DE2416749C3 - Anordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs eines umbauten Raumes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs eines umbauten Raumes unter Verwendung einer Differenzmessung zwischen der Innentemperatur und der Außentemperatur, wobei die Ausgangsanschlüsse eines die Außentemperatur messenden ersten Temperaturfühlers und eines die Temperatur im umbauten Raum messenden zweiten Temperaturfühlers mit einer Differenzbildungseinrichtung gekoppelt sind und eine Multiplraereinrichtung zur Eingabe eines Korrekturwerts und eine Integrationseinrichtung vorgesehen sind, in der ein dem Ausgangssignal der Differenzbildungseinrichtung entsprechendes Signal über die Zeit integriert wird.

Bei zentral beheizten Wohneinheiten mit mehreren Parteien als Abnehmer der von einer gemeinsamen Brennstoffquelle aus zugeführten Wärmeenergie ist es

Γ5 erforderlich, den Wärnieverbrauch jeder einzelnen Partei zumindest qualitativ oder anteilsmäßig zu bestimmen, um eine angemessene Heizkostenverteilung vorzunehmen. Dies geschieht derzeit überwiegend mit Hilfe von nach dem Verdunsterprinzip arbeitenden Geräten, die an Heizkörpern in den einzelnen Räumen befestigt werden. Im Betrieb dieser bekannten Geräte wird die Temperatur der Oberfläche des Heizkörpers auf das Verdunstermeßgerät durch Wärmeleitung übertragen, wobei die Verdunstungsmenge der Flüssigkeit im Verdunsterröhrchen pro Zeiteinheit der Oberflächentemperatur des jeweiligen Heizkörpers proportional ist. Dieses Prinzip ist in der Praxis häufig nicht anwendbar, e'a Konstruktion, Einbauart und physikalische Gegebenheiten von bestimmten Heizungssystemen Meßverfahren dieser Art nicht zulassen. Beispielsweise kann die Wärmeenergieabgabe von Heizsystemen mit Fußbodenheizung. Derkenstrahlungsheizung, Luftheizung, Fußleistenheizung, Unterflurkonvektoren usw. nach dieser Methode nicht gemessen werden. Außerdem bietet das Verdunstermeßprinzip lediglich die Möglichkeit der Messung einer analogen Größe, die als solche nur vom Wärmedienst als Be- und Vertreiber der Verdunstungsmeßgeräte ausgewertet werden kann. Dem Verbraucher wird dabei jegliche Kontrollmöglichkeit entzo£?n Außerdem bedürfen die Verdunstermeßgeräte regelmäßiger Bedienung durch Auswechseln des Verdunsterröhrchens. Die Wärmemengenmessung nach dem Verdunstungsprinzip ist außerordentlich ungenau und von verschiedenen, in der Praxis teilweise unvorhersehbaren Faktoren abhängig. So bleibt beispielsweise der Wärmefluß zwischen benachbarten Wohnungseinheiten unberücksichtigt, und ein sparsamer oder häufig abwesender Verbraucher kann aufgrund des Wärmeflusses an dem Energieverbrauch in einer Nachbarwohnung kostenlos partizipieren.

Zur Durchführung eines Zählverfahrens für Einzelheizanlagen mit Sammelspeisung ist eine Meßanordnung ähnlich der eingangs angegebenen Art bekannt (DE-OS 19 58 084). Hierbei wird durch Differenzmessung zwischen der Raumtemperatur und der Außentemperatur und periodische Integrierung des sich ergebenden Differenzsignals eine Grundgröße ermittelt, die der Grad-Tag-Zahl proportional ist. Die Grad-Tag-Zahl ist bekanntlich die Zahl der Tage über die Heizperiode, multipliziert mit der mittleren Temperaturdifferenz ^f= t,- — ta. Hierbei handelt es sich also nicht um die laufende Messung einer dem Raum zugeführten oder im Raum verbrauchten Wärmeenergie, sondern um eine

Grundgröße, die eine relative Bestimmung zur Aufteilung der Brennstoffkösten unter die Von der gemeinsamen Sammelspeisung abhängigen Abnehmer mit größerer Genauigkeit als bei den vorbekannten

Verdunsterröhrchen ermöglicht Die bekannte Meßmethode gibt dagegen keine dem Benutzer unmittelbar verständliche Anzeige über seinen Wärmeenergieverbrauch oder die seiner Wohneinheit zugeführte Wärmemenge.

Eine Meßanordnung zur (quantitativen) Messung des Wärmeenergieverbrauchs bzw. der Wärmeenergieabgabe an einem umbauten Raum war bisher nur mit sogenannten Wärmemengtnzählern möglich, die nach dem Prinzip der Temperaturdifferenz- und Durchsatzmessung arbeiten (US-PS 33 01 049). Für die Ermittlung des Energieverbrauchs in umbauten Räumen bzw. Wohnungen sind diese bekannten Wärmemengenzähler jedoch sowohl herstellungsmäßig als auch baulich zu aufwendig, zumal sie einen großen Platzbedarf haben. Bei mehreren Heizkörpern in einem Raum wären im Falle des Einsatzes bekannter Wärmemengenzähler mehrere derartige Geräte erforderlich, wodurch diese Art der Messung völlig unrentabel wird. Diese sehr teure Wärmemengenmeßmethode hat jedoch den Vorteil, daß sie eine laufende und für den Abnehmer unmittelbar verständliche quantitative Anzeige der dem umbauten Raum oder der Wohneinheit zu?eführten Wärmeenergie zu vermitteln vermag. Allerdings bleibt auch hier ähnlich den nach dem Verdunsterprinzip arbeitenden Geräten die durch Wärmefluß übertragene Nachbarenergie unberücksichtigt

Nach der derzeitigen Marktsituation besteht sowohl seitens des Energielieferers als auch seitens des Wärmeenergieverbrauchers ein starker Bedarf nach einem quantitativ messenden Wärmeenergiezähler, der eine unmittelbar ablesbare Anzeige des Energieverbrauchs liefert Hier schafft die Erfindung Abhilfe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zur Verfügung zu stellen, die unabhängig vom Energiezufuhrkreislauf eine laufende Messung und dem Benutzer unmittelbar verständliche Anzeige des Wärmeenergieverbrauchs umbauter Räume ermöglicht.

Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß jedem umbauten Raum eine Wärmekenngröße zukommt, die auf der Grundlage des DIN-Blattes 4701 berechnet werden kann. Nach dem vorgenannten DIN-Normblatt sind die folgenden Größen definiert:

Qh = Raumwärmebedarf (kcal/h)

ft, din - Raumtemperatur ("C)

fta din = minimale Außentemperatur (⁰C)

Die erfindungsgemäß eingeführte Raum-Wärmekenngröße Aq, die als spezifische Raumkonstante dient, wird wie folgt definiert:

A„ = „ ^Q\ (kcal/h C)

"i Ol S "a MN

Das Produkt der für jeden Raum konstanten Raum-Wärmekenngröße A_q mit der Temperaturdifferenz Δϋ· von Istwert der Raumtemperatur und Istwert der Außentemperatur ergibt nach Integration über die Zeit tp bis fc, ein Maß für die verbrauchte Wärmemenge Q. Diese Erkenntnis läßt sich mathematisch wie folgt formulieren:

Q = T-^j ΪΛϋάι = A, [

ViDlN- VaDtN J J

OUt

Ausgehend von dor Meßanordnung der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung der ihr zugrundeliegenden Aufgabe vor, daß die Multipliziereinrichtung einen Rechenverstärker mit mindestens. zwei, an die Differenzbildungseinrichtung angeschalteten Eingängen und eine Multiplikatoreingabe in Form eines ein Ausgangssignal des Rechenverstärkers zu einem der Eingänge rückkoppelnden Leitungszweiges mit einem einstellbaren Widerstand aufweist, daß das

ic der Differenz ΔΦ zwischen den von den Temperaturfühlern gemessenen Innen- und Außentemperaturen proportionale Ausgangssignal der Differenzbildungseinrichtung ununterbrochen mit dem einer Raum-Wärrnekenngröße A_q proportionalen Multiplikator multiplizierbar ist, wobei als Raum-Wärmekenngröße der genormte Raum-Wärmebedarf Qh, dividiert durch die Differenz der genormten Innen- und Außentemperaturen ·&, DiN-öa din, definiert ist, und daß die Integrationseinrichtung an die Multipliziereinrichtung derart ange- schaltet ist, daß ihr das Integral der mit der Raum-Wäimekenngröße multiplizierten Differenz der Istwerte von Innen- und Außenten^iraturen darstellendes Ausgangssignal ein quantitath <:s Maß des Wärmeenergieverbrauchs im umbauten Raum ist.

Da die Raum-Wärmekenngröße A_q eine au^ den genormten und vorstehend angegebenen Größen ohne Schwier.gkeiten berechenbare spezifische Raumkonstante ist, wird sie vor oder nach dem Einbau durch geeignete Einstellung der Multipliziereinrichtung einmal eingegeben. Diese raumbezogene Kenngröße korrigiert die laufend gemessene Temperaturdifferenz von Raumtemperatur und Außentemperatur in überraschend einfacher Weise derart daß sich am Ausgang der Anordnung nach Integration über die Zeit ein quantitatives Maß für die verbrauchte Energiemenge ergibt. Die erfindungsgemäße Meßanordnung schafft eine für den Verbraucher unmittelbar verständliche quantitative Meßanzeige über die verbrauchte Wärmeenergie, wobei nicht nur diejenige Energie berück sichtigt wird, die aus der Sammelspeisung dem jeweiligen umbauten Raum oder der Wohneinheit unmittelbar zugeführt wird, sondern auch diejenige Energie, die aufgrund der baulichen Gegebenheiten als Streuenergie durch Wärmefluß aus den Nachbarräumen, also mittelbar, zugeführt wird. Insofern rteht dem Verbraucher laufend eine quantitative Arzeige über die abgenommene bzw. verbrauchte Wärmeenergiemenge zur Verfügung, und er ist nicht mehr, wie bisher, auf die von einem anonymen Unternehmen aufgrund von analogen Vergleichswerten berechneten Angaben angewiesen. Gegenüber dem auf der Durchsatzmessung, also der rein unmittelbaren Energiezufuhr beruhenden Wärmeenergiezähler ist die Kosteneinsparung be trächtlich, zumal die lauiende Messung erfindungsgemuß unabhängig vom Energiezuführkreislauf erfolgt.

In bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Integrationseinrichtung eine Triggerscha.tung aus einem durch das elektrische Ausgangssignal der Multipiiziereinrichtung aufladbaren Kondensator und einen Unijunction-Transistor aufweist dessen eine Emitter-Basis-Strecke zum Kondensator parallel geschältet ist, und daß der Triggersehaltung ein Impulszähler mit digitaler Anzeige nachgeschaltet ist
Zu der üblicherweise vorgenommenen Messung des Wärmeenergieverbrauchs in mehreren Räumen können Verschiedene Anordnjngskomponenten mehrfach ausgenutzt werden. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anordnung in an sich bekannter

Weise mehrere, die Temperaturen in verschiedenen umbauten Räumen messende weitere Temperaturfühler zugeordnet sind, deren Ausgangssignale mit dem von einem gemeinsamen, die Außentemperatur messenden Temperaturfühler abgeleiteten Signal unter Differenzbildung verglichen und die Einzeldifferenzen in eine Multipliziereinrichtung mit der dem jeweiligen Raum zugeordneten Raum-Wärmekenngröße /4, mit Hilfe des Widerstandes multipliziert werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der to Erfindung anhand der Zeichnung erläutert Die Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Meßanordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs.

Die Betriebsspannung der beschriebenen Anordnung wird von einem herkömmlichen Netzgerät geliefert, das ■in der Zeichnung in dem strichpunktierten Block 1 dargestellt ist. Dieses Netzgerät 1 liefert an seinen Ausgängen eine geglättete Gleichspannung von 2 χ 15 Volt.

Die an dem einen Ausgang des Netzgeräts 1 anstehende Betriebsspannung wird an den Eingang einer Differenzbildungseinrichtung angelegt, die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine im strichpunktierten Block 2 dargestellte Widerstandsbrükke mit den Widerständen Ä|, flj, R\ und R_a gebildet ist. Die beiden in parallelen Brückenzweigen angeordneten Widerstände /?,· und R_a sind temperaturabhängige Widerstände, also Heißleiter oder Kaltleiter, wobei R, den die Raumtemperatur messenden Temperaturfühler und R₃ den die Außentemperatur messenden Temperaturfühler darstellt. Da die beiden in den anderen parallelen Brückenzweigen angeordneten und mit R, bzw. R₁ in Reihe Hegenden Widerstände R\ übereinstimmende konstante Widerstandswerte haben, ist die an den beiden Ausgangsanschlüssen der Brücke anstehende Spannung U_e proportional der Differenz Δ-& zwischen der Raumtemperatur (gemessen durch R) und der Außentemperatur (gemessen durch R_a). Die die Temperaturdifferenz ΔΟ darstellende Spannung U_e wird über Vorwiderstände R₂ an zwei Eingänge eines zu einer Multipliziereinrichtung im Block 3 gehörigen Rechenverstärkers 4 angelegt Der Ausgang des Rechenverstärkers 4 ist zu dessen einen Eingang rückgekoppelt, wobei in der Rückkopplungsschleife ein einstellbarer Widerstand Λ, liegt, über den die als Multiplikator eingegebene Raum-Wärmekenngröße einstellbar ist.

Mit der Ausgangsspannung U_a wird über einen Widerstand Rz ein Kondensator C aufgeladen, der wesentlicher Bestandte"' einer durch den Block 5 dargestellten Integriereinrichtung bildet. Insgesamt besteht die integriereinrichtung 5 aus dem zuvor genannten /JG-Glied und einem Unijunction- bzw. Doppelbasis-Transistor ÜJT_t dessen eine Emitter-Basis-Stocke in Reihe mit einem Ausgangswiderstand Λ4 des Transistors U/Tzum Kondensator Cparallel geschaltet ist Sobald der Kondensator C durch U, auf die Höckerspannung des Unijunction-Transistors aufgeladen ist, erfolgt die Entladung von C über die Emitter-Basis-Strecke und den Widerstand R₄, und die EmitterspannUhg Von UJTUnYA auf den geringen Wert Uemin.. Danach kann der Kondensator C durch U. erneut aufgeladen werden. Jeder, über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors und A4 gegebene Entladeimpuls des Kondensators C entspricht einer definierten Ladungsmenge von C.

Da die Beziehung gilt·

folgt aus der Proportionalität von U_e und /I ΰ

Da ferner der Kondensator C laufend durch U_a aufgeladen und bei Aufladung mit einer bestimmten Ladungsmenge über den Transistor UJT entladen wird, stellen die über Rt, abgenommenen Impulse ein quantitatives Maß für den Wärmeenergieverbrauch in dem der Messung zugrundeliegenden umbauten Raum dar. Diese Impulse werden zweckmäßigerweise in einem Impulszähler gezählt und zur Anzeige gebracht.

Nach der Eichung ermöglicht diese Anordnung dem Verbraucher ein unmittelbares Ablesen der verbrauchten Wärmemenge, beispielsweise in kcal oder Ws.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Meßanordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs eines umbauten Raumes unter Verwendung einer Differenzmessung zwischen der Innentemperatur und der Außentemperatur, wobei die Ausgangsanschlüsse eines die Außentemperatur messenden ersten Temperaturfühlers und eines die Temperatur im umbauten Raum messenden zweiten Temperaturfühlers mit einer Differenzbildungseinrichtung gekoppelt sind und eine Multipliziereinrichtung zur Eingabe eines Korrekturwerts und eine Integrationseinrichtung vorgesehen sind, in der ein dem Ausgangssignal der Differenzbildungseinrichtung entsprechendes Signal über die Zeit integriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinrichtung (3) einen Rechenverstärker (4) mit mindestens zwei, an die Differenzbildungseinrichtung (2) angeschalteten Eingängen und eine Multiplikatoreingabe in Form eines ein Ausgangssignal des Rechenverstärkers (4) zu einem der Eingänge i-öckkoppelnden Leitungszweiges mit einem einstellbaren Widerstand (A₉) aufweist, daß das der Differenz Δ& zwischen den von den Temperaturfühlern (R₁, R₃) gemessenen innen- und Außentemperaturen proportionale Ausgangssignal (Ut) der Differenzbildungseinrichtung (2) ununterbrochen mit dem einer Raum-Wärmekenngröße A_q proportionalen Multiplikator multiplizierbar ist, wobei als Raum-Wärmekenngröße der genormte Raum-Wärmebedarf Qh, dividiert durch die Differenz der genormten Innen- und Außentemperaturen ■&,DiN-'&adin, definiert ist, und daß die Integrationseinrichtung (5) an dit. Mulü^iziereinrichtung (3) derart angeschaltet ist, djß ihr das Integral der mit der Raum-Wärmekenngröße m itiplizierten Differenz der Istwerte von Innen- und Außentemperaturen darstellendes Ausgangssignal (U_a) ein quantitatives Maß des Wärmeenergieverbrauchs im umbauten Raum ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (5) eine Triggerschattung aus einem durch das elektrische Ausgangssignal der Multipliziereinrichtung (3) aufladbaren Kondensator (C) und einen Unijunction-Transistor (UJT) aufweist, dessen eine Emitter-Basis-Strecke zum Kondensator (C) parallel geschaltet ist, und daß der Triggerschaltung (5) ein Impulszähler mit digitaler Anzeige nachgeschaltet ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anordnung in an sich bekannter Weise mehrere, die Temperaturen in verschiedenen umbauten Räumen messende weitere Temperaturfühler (R) zugeordnet sind, deren Ausgangssignale mit dem von einem gemeinsamen, die Außentemperatur messenden Temperaturfühler (R₃) abgeleiteten Signal unter Differenzbildung verglichen und die Einzeldifferenzen in einer Multipliziereinrichtung (3) mit der dem jeweiligen Raum zugeordneten Raum-Wärmekenngröße A_q mit Hilfe des Widerstandes (R_q) multipliziert werden.