DE4421969A1 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der von einem Strömungsmittel an einzelne, von einer gemeinsamen Wärmeträgereinspeisung betriebenen, Wärmeverbraucher übertragenen Wärmemenge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der von einem Strömungsmittel an einzelne Wärmeverbraucher übertragenen Wärme­ menge mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeich­ neten Gattung sowie einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Das Strömungsmittel, in der Regel eine Flüssigkeit, hat dabei die Funktion des Wärmeträgers.

Bei den Wärmeverbrauchern handelt es sich in der Regel um Heizflächen oder Wärmetauscher, z. B. zur Brauchwassererwärmung die in unterschied­ lichsten Ausführungsformen in einer Heizungsanlage integriert sein können. Insbesondere in Heizungsanlagen von Mehrfamilienhäusern ist die Ermittlung der von einzelnen Wärmeverbrauchern oder wenigstens von einzelnen Wärme­ verbrauchergruppen (Wohnungseinheit aus der Heizungsanlage entnommenen und übertragenen Energie von Interesse, um eine verbrauchsabhängige Heiz­ kostenverteilung, die gesetzlich vorgeschrieben ist, durchführen zu können.

Die Bestimmung der anteiligen Wärmemengenübertragung (Q_i) an ein­ zelne Wärmeverbraucher (i) in einer Anordnung von Wärmeverbrauchern wird bekannterweise mit Hilfe verschiedener Verfahren durchgeführt. Hier sind an erster Stelle die als Meßgeräte arbeitenden Wärmezähler zu nennen, die über die Temperaturdifferenz von zu- und ablaufendem Strömungsmittel und direkt oder indirekt gemessenem Strömungsmitteldurchfluß die übertragene Wärme­ menge sehr genau ermitteln lassen. Keines der weiter unten beschriebenen Verfahren erreicht diese Genauigkeit. Die hierbei erforderlichen Messungen der Strömungsmitteltemperaturen ist einfach durchführbar. Nachteilig ist bei diesem Verfahren jedoch der Aufwand für die Durchflußmessung. Jeder Ver­ braucher muß mit einem eigenen Durchflußsensor ausgestattet sein. Neben den erheblichen Kosten ist eine derartige Installation auch mit entsprechender Wartung und Störanfälligkeit verbunden. Durch diesen Aufwand ist eine sol­ che Realisierung nur bei Zusammenfassung von mehreren Wärmeverbrauchern zu einer Gruppe, z. B. Wohneinheit, zu rechtfertigen. Eine derartige Zusam­ menfassung ist jedoch insbesondere bei einer Systemintegration bei älteren Leitungsnetzen nachträglich in der Regel nicht möglich. Aus diesem Grund werden bei vielen Verfahren, die jeden Wärmeverbraucher getrennt berück­ sichtigen, einzelne Größen vereinfacht gemessen bzw. durch das Ermitteln von physikalischen Ersatzgrößen ersetzt. Hierbei handelt es sich überwiegend um den Ersatz der aufwendigen Durchflußmessung.

In der DE 35 29 257 wer­ den zu diesem Zweck die gesamten Strömungsverhältnisse des Rohrnetzwer­ kes berechnet. Die gemessenen Stellungen der einzelnen Ventile der einzelnen Wärmeverbraucher werden mit Hilfe der Ventilkennlinien in diese Berechnun­ gen einbezogen. Eine Verteilung der Teilverbräuche ist dann mit Kenntnis des Gesamtverbrauches, der sich bei der Einspeisung in das Rohrnetz ermitteln läßt, möglich. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die baulichen Ausle­ gungsparameter der Netzstruktur vollständig bekannt sein müssen. Dies ist bei bestehenden älteren Leitungsnetzen in der Regel nicht gegeben. Selbst bei be­ kannten Parametern der Netzstruktur werden sich diese durch Alterung ändern und zunehmend zu Fehlmessungen führen. Diese werden durch sich zusetzende Teile des Rohrnetzes, insbesondere an Verbindungsstellen, verursacht. Hier­ von sind in besonderem Maße auch die Ventile und damit deren Kennlinien betroffen. Bei diesem Verfahren wird die, für die richtige Berechnung einer übertragenen Wärmemenge erforderliche Kenntnis über den Strömungsmit­ teldurchfluß, durch Messen der Hilfsgröße, "Ventilstellung", bestimmt. Bei an­ deren Verfahren werden weitere verfahrenstechnische Vereinfachungen durch­ geführt, wobei auf die eigentlichen Messungen der tatsächlich relevanten phy­ sikalischen Größen verzichtet wird und statt dessen physikalische Ersatzgrößen, wie Oberflächentemperaturen von Heizflächen usw., bestimmt werden. Hier­ unter sind sowohl die sogenannten Heizkostenverteiler nach dem Verdunstungs­ prinzip als auch die zunehmend eingesetzten elektronischen Heizkostenverteiler mit einem, zwei oder auch drei Temperaturfühlern zu verstehen. Der Verfah­ renstechnische Aufwand steht dabei in direktem Verhältnis zu den Kosten und der erreichbaren Genauigkeit. Diese Geräte werden mehr oder weniger ihrer Bezeichnung "Heizkostenverteiler" gerecht, da die mit Hilfe dieser Geräte er­ mittelten Verbräuche einzelner Wärmeverbraucher mehr oder weniger mit den tatsächlichen Verbräuchen korrelieren. Fehlereinflußgrößen sind hier falsch di­ mensionierte und falsch plazierte Geräte in Bezug auf den zu berücksichtigen­ den Wärmeverbraucher. Insbesondere bei Heizsystemen mit niederigen Vor­ lauftemperaturen führen die mit derartigen Heizkostenverteilern durchgeführ­ ten Kostenverteilungen systembedingt zu erheblichen Fehlern. Aktuell und zukünftig werden aber gerade Heizsysteme mit niederigen Strömungsmittel­ temperaturen, wie Fußbodenheizungen und Brennwertkesseln, eingesetzt. Die Heizkostenermittlung mit derartigen Heizkostenverteilern ist somit völlig un­ befriedigend bzw. unmöglich und wird offensichtlich nur deshalb akzeptiert, da bisher nur auf diese Weise mit vertretbarem Aufwand eine annähernde Ko­ stenverteilung überhaupt möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem zur Verfügung zu stellen, mit dem die Wärmeübertragung (Q_i) an einzelne Wärmeverbrau­ cher (i) auch tatsächlich bestimmt werden kann. Das Verfahren soll sowohl für Neuanlagen als auch zur Nachrüstung von schon bestehenden Anlagen geeignet sein. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß bei bestehenden Anlagen zwar der Rohrleitungsverlauf ermittelt werden kann, die genauen Auslegungs­ parameter jedoch unbekannt sind bzw. sich durch Alterung verändert haben. Die Ausführung soll weiterhin auch robust gegenüber weiteren Veränderungen im System, wie Alterung, sein und eine einfache Wartung ermöglichen. Es ist zusätzlich gefordert, daß das Verfahren vollständig automatisiert funktioniert und Fehler im System sowie Manipulationen detektiert werden können. Der gesamte Aufbau der Anordnung soll, insbesondere bei den Wärmeverbrauchern, durch bewährte und technisch einfache und ausgereifte Elemente ermöglicht werden.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird diese Auf­ gabe dadurch gelöst, daß in vorgegebenen Zeitintervallen (τ) die momentanen Wärmeträgerzuflußtemperaturen (T_Vi) und Wärmeträgerabflußtemperaturen (T_Ri) mindestens der Wärmeverbraucher gemessen werden, deren Ventil geöff­ net ist, und der ermittelte momentane Wärmeträgergesamtmassenstrom (_Σ) unter Berücksichtigung der Struktur des Leitungsnetzes und dem momentanen Zustand aller Ventile in die einzelnen Wärmeträgerteilmassenströme (_i) der einzelnen Wärmeverbraucher (i) aufgeteilt werden. Die einzelnen Ventile wer­ den hierzu ausschließlich in den Arbeitsstellungen "vollständig geöffnet" und "vollständig geschlossen" betrieben. Durch ein Identifikationsverfahren sind die funktionalen Zusammenhänge der einzelnen Wärmeträgermassenstromver­ teilungen zueinander für alle kombinatorisch möglichen Zustände von geöff­ neten und geschlossenen Ventilen und zulässigen Wärmeträgergesamtmassen­ ströme bekannt. Die jeweilige Wärmeträgermassenstromverteilung kann somit berechnet werden bzw. ist durch Vorabberechnung bekannt. Mit den damit er­ mittelten Wärmeträgerteilmassenströmen (_i) und den Wärmeträgerzufluß- (T_Vi) und Wärmeträgerabflußtemperaturen (T_Ri) kann unter Berücksichti­ gung der spezifischen Wärmekapazität (c) für jeden Wärmeverbraucher eine Teilwärmemenge (Q_{τ i} = (T_Vi-T_Ri)_i c τ) berechnet werden. Über die Be­ triebszeit akkumuliert und registriert, ergibt sich damit die an den Wärmever­ braucher i übertragene Wärmemenge (Q_i = ΣQ_{τ i}).

Man erreicht durch den ausschließlichen Betrieb der den Wärmever­ brauchern zugeordneten Ventile in den Stellungen "vollständig geöffnet" bzw. "vollständig geschlossen", daß sich definitive, quasistationäre Zustände ein­ stellen. Es gibt keine für den Betrieb relevanten Zwischenstellungen. Hierfür geeignete, elektrisch betätigte, Ventile werden von der Industrie in verschie­ denen Ausführungen zur Verfügung gestellt. Die sich im Betrieb einstellen­ den hydraulischen Widerstände der einzelnen Abschnitte des Rohrnetzes sind durch Identifikationsverfahren unter Vorgabe der Rohrnetzstruktur ermittel­ bar. Es werden somit nur Angaben über die Anordnung von Wärmeverbrau­ chern, Rohrverbindungen und Rohrverzweigungen zueinander benötigt, hinge­ gen nicht, wie bei anderen Verfahren, Auslegungsparameter wie Rohrlängen und/oder Rohrdurchmesser. Auch sind keine Angaben zu Ausführungen von Ventilen und Wärmeverbrauchern erforderlich. Dies ist äquivalent zu einem elektrischen Netzwerk, bei dem die Verschaltung der elektrischen Bauelemente bekannt, deren Kennwerte jedoch unbekannt sind. Die für jeden Wärmever­ braucher tatsächlich vorhandenen Wärmeträgerteilmassenströme _i, sind so­ mit in Abhängigkeit vom Wärmeträgergesamtmassenstrom _Σ und dem Zu­ stand der Ventile der n Verbraucher berechenbar. Alternativ können für die möglichen 2ⁿ Kombinationsmöglichkeiten von Auf-/Zu-Stellungen der Ventile der n Wärmeverbraucher für verschiedene im Betrieb relevante Wärmeträger­ gesamtmassenströme _Σ die Aufteilung auf die Wärmeträgergesamtmassen­ ströme m_i, vorab berechnet und in einer Tabelle abgelegt werden. Zur eigentli­ chen Durchflußbestimmung für die Wärmeverbraucher muß dann nur noch in Abhängigkeit vom Gesamtmassenstrom und dem Zustand der Ventile auf Tabel­ lenwerte zugegriffen werden. Um die für die Berechnung der Teilwärmemenge Q_{τ i} erforderliche Temperaturdifferenz zu ermitteln, werden die Zuflußtempe­ ratur (T_Vi) und die Abflußtemperatur (T_Ri) des Strömungsmittels unmittelbar am Wärmeverbraucher gemessen. Hierzu stehen ebenfalls Industrieprodukte zur Verfügung. Die wiederholten Messungen in Zeitintervallen τ ermöglichen schließlich eine, einer Integration entsprechenden, akkumulierenden Registrie­ rung der Teilwärmemenge Q_{τ i} über die Zeit (Q_i = ΣQ_{τ i}).

Eine Realisierungsmöglichkeit für die praktische Durchführbarkeit des Identifikationsverfahrens wird durch Anspruch 2 weiter ausgeführt. Das Ziel, die für die Berechnungen erforderliche Kenntnis über das Verhalten der hy­ draulischen Widerstände einzelner Leitungsabschnitte zu erhalten, wird durch gleichzeitige Messungen des Wärmeträgergesamtmassenstromes und Druck­ messungen am Wärmeträgerzufluß sowie Wärmeträgerabfluß durchgeführt. Diese Messungen müssen für alle 2ⁿ Kombinationsmöglichkeiten von offenen bzw. geschlossenen Ventilen durchgeführt werden. Weiterhin muß für jede dieser Kombinationsmöglichkeiten der Gesamtdurchfluß vom minimalen bis zum maximalen Wärmeträgergesamtmassenstrom variiert werden, um auch die Abhängigkeit der Druck-/Durchflußverhältnisse, respektive der hydrauli­ schen Teilwiderstände, vom Durchfluß selbst zu ermitteln. Die Durchführung des gesamten Verfahrens wird zweckmäßigerweise durch einen Prozeßrechner oder Mikrorechner mit Hilfe eines Algorithmus gesteuert. Mit der Vorgabe eines Modells für das Gesamtsystem, welches auf der Rohrnetzstruktur ba­ siert, können dann die Parameter diese Modelles berechnet, d. h. identifiziert werden.

Das beschriebene Verfahren kann somit, wie in Anspruch 3 angeführt, insbesondere zur Heizkostenverteilung in Zweirohr-Warmwasserheizungen ein­ gesetzt werden. Die überwiegende Anzahl von Zentralheizungssystemen sind als Zweirohr-Warmwasserheizungen realisiert.

Eine Anwendung auf Zentralheizsysteme, gemäß Anspruch 4, die nach dem Prinzip der Einrohr-Warmwasserheizung aufgebaut sind, ist ebenfalls un­ eingeschränkt möglich, wenn hier die Ventile, wie in derartigen Anlagen üblich, als Bypassventil ausgeführt sind und gewährleisten, daß der Heizmittelstrom einen Wärmeverbraucher entweder insgesamt durchfließt oder insgesamt um­ fließt.

Anspruch 5 beschreibt als Konsequenz der Ansprüche 3 und 4 die be­ liebige Kombination des Rohrnetzwerkes aus Anteilen von Zweirohr- und Einrohr-Heizungsanlagen.

Die grundsätzlich gegebenen bei den Möglichkeiten der Wärmeträgerge­ samtstrommessung (_Σ) sowohl im Wärmeträgerzu- als auch Wärmeträger­ abfluß wird in Anspruch 6 angeführt. Diese Durchflußmessung kann sowohl direkt als auch indirekt, zum Beispiel mit Hilfe des gemessenen Energiever­ brauches einer ohnehin vorhandenen Pumpe unter Berücksichtigung der spe­ zifischen Pumpenkennlinie, ermittelt werden.

Mit Hilfe von in der Leistung steuerbaren Pumpen wird gemäß Anspruch 7 bewirkt, daß einerseits beliebige, für das Identifikationsverfahren erforderli­ che, Wärmeträgergesamtdurchflüsse (_Σ) eingestellt werden können und ande­ rerseits die für den Betrieb erforderliche Umwälzarbeit für das Strömungsmittel aufgebracht wird.

Den laufenden stetigen Änderungen des gesamten Systems durch Alte­ rung und Verschleiß wirkt das Verfahren nach Anspruch 8 entgegen. Hier­ nach wird der Identifikationsprozeß in bestimmten Abständen automatisch wiederholt. Dies bedeutet, daß die Parameter des Rohrnetzwerkes ständig aktualisiert werden und die dauerhafte Genauigkeit des gesamten Verfahrens gewährleistet wird und durch Alterung und Verschleiß unbeeinflußbar ist. Diese Identifikationsprozesse können auf mehrere Teilprozesse zeitlich aufgeteilt sein, so daß diese zeit gleich mit dem eigentlichen bestimmungsgemäßen Heizbetrieb möglich sind. Die hierzu zeitweise in anderen Funktionen zu betreibenden Ventile, als dies von der Heizsituation gefordert ist, also "zu" statt "auf" und "auf" statt "zu", wirken sich nicht nachteilig aus, da insbesondere Heizsysteme bezüglich der regelungstechnischen Betrachtung träge sind.

Anspruch 9 beschreibt weitere Druckmessungen an Zu- und Abfluß der Wärmeträgereinspeisung auch während des Betriebes. Mit den durch die Identifikation bekannten Parametern des Rohrnetzwerkes und der Kenntnis von geöffneten und geschlossenen Ventilen wird eine Simulation betrieben, die Werte für die Drücke an Zu- (p*_{V Σ}) und Abfluß (p*_{R Σ}) der Wärmeträgereinspei­ sung berechnet. Diese simulierten Werte werden dann mit den tatsächlichen Werten (p_{V Σ}, p_{R Σ}) verglichen und lassen gegebenenfalls auf Fehler im System, wie z. B. nicht mehr vollständig schließende Ventile oder reduzierte Durchflüsse durch verdreckte Ventile, schließen. Weiterhin sind hierdurch Manipulationen am System oder Änderungen allgemeiner Art erkennbar.

Diese Simulation, die zunächst auf die Druckverläufe bezogen ist, wird in Anspruch 10 erweitert. So können durch zusätzliche Modellbildung und entsprechende Identifikation von erweiterten Modellparametern auch Si­ mulationen für den Temperaturverlauf (T*_Vi, T*_Ri) von Strömungsmittelzu- und Strömungsmittelablauf an den Wärmeverbrauchern durchgeführt wer­ den. Diese simulierten Werte können dann wiederum mit den tatsächlichen Meßgrößen (T_Vi, T_Ri) verglichen werden und mit dem Ziel Fehler und/oder Manipulationen im Gesamtsystem zu erkennen, ausgewertet werden.

Die Ventile der Wärmeverbraucher, die bisher nur zur Wärmeverteilung und dem Identifikationsprozeß verwendet wurden, sollen gemäß Anspruch 11 auch zur Regelung der mit dem jeweiligen Wärmeverbraucher betriebenen Ein­ heit, wie z. B. Wohnraum, Wärmetauscher usw., verwendet werden. Neben der Weiterleitung der durch entsprechende Signale bewirkten Ansteuerung an die Registriereinheit zur Ermittlung der Wärmeabgabemengen ist es wichtig, daß der Zugriff auf die Ventile durch den Identifikationsprozeß Vorrang vor dem der Regler besitzt.

Anspruch 12 bezieht sich auf eine mögliche Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Dabei wird eine zentrale Auswerteeinheit, die mit einem Mikrorechner ausgestattet ist, eingesetzt, die an zentraler Stelle, vorzugsweise in Nähe der Wärmeträgereinspeisung, angeordnet wird. An diese Auswerteeinheit werden die Signale der Wärmeträgerzu- und Wärmeträger­ abflußtemperaturen sämtlicher n Wärmeverbraucher geleitet. Die Auswer­ teeinheit stellt dann die Stellsignale für die Ventile der Wärmeverbraucher zur Verfügung. Gegebenenfalls werden auch die Signale von Temperatur­ reglern bzw. Temperatursensoren, wenn eine Temperaturregelung zusätzlich durch diese Auswerteeinheit realisiert ist, an diese Auswerteeinheit geführt. Weiterhin werden die Druckmessungen (p_{V Σ}, p_{R Σ}) der Wärmeträgereinspei­ sung an die Auswerteeinheit geführt und die Pumpe oder Pumpen durch die Auswerteeinheit angesteuert. Die notwendigen Berechnungen zur Auftei­ lung des Wärmeträgergesamtmassenstromes (_Σ) auf Wärmeträgerteilmas­ senströme (_i) und die Zuordnung zu einzelnen Wärmeverbrauchern wird mit einem in dem Mikrorechner ablaufenden Programm durchgeführt. Dieses Pro­ gramm dient weiterhin der Durchführung und Auswertung des Identifikations­ prozesses und schließlich der Zuordnung und Registrierung der Heizkosten zu einzelnen Wärmeverbrauchern oder Wärmeverbrauchergruppen.

Wie in Anspruch 13 aufgezeigt, kann der in der Anordnung verwendete Mikrorechner mit Steuereingängen versehen sein, an die Signale von Tempera­ turreglern geführt werden. Diese Temperaturregler dienen der Steuerung der Wärmeabgabe der einzelnen Wärmeverbraucher, z. B. mit dem Ziel, in ei­ ner zu beheizenden Umgebung eine konstante Temperatur zu erhalten. Diese Temperaturregler können auch in dem Mikrorechner mit integriert werden, so daß nur noch Temperatursensoren mit dem Mikrorechner verbunden werden müssen. In beiden Fällen übernehmen die Ventile dann auch die Funktion der Stellglieder in dem dann realisierten Regelkreis.

Die indirekte Messung des Wärmeträgergesamtmassenstromes ( _Σ) mit Meßgeräten, die den Volumenstrom (_Σ) messen, ist eine Kompensation über eine Temperaturmessung des Strömungsmittels möglich.

Die Anordnung gemäß Anspruch 15 stellt eine Möglichkeit zur Instal­ lation dar. Die Ausführung der Leitungsführung als Bussystem vereinfacht die Installation erheblich. Insbesondere können in der Regel, bezogen auf ei­ nen Wärmeverbraucher, das Stellsignal für das Ventil und die Meßsignale der Temperatursensoren für den Wärmeträgerzufluß T_Vi und den Wärmeträger­ abfluß T_Ri und eines Sensors für die Umgebungstemperatur, mit einem Kop­ pelinterface auf ein Bussystem aufgeschaltet werden. Es entfallen dann die, sonst mit Einzelverbindungen aufzubauende, Anbindung. Mit den Sensoren bzw. Ventilen kann durch entsprechende Adressierung und Detektion in den Koppelinterfaces selektiv kommuniziert werden.

Mit Anspruch 16 ergibt sich ein Verfahren, welches die Verwendung der beschriebenen Anordnung zum hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage ermöglicht. Dies betrifft die Neuinstallation einer Heizungsanlage, insbeson­ dere aber die Modernisierung bestehender Anlagen bzw. den Austausch einzel­ ner Komponenten einer Heizungsanlage. Durch die Möglichkeit, alle Wärme­ verbraucher mit dem Mikrorechner einzeln ein- bzw. auszuschalten, kann mit einer Fernbedienung für diesen Mikrorechner, für die z. B. auch das zuvor genannte Bussystem mitverwendet werden kann, diese Möglichkeit an jeder Örtlichkeit, an der sich Wärmeverbrauchern befinden, genutzt werden. Dies ist von großer Bedeutung, da sich in der Regel direkt an den Wärmeverbrau­ chern manuell zu justierende Drosselventile befinden, deren Abstimmung für ein einwandfreies Funktionieren der Gesamtanlage erforderlich ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 allgemein die im Zusammenhang mit der übertragenen Wärme­ menge interessierenden physikalischen Größen an Wärmeverbrauchern,

Fig. 2 eine mögliche Ausführung für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit den in Fig. 1 aufgezeigten physikalischen Größen am Wärmever­ braucher läßt sich der übertragene Wärmeverbrauch über die Beziehung

Q = ∫(T_V-T_R) c dt ≈ Σ(T_V-T_R) c τ

und gegebenenfalls

= _{ρ | TR}

berechen. Hierbei ist zu beachten, daß zwar für die grundsätzliche Berechnung die Temperaturdifferenz (ΔT) genügt. Da es sich jedoch bei den überwiegend zur Verfügung stehenden Durchflußmessern nicht um Geräte zur Massenstrom­ messung () sondern um Geräte zur Volumenstrommessung () handelt, ist eine Korrekturrechnung für die richtige Berechnung des Massenstromflusses unter Berücksichtigung der Dichte ρ für die am Durchflußmesser bestehende Temperatur T_R erforderlich. Aus diesem Grund ist die getrennte Verarbeitung der Temperatursignale von T_V und T_R vorzuziehen.

Die Ausführung in Fig. 2 ist zunächst durch eine Aufteilung in die vier Gruppen I, II, III und VI gemäß der Zugehörigkeit der Einzelkompo­ nenten der gesamten Anordnung gekennzeichnet. Gruppe I stellt hierbei die Komponenten zur Energieerzeugung dar. Diese ist hier beispielsweise durch einen Heizkessel 11 mit Wärmezufuhr durch einen Brenner 12 gegeben. Es muß sich jedoch nicht um die Versorgung durch einen separaten Kessel han­ deln, sondern auch die Energiezufuhr durch einen Strang eines übergeordne­ ten, größeren Heizsystems ist möglich. Hierbei ist insbesondere auch die Ver­ sorgung durch Fernwärme zu verstehen. Zur Wärmeträgereinspeisung in das Rohrnetzsystem über die Verbindungen 27 und 28 sind die Komponenten der Gruppe II erforderlich. Die steuerbare Pumpe 26 ist zur Aufrechterhaltung des, je nach Zustand der Ventile 32 und 33 der Wärmeverbraucher 38, für den Betrieb erforderlichen Strömungsmitteldurchflusses erforderlich. Weiter­ hin werden mit dieser bestimmte Betriebspunkte für den Identifikationsprozeß angefahren. Der Durchflußmesser 25 wird zur Bestimmung des Wärmeträger­ gesamtmassenstromes eingesetzt. Der Temperatursensor 22 bzw. 24 wird zur Messung der Wärmeträgerzulauftemperatur bzw. Wärmeträgerablauftempe­ ratur verwendet. Die Durchmessungen an der Einspeisung zum Rohrnetzwerk werden für den Zulauf mit dem Sensor 21 und für den Ablauf mit dem Sensor 23 durchgeführt. Unter Gruppe III sind alle Komponenten des Rohrnetz­ werkes zu verstehen. In Fig. 2 sind zwei Wärmeverbraucher 38 angege­ ben. Der im oberen Teil eingezeichnete Verbraucher repräsentiert von seiner Integration in das Rohrnetzwerk die Struktur einer Zweirohr- Heizungsanlage und der Verbraucher im unteren Teil die einer Einrohr-Heizungsanlage. Die Wärmeträgerzufuhr erfolgt über das Ventil 32 bzw. über das Bypass-Ventil 33. Mit Sensor 34 wird die Temperatur am Zufluß und mit Sensor 35 die Temperatur am Abfluß gemessen. Über Temperatursensor 36 kann die Um­ gebungstemperatur der mit dem Wärmeverbraucher 38 versorgten Umgebung ermittelt werden. Die Eingabevorrichtung 37 ermöglicht die Vorwahl einer gewünschten Umgebungstemperatur. Sämtliche Sensorsignale sowie das Stell­ signal für die Ventile sind über ein Interface 31 an ein Bussystem 47 gekoppelt. Im Bereich IV schließlich sind die Komponenten zur Steuerung und Auswer­ tung des Verfahrens angeordnet. 40 beschreibt die zentrale Auswerteeinheit, die auch den Mikrorechner beinhaltet. Über den Bus 47 wird die Kommu­ nikation mit Sensorik und Aktorik des Rohrnetzwerkes bewirkt. Weiterhin werden die Sensorsignale der Gruppe II verarbeitet und die Stellsignale für diese Gruppe erzeugt. Die Steuerung der Wärmeerzeugung in Gruppe I wird ebenfalls bewirkt. Die Komponente 41 ist als Eingabeeinheit ausgeführt, so daß erforderliche Befehle an die Anlage übergeben werden können. Zur weite­ ren Kommunikation und interaktiven Bedienung dient die Ausgabeeinheit 42, mit der auch die aktuellen Wärmeverbrauchseinheiten der einzelnen Wärme­ verbraucher dargestellt werden können. Die mit Komponente 43 beschriebene Uhr wird zur Echtzeitsteuerung verwendet und ermöglicht die Zuordnung von Störungen zu Zeitpunkten deren entstehen. Erweiterungen durch dokumen­ tierende Ausgabegeräte 44 und Kommunikationseinheiten 45 zur Steuerung und Wartung der Anlage durch übergeordnete Leitstellen oder Fernübertra­ gung der Wärmeverbrauchseinheiten mit z. B. Modems 46 sind möglich.

Claims (16)

1. Verfahren zur Ermittlung der Wärmemengenabgabe von über eine Zufluß- und eine Abflußleitung angeordneten wärmeträgerdurchströmten Wärmever­ brauchern mit Ventil, bei welchem die Struktur des Leitungsnetzes, die momen­ tane Stellung der Ventile, die momentanen Temperaturen von Wärmeträgerzu- und Wärmeträgerabflüssen und der momentane, von der Wärmeträgerein­ speisung gelieferte, Wärmeträgergesamtmassenstrom zur Ermittlung der über die Betriebszeit von einzelnen Wärmeverbrauchern übertragenen Wärme­ mengen ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgege­ benen Zeitintervallen (τ) die momentanen Wärmeträgerzuflußtemperaturen (T_Vi) und Wärmeträgerabflußtemperaturen (T_Ri) mindestens der Wärmever­ braucher gemessen werden, deren Ventil geöffnet ist, und der, durch Mes­ sung an der Einspeisung des Wärmeträgerstromes, ermittelte momentane Wärmeträgergesamtmassenstrom (_Σ) unter Berücksichtigung der Struktur des Leitungsnetzes und dem momentanen Zustand aller Ventile, die aus­ schließlich in den Arbeitsstellungen auf und zu betrieben werden, in ein­ zelne Wärmeträgerteilmassenströme (_i) der einzelnen Wärmeverbraucher (i) aufgeteilt werden, wobei die Wärmeträgermassenstromverteilungen für alle möglichen Zustände von geöffneten und geschlossenen Ventilen und zulässigen Wärmeträgergesamtmassenströme durch ein Identifikationsverfahren bekannt sind oder die funktionalen Zusammenhänge durch ein Identifikationsverfahren bekannt sind, so daß die Wärmeträgermassenstromverteilung berechnet wer­ den kann, und daß aus den somit bekannten Wärmeträgerteilmassenströmen und den Wärmeträgerzufluß- und Wärmeträgerabflußtemperaturen für jeden Wärmeverbraucher eine Teilwärmemenge (Q_{τ i} = (T_Vi-T_Ri)_i c τ) berechnet und über die Betriebszeit aufsummiert und registriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Iden­ tifikationsverfahren an der Wärmeträgereinspeisung Druckmessungen im Wärmeträgergesamtzufluß (p_{V Σ}) und -abfluß (p_{R Σ}) in Abhängigkeit von ein­ zustellenden Wärmeträgergesamtmassenströmen (_Σ) und allen möglichen, durch einen Algorithmus gesteuerten, Kombinationen von Auf- und Zu-Stel­ lungen der einzelnen Ventile durchgeführt werden und somit die Zusam­ menhänge zwischen Wärmeträgermassenstrom und Druckabfall der einzelnen Leitungsnetzabschnitte identifiziert werden können, so daß die Parameter der warmeträgermassenstromabhängigen Strömungsverluste für eine rechnerische Wärmeträgermassenstromaufteilung für beliebige Kombinationen von Auf- und Zu-Stellungen der einzelnen Ventile zur Verfügung stehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struk­ tur des Leitungsnetzes als Zweirohr- Warmwasserheizung gegeben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struk­ tur des Leitungsnetzes als Einrohr-Warmwasserheizung gegeben ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des Leitungsnetzes als Kombination von Einrohr- und Zweirohr-Warmwasserheizung gegeben ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgergesamtmassenstrom (_Σ) im Wärmeträgergesamtzufluß oder Wärmeträgergesamtabfluß gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für den bestimmungsgemäßen Betrieb und die Durchführung des Identi­ fikationsprozesses erforderlichen Wärmeträgergesamtmassenströme (_Σ) mit einer oder mehreren steuerbaren Pumpen bewirkt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Identifikationsprozeß zyklisch wiederholt wird, so daß das Verfahren bezüglich des Gesamtsystems adaptiv ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß während der Wärmemengenabgabenmessungen durch den Vergleich von Druckmessungen (p_{V Σ}, p_{R Σ}) der Wärmeträgereinspeisung mit Drücken (p*_{V Σ}, p*_{R Σ}), die durch die ermittelten wärmeträgermassenstromabhängigen Strömungsverluste und den Zustand der einzelnen Ventile durch Simulation berechnet werden können, Fehler im System sowie Manipulationen und Ände­ rungen im Gesamtsystem ermittelbar sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmemengenabgabenermittlung das gesamte System der Wärmeverbraucher mit einem Simulator so simuliert wird, daß mindestens für die zur Wärmemengenabgabenermittlung gemessenen Meßgrößen (T_Vi, T_Ri) auch Simulationswerte (T*_Vi, T*_Ri) bestimmt werden, so daß diese mit den Meßgrößen zum Zweck von Fehlererkennungen und Manipulationen im Sy­ stem verwendet werden können.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Ventile auch als Stellglieder für Temperaturregelungen der durch die Wärmeverbraucher beheizten Einrichtungen bzw. Umgebungen verwendet werden, wobei aber eine priorisierte Bedienung durch den Identi­ fikationsprozeß gewährleistet ist und die Stellungen der Ventile (Auf/Zu) zur Bestimmung der Wärmeträgermassenstromverteilung vom Meßsystem regi­ striert werden.

12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, nach einem der An­ sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zentrale Aus­ werteeinrichtung, die mit Signalen von Wärmeträgerzuflußtemperaturmessun­ gen (T_Vi), Wärmeträgerabflußtemperaturmessungen (T_Ri) und den Druckmes­ sungen (p_{V Σ}, p_{R Σ}) der Wärmeträgereinspeisung beaufschlagbare Eingänge, Ausgänge zur Steuerung der Ventile und weiterhin eine Einrichtung zur Er­ mittlung des momentanen Wärmeträgergesamtmassenstromes (_Σ) durch das Leitungsnetz aufweist sowie einen Mikrorechner mit einem Programm zur Be­ stimmung der Wärmeträgerteilmassenströme (_i) der einzelnen Wärmever­ braucher (i), einem Programm zur Durchführung des Identifikationsprozes­ ses und einem Programm zur Bestimmung von Teilwärmemengen (Q_{τ i}) aus dem Produkt von Wärmeträgerteilmassenstrom (_i), Wärmekapazität c, Zeit­ intervall (τ) und der am Wärmeverbraucher bestehenden Temperaturdifferenz (T_Vi-T_Ri) sowie zur Aufsummierung und Registrierung dieser Teilwärmemen­ gen (Q_{τ i}) über die Betriebsdauer, enthält.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro­ rechner über Signale von Temperaturreglern beeinflußt werden kann bzw. selbst Temperaturregler beinhaltet, so daß die Ventile zusätzlich die Funk­ tion von Stellglieder für eine Temperaturregelung ermöglichen.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des momentanen Wärmeträgergesamtmas­ senstromes (_Σ) als Volumenstrommeßgerät (_Σ) ausgebildet ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den einzelnen Ventilen und Sensoren und der Auswerteeinheit als Bussystem ausgeführt sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere der Identifikationsprozeß als Hilfsmittel für den hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage verwendet wird.