Verfahren zur Bestimmung einer in einem bezw. von einem Flüssigkeitskreislauf aufgenommenen oder abgegebenen WÏrme- oder KÏltemenge.
Die bisher zur Messung des Wärmever- brauches von Heisswasser-Eeiizungsa. nlagen verwendeten Wärmemengenmesser bestehen im Prinzip aus zwei Messgeräten, wovon durch das eine die umlaufende Wassermenge G und vou dem andern die zwischen Vor und Rücklauf bestehende Temperaturdiffe- renz zIt gemessen wird. Dureh eine weitere Vorrichtung wird schliesslich die Wärme- menge Q durch Bildung des Produktes aus G. At erfa¯t und mittels Anzeige- oder RegistriergerÏten bezw. Zählwerken festgehal- ten.
Bei gerin, Strömungsgeschwindigkeit sind aber die Messkräfte der Wassermengen- messer, insbesondere mit Düsen oder Stau rändern, so klein, da, ss dadurch die Genauig- keit der Messung wesentlich beeinträchtigt wird. Auch bei Verwendung von Flügelrad wassermessern oder Wassermessern mit Stauklappen lässt die Me¯genauigkeit bei schwa- cher Zirkulation stark zu w nschen brig.
F r Schwerkraftheizungen scheiden derartige Systeme wegen des beträchtlichen Widerstandes im allgemeinen überhaupt aus.
Diese den bekannten Wärme-bezw.
KÏltemengen-Me¯verfahrenanhaftenden MÏngel werden bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren dadurch vermieden, da¯ die WÏrme- bezw. KÏltemenge lediglich aus Temperaturmessungen bestimmt wird. Die mit wesentlichen Fehlerquellen behaftete Messung der Wassermenge kommt daher in Wegfall.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, da¯ ein Wärmeaustausch zwi- schen dem Vorlauf- und dem R cklaufstrom in einem Wärmeaustauscher mit in ihrer Grosse bekannter Austauschfläche und bekannter Wännedurchgangszahl herbeigeführt und die zwischen den beiden Str¯men bestehende Temperaturdifferenz und der Tem peraturabfall oder-anstieg eines Stromes im Wärmeaustauseher gemessen wird.
F r die in einer Heizungsanlage abgegebene WÏrmemenge gilt die Beziehung
Q = k. F. a2/b in kcal/h (1)
Da im Zustand der Beharrung b = c ist, so gilt auch :
Q = k. F. a2/ - (2) c wol) ei bedeutet :
Q = Wärmeverbraueh in kcal pro Stunde k = Wärmedurchgangszahl im Austauscher in kcal/m2 ¯C h F = Heizfläche zwischen Vor-und Rücklaufstrom im Austauscher in m2
EMI2.1
<tb> t1 <SEP> = <SEP> Eintrittstemperatur <SEP> des <SEP> Vorlaufstromes <SEP>
<tb> t2 <SEP> = <SEP> Austrittstemperatur <SEP> des <SEP> Vorlaufstromes
<tb> t3 <SEP> = <SEP> Eintrittstemperatur <SEP> des <SEP> R cklaufstromes <SEP> gemessen <SEP> an <SEP> dem <SEP> WÏrmeaustauscher
<tb> t4 <SEP> = <SEP> Austrittstemperatur <SEP> des <SEP> R cklaufstromes
<tb> a = t1=t2/2-t3+t4/2= Differenz der mittleren
Temperaturen des Vor- und
R cklaufstromes im Austauscher in ¯C b = t1-t2 = Temperaturabfall des Vorlaufstromes im Auetauscher in ¯C c = t3-t4 = Temperaturanstieg g des Rüeklaufstromes im Austauscher.
Die Gleichungen (l) und (2) sind wie folgt a. bgeleitet :
Q = G. (t1-t4) ) q = WÏrmeflu¯ im Austauscher
EMI2.2
q ==G.(-)(5) t1 - t4 = t2 - t3 (6)
Da ferner gesetzt werden kann : =1--(7) b = c (8) folgt:
G = k. F . a/b oder = k. F . a/c (9)
Q = k.
F. a2/b oder = k.F.a2/c (10)
Die beiden Gleichungen (9) und (10) gelten f r Wasser strentg genommen nur f r den Temperaturbereich von 0-100 C, in welchem die wahre spezifische WÏrme des Wassers gleieh I ist, Sie weisen aber auch bei h¯heren Temperaturen eine fiir praktische Zwecke ausreichende Genauigkeit auf, da in dem fiir Wärmemessungen in Betracht kommenden Temperaturbereich sich die spe zifische Wärme des Wassers ber 100 C nur wenig verändert ; zudem kann diesem Umstand bei der Festsetzung der Konstan- ten k. Rechnung getragen werden.
Es kann vorteilhaft eein, durch den Wärmeaustauscher nicht den ganzen Vorlauf-und Rüeklaufstrom hindurchzuleiten, sondern vom Vorlauf und Rucklauf Teilstrome, die zweckmässigerweise gleich gro¯ sind, abzuzweigen und mur zwischen diesen beiden Teilstr¯men den WÏrmeaustausch herbeizuführen. Kennt man das Mengenver- hältnia des Teilstromes zum gesamten Vor- lauf bezw. Rüoklaufstrom, so lässt sich durch einfache Umrechnung aus der Messung die gesamte abgegebene Wärmemenge bestimmen.
Die Wärmedurchgangszahl ist bekanntlich mit der Waasergeschwind. igkeit ver- Ïnderlich, und zwar weil die WÏrme bergangszahl vom Wasser an einer Wand sich mit zunehmender Geschwindigkeit Ïndert.
Bei geringen Geschwindigkeiten ist diese ¯nderung praktisch ohne Bedeutung. Es ist daher zweckmässig, die Wasserdurchlauf- querschnitte des Wärmeaustauschers eo zu bemessen, dass bei den auftretenden Strö- mungsgeschwindigkeiten die Wärmeüber- gangszahl annÏhernd gleich bleibt. Es besteht auch die ie M¯glichkeit, einen Teil des Vorlauf- und R cklaufstromes an dem Wärmeaustauscher vorbeizuleiten, wenn bei zu grosser Strömungsgeschwindigkeit die WÏrme übergangszahl sich zu stark Ïndern w rde.
Die erfindungsgemässe Einrichtung be notigt also im äussersten Falle lediglich drei Temperaturmessstellen (bezw. vier Tempera turmessetellen, wenn für Eontrollmessungen auBer tl, t2 und t3 auch t4 gemessen werden soll). Die Temperaturmessung erfolgt am zweckmässigstenmittelszweierThermo- elemente, durch welche die beiden Temperaturdifferenzen a und b bezw. a und c direkt gemessen werden können. Um mit kleinen WÏrmeaustauschern auszukommen, empfiehlt es sich, mehrfaeh in Serie geschaltete Thermoelemente zu verwenden. Die Messung kann aber auch mit Quecksilberthermometern oder andern Temperaturme¯gerÏten vorgenommen werden.
Ausser den bereits erwähnten'Vorteilen der grösseren Genauigkeit des Verfahrens hat die erfindungsgemässe Einrichtung noch eine ereitere Reihe von Vorteilen : Der Widerstand der Einrichtung kann so gering gemacht werden, dass er die Strömung praktisch nicht beeinflusst. Die Messungen k¯nnen in einfachster Weise mittels Thermo- elementen durchgef hrt werden, die eine Fernanzeige auf grosse Entfernung ohne weiteres erm¯glichen. Der EinfluB der Temperatur, der Umgebung auf die Me¯genauigkeit kann völlig ausgeschaltet werden.
Die Bestimmung der Wärmemenge kann in der Weise durchgeführt werden, dass aus den graphisch aufgezeichneten Temperatur- differenzen in bekannter Weise über den gewünschten Zeitabschnitt die Mittelwerte aus den Diagrammen bestimmt werden, worauf dann die abgegebene Wärmemenge nach den oben ange."ebenen Formeln berechnet wird.
Die Berechnung kann natürlich durch Dia gramme oder Tabellen, aus denen die WÏrme menue bei gegebenen Temperaturdifferenzen abgelesen werden kann, ersetzt werden.
Es ist auch möglich, eine Anzeigevorrichtung, sowie ein Rebistrier-oder Zähl- werk zu verwenden, bei dem die Wärmemenge unmittelbar an. gegeben wird. Die Eonstruktion der Anzeige-, Registrier-und ZÏhlvorrichtungen kann mit bekannten Mit teln, wie Kurvenführungen oder mit elektri- schen Mitteln, ausgef hrt werden.
Das Messverfahren kann ganz allgemein bei allen Flüssigkeitskreisläufen angewendet werden, und zwar sowohl bei Eeiz-als auch bei Kühlanlagen, sofern als Wärme-bezw.
EäJteträger eine Flüssigkeit verwendet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens geeig- neten Einrichtungnach der Erfindung ist in beiliegender Zeichnung dargestellt, und zwar handelt es sikh um eine Einrichtung, durch die die in einer Heizungsanlage abgegebene Wärmemenge ermittelt werden soll. Mit A ist der Hei¯wasserkessel bezeichnet. Durch den WÏrmeaustauscher B, dessen. AustauschflÏche mit F bezeichnet ist, wird der Vor laut-und der Rücklaufstrom geführt. Der Vorlaufstrom gibt durch die FlÏche F Wärme an den R cklaufstrom ab. Hinter dem Austauscher ist ein Ausdehnugsgefϯ D an dem Vorlauf angeschlossen. Die WÏrmeverbraucher sind mit E bezeichnet.
DerFlüssigkeitsdurchgangsquersohnittdes Wärmeaustauschers jB wird so bemessen, dass in diesem nur so grosse Strömungsgeschwin- digkeiten auftreten, dass sowohl bei minimalem als auch maximalem Durchflu¯ der Wärmeaustausch bei praktisch konstanter Wärmedurchgangszahl k erfolgt. Der Ge- samtquerschnitt des Wärmeaustauschers wird zweckmässigerweise so unterteilt, dass in diesem der Vor-und R cklauf annähernd gleiche Geschwindigkeiten aufweisen, wobei es gleichgültig ist, wie die Strömungen des Vor-und Rücklaufes im Austauscher zu einander gerichtet sind ; also ob beispiels weise Gleich-, Gegen-oder Kreuzstrom herrscht.
Die Trennungsfläche F wird nur so gross bemessen, dass durch den Wärmeaustausch vorlauf-bezw. Tücklaufseitig ein für die Messung ausreichender TemperaturabfaII bezw. Temperaturanstieg folgt. Eine zweckmϯige Anordnung derTren- nmngsfläche F ist beispielsweise bei einem Wärmeaustauscher vorhanden, bei welchem eine Teilstrecke der Vorlaufleitung von der Rücklaufleitung oder auch umgekehrt konzentrisch eingeschlossen wird, also die beiden über diese Teilstrecke erweiterten Leitungen eine gemeinsame Rohrachse besitzen.
Die Oberfläche der innern Rohrleitung bildet in diesem Falle die Wärmeaustauschfläche F Um auch bei sehr geringer Strömungs- geschwindigkeit eine mögliehst hohe Messgenauigkeit zu erzielen, ist der WÏrmeaus tauscher gegen äussere Wärmeverluste. wirksam zu isolieren.