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.
Method for determining a bezw in a. Amount of heat or cold absorbed or given off by a fluid circuit.
Previously used to measure the heat consumption of hot water heating systems. The heat meters used in systems basically consist of two measuring devices, one of which measures the circulating water volume G and the other the temperature difference between the flow and return. Finally, by means of a further device, the amount of heat Q is detected by the formation of the product from G. At and, respectively, by means of display or registration devices. Counters recorded.
At low flow velocities, however, the measuring forces of the water flow meter, especially with nozzles or dam edges, are so small that the accuracy of the measurement is significantly impaired. Even when using vane water meters or water meters with baffle flaps, the measurement accuracy leaves a lot to be desired in the case of weak circulation.
Such systems are generally ruled out for gravity heating systems because of the considerable resistance.
This the well-known heat or.
Defects adhering to the cold quantity process are avoided in the process forming the subject matter of the invention in that the heat or The amount of cold is only determined from temperature measurements. The measurement of the amount of water, which is associated with significant sources of error, is therefore no longer necessary.
The inventive method consists in bringing about a heat exchange between the flow and return flow in a heat exchanger with a known size of the exchange surface and a known heat transfer coefficient and the temperature difference between the two flows and the temperature drop or rise of a current in the heat exchanger is measured.
The relation applies to the amount of heat given off in a heating system
Q = k. F. a2 / b in kcal / h (1)
Since b = c in the steady state, the following also applies:
Q = k. F. a2 / - (2) c wol) ei means:
Q = heat consumption in kcal per hour k = heat transfer coefficient in the exchanger in kcal / m2 ¯C h F = heating surface between the flow and return flow in the exchanger in m2
EMI2.1
<tb> t1 <SEP> = <SEP> Inlet temperature <SEP> of the <SEP> supply flow <SEP>
<tb> t2 <SEP> = <SEP> Outlet temperature <SEP> of the <SEP> supply flow
<tb> t3 <SEP> = <SEP> Inlet temperature <SEP> of the <SEP> return flow <SEP> measured <SEP> at <SEP> the <SEP> heat exchanger
<tb> t4 <SEP> = <SEP> Outlet temperature <SEP> of the <SEP> return flow
<tb> a = t1 = t2 / 2-t3 + t4 / 2 = difference between the mean
Temperatures of the pre and
Return flow in the exchanger in ¯C b = t1-t2 = temperature drop in the flow flow in the exchanger in ¯C c = t3-t4 = temperature rise g of the return flow in the exchanger.
Equations (1) and (2) are as follows a. guided:
Q = G. (t1-t4)) q = heat flow in the exchanger
EMI2.2
q == G. (-) (5) t1 - t4 = t2 - t3 (6)
Since it can also be set: = 1 - (7) b = c (8) it follows:
G = k. F. a / b or = k. F. a / c (9)
Q = k.
F. a2 / b or = k.F.a2 / c (10)
Strictly speaking, the two equations (9) and (10) apply to water only for the temperature range from 0-100 C, in which the true specific heat of the water is equal to I, but they also have a practical use at higher temperatures sufficient accuracy, since in the temperature range considered for heat measurements the specific heat of the water changes only slightly above 100 C; In addition, this fact can be taken into account when determining the constant k. To be taken into account.
It can be advantageous not to pass the entire flow and return flow through the heat exchanger, but to branch off partial flows from the flow and return, which are expediently the same size, and to bring about the heat exchange between these two partial flows. If you know the quantity ratio of the partial flow to the entire flow or Return flow, the total amount of heat given off can be determined by simple conversion from the measurement.
The heat transfer coefficient is known to be related to the Waasergeschwind. changeable because the heat transfer coefficient from water on a wall changes with increasing speed.
This change is practically insignificant at low speeds. It is therefore advisable to dimension the water flow cross-sections of the heat exchanger eo so that the heat transfer coefficient remains approximately the same for the flow velocities that occur. There is also the possibility of passing part of the flow and return flow past the heat exchanger if the heat transfer coefficient would change too much if the flow velocity was too high.
In the extreme case, the device according to the invention thus only requires three temperature measuring points (or four temperature measuring points if t4 is to be measured for control measurements in addition to t1, t2 and t3). The temperature measurement is most conveniently done by means of two thermocouples, through which the two temperature differences a and b respectively. a and c can be measured directly. To get by with small heat exchangers, it is advisable to use multiple thermocouples connected in series. The measurement can also be carried out with mercury thermometers or other temperature devices.
In addition to the above-mentioned advantages of greater accuracy of the method, the device according to the invention has a further series of advantages: The resistance of the device can be made so low that it practically does not affect the flow. The measurements can be carried out in the simplest way by means of thermocouples, which allow a remote display from a great distance. The influence of temperature and the environment on the measurement accuracy can be completely eliminated.
The determination of the amount of heat can be carried out in such a way that the mean values from the diagrams are determined from the graphically recorded temperature differences in a known manner over the desired time period, whereupon the amount of heat given off is calculated according to the above flat formulas.
The calculation can of course be replaced by diagrams or tables from which the heat menu can be read for given temperature differences.
It is also possible to use a display device as well as a registration or counter in which the amount of heat is immediately displayed. is given. The construction of the display, registration and counting devices can be carried out with known means, such as curved guides or with electrical means.
The measurement method can be used quite generally in all liquid circuits, both in electrical and cooling systems, provided that they are used as heating or cooling systems.
EäJteträger a liquid is used.
An embodiment of the device according to the invention suitable for carrying out the present method is shown in the accompanying drawing, namely a device by which the amount of heat given off in a heating system is to be determined. The hot water boiler is designated with A. Through the heat exchanger B, its. Exchange area is designated with F, the flow and the return flow is performed. The forward flow gives off heat to the return flow through the area F. An expansion vessel D is connected to the flow downstream of the exchanger. The heat consumers are marked with E.
The liquid passage cross section of the heat exchanger jB is dimensioned in such a way that the flow velocities in it are only so high that the heat exchange takes place with a practically constant heat transfer coefficient k at both the minimum and maximum flow rates. The overall cross-section of the heat exchanger is expediently subdivided in such a way that the flow and return flow in it have approximately the same speeds, it being immaterial how the flows of the flow and return flow in the exchanger are directed towards one another; So whether, for example, direct, counter or cross flow prevails.
The separation area F is only dimensioned so large that the heat exchange leads or On the return side a temperature drop that is sufficient for the measurement or Temperature rise follows. An expedient arrangement of the separation surface F is present, for example, in a heat exchanger in which a section of the flow line is concentrically enclosed by the return line or vice versa, so the two lines extended over this section have a common pipe axis.
In this case, the surface of the inner pipeline forms the heat exchange surface F In order to achieve the highest possible measurement accuracy even at very low flow rates, the heat exchanger is designed to protect against external heat losses. effectively isolate.