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Verfahren zur Ermittlung der von einem installierten
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Heizkörper mit durchfließendem Medium abgegebenen Wärmemenge.
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In Wohn- und Geschäftshäusern mit Zentralheizung sind die von einer
zentralen Heizungsanlage versorgten Heizkörper in der Regel mehreren Parteien zugeordnet,
so daß es erforderlich ist, den Verbrauch der verschiedenen Parteien an Heizenergie
zur Aufstellung einer getrennten Abrechnung zu ermitteln.
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Zur Durchfth 4g dieser Auf gabe stehen im wesentlichen zwei Arten
von Meßgeräten zur Verfügung, welche in der Regel an vorgegebenen Stellen der Heizkörper
montiert werden. Auf dem Markt sind für die Messung-der verbrauchten Wärmemenge
eichfähige Meßgeräte vorhanden, bei denen es sich um sog. Wärmemengenzähler mit
der Registrierung des Wärmeverbrauches nach den gesetzlichen Einheiten handelt.
Diese Meßgeräte,erfordern laufend die Erfassung der Vorlauftemperatur, der Rücklauftemperatur
und des den Heizkörper durchfließenden Volume trogea.
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bei Da diese Größen, vor allem der Volumenstrom installierten
Heizkörpernnicht
ohne weiteres gemessen werden können, ohne kostspielige Eingriffe in die Heizkörperzuführung
zu machen, sind diese Geräte in der Regel zur Erfassung der von einem. installierten
Heizkörper abgegebenen Wärmemenge nicht geeignet.
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Die zweite Gruppe von Geräten, welche in der Praxis in größerem Umfang
Eingang gefunden hat, sind Erfassungsgeräte, welche als Heizkostenverteiler bezeichnet
werden.
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Diese Art von Geräten ist von der'Eichpflicht ausgenommen, weil sie
die tatsächlich, .Wärmemengenwrtè nicht anzeigen.
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Nachteilig bei diesen Erfassungsgeräten ist, daß weder eine exakte
Fehlerangabe noch'eine genaue Messung möglich ist. Forschungsberichten zufolge beträgt
der Fehler zwischen fünf und fünfzehn Prozent; was einer verbrauchsorientierten
Abrechnung widerspricht, weil die zulässige und vertretbare Verkehrsfehlergrenze
mit diesen Werten bei weitem überschritten wird.
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Zur Reduzierung dieses Fehlers wird daher im praktischen Betrieb ein
Teil der Kosten für den Betrieb einer zentralen-Heizungs- und Warmwasseranlage nach
einem festen
Schlüssel verteilt. Dieses Verfahrenvhat sich zwar
in der Praxis als ganz zweckmäßig erwiesen, es täuscht jedoch eine Genauigkeit vor,
die tatsächlich bei dieser Art von Abrechnung nicht vorhanden ist.
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Diese bekannten Heizkostenverteiler besitzen eine Flüssigkeitssäule,
welche in Abhängigkeit von der vom Heizkörper abgegebenen Wärmeenergie verdampft,
Der verdampfte Anteil wird dann noch durch zusätzliche Bewertungsfaktoren korriglert,.womit
die Temperaturübertragungsintensität vom Heizmißttel auf die Ampullenflüssigkeit
berücksichtigt wird. Da - wie bereits erwähnt, -zur exakten Erfasung der abgegebenen
Wärmemenge die Vorlauftemperatur, die Rücklauftemperatur und der Volumenstrom maßgebliche
Größen sind und diese Größen sich fortlaufend ändern, ist die Art der Verbrauchserfassung
mit Hilfe der Heizkostenverteiler keinerlei Messung im. physikalisch-technischen
Sinn.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
mit dem es möglich ist, ohne Eingriff in einen installierten Heizkörper eine so
exakte Bestimmung der von diesem Heizkörper abgegebenen Wärmemenge durchzuführen,
daß die Skåla, auf welcher'der abgegebene Wärmemengenwert
ermittelt
wird, eichfähig ist. Es wird dabei davon ausgegangen, daß zur Ermittlung der von
einem installierten Heizkörper mit durchfließendem Medium abgegebenen Wärmemenge
am Heizkörper selbst mit Hilfe eines an ihm angebrachten Temperaturfühlers lediglich
fortlaufend die Oberflächentemperatur gemessen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, daß zunächst
in einer Normmessung für einen Normheizkörper die von diesem Heizkörper an die Umgebung
abgegebene Wärmemenge in Abhängigkeit von der an einem vorgegebenen Meßpunkt der
Heizkörperoberfläche gemessenen Temperatur ermittelt wird, daß für die zu verwendeSen
Heizkörpertypen die typenspezifischen Faktoren Kc, Kq und Ka bei einer Normtemperatur
ermittelt werden, daß nun an dem installierten Heizkörper, dessen abgegebene Wärmemenge
ermittelt werden soll, laufend an dem gleichen vorgegebenen Meßpunkt der Heizkörperoberfläche
die Oberflächentemperatur ermittelt wird, daß der aus der Normmessung für die gemessene
Oberflächentemperatur vorliegende Wärmemengenwert ein Korrekturschaltung zugeführt
wird, welche die für den installierten Heizkörper spezifischen Faktoren
Kc,
Kq und Ka als Korrekturwerte enthält und daß schließlich die am installierten Heizkörper
ermittelten Temperaturwerte sowie die korrigierten, am Normheizkörper ermittelten
Wärmemengenwerte einc Vergleicherschaltung zugeführt und die darin ermittelten tatsächlichen,
vom installierten Heizkörper abgegebenen Wärmemengenwerte einem Integrator zugeführt
werden.
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Dabei stellen für den installierten Heizkörper der Faktor Kc den Wärmeüb'ergangsfaktor
vom Heizkörper zum Temperaturfühler, der Faktor Kq die vom Heizkörper abgegebene
Wärmeleistung und der Faktor Ka einen Korrekturwert fUr die räumliche Anordnung
von Vorlauf- und Rücklaufanschluß des den installierten Heizkörper durchfließenden
Mediums dar.
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Mit Hilfe des erSindungsgemäßenVerfahXens ist es also möglich, lediglich
durch eine Tempera@urmessung an der-Oberfläche des installierten Heizkörpers eine
Anzeige über die von dem Heizkörper abgegebene Wärmemenge zu erhalten, weil die
Größen, die aus der jeweils gemessenen Temperatur die Wärmemengenwerte bilden, als
Konstanten betrachtet werden, welche über einen Normheizkörper sowie über Faktoren,
welche den verschiedensten Heizkörpertypen zugeordnet werden, vorher bestimmt werden
können,
so daß sie dem zu installierenden Heizkörper, beispielsweise
vom Hersteller, als vorgegebene Größen zugeordnet werden können.
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Die Bestimmung dieser Größen ist verhältnismäßig einfach, weil man
bei einem Normheizkörper ohne weiteres die zur Erfassung der abgegebenen Wärmemenge
erforderlichen Größen in einem einmaligen Vorgang durch Messung ermitteln kann.
Diese Größen sind die Vorlauftemperatur, die.RUcklauftemperatur sowie der den Heizkörper
durch fließende Volumenstrom. Diese Größen können in Abhängigkeit von der an einem
vorgegebenen Punkt der Heizkörperoberfläche herrschenden Temperatur ermittelt und
gespeichert werden. Die Konstruktionsabweichungen der verschiedenen Heizkörpertypen
und -größen von einem solchen Normheizkörper können als Korrekturfaktoren ermittelt
werden und stellen Werte dar, welche jedem Heizkörper beigegeben wrden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man nun in
ähnlicher Ausführung wie bei dem bi.sher bekanten Heizkostenverteiler einen Wärmemengenmesser
herstellen der an dem installierten Heizkörper an einem vorgeschriebenen Punkt anzubringen
ist. Dieser Wärmemengenmesser
enthält dann gemäß der Weiterbildung
der Erfindung außer einem an dem vorgegebenen Meßpunkt der Heizkörperoberfläche
angreifenden Temperaturfühler noch die folgenden Schaltteile: a) Einen elektronischen
Speicher für die Wärmemengenwerte des Normheizkörpers in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur
am vorgegebenen Meßpunkt.
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b) Einen elektronischen Speicher für die ermittelten typenspezifischen
Faktoren Kc, Kq und Ka.
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d) Eine Korrekturschaltung zur Korrektur der Werte nach a durch die
Faktoren nach b.
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d) Eine Vergleicherschaltung.
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e) Einen Integrator für die in der Vergleicherschaltung ermittelten
Wärmemengenwerte.
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f) Ein Anzeigelement für den Integrator.
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Die erwähnte Vergleicherschaltung ist so aufgebaut, daß sie selbsttätig
jeweils der am installierten Heizkörper
gemessenen Temperatur den
der installierten Heizkörper- N type entsprechenden korrigierten Wärmemengenwert
zuordnet, der aus der Messung des Normheizkörpers herrührt.
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Es ist zweckmäßig, in den Wärmemengenmesser noch einen Anlalog-Digital-Wandler
einzubauen, welcher zur Umwandlung der in Anal ogwerten gemessenen Temperatur in
Digitalwerte dient. Außerdem ist noch ein Taktgeber in dem Wärmemengenmesser untergebracht,
welcher in einem vorgegebenen Rhythmus laufend die Temperatur am Wärmefühler abnimmt
und gleichzeitig über einen Mikroprozessor die im Wärmemengenmesser eingebauten
Schaltungsteile steuert.
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Um den vorgeschlagenen Wärmemengenmesser für beliebige Typen von Heizkö
ern verwenden zu können, empfiehlt es sich, dem elektronischen Speicher für alle
diese Typen die Werte für die Faktoren Kc, Kq und Ka einzugeben und diesen Speicher
mit Einstell- oder Rastelementen zu versehen, die nach der Montage des Wärmemengenmessers
an dem installierten Heizkörper zur Einstellung der diesem installierten Heizkörper
zugeordneten.Werte von Kc, Kq und Ka dienen. Gegebenenfalls müßte der Speicher auch
noch die Werte für einen Korrekturfaktor Kt (Temperatur-Korrektur) enthalten, sofern
die Faktoren Kc, Kq und Ka nicht bei einer Normtemperatur ermittelt worden sind.
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Der Wärmemengenmeaer gemäß der Erfindung weist außerdem eine elektrische
Batterie auf, welche sämtLiche elektronischen Bauteile speist; ferner enthält das
Gerät einen Sollwerttemperaturgeber, der die elektrischen Bauteile erst dann einschaltet,
wenn die am Heizkörper gemessene Temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Damit wird u. a. erreicht, daß Fremdwärmeenergie, wie Sonneneinstrahlung und Wärme
von im Haushalt verwendeten Geräten, z. B. Waschautomaten oder Kühlschränken keinen
Einfluß auf die Anzeige des Wärmemengenmessers haben.
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Die Anzeige der vom installierten Heizkörper abgegebenen Wärmemenge
kann digital über einen binären Zähler erfolgen, der/ sobald die Wärmezufuhr unterbrochen
wird, den momentan statisch gespeicherten Wert anzeigt und bei Inbetriebnahme der
Wärmezufuhr auf den im Speicher befindlichen Wert dynamisch aufaddiert. Als momentaner
Wert steht immer der zu einem bestimmten Zeitpunkt aomerierte Wert zur Verfügung.
Das Meßergebnis kann entweder ständig oder auf Tastendruck angezeigt werden.
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Im letzteren Fall ist das Anzeigeelement f. zweckmäßig mit einer nur
bei Bedarf zu betätigenden Einschalttaste versehen. Das hat den Vorteil, daß die
Batterie geschont wird. Die Anzeige kann mit Hilfe eines Rundzählwerkes
oder
durch Leuchtdioden erfolgen. Im letzteren Fall befindet sich eine Taste zum Anzeigen
des Meßergebnisses (momentaner Wert) auf der Gehäusevorderseite. Damit die Batterie
durch mehrmaliges Drücken der Taste nicht zu schnell entleert werden kann, sorgt
eine Logikschaltung für automatische Unterbrechung der Strornzufuhr für diese Anzeige
für eine festgelegte Zeitdauer.
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Die gesamte Elektronikschaltung ist in einem manipulationtssicheren
Gehäuse, welches blombiert werden kann, untergebracht. Der Temperaturfühler ist
am Basisteil des Gehäuses befestigt. Dieses besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
mit einer Wärmeleitfähigkeit größer 100 mW/OK. Dieses Basisteil wird am'Heizkörper
befestigt. Die Elektronikschaltung enthält die oben erwähnten Schaltungsteile sowie
gegebenenfalls einen Taktgeber und einen von diesem Taktgeber gesteuerten Mikroprozessor.
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Ein AusfUhrungsbeispiel fUr das erfindungsgemäße Verfahren sowie für
eine dieses Verb uhren benutzende Anordnung ist'in den Zeichnungen dargestellt.
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In Fig. 1 ist zunächst ein blicher Zentralheizungskörper wiedergegeben,
an welchem der erfindungsgemäße
Wärmemengenmesser installiert ist.
In Fig. 2 ist in einem Prinzip-Blockschaltbild der Aufbau dieses Wärmemengenmessers
gezeichnet.
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In ähnlicher Weise wie die bisher bekannten, oben erläuterten Heizkostenverteiler
ist an dem'in Fig, 1 dargestellten Heizkörper 5 der Wärmemengenmesser in einem vorgegebenen
Bereich des oberen Teiles des Heizkörpers installiert. Dieser Wärmemengenmesser
hat eine ähnliche Gestalt wie die bekannten Heizkostenverteiler, d. h. er besteht
aus einem Unterteil 2, welches gerade zwischen zwei benachbarte Heizrippen hineinpaßt
sowie einem Oberteil 3. Das Unterteil 2 wird durch eine Schraubverbindung an dem
Heizkörper 5 montiert. In diesem Unterteil befindet sich auch der Temperaturfühler,
welcher der Bestimmung der jeweils am Heizkörper vorhanden Temperatur dient. In
das Oberteil 3 dieses Gerätes sind dann die elektronischen Bauteile eingebaut, welche
an Hand der Fig. 2 erläutert werden soll«,Da sich diese Teile unterhalb des Oberteiles
3 befinden, sind sie in Fig. 1 nicht sichtbar. Sichbar ist lediglich das Anzeigesystem
4, welches in dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel aus
einem Leuchtdjoden-TableauVMit Hilfe einer auf das Oberteil 3 aufgesetzttn Plombe
1 wird das ganze Geräte plombiert, so daß es keine Manipulation erlaubt.
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Aus Fig. 2 sind die-jenigen Schaltungsteile zu erkennens welche sich
in dem erfindungsgemäßen Wärmemengenmesser zur Durchführung des vorgeschlagenen
Verfahrens befinden.
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Zunächst einmal ist der Temperaturfühler 6 dargestellt, dessen Werte
in ein elektrisches Signal umgeformt und dann in dem Operationsverstärker 7 verstärkt
werden. Diese in Analogform auftretenden Werte werden dann in einem Analog/Digitalwandler
8 in Digitalwerte u'ngewandelt.
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Das Gerät enthält weiterhin zwei Speicher 9 und 10, deren erster die
aus der Normmessung eines Normheizkörpers ermittelten Wärmemengenwerte in Abhängigkeit
von der Heizkörperoberfläche an einem vorgegebenen Meßpunkt des Normheizkörpers
gespeichert enthält. In dem Speicher 10 sind die typenspezifischen Faktoren Kc,
Kq und Ka für alle gängigen Heizkörpertypen gespeichert. Diese Faktoren sind bei
einer Normtemperatur ermittelt. Für den Fall, daß dieser Wertermittlung nicht die
Normtemperatur zugrunde gelegen hat, enthält der Speicher noch den Faktor Kt als
Temperaturfaktor für die zur Verwendung kommenden He'izkörpertypen Bei der Montage
des Wärmemengenmessers müssen die in dem Schaltungsteil 10 gespeicherten Korrekturwerte,
welche
für den installierten Heizkörper gelten, aktiviert werden.
Dies kann beispielsweise durch Drücken von entsprechenden Tasten oder durch vorhandene
Schieberegister erfolgen. Die in dem Schaltungsteil 10 jeweils eingestellten Korrekturwerte
werden dann zusammen mit den im Speicher 9 gespeicherten Werten einer Korrekturschaltung
11 zugeführt. Die im Ausgang der Schaltung 11 auftretenden Werte werden schließlich
zusammen mit den aus dem AnalOg/ Digitalwandler 8 kommenden Werte einer Vergleicherschaltung
12 zugeführt. In dieser Vergleicherschaltung wird den vom Analog/Digitalwandler
8 abgegebenen Digital-Temperaturwerten der jeweilige Wärmemengenwert zugeordnet,
welcher sich aus der erfolgten Normmessung sowie der durchgeführten Korrektur ergibt.
Die im Ausgang der Vergleicherschaltung 12 auftretenden Wärmemengenwerte gelangen
dann zu einem Integrator 13 and werden schließlich in einem Anzeigetableau 14 angezeigt.
Dieses Anzeigetableau kann aus einem mechanischen Zählwerk oder aber auch aus einem
Leuchtdiodentableau bestehen.
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Diese ganze Anordnung benötigt natürlich eine'Spannungsquelle, welche
in Form einer kleinen Batterie ebenfalls in den Wärmemengenmesser eingebaut ist.
Damit diese Batterie nicht zu sc3mell verbraucht wird, sind zusätzliche
Maßnahmen
vorgesehen, um die Batterie möglichst zu schonen, Eine dieser Maßnahmen besteht
darin, daß die Anzeige 14 nur auf entsprechendem Knopfdruck erfolgt, weil die Leuchtdioden
verhältnismäßig viel Energie benötigen. Außerdem empfiehlt es. sich in den Wärmemengenmesser
noch einen Sollwert-Temperaturgeber einzubauen, der die elektronischen Bauteile
erst dann einschaltet, wenn die am Heizkörper gemessene Temperatur einen vorgegebenen
Wert überschreitet. Außer der Schonung der Batterie hat diese Maßnahme noch den
Vorteil, daß Fremdwärmequellen bei der vorgesehenen Wärmemessung weitgehend ausgeschaltet
werden.
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In dem Ausführungsb'eispiel nach Fig. 2 sind in gestrichelter Darstellung
noch zwei Schaltungsteile 15 und 16 eingezeichnet. Es handelt sich dabei um einen
Taktgeber 15 und einen daran angeschlossenen Mikroprozessor 16. Der Taktgeber 15
hat die, Aufgabe, die Temperaturmessung am Temperaturfühler 6 in einem durch den
Taktgeber vorgegebenen Rhythmus laufend durchzuführen.
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Gleichzeitig steuert der Taktgeber 15 den Mikroprozessor 16, der dann
in dem gleichen Rhythmus die Steuerung der übrigen elektronischen Bauteile übernimmt.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, daß hinsichtlich der Montage
des Thermofühlers und der elektrischen
Schaltungsteile verschiedentliche
Variationen möglich sind. So kann man beispielsweise den Thermofühler bereits im
Heizkörper manipulationssicher integrieren und das elektronische.Teil des Meßgerätes
auf nach außen' geführte Kontakt stifte aufsetzen. Man kann aber auch den bereits
im Meßgerät eingearbeiteten Thermofühler durch die Montage in indirektem Kontakt
mit dem Heizmittel bringen.
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Die gesamte elektronische Schaltung kann innerhalb eines wärmeabweisenden
Materials, insbesondere aus Kunststoff, eingeschlossen werden, um sie auf diese
Weise gegen die Temperaturänderungen des Heizkörpers abzuschirmen.