DE3530946A1

DE3530946A1 - Waermemengenzaehler

Info

Publication number: DE3530946A1
Application number: DE19853530946
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Schache
Original assignee: SAMECO ING J SCHACHE GmbH
Current assignee: Qundis GmbH
Priority date: 1985-08-29
Filing date: 1985-08-29
Publication date: 1987-03-05
Anticipated expiration: 2005-08-30
Also published as: DE3530946C2; DE3530946C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen und Anzeigen der während eines bestimmten Zeitraumes an einer bestimmten Zapfstelle einem Warmwasserversorgungsnetz entzogenen Warmwassermenge, mit einer Volumenmeßeinrichtung zum Messen des an der Zapfstelle entnommenen Warmwasservolumens.

Das Nutzwarmwasser von sog. verbundenen Anlagen, d. h. Heizungsanlagen mit zentraler Warmwasserversorgung wird bisher mit Warmwasserflügelradzählern gemessen, die mit einem mechanischen Zählwerk in Verbindung mit einem Flügelrad ausschließlich das Volumen des entnommenen Warmwassers erfassen. Dieses Ergebnis in Form von cbm wird dann zur Abrechnung der Warmwasserkosten herangezogen, ohne dabei zu berücksichtigen, mit welcher Temperatur das Wasser in der einzelnen Wohnung ausströmt. Installationsbedingt kommt es dabei zu großen Ungerechtigkeiten, da der Nutzer je nach Installation zum Teil einen erheblichen Anteil an Wasser nutzlos entnimmt, bis die gewünschte Temperatur tatsächlich austritt. In der Warmwasserkostenabrechnung wird jedoch dieser "Vorlauf" voll berechnet, wie wenn das Wasser die gewünschte Temperatur von ca. 60°C erreicht hätte. In der Mieterschaft dies zu laufenden Diskussionen und die Abrechnungen werden aus diesem Grunde häufig angezweifelt.

Bisher ist der Gesetzgeber und Sachverständige bei Gericht diesem Einwand nicht gefolgt, da keine Geräte am Markt bekannt sind, die diese Ungerechtigkeit verhindern.

Für geschlossene Kreisläufe, wie Heizungsanlagen und Warmwasserzirkulationsleitungen, sind Wärmemengenzähler bekannt, sowohl mechanische als auch elektrische, die mittels Vor- und Rücklauffühler in Verbindung mit dem Volumenteil die entnommene Wärme definitiv erfassen. Nicht anwendbar sind diese Geräte als Wärmemengenzähler innerhalb einer Wohnung, nachdem der Rücklauf nicht meßbar ist, da das Wasser durch den Ausguß abfließt. Im übrigen sind diese Geräte sehr teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und zuverlässiges Gerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch welches die an Warmwasserzapfstellen entnommenen Wärmemenge gemessen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Temperaturdifferenz- Meßeinrichtung vorgesehen, die die Vorlauf- Temperatur des durch das Gerät fließenden Warmwassers erfaßt, wobei die zur Temperaturdifferenzberechnung erforderliche Temperatur des entnommenen Wassers ("Rücklauftemperatur") als fester Wert vorgegeben ist, weiterhin ein Rechenwerk zur Berechnung der entnommenen Wärmemenge, im wesentlichen als Produkt des entnommenen Warmwasservolumens mit der gemessenen Temperaturdifferenz, sowie eine Speicher- und Anzeigeeinheit zum Speichern und Anzeigen der entnommenen Wärmemenge.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man für den vorgesehenen Zweck geeignete Wärmemengenzähler dann erhält, wenn man bei derjenigen Konzeption von Wärmemengenzählern, die für geschlossene Kreisläufe, d. h. insbesondere Heizungsanlagen, konzipiert sind, auf den Rücklauf- Temperaturfühler verzichtet und statt dessen der Temperaturdifferenz- Meßeinrichtung eine feste Rücklauftemperatur vorgibt, die vorzugsweise der Grundwassertemperatur entspricht.

Eventuell schwankende Grundwassertemperaturen werden vom erfindungsgemäßen Wärmemengenzähler zwar nicht erfaßt, bedeuten jedoch gegenüber den Mietern keinerlei Ungerechtigkeit, da schwankende Grundwassertemperaturen alle Mieter im Hause gleich betreffen, nachdem die Versorgung der Kaltwasserzufuhr zum Boiler für alle Wohnungen die gleiche Ausgangsbasis hat. Hinzu kommt, daß die Grundwassertemperatur nur sehr unwesentlich je nach Jahreszeit 0,5 und 1,5°C schwankt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die Temperatur des entnommenen Wassers ("Rücklauftemperatur") einstellbar.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Wärmemengenzählers,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Multiplikation des Warmwasservolumens mit der Temperaturdifferenz, und

Fig. 3 eine grafische Darstellung des linearen Zusammenhangs zwischen Anzeige und entnommener Energiemenge.

Der erfindungsgemäße Wärmemengenzähler dient der Ermittlung derjenigen Wärmemenge, die durch den Wasserverbrauch innerhalb eines bestimmten Zeitraumes (z. B. 1 Jahr) einem Warmwasserversorgungsnetz entnommen wird. Zu bestimmen ist demnach die Größe

wobei Δ T = T _N - T _K
c: Proportionalitäts-Faktor
T _N: Warmwassertemperatur
T _K: Kaltwassertemperatur

Sowohl die Multiplikation als auch die Integration werden vorzugsweise digital ausgeführt wegen der Möglichkeit, preisgünstige Standardbausteine einzusetzen. Der folgenden Funktionsbeschreibung liegt das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zugrunde.

Die wesentlichen Funktionen der Schaltung sind:
- Messung der Temperaturdifferenz
- Messung des Volumens
- Multiplikation
- Integration
- Integration und Anzeige

I. Messung der Temperaturdifferenz

Zur Messung der Temperaturdifferenz Δ T wird ein IC 1 eingesetzt, der die Wassertemperatur in eine Frequenz umsetzt. Die am Meßpunkt MP 1 anstehende Frequenz ist also proportional der Temperaturdifferenz Δ T, um die die Warmwassertemperatur über der Grundwassertemperatur liegt:

f = c ₁(T _W-T _K) = c ₁ Δ T

Die Kaltwassertemperatur T _K kann über ein Justierpotentiometer P 1 eingestellt werden, die Konstante c ₁ hängt von der Beschaltung (R, C) des IC 1 ab. Der in der Schaltung eingesetzte Schaltkreis hat den Vorteil, daß er zwei Funktionen kombiniert: Erstens die Umwandlung der Temperaturdifferenz Δ T in eine dazu proportionale Spannung, zweitens die Umwandlung dieser Spannung in eine dazu proportionale Frequenz (U/f-Wandler). Der IC 1 arbeitet also als Temperaturfühler und U/f-Wandler. Der IC 1 ist zur korrekten Temperaturerfassung mit seinem Gehäuse in den Metallkörper des Wärmemengenzählers eingelassen.

II. Messung des Volumens

Als Maß für das Volumen wird vorzugsweise in an sich bekannter Weise die Anzahl der Umdrehungen des Flügelrades FR einer Wasseruhr benützt. Diese wird magnetisch auf einen Reedschalter RK übertragen, der im Takt der Flügelraddrehung schließt und öffnet (zwei Kontakte pro Umdrehung). Der Teiler 1 gibt nach jeweils 32 Kontakten einen Impuls ab, der die Entnahme einer Volumeneinheit dV Wassers anzeigt (Meßpunkt MP 2).

III. Multiplikation

Der vorzugsweise verwendete monostabile Multivibrator MMV 1 wird durch den Ausgangsimpuls des Teilers 1 angestoßen und erzeugt einen Impuls C konstanter Länge (vgl. Fig. 2). Dieser bewirkt zweierlei: Erstens schaltet er über den Transistorschalter S die Stromversorgung (U _B) an den IC 1. An dessen Ausgang erscheint dann eine Impulsfolge B, deren Frrequenz proportional zur Temperaturdifferenz Δ J ist. Zweitens schaltet der Impuls C nach einer Verzögerungszeit, die dem IC 1 das Einschwingen erlaubt, einen weiteren monostabilen Multivibrator MMV 2 ein. Der von diesem erzeugte Impuls D öffnet das UND-Gatter (Tor) für eine feste Zeit und läßt eine Anzahl Impulse passieren, deren Frequenz proportional der Temperaturdifferenz Δ T ist. Die Anzahl der durchgelassenen Impulse entspricht der pro Volumeneinheit entnommenen Wärmemenge dW = c Δ T dV. Die Produktbildung ist damit durch einen Zählvorgang ersetzt.

IV. Integration und Anzeige

Der unter III. beschriebene Vorgang wiederholt sich bei jedem weiteren Impuls D, so daß bei Entnahme jeweils einer Volumeneinheit dV eine Anzahl von Impulsen B, die dW proportional ist, über einen Teiler 2 in einen Zähler RZ gelangt und dort aufsummiert wird. Die Konstante c ₁ des IC 1, die Länge des Impulses und die Teilfaktoren der Teiler werden so aufeinander abgestimmt, daß die entnommene Energiemenge in geeigneten Einheiten (z. B. kWh) angezeigt wird. Die Integration erfolgt also durch Summierung.

V. Auflösung, Meßfehler und Stromverbrauch

Die Schaltung ist so eingerichtet, daß pro Energieeinheit sehr viele Impulse (ca. 2¹²) gezählt werden, damit die Auflösung gut wird. Erst nach Registrierung einer vollen Energieeinheit erhält der Treibertransistors vom Teiler 2 einen kurzen Zählimpuls, der das vorzugsweise mechanische Zählwerk (Rollenzählwerk RZ) um eine Einheit weiterschaltet. Da außerdem IC 1, der die Temperaturdifferenzerfassung und die Spannungs-Frequenzwandlung besorgt, ein Präzisionsbaustein ist, wird der Gesamtmeßfehler des Gerätes im wesentlichen durch den Linearitätsfehler der Wasseruhr bestimmt.

Zur Stromersparnis laufen nur die C-MOS-Bausteine im Dauerbetrieb. IC 1, der einen verhältnismäßig großen Strom aufnimmt, wird nur bei Bedarf über den Schalter S kurz eingeschaltet. Ebenso wird das Rollenzählwerk RZ jeweils nur bei Bedarf kurzzeitig an Spannung gelegt.

VI. Kalibrierung

Durch das Schaltungsprinzip ist ein linearer Zusammenhang zwischen Anzeige und entnommener Energiemenge gegeben. Zur Kalibrierung genügt daher die Einstellung zweier Werte: Nullpunkt und Steigung der Geraden, die den Zusammenhang zwischen Anzeige und entnommener Energiemenge darstellt. (vgl. Fig. 3).

Der Nullpunkt dieser Geraden wird durch das Potentiometer P 1 eingestellt (T _k), die Steigerung durch das Potentiometer P 2, das die Länge des Impulses D verändert. Wenn die durchgeflossene Wassermenge genau bekannt ist, kann mit P 2 ein evtl. vorhandener Proportionalitätsfehler der Wasseruhr mitberücksichtigt werden. Diese braucht also nicht separat kalibriert zu werden, jedoch bestimmt deren Linearitätsfehler maßgeblich die erreichbare Gesamtgenauigkeit.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine besonders bevorzugte Ausführungsform, und zwar hinsichtlich sämtlicher wesentlicher Komponenten. Dem Fachmann ist jedoch ohne weiteres geläufig, daß er anstelle der bevorzugt verwendeten Komponenten auch andere Einzelkomponenten verwenden kann, beispielsweise anstelle des Flügelradzählers einen Ringkolbenzähler oder einen induktiven Durchflußmesser, anstelle des elektrischen digitalen Rechenwerkes ein mechanisches Rechenwerk, anstelle des mechanischen Rollenzählwerkes einen elektronischen Zähler mit Flüssigkristall- oder Leuchtdioden-Anzeige, als Stromversorgung anstelle der hier gewählten Batterie einen Akku oder einen Netzanschluß, anstelle der hier gewählten Warmwassertemperaturerfassung ein Bi-Metall-Thermometer usw.

Claims

1. Gerät zum Messen und Anzeigen der während eines bestimmten Zeitraumes an einer bestimmten Zapfstelle einem Warmwasserversorgungsnetz entzogenen Warmwassermenge, mit einer Volumenmeßeinrichtung zum Messen des an der Zapfstelle entnommenen Warmwasservolumens, gekennzeichnet durch
- eine Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung (IC 1), die die Vorlauf-Temperatur (T _W) des durch das Gerät fließenden Warmwassers erfaßt, wobei die zur Temperaturdifferenz- Berechnung erforderliche Temperatur (T _K) des entnommenen Wassers ("Rücklauftemperatur") als fester Wert vorgegeben ist,
- eine Recheneinrichtung (MMV 1, MMV 2, IC 1, Tor) zum Berechnen der entnommenen Wärmemenge, im wesentlichen als Produkt des entnommenen Warmwasservolumens mit der gemessenen Temperaturdifferenz, und
- eine Speicher- und Anzeigeeinheit (RZ) zum Speichern und Anzeigen der entnommenen Wärmemenge.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperatur des entnommenen Wassers ("Rücklauftemperatur") die Grundwassertemperatur vorgegeben ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des entnommenen Wassers ("Rücklauftemperatur") einstellabr ist.