mittels Temperaturvergleichsmessungen der
lSeizkörpertemperatur und der Raumtemperatur festgestellt, ausgewertet und in einer
Zentralstelle angezeigt werden. Derartige Systeme sind jedoch sehr aufwendig, insbesondere
wcgen des notwendigen hohen Montageaufwandes, Verlegen von Leitungen und dergleichen
mehr. Die Installation eines. derartigen Systems erfordert erhebliche Eingriffe
in die damit auszustattenden Wohnungen.
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Der Erfindung . liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Heizkostenverteiler
zu schaffen, der als selbständige Einheit an Heizkörpern befestigbar ist und die
Ablesung des von diesem Heizkörper abgegebenen Wärmemengenanteils ermöglicht, wobei
eine hohe Betriebssicherheit, Manipuliersicherheit und Anzeigegenauigkeit gefordert
ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Schaltungsanordnung
der eingangs erläuterten Art im wesentlichen ;dadurch gelöst, daß die Auswerteschaltung
einen ersten Frequenzgenerator aufweist, der die vom Heizkörpertemperaturftihler
gelieferten Ausgangssignale in eine der Heizkörpertemperatur proportionalen Frequenz
umsetzt, die einem Mikroprozessor zugeleitet wird, daß eine Flächenbewertungsschaltung
vorgesehen ist, die eine der vom Temperaturfühler gelieferte Ausgangsgröße mit einem
der wärmeabgebenden Fläche des Heizkörpers proportionalen Faktor dem Mikroprozessor
zuleitet , daß dem Mikroprozessor ein Impulszähler nachgeschaltet ist, der über
eine Dekodierschaltung eine Anzeigeschaltung ansteuert.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ergibt einen Heizkostenverteiler,
der leicht an einen jeweiligen Heizkörper anpaßbar ist und alle für die Anzeige
des abgegebenen Wärmemengenanteils erforderlichen Faktoren zu berücksichtigen gestattet.
Da die Anzeige der abgegebenen Wärmemenge direkt am Heizkörper erfolgt, besteht
für den Benutzer die Möglichkeit, durch entsprechendes Heizverhalten seine Energiekosten
zu senken bzw. seinen Verbrauch selbst zu überwachen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zusätzlich
ein Raumtemperaturfühler vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem zweiten Frequenzgenerator
zugeführt wird, der mit dem Mikroprozessor verbunden ist und dessen Ausgangsfrequenz
im Mikroprozessor von der Ausgangsfrequenz des ersten Frequenzgenerators subtrahiert
und weiterverarbeitet wird.
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Gemäß einem ersten Autf.ührungsbeispiel der Erfindung wird in vorteilhafter
Weise er Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes im Heizkörpertemperaturfühler
und Raumtemperaturfühler j e eine Sp annungsfrequenzw andlerstufe als Frequenzgenerator
vorgesehen.
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Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei
Verwendung temperaturabhängiger Widerstände im Heizkörpertemperaturfühler uhd Raumtemperaturfühler
je ein astabiler Multivibrator vorgesehen, - wobei die Impulsdauer der von den astabilien
Multivibratoren gelieferten Rechteckimpulsfolgen proportional der Heizkörpertemperatur
bzw. proportional der Raumtemperatur sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn, gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung, der Mikroprozessor mit einem steuerbaren Thermostatventil verbunden ist.
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Um bei Batteriebetrieb die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen und
den Zeitraum zwischen zwei Batteriewechseln zu vergrößern ist es vorteilhaft, wenn
die Schaltung im Standby-Betrieb arbeitet.
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Dazu ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in vorteilhafter
Weise eine Timer-Stufe und eine Schaltstufe vorgesehen, die bewirkt, daß lediglich
zu bestimmien festen Zeiten die Batteriespannung an die schaltungsanordnung gelegt
und eine Temeratur-Frequenzwandlung vorgenommen wird.
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Eine besonders kompakte und-leicht zu montierende Ausbildung der Schaltungsanordnung
ergibt sich dann, wenn alle Schaltstufen der Auswerteschaltung in einem, an einem
Heizkörper befestigbaten, Gehäuse angeordnet sind.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand
der Zeichnungen näher erläutert, die schematisch zwei Ausführung sbeispiele der
erfindungsgemäßen Schaltungsan Ordnung darstellen. Dabei zeigt: Fig. 1 schematisch
ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und Fig.
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Grundlage der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und 2 ist die bekannte
Gleichung: Q = α . F . t . (TH - TR) Q = abgegebene Wärmemenge α = Wärmeübergangszahl
F = wärmeabgebende Fläche t = Meßzeit TH = mittlere Temperatur des 'Heizkörpers
TR = mittlere Temperatur des Raumes.
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Im allgemeinen kann angenommen werden, daß die Raumtemperatur TR =
200C = constant ist. Die wirklich vorhandene jeweilige mittlere Raumtemperatur ist
meßtechnisch sehr schwer zu erfassen bzw. leicht zu manipulieren ist, wenn man sie
messen will.
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Ferner kann die Wärmeübergangszahl α vereinfacht als Konstante
angenommen werden, obgleich sie sich tatsächlich in Abhängigkeit der Luftgeschwindigkeit
am Heizkörper ändert.
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Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 und 2 weist einen Heizkörpertemperaturfühler
1 auf, der zur Erfassung der mit@leren Heizkörpertemperatur dient. Beispielsweise
kann dazu ein temperaturabhängiger Widerstand (PTC- oder NTC-Widerstand) vor-
gesehen
sein. Dem Heizkdrpertemperaturfühler ist ein erster Frequenzgenerator 3 nachgeschaltet,
der vorzugsweise durch eine Spannungsfrequenzwandlerstufe gebildet ist. Ferner ist
ein WRaumtemperaturfühler 11 vorgesehen, der mit einem zwei--ten TErequenzgenerator
13 verbunden ist. Die beiden Frequenzgeneratoren steuern einen Mikroprozessor 4
an, der die Ausgangssignale der Frequenzgeneratoren verarbeitet und über einen Impulszähler
5 und einer Dekodier-Treibereinheit 6 einer Anzeigeeinheit 7 zuleitet Ferner ist
eine mit dem Mikroprozessor 4 verbundene Flächenbewertungsschaltung 2 vorgesehen.
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Die Temperatur TH des Heizkörpers und die Temperatur TR des Raumes
bzw. einer Festtemperatur Etc = 20 K werden mittels des Heizkörpertemperaturfühlers
1 und des Raumtemperaturfühlers 11 erfaßt und, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem die Frequenzgeneratoren 3 und 13 als 5pannungsfrequenzwandlerstufen
ausgebildet sind, diesen zugeführt. Dort werden sie in eine der Heizkörpertemperatur
proportionale Frequenz fH bzw. der Raumtemperatur proportionale Frequenz fR umgewandelt.
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Im angeschlossenen Mikroprozessor 4 werden diese beiden Frequenzen
subtrahiert und die Frequenzdifferenz wird mit dem aus der Flächenbewertungsschaltung
2 stammenden Signal entsprechend der Fläche des Heizkörpers korrigiert.
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Den Mikroprozessor 4 steuert dann, wie beschrieben, die Anzeigeeinheit
7, gegebenenfalls ein Thermostatventil 16 und den Timer 10.
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Der Timer 10 legt über einen Schalter 8 die Spannung einer Batterie
9 mit einem Tastverhältnis von z.B. 1:1000 an die einzelnen Schaltstufen.
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Dieses Tastverhältnis wird vom Mikroprozessor 4 in einer Korrekturrechnung
berücksichtigt. Prinzipiell gilt, daß die Einschaitdauer des Timers 10 sehr viel
größer als l/fH gewählt ist.
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Anstelle einer Spannungsfrequenzwandlerstufe kann auch ein Temperaturstromwandler
verwendet werden, dessen Ausgangsgröße dann ein der Temperatur proportionaler Strom
l(TH) ist.
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Das von der Flächenbewertungsstufe 2 gelieferte Signal, das der wärmeabgebenden
Fläche des Heizkörpers proportional ist kann z.B. über eine externe Verdrahtung
in den Mikroprozessor 4 eingegeben werden. Dieser Faktor ist wichtig, da die abgegebene
Wärmemenge nicht nur von der Temperatur des Heizkörpers abhängt, sondern auch von
dessen wärmeabgebender Oberfläche.
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Im Impulszähler 5 kann die der mittleren Heizkörpertemperatur proportionale
Frequenz H mit einem Faktor N beliebig heruntergeteilt werden, vorzugsweise derart,
daß in einer Ausgangsimpulsfolge ein einzelner Impuls entweder 1 kWh oder ein 1/10
kWh entspricht. Es sind auch andere Tastverhältnisse möglich, beispielsweise um
die abgegebene Wärmemenge in der Einheit kcal zu zählen.
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Die Impulse können in der Impulszählerstufe 5 aufsummiert werden,
so daß am Ausgang der Impulszählerstufe 5 die Summe aller Zählimpulse proportional
der vom Heizkörper in einem Zeitraum t abgegebenen Wärmemenge ist.
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Die weitere Verarbeitung erfolgt in einer Dekodier-Treiberschaltstufe
6. Die Ausgangsgröße der Impulszählerstufe 5 liegt beispielsweise binär kodiert
vor und wird in der Dekodier-Treiberstufe 6 dekodiert. Der Treiber Steuert dann
eine Anzeigeeinheit 7
an, und die Wiedergabe - der Messung kann
dabei in der an sich bekannten 4 1/2-stelligen LCD-Anzeige erfolgen.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind die Schaltstufen dieselben wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, als
Frequenzgeneratoren dienen jedoch astabile Multivibratoren 14 bzw. 15. Diese astabilen
Multivibratoren 14, 15 liefern Rechteckimpulsfolgen, deren Impulsdauer proportional
der Heizkörpertemperatur TH bzw. proportional der Raumtemperatur TR ist. Wird die
Raumtemperatur als konstant angenommen, kann ein Wert von TC = 20 K eingesetzt werden.
Der nachgeschaltete Mikroprozessor 4 erfaßt diese Impulsbreiten, berechnet ihre
Differenz und bewertet diese Differenz entsprechend der Fläche des Heizkörpers an
dem gemessen wird.
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Die Stromversorgung der Schaltungsanordnung erfolgt aus einer Batterie
9. Gemäß einer Weiterbildung ist eine Timer-Stufe 10 und eine Schaltstufe 8 vorgesehen.
Beispielsweise wird zu bestimmten festen Zeiten, z.B. jede Minute vom Timer 10 der
Schalter 8 betätigt und damit die Batteriespannung U für z.B.
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1 sec. an die Schaltstufen gelegt und die beschriebene Temperatur-Frequenzwandlung
vorgenommen.
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Durch ein Tastverhältnis 1 min/1 sec kann die Lebensdauer der Batterie
9 außerordentlich verlängert werden. Es braucht nicht näher erwähnt zu'werden, daß
die Schaltstufen Timer 10, Impulszähler 5, Dekodier-Treiber 6 und LCD-Anzeige 7
immer an der Batteriespannung U liegen müssen, um einerseits das Integrationsergebnis
(Inhalt des Impulszählers) nicht zu verlieren und andererseits eine kontinuierliche
Anzeige sicherzustellen.
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Die Anzeigeeinheit 7 kann auch als Rollen-Zählwerk ausgebildet sein.
Die Batterie 9 kann auch durch eine wieder aufladbare Akku zelle ersetzt sein.
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Die Erfindung ist somit nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen
und Weiterbildungen sowie Teil-und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder
dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
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Bezugseichenliste 1 Heizkörper-Temperaturfühler 41 2 Flächenbewertungsschaltung
42 3 erster Frequenzgenerator 43 4 Mikroprozessor 44 5 Impulszähler 45 6 Dekodier-Treiber
46 7 Anzeigeeinheit 47 8 Schalter 48 9 Batterie 49 10 Timer (Zeitschaltkreis) 50
11 Raumtemperaturfühler 51 12 52 13 zweiter Frequenzgenerator 53 14 erster astabiler
Multivibrator 54 15 zweiter astabiler Multivibrator 55 16 Thermostatventil 56 17
57 14 erster astabiler Multivibrator 54 15 zweiter astabiler Multivibrator 55 16
Thermostatventil 56 17 57 18 58 19 TH = Heizkörpertemperatur 59 20 TR = Raumtemperatur
60 21 61 22 62 23 63 24 64 25 65 26 66 27 67 28 68 29 69 30 70 31 71 32 72 33 73
34 74 35 75 36 76 37 77 38 78 39 79 40 80