CH643357A5

CH643357A5 - Verfahren zur regelung und messung des heizenergieverbrauchs sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH643357A5
Application number: CH922378A
Authority: CH
Inventors: Matti Niilo Tapani Otala; Lauri K Kuokkanen
Original assignee: Insele Oy
Priority date: 1977-09-01
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE2858192C2; DE2837262A1; SE444224B; AT384495B; FI65331B; FI65331C; NO148575C; GB2003612A; FR2402166A1; JPS6037374B2; FR2402166B1; FI772591A; DK372578A; SE7809030L; US4221260A; DE2837262C2; NO148575B; GB2003612B; ATA619578A; JPS5460748A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung und Messung des wohnungsspezifischen Verbrauchs von Hei-zungs- bzw. Kühlungsenergie zum Zwecke der Verrechnung, für wohnungsspezifische Heizungs- bzw. Kühlungsvorrichtungen mit Zimmerthermostaten, welche die Ventile der Heizkörper bzw. Kühlverdampfer steuern, wobei die Thermostate und die Ventile eine EIN/AUS-Bauweise aufweisen, ferner mit Messgebern für die Temperatur des Heiz- bzw. Kühlmittels auf der Abgangs- und Rückkehrseite, einem Aussenthermometer sowie einer Anschlusseinheit zur Übermittlung der Messdaten an eine Zentraleinheit, welche die Verarbeitung der Daten und die Ausgabe erledigt.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Regelungsverfahren soll bei Kalibrierung einer Heizungsbzw. Kühlvorrichtung angewandt werden können, um ungeachtet der verschiedenen Beschaffenheit der Zimmer den Bewohnern gegen ein und dieselbe Grundkostenleistung in allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur zu verbürgen. Beim Inbe-triebnehmen des Heizungssystems werden die Drosselventile einem aus den Grunddaten des Rohrsystems jeweils berechneten Wert entsprechend eingestellt. Die Thermostate werden der höchsten Temperatur entsprechend eingestellt, und die Temperatur des abgehenden Wassers wird so reguliert, dass man in allen Zimmern eine bestimmte durchschnittliche Temperatur erzielt, wobei dann die zimmerspezifischen Temperaturabweichungen durch Berichtigungen der berechneten Einstellung der Drosselventile beseitigt werden.

Die Verfahren, die eine Verrechnung des Verbrauchs von Heiz- bzw. Kühlenergie individuell für die einzelne Wohnung gestattet, sind bisher nicht auf brauchbare Höhe ausgearbeitet worden, daman ein derartiges Verfahren als unverhältnismässig teuer im Hinblick auf die erzielbare Ersparnis im Energieverbrauch gehalten hat und da man sogar geglaubt hat, es wäre unmöglich ein gerechtes und die exakte wohnungsspezifische Verrechnung ermöglichendes Verfahren zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt das Hervorbringen eines wirtschaftlichen Verfahrens, das die rechtmässige und genaue Verrechnung des Verbrauchs von Wärme- oder Kühlenergie und des Wasserverbrauchs möglich macht mittels dessen der Bewohner selbst die Preislage seines Wohnens hinsichtlich sowohl des Wärme- als auch des Wasserverbrauchs festlegen kann. Wenn der Bewohner weiss, dass er persönlich für die von ihm verbrauchte Wärmeenergie zahlt, steht zu erwarten, dass mit Hilfe des Systems im Vergleich mit der gegenwärtigen Gemeinverrechnung eine Ersparnis in den Heizkosten und Wasserkosten von 25 bis 60 % erreichbar ist.

Die Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems wird dadurch erreicht, dass der relative Verbrauch von Heizbzw. Kühlenergie in den Wohnungen gemessen wird als Funktion des Verhälnisses der ZU/AUF-Zeiten der Ventile bei den Heizkörpern bzw. Kühlverdampfern, der Raumtemperaturen, der Aussentemperatur und der Temperaturen des Heiz- bzw. Kühlmittels auf der Abgangs- und Rückkehrseite des Fluidkreises.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

643 357

Man strebt somit in der Erfindung überhaupt keine Messung z.B. der von den Heizkörpern im Zimmer abgegebenen absoluten Wärmeenergie an, sondern als Verrechnungsgrundlage genügt die Angabe, wie hoch der relative Anteil einer jeden Wohnung an der vom ganzen Gebäude verbrauchten totalen 5 Wärmeenergie ist.

Bei der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens wird ausgegangen von einer solchen mit Zimmerthermostaten, welche die Ventile der Heizkörper bzw. Kühlverdampfer steuern, wobei die Thermostate und die Ventile eine EIN/AUS-Bauweise auf- io weisen, ferner mit Messgebern für die Temperatur des Heizbzw. Kühlmittels auf der Abgangs- und Rückkehrseite, einem Aussenthermometer, sowie einer Anschlusseinheit zur Übermittlung der Messdaten an eine Zentraleinheit, welche die Verarbeitung der Daten und die Ausgabe erledigt. 15

Die erfindungsgemässe Anordung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostat als Reihenschalter zwischen der Anschlusseinheit und den Ventilen ausgebildet ist.

Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass alle Thermostate in einer bestimmten Stellung festgesetzt werden und dass 20 während der Kalibrationszeit die Zentraleinheit das genaue durchschnittliche ZU/AUF-Verhältnis eines jeden Heizkörperventils aufzeichnet, auf Grund dessen die Korrektionskoeffizienten für die relativen Wärmekonsumationen der verschiedenen Zimmer berechnet werden. 25

Der Einfachheit halber soll im folgenden die Anwendung der Erfindung bei einer Heizvorrichtung betrachtet werden, aber es versteht sich, dass ein ebensolches Mess- und Regelungsverfahren auch bei Zentralvorrichtungen verwirklicht werden kann, die in zunehmendem Masse in Ländern mit heissem Klima verwen- 30 det werden. Dabei ist das in den Rohrleitungen zirkulierende Mittel ein Kühlmittel, und die Stelle der Heizzentrale nehmen Kältemaschinenein. Die Heizkörper werdenz. B. durch Kühlmittel-Verdampfer vom Spaliertyp abgelöst, durch welche man die Kühlluft hindurchbläst. In übrigen Teilen erfolgt die woh- 35 nungsspezifische Messung und Regelung des zum Kühlen notwendigen Energieverbrauchs in gleicher Weise wie im folgenden mit Bezug auf ein Heizsystem beschrieben wird. Demgemäss wird, wenn im folgenden z. B. vom «Abgangswasser» die Rede ist, damit jedes beliebige Heiz- oder Kühlzirkulationsmittel auf 40 der Abgangsseite gemeint.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart kann das Messprinzip zugleich auch zur Fehlerüberwachung der gesamten Vorrichtung herangezogen werden, indem die Zentraleinheit das besagte Zeitverhältnis überwacht und/oder dasselbe zimmerspezifisch 45 mit der Temperatur im gleichen Zimmer vergleicht und Fehleralarm gibt, falls die besagten Grössen von vorgegebenen Grenzwerten abweichen oder falls sich deren Verhälnis untereinander ändert.

Es ist zum Optimieren der Temperatur des Abgangswassers 50 vorteilhaft, wenn die Temperatur des Abgangswassers so regelbar eingerichtet ist, dass das AUF/AUF + ZU-Zeitverhältnis der Ventile im gesamten Gebäude im Durchschnitt gleich einer vorgegebenen Konstante, am passendsten 0,5 bis 0,8 ist. In einem Kühlsystem wird entsprechendermassen die Menge des 55 Kühlmittels auf der Abgangsseite geregelt.

Während in zuvor bekannten Heizsystemen die Temperatur des Abgangswasser üblicherweise auf Grund der Aussentemperatur geregelt wird, legt man bei einer bevorzugten Ausführungsart an Hand der Aussentemperatur nur die obere Grenze für die so Temperatur des Abgangswassers fest, und die Regelung der Temperatur des Abgangswassers erfolgt in der obgenannten optimalen Weise. Entsprechendermassen kann man in einem Kühlsystem auf Grund der Aussentemperatur die obere Grenze für die Kühlmittelmenge auf der Abgangsseite festlegen. «5

Das Zusammenwirken der Anschlusseinheit, des Thermostats und des Ventils erfolgt so, dass der Thermostat als Reihenschalter zwischen der Anschlusseinheit und dem Ventil dient. Hierdurch kann erreicht werden, dass zu Beginn der zu bestimmten Zeiten wiederkehrenden Regelungsperiaden die Ventile keine Steuerung erhalten, und dass nach Verlauf einer zur Differenz zwischen der Zimmertemperatur und der am Thermostat eingestellten Temperatur proportionalen Zeit der Thermostat die Steuerung auf das Ventil schaltet, wobei die ZU/AUF-Zeiten der Ventile in der Anschlusseinheit durch Messen der von einem jeden Thermostat aufgenommenen Steuerleistung überwacht werden.

Die Grundidee der Erfindung, d. h., dass man danach strebt, die Verteilung des Verbrauchs von Wärmeenergie (bzw. zum Kühlen benötigter Energie) innerhalb des Gebäudes und nicht die absolute Menge der Wärmeenergie (der Kühlenergie) selbst zu messen, kann man auch neben dem Ausführen der Messung selbst zum Kalibrieren des Systems verwerten, so dass ungeachtet der variablen Faktoren, wie z. B. der unterschiedlichen Lage der Wohnungen, der Wärmiisolierung und der Wärmeleckflüsse von Rohrleitungen und Kanälen den Bewohnern gegen gleiche relative Grundkosten in allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur verbürgt wird.

Zuerst wird Grobeinstellung des Systems ausgeführt, wobei diese genau mit der allgemeinen Praxis bei gegenwärtig vorhandenen Heizungssystemen übereinstimmt. Demgemäss berechnet man beim Entwurf des Heizungssystems für das Gebäude auf Grund der Grunddaten des Rohrsystems die Basiseinstellung für das Drosselventil an jedem Heizkörper, bei der Inbetriebnahme des Heizungssystems werden die Drosselventile auf den berechneten Wert eingestellt, die Thermostate werden der höchstmöglichen Temperatur entsprechend eingestellt und die Temperatur des Abgangswassers wird so geregelt, dass man in den Zimmern eine gewisse durchschnittliche Temperatur, beispielsweise 20° C, erzielt, wobei dann die individuellen Abweichungen der einzelnen Zimmer durch Berichtigung der errechneten Stellung der Drosselventile beseitigt werden. Die Stellung der Drosselventile lässt sich jedoch nicht mit so hoher Genauigkeit einstellen, dass sie unter gleichen Verhältnissen bei allen Heizkörperventilen das gleiche ZU/AUF-Verhältnis verbürgen würde. Aus diesem Grunde kann eine solche Kalibration des Systems stattfinden, bei dem alle Thermostate in einer bestimmten Einstellung festgestellt werden, z. B. bei 20° C, und wobei während der Kalibrationszeit die Zentraleinheit das genaue durchschnittliche ZU/ AUF-Verhältnis eines jeden Heizkörperventils aufzeichnet, auf Grund dessen Referenzwerte, für die relativen Wärmekonsumationen der verschiedenen Zimmer errechnet werden. Diese Referenzwerte verbleiben im Speicher der Zentraleinheit und sie können bei Bedarf durcch eine Neukalibrierung überprüft werden.

In beiden obengenannten Kalibrationen hatten alle Zimmer die gleiche Temperatur, weshalb keine Wärmeübertragung durch die Zimmerwände hindurch stattfand. In der Praxis bewirken die Temperaturunterschiede zwischen den Wohnungen einen Übergang von Wärmeenergie durch die Wände hindurch aus den bzw. in die benachbarten Wohnungen. Man kann sich im Extremfall vorstellen, dass in irgendeiner Wohnung die Temperatur so niedrig gehalten wird, dass sie gänzlich durch Heizenergie von den Nachbarwohnungen her geheizt wird, wobei dann entsprechendermassen der Heizenergiebedarf der Nachbarwohnungen zunimmt. Falls man dies auch in Betracht ziehen will, bietet ein Kalibrierverfahren zur Bestimmung der Wärmeleckflüsse zwischen den Wohnungen Hilfe, indem man in gewissen ausgewählten Wohnungen die Thermostate niedriger (z. B. in ihrer tiefsten Einstellage) als in den übrigen Wohnungen (in denen die Thermostate z. B. auf 20° C festgehalten werden) einstellt, wobei dann die Zentraleinheit die Temperatur in der abgekühlten Wohnung aufzeichnet, ebensowie den erfolgten Anstieg der Wärmekonsumation in den Nachbarwohnungen, und dass auf Grund hiervon der Betrag der Wärmeleckflüsse zwischen den verschiedenen Wohnungen berechnet wird, der

643 357

25

30

auch eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen den Wohnungen ist. Aus den erhaltenen Kalibrationsdaten lässt sich der Wärmeleckfluss zwischen den Wohnungen als Funktion ihrer Temperaturdifferenz berechnen, wenn man die entsprechenden Daten und die Wärmeleckflussgleichung im Gedächtnis der 5 Zentraleinheit speichert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung noch eingehend mit Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin

Fig. 1 das Aufbauschema einer Heizvorrichtung darstellt. 10

Fig. 2 zeigt die Schlaltung des Thermostats und des Magnetventils.

Fig. 3 zeigt das grobe Blockschema der Zentraleinheit.

Fig. 4 gibt beispielmässig die Standard-Ausgabe von der Zentraleinheit für die Periodenverrechnung wieder, und 15

Fig. 5 gibt beispielmässig eine von der Zentraleinheit gelieferte Fehler-Ausgabe wieder.

Das in den Zeichnungen veranschaulichte System erledigt die folgenden Messungs- und Regelungsaufgaben:

- Regelung der zimmerspezifischen Temperatur mittels des 20 elektronischen Zimmerthermostats Th und der elektrisch gesteuerten Heizkörperventile MV

- automatische Messung der wohnungsspezifischen relativen Verteilung der vom Zentralheizungssystem abgegebenen Wärmeenergie

-wohnungsspezifische Messung der Konsumation von warmem und kaltem Wasser

—halbautomatische zimmer- oder wohnungsspezifische Um-schaltung der Anwesenheit/Abwesenheit-Temperatur

- automatische Steuerung der Heizzentrale und optimale Regelung der Temperatur des abgehenden Wassers.

Die Heizenergie einer Wohnung setzt sich aus den folgenden Faktoren zusammen:

1) die von den Heizkörpern abgegebene Wärmeenergie

2) durch die Wände hindurch aus den bzw. in die benachbarten 35 Wohnungen übergetretene Wärmeenergie

3) Wärmeenergie, die von den in der Wohnung verweilenden Personen abgegeben wird

4) in elektrisch betriebenen Haushaltapparaten (Kühl- und Tiefkühlschränke, Beleuchtung usw.) entstehende Wärme

5) Strahlungswärme der Sonne.

Insofern man imstande ist, die unter 1) und 2) angeführte

Wärmeenergie zuverlässig zu messen, braucht man weiter nichts in der Verrechnung zu berücksichtigen, denn

- die von den Personen in der Wohnung, von Haushaltmaschinen und von der Beleuchtung erzeugte (und bereits «bezahlte») Wärme setzt in entsprechendem Betrag den Bedarf von Zentralheizungsenergie herab, da die individuellen Thermostate die Temperatur in jedem Zimmen konstant halten,

-Berücksichtigung der durchschnittlichen Sonnenenergie ge- 50 schieht in der Kalibrationssituation automatisch, falls man dies wünscht. Eine zweite, u.U. mehr gerechte Möglichkeit ist die,

dass man in der Kalibrationssituation die Sonnenenergie ausser Acht lässt und sie dagegen beim Abschätzen des Ankaufspreises der Wohnungen und/oder der Grundabgabe an die Wohnungsge- 55 sellschaft in Betracht zieht.

Um zusätzliche Ersparnisse zu erzielen, kann man eine Anwesenheit/Abwesenheit-Heizung anordnen, wobei, wenn die Wohnung z. B. tagsüber leer steht, ihre Temperatur automatisch niedriger eingestellt wird. Man kann dies zusätzlich zum System 60 mit verhältnismässig geringen Mehrkosten vorsehen, indem man einen beträchtlich energiesparenden Anwesenheit/Abwesen-heit-Schalter z. B. im Zimmerthermostat als Druckknopf einbaut, wobei dieser Schalter in der Abwesenheits-Stellung die Temperatur in der betreffenden Wohnung auf eine von der an 65 den Thermostaten eingestellten Temperatur unabhängige niedrigere Temperatur einsteuert. Man kann diese Abwesenheits-Steuerungz. B. mittels einer Wochenuhr bewerkstelligen, oder

40

45

man kann die Abwesenheitszeitangabe im Gedächtnis der Zentraleinheit speichern und ohne weitere Steuerung die entsprechende «Sparsteuerung» mit wöchentlicher Periode zu wiederholen, dass bei Ablauf der Abwesenheitszeit die eingestellte Temperatur erreicht ist, indem die thermostatische Steuerung vor Abschluss der Abwesenheitsperiode eingeschaltet wurde.

Eine wichtige Form des Wärmeenergieverbrauchs ist auch das warme Wasser. Mehrere Quellen schätzen übereinstimmend, dass das warme Wasser einen erheblichen Kostenposten vertritt, ja sogar mehrere zehn Prozent des Gesamtverbrauchs von Wärmeenergie. Folglich ist es sinnvoll beim Übergang zum Verrechnen der Wärmeenergie das warme Wasser und zugleich auch das kalte Wasser mit in die Verrechnung einzubeziehen. Aus diesem Grunde sind in dem Schema in Fig. 1 die Mengenmessung des warmen bzw. kalten Wassers, LVM bzw. KVM, sowie die Erfassung der Temperatur des warmen Wassers Tv als Komponenten im Anschluss an das Totalsystem dargestellt worden, obgleich sich mit denselben an sich nichts erfinderisch Neues verknüpft.

Der Grundaufbau des Systems ist wie folgt. Jedes Zimmer wird mit einem elektronischen Thermostat Th ausgerüstet, der über einen zweiadrigen Anschluss die Magnetventile MV der Heizkörper R steuert. Man kann mehrere solche parallel zur Steuerung durch einen Thermostat ohne Zwischenrelais schalten.

Der Thermostat Th und die Magnetventile MV weisen EIN/ AUS-Bauart auf, und die Ruhelage des Magnetventils ist die Offenlage. Die Strömung durch den Heizkörper R wird durch Verändern der Verhältnisses der ZU/AUF-Zeiten bei dem Ventil MV geregelt.

Der Wasserrückflussanschluss der Heizkörper enthält die üblichen Drosselventile KV, die in zuvor bekannter Weise zur Grundeinstellung des Systems benutzt werden. Der Thermostat Th bezieht seine Betriebsspannung von der Anschlusseinheit LY, und die Anschlüsse sind in Fig. 2 wiedergegeben. Der Thermostat regelt die Temperatur im Zimmer selbständig. Die ZU/AUF-Zeiten der Magnetventile werden in der Anschlusseinheit LY überwacht, und zwar durch Messung des von einem jeden Thermostat TH aufgenommenen Stroms in den Leitungen b - c, und die Temperatur im Zimmer wird mit Hilfe der Leitungen a - c gemessen.

Die Anschlusseinheit LY umfasst die folgenden Bestandteile und Funktionen:

1) Stromzufuhr zum Thermostat TH

2) Übermittlung der ZU/AUF-Verhältnisse der Thermostate Th und der Zimmertemperaturen zur Zentraleinheit KY

3) Übermittlung an die Zentraleinheit KY der von den Temperaturgebern Tm, TP, Tyund Tu erhaltenen Temperaturen des Abgangswassers, des Rückkehrwassers, des Warmwassers und der Aussentemperatur

4) Übermittlung des Steuersignals für das Dreiwegventil M

5) Übermittlung der von den Wasserzählern LVM und KVM gelieferten Konsumationsangaben an die Zentraleinheit KY

Die Anschlusseinheit LY ist sowohl in bezug auf die Thermostate Th als auch auf die Zentraleinheit KY galvanisch abgetrennt.

Die Zentraleinheit KY ist ein Computer vom Typ Mikroprozessor, an den man eine gewisse Anzahl von Anschlusseinheiten anschliessen kann. Die Zentraleinheit enthält einen Berichtschreiber sowie die folgenden Anschlüsse nach aussen:

- ein Alarmgerät H zur Unterbringung in der Hauswartwohnung

- Verbindung zur Alarmzentrale HK des Gebäudes

- Anschluss zu einem externen Schreiber 10.

Die Zentraleinheit versieht die folgenden Teilfunktionen:

1) Die KY-Einheit überwacht mit Hilfe eines jeden Thermostats zimmerspezifisch

- die Temperatur im Zimmer und

- das ZU/AUF-Verhältnis des Heizkörperventils.

Aus diesen Grössen berechnet die K Y-Einheit die wohnungsspezifische Totalwärmeenergie-Konsumtion als Funktion der oben erwähnten Faktoren, der Aussentemperatur und der Temperatur des Abgangs- und Rückkehrwassers. Die KY-Einheit gibt die Konsumtionen in bestimmten Verrechnungsabständen z. B. wie in dem Beispiel der Fig. 4 aus.

2) Die KY-Einheit überwacht die Konsumtion von warmem und kaltem Wasser in jeder Wohnung und fügt die Konsumtionsdaten der Verrechnungs-Ausgabe bei (Fig.4).

3) Die KY-Einheit besorgt Regelung des Dreiwegventils M derart, dass die Temperatur des Abgangswassers ihren optimalen Wert hat, z. B. an Hand der folgenden Kriterien:

Die Temperatur des Abgangswassers wird so eingestellt, dass

- das AUF/ZU + AUF-Zeitverhältnis S der Magnetventile im ganzen Gebäude im Durchschnitt den gleichen, vorbestimmten konstanten Wert, z. B. 0,7 hat, und dass

-höchstens ein Zimmer bei dem Verhältnis S = 1 liegt, während zugleich die Temperatur darin unter eine vorbestimmte Grenze, z. B. 19° C herabgegangen ist.

Die obere Grenze für die Temperatur des Abgangswassers erhält man aus den tabellarischen Daten im Speicher der Zentraleinheit mit Hilfe des Aussenthermometers Tu. Man vermeidet hierdurch übermässsige Erwärmung des Abgangswassers in Störungsfällen und dann, wenn die obenstehenden Regelungskriterien z. B. durch gleichzeitiges Lüften von mehreren Zimmern überschritten werden.

4) Die Zentraleinheit tätigt den Störungsalarm z. B. an Hand der folgenden Kriterien:

-wenn die obere Temperaturgrenze für das Abgangswasser erreicht ist

- wenn die Temperatur des Abgangswasser sich nicht auf einen solchen Wert einstellt, dass die Heizkörper im Durchschnitt 0,4 < S < 0,8 haben. Der Fehler liegt dann in der Heizzentrale

-wenn in irgendeinem Zimmer die Temperatur dauernd (z. B. länger als 24 St.) höher als 22° C und S < 0,4 ist. Der Fehler ist eine unrichtige Einstellung des Thermostats oder Versagen des Thermostats, des Heizkörperventils oder der Anschlusseinheit

- wenn der Heizkörper in irgendeinem Zimmer S dauernd (z. B. länger als 6 St.) höher als 0,95 hat. Der Fehler ist dann ein kräftiger Wärmeleckfluss aus dem Zimmer hinaus, z. B. ein offen stehendes oder eingeschlagenes Fenster, oder auch Versagen von Thermostat oder Ventil

-wenn die Temperatur Ty des Warmwassers unter die zulässige Grenze, z. B. 55° C, herabsinkt.

5) Die Zentraleinheit besorgt die Anwesenheit/Abwesenheit-Steuerung der Temperatur dem in sie eingegebenen Programm gemäss.

Kalibration des Systems

Die Wohnungsgesellschaft kann beispielsweise aus «Gerechtigkeitsgründen» beschliessen, den Bewohnern gegen ein und dieselbe relative Grundzahlung in allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur zu liefern. Dann treten variable Faktoren auf:

- die Lage des Zimmers-an der Giebelwand, oberster Stock, nach Süden/Norden blickend usw.)

- die Wärmeisolierung des Zimmers (variierende Qualität der Wärmeisolation, grosse/kleine Fenster usw.)

- eventueller Wärmeleckfluss von Abgangs- bzw. Rückkehrwasserrohrleitungen, Ventilationskanälen usw.)

Die Kalibration dient somit dem Ziel, die durch diese variablen Faktoren bewirkten Korrektionskoeffizienten zu ermitteln und im Speicher der Zentraleinheit festzuhalten.

Man führt zuerst eine Grobkalibration durch, in genauer Entsprechnung der allgemeinen Praxis bei vorhandenen Heizsystemen . Dies geschieht so, dass beim Entwurf des Heizungssystems für das Gebäude auf Grund der Basisdaten des Rohrnetzes die Grundeinstellung für das jeweilige Drosselventil KV bei jedem Heizkörper berechnet worden ist. Bei der Inbetriebnahme

643 357

des Heizsystems gibt man den Drosselventilen die berechnete Einstellung, man stellt die Thermostate auf die höchste Temperatur ein und regelt die Temperatur des Abgangswassers so, dass man in den verschiedenen Zimmern des Gebäudes im Durchschnitt die Temperatur 20° C erzielt. Die zimmer-individuellen Abweichungen beseitigt man durch Korrektion der berechneten Einstellung der Drosselventile KV.

Nachdem diese Kalibration ausgeführt ist, sollten im Prinzip alle Heizkörperventile das gleiche ZU/AUF-Verhältnis haben. Da sich j edoch die Stellung der Drosselventile KV mit keiner sehr hohen Genauigkeit regulieren lässt, besorgt man eine Präzisier-Kalibration, indem man alle Thermostate z. B. auf 20° C festsetzt und den Bewohnern kundgibt, dass

- Lüften verboten ist

-die Benutzung von dauernd Wärme erzeugenden Haushaltapparaten vermieden werden soll.

Man kann die Kalibration zu einem hinsichtlich der Heizung repräsentativen Zeitpunkt vornehmen, und sie nimmt z. B. 1 bis 2 Tage in Anspruch. Während dieser Zeitspanne zeichnet die Zentraleinheit beispielsweise während der Nachtstunden das genaue durchschnittliche ZU/AUF-Verhältnis der Heizkörperventile MV in jedem Zimmer auf und berechnet die endgültige Korrektionskoeffizienten für die relativen Wärmekonsumatio-nen der verschiedenen Zimmer. Diese Korrektionskoeffizienten werden im Gedächtnis der Zentraleinheit gespeichert und sie werden beim Berechnen der endgültigen Wärmesalden verwendet.

In beiden vorbeschriebenen Kalibrationen hatten alle Zimmer die gleiche Temperatur, womit kein Wärmeübergang durch die Zimmerwände hindurch stattgefunden hat. Insofern man dies auch berücksichtigen will, bestimmt man den Wärmeleckfluss zwischen den Wohnungen wie folgt:

-In gewissen ausgewählten Wohnungen wird derThermostat auf seine tiefste Einstellung gebracht, während in den übrigen Wohnungen die Thermostate auf 20° C festgesetzt sind.

- Die Zentraleinheit registriert die Endtemperatur der abgekühlten Wohnung und den Zuwachs des Wärmeverbrauchs in den benachbarten Wohnungen.

- Aus diesen Ziffern wird mittels Multivarianten-Analyse der Betrag des Wärmeleckflusses zwischen den verschiedenen Wohnungen berechnet. Man kann annehmen, dass derselbe eine lineare Funktion der Temperaturdifferenz zwischen den Wohnungen ist; jedoch bereitet das Ermitteln auch einer komplizierten Beziehung und das Einprogrammieren der entsprechenden Rechengleichung in der Zentraleinheit keinerlei Schwierigkeiten.

Nachdem das System so kalibriert worden ist, vermag die Zentraleinheit die folgenden Grössen zu berechnen:

1) Durch Vergleichen der ZU/AUF-Verhältnisse der Heizkörperventile in verschiedenen Zimmern ist die Zentraleinheit imstande, die relative Verteilung des Wärmeenergieverbrauchs in den verschiedenen Zimmern bzw. Wohnungen und im ganzen Gebäude zu berechnen.

2) Durch Vergleichen der Temperaturen in verschiedenen Zimmern vermag die KY-Einheit die Wärmeflüsse zwischen den Wohnungen unter Heranziehen der in ihrem Speicher vorhandenen Wärmewiderstände zwischen verschiedenen Zimmern zu berechnen.

3) Aus den unter 1) und 2) erhaltenen Rechenergebnissen kann die Zentraleinheit den von einer Wohnung verbrauchten tatsächlichen relativen Wärmeenergieanteil berechnen, der sowohl die Zentralheizungsenergie als auch die von Nachbarn erhaltene Heizenergie beinhaltet.

Die Kalt- und Warmwassermesssysteme benötigen keine Kalibration, da deren Anzeige absolut ist.

Das zu zahlende Heizungsentgelt wird als Grundleistung in Höhe von x Fmk je nr festgelegt. Hätten alle Wohnungen die gleiche Temperatur und die gleichen Ventilationsverhältnisse.

5

10

15

20

25

30

35

4(

4Î

50

55

60

65

643 357

dann wäre auch bei allen Wohnungen das Heizungsentgelt dieser Grundleistung gleich.

Wenn die persönliche Konsumationsgewohnheiten verschieden sind, werden sie im Speicher der Zentraleinheit als Koeffizient Yi festgehalten, welcher den von der Wohnung I verbrauchten relativen Anteil von der Heizungsenergie des ganzen Gebäudes während der Verrechnungsperiode vertritt. Anders ausgedrückt, hat Yj die folgende Bedeutung:

Diese Wohnung hat im Verlauf der letzt vergangenen Verrechnungsperiode je Quadratmeter Yrmal so viel Heizungsenergie verbraucht wie die gemessene spezifische Konsumation der. Wohnung voraussetzt. Das Heizungsentgelt für diese Wohnung ist folglich Yr-x Fmk/m2.

Die Entgelte für Warmwasser und kaltes Wasser bestimmen sich direkt aus den verbrauchten Wassermengen und der Temperatur des Warmwassers.

Die Zentraleinheit Die Zentraleinheit des Systems kann z.B. wie in der beiliegenden Fig. 3 gezeigt als Mikro-Computer in Modulbauweise ausgeführt werden. Man kann daran z. B. 16 Stück Anschlusseinheiten LY anschliessen. Den Grundbaustein der Zentraleinheit macht in diesem Beispielfall ein Prozessor (CPU) aus, ferner Eingabe/ Ausgabespeicher (RAM), Eingabespeicher (ROM), Panel-Interface (PI), Stromversorgung (POW), Reservesammler (A) und Anschlusseinheits-Interfacegerät (LYI). Der CPU wird z. B.mittels eines universal einsatzfähigen Mikroprozessors ausgeführt, und er enthält neben dem Mikroprozessor die zur Zeitmassgabe des Systems erforderliche Steuerlogik, Reell-Zeituhr sowie Ka-nalpufferung.

Der RAM lässt sich als Halbleiterspeicher entweder mit CMOS- oder mit statischen NMOS-Kreisen ausführen, und man optimiert die Speicherkapazität von einem Modul so, dass ein Erweiterungsausbau des Systems sich bequem durchführen lässt.

Der ROM kann mittels EPROM-Halbleiterspeicherkreisen ausgeführt werden, die leicht zu programmieren und im Bedarfsfall zum Umprogrammieren löschbar sind. Es ist zweckmässig, die Programme und die festen Daten des Mikro-Computers so aufzuteilen, dass das Grundprogramm und die Basisdaten in einem Modul liegen und die veränderlichen Daten von verschiedenen Modulen herbeigeführt werden.

Mittels des LYI-Geräts kann an die Zentraleinheit eine Anschlusseinheit angeschlossen werden. Das LYI-Gerät enthält die Ausgangs- und Eingangsanschlüsse der erforderlichen Stufeneinheit, galvanische Trenner und die Anschlusslogik zum Kanal des Mikro-Computers.

Über das PI-Gerät werden an das System der Berichtschreiber sowie die Alarm- und Zustandsangabe-Steuerung angeschlossen.

Die Stromspeisung des System erfolgt mit normaler Netzspannung, und die Versorgung des CPU und der RAM-Module wird durch Sammler sichergestellt, damit im Fall des Netzausfalls die Zustanddaten des Systems im Verwahr bleiben und die Tätigkeit nach Wiederkehr der Netzspannung weiter fortgehen kann.

Ausgabe

Die Zentraleinheit kann mit einem automatisch arbeitenden Output-Schreiber (Printer) ausgestattet werden. In Fig. 4ist ein Beispiel des möglichen Ausgabe-Formats in den Wochen- und Monatsberichten wiedergegeben. Man ersieht daraus die durchschnittlichen Temperaturen in den verschiedenen Zimmern der Wohnung (z. B. Nr. 31), den vorstehend erläuterten Koeffizienten Yi = 1,25, mit dem das festgelegte Heizungsentgelt x Fmk/m2 zu multiplizieren ist, um die Heizungsrechnung zu bestimmen, die der betreffenden Wohnung zukommt. Ferner ersieht man daraus die relativen Wärmemengen, die zu benachbarten Wohnungen (Nr. 30 und 41) übergegangen bzw. von Nachbarwohnungen (Nr. 32 und 21) eingelaufen sind, die zusammen mit dem eigenen relativen Heizungsenergieverbrauch 1,22 den Totalkoeffizienten 1,25 ergeben.

In Fig. 5 sieht man das Ausgabe-Format in Störungsfällen, indem hier in Zimmer Nr. 2 ein Fenster lange Zeit offen stand und im Zimmer Nr. 3 eine aussergewöhnlich hohe Temperatur eingestellt war. Die Sterne zeigen an, dass Störungsalarm erfolgt ist.

Wie bereits oben festgestellt wurde, kann man das obenstehend in Verbindung mit einem Heizungssystem beschriebene Mess- und Regelungsverfahren in entsprechender Weise auch bei Kühlsystemen in Anwendung bringen, weshalb der Schutzbereich der vorstehenden Patentansprüche sich in analoger Weise auch auf die Anwendung der Erfindung bei Kühlsystemen bezieht.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

M

4 Seiten Zeichnungen

Claims

643 357

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Regelung und Messung des wohnungsspezifischen Verbrauchs von Heizungs- bzw. Kühlungsenergie zum Zwecke der Verrechnung, für wohnungsspezifische Heizungsbzw. Kühlungsvorrichtungen mit Zimmerthermostaten (TH), welche die Ventile (MV) der Heizkörper (R) bzw. Kühlverdampfer steuern, wobei die Thermostate und die Ventile eine EIN/ AUS-Bauweise aufweisen, ferner mit Messgebern (TM,TP) für die Temperatur des Heiz- bzw. Kühlmittels auf der Abgangs- und Rückkehrseite, einem Aussenthermometer (Tu), sowie einer Anschlusseinheit (LY) zur Übermittlung der Messdaten an eine Zentraleinheit (KY), welche die Verarbeitung der Daten und die Ausgabe erledigt, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Verbrauch von Heiz- bzw. Kühlenergie in den Wohnungen gemessen wird als Funktion des Verhältnisses der ZU/AUF-Zeiten der Ventile (MV) bei den Heizkörpern bzw. Kühlverdampfern, der Raumtemperaturen, der Aussentemperatur und der Temperaturen des Heiz- bzw. Kühlmittels auf der Abgangsund Rückkehrseite des Fluidkreises.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizmittels auf der Abgangsseite, wie z.B. des abgehenden Wassers, oder die Menge des Kühlmittels auf der Abgangsseite, derart geregelt wird, dass das AUF/AUF + ZU-Zeitverhältnis der Ventile im ganzen Gebäude im Durchschnitt einer vorbestimmten Konstante gleich, am passendsten 0,5 bis 0,8, ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (KY) die Fehlerüberwachung des Systems besorgt durch Überwachung des besagten Zeitverhältnisses und/ oder durch Vergleichen desselben zimmerspezifisch mit der Temperatur im betreffenden Zimmer, wobei die Zentraleinheit einen Störungsalarm tätigt, falls die besagten Grössen von vorbestimmten Grenzwerten abweichen oder falls sich deren Verhältnis ändert.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund der Aussentemperatur (Tu) nur die obere Grenze für die Temperatur des Heizmittels auf der Abgangsseite bzw. für die Menge des Kühlmittels auf der Abgangsseite festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Beginn der mit bestimmten Intervallen wiederholten Regelungsperioden die Ventile (MV) kein Steuersignal erhalten, und dass nach Ablauf einer Differenz zwischen der Zimmertemperatur und der am Thermostat (Th) eingestellten Temperatur verhältnisgleichen Zeit der Thermostat das Steuersignal auf die Ventile schaltet, wobei die ZU/AUF-Zeiten der Ventile in der Anschlusseinheit (LY) aufgrund der Angabe jedes der Thermostate überwacht werden.
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Zimmerthermostaten (TH), welche die Ventile (MV) der Heizkörper (R) bzw. Kühlverdampfer steuern, wobei die Thermostate und die Ventile eine EIN/AUS-Bauweise aufweisen, ferner mit Messgebern (TM, Tp) für die Temperatur des Heiz- bzw. Kühlmittel auf der Abgangs- und Rückkehrseite, einem Aussenthermometer (Tu) sowie einer Anschlusseinheit (L Y) zur Übermittlung der Messdaten an eine Zentraleinheit (KY), welche die Verarbeitung der Daten und die Ausgabe erledigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostat (TH) als Reihenschalter zwischen der Anschlusseinheit (LY) und den Ventilen (MV) ausgebildet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anwesenheits/Abwesenheits-Schalter, z. B. in Form eines imZimmerthermostat untergebrachten Druckknopfes, vorhanden ist, welcher in der Abwesenheits-Stellung die Temperatur in der Wohnung auf eine von der an den Thermostaten (Th) eingestellten Temperatur unabhängige niedrige Temperatur steuert.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwesenheits-Steuerung entweder mittels einer Wochenuhr oder dadurch ausgeführt ist, dass die Abwesenheitszeiten im Gedächtnis der Zentraleinheit derart gespeichert worden sind, dass sich die entsprechende Abwesenheits-Steuerung mit einer bestimmten Periode, z. B. im wöchentlichen Zyklus, wiederholt.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermostat-Steuerung eingerichtet ist, um vor Ablauf der Abwesenheitszeit die Einschaltung zu bewirken, so dass am Ende der Abwesenheitszeit die eingestellte Temperatur im wesentlichen erreicht ist.