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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Verteilung
der Energiekosten bei Warmwasserversorgungsanlagen mit Solarenergieerzeugung
und konventioneller Energieerzeugung zum Zwecke der Betriebskostenabrechnung
von Wohn- und Gewerbeeinheiten in Mehrfamilienhäusern, indem bei der Wärmemengenmessung
und Berechnung der jeweils abgegebenen Wärmemenge eine Multiplikation
des Volumenstromes mit der Temperaturdifferenz zwischen Zu- und
Ablauf vorgenommen wird.
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Die
Messung der Wärmemenge
in einem Mehrfamilienhaus, bei dem den Mietern durch den Vermieter
zum Teil durch Sonnenenergie erhitztes Warmwasser zur Verfügung gestellt
und eine verbrauchsabhängige
Abrechnung der Heizkosten erstellt wird, gewinnt immer mehr an Bedeutung.
Im Unterschied zur einfachen Heizkostenverteilung erfordert eine
solche Heizkostenberechnung eine Verrechnung aufgrund des tatsächlichen
Energiebezuges durch den Vermieter. Nach der geltenden Heizkostenverordnung
erfolgt die Ermittlung anhand der verteilungsfähigen Betriebskosten der Versorgung mit
Wärme und
Warmwasser von seiten der entstanden Kosten für den Energieverbrauch beziehungsweise
Brennstoffverbrauch. Der Brennstoffverbrauch wird anhand des gemessenen
Volumens des verbrauchten Warmwassers und der gemessenen mittleren
Temperatur ermittelt oder nach anerkannten Regeln der Technischen
Lieferbedingungen der Energieversorger gemessen.
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Für die Messung
des Durchflußes
in bekannten Wärmemengen-Messgeräten werden
im wesentlichen Flügelrad-
oder Woltmanzähler,
Ultraschall-Durchflußmesser
oder magnetische-induktive Durchflußmesser verwendet. Bei Wärmemengenzählern, beispielsweise
Flügelradanemometer,
welche die für
den Meßvorgang
benötigte
Energie aus der kinetischen Energie des strömenden Mediums entnehmen, besteht
der Nachteil, daß diese
bei einer geringen Strömung
häufig
wegen der vorhandenen Lagerreibung nicht anlaufen. Demgegenüber sind nichtmechanische
Durchflußmesser
kostenintensiver, weil sie eine eigene Energieversorgung erfordern.
Der Anteil der Sonnenenergie am Wärmeverbrauch ist daher nicht
einfach zu ermitteln.
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In
der
DE 41 32 399 A1 wird
eine verbrauchergerechte und genaue Ermittlung des Wärmeverbrauch
bei Bezug von Warmwasser beschrieben, wobei mit einem ersten Temperaturfühler in
der Kaltwasserleitung eines zentralen Warmwasserbereiters eines
Gebäudes
und einem zweiten einer Wohnungseinheit zugeordneten Temperatur-Messfühler die Temperatur
des entnommenen Warmwassers ermittelt wird. Durch eine einzige,
für alle
Zapfstellen einer Wohnungseinheit repräsentative Messung kann das durch
Sonnenenergie erhitztes Warmwasser bei einer verbrauchsabhängigen Abrechnung
der Heizkosten nicht berücksichtigt
werden.
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Desgleichen
wird in der WO 98/49632 A1 eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktion thermischer
Solaranlagen beschrieben, die einen Wärmespeicher mit einem Wärmeträger aus
einem Wasser-Glykol-Gemisch aufweist. Die dem Wärmetauscher entnommene Wärmemenge
als endliche Summe eines Produkts aus dem Volumenstrom und einer Temperaturdifferenz,
gewichtet mit der spezifischen Wärmekapazität, wird
als Funktion der Pumpenlaufzeit über
Fühler
ermittelt, die die Laufzeit einer Temperaturflanke innerhalb einer
Leitung bestimmen. Damit kann die Bestimmung des Volumenstroms mit geringem
Kostenaufwand und ohne mechanisch bewegte Baugruppen erfolgen. Nachteilig
ist, daß eine Differenzierung
nach Solarenergie und konventioneller Energie nicht möglich ist.
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In
der
US 4 332 164 wird
eine BTU-Meßuhr für Wärmeenergie-Kollektoren,
Absorber, Wärmetauscher
und ähnliche
Vorrichtungen beschrieben, mit der ein Gewinn oder Verlust der Wärmeenergie
gemessen werden soll. Der Volumenstrom wird mit einem Meßgeber gemessen,
der diesen Volumenstrom in Impulse pro Volumeneinheit umwandelt.
Diese Impulse werden einer Schaltung zugeführt, die diesen Volumenstrom
einer im Fluid gemessenen Temperatur zuordnet und daraus die geförderte absolute
Wärmemenge
oder die an einen Wärmetauscher
zugeführte
oder entnommene Wärmemenge
bestimmt. Diese Wärmemengen
werden über
einen Zeitabschnitt addiert. Die Meßuhr umfaßt eine Pumpe zwischen dem
Kollektor für
die Sonnenenergie und einem Wärmetauscher,
der mit einem Verbraucher verbunden ist. Hierbei wird die zu dem
Verbraucher geführte
Wärmemenge
mit einem Wasserzähler
gemessen, der alternativ in dem Zufluß zu dem Sammler für Strahlungsenergie
angeordnet ist. In beiden Fällen
sind hinter dem Abfluß und
vor dem Zufluß Wärmefühler angeordnet,
mit denen die Temperaturdifferenz entsprechend der absorbierten
Energie gemessen wird.
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Nachteilig
ist, daß die
im strömenden
Medium geförderte
und dem Wärmetauscher
zugeführte oder
entnommene Wärmemengen
nur als Summe von Produkten eines Volumenstroms und einer Temperaturdifferenz
gesehen wird, die nicht mit der spezifischen Wärmekapazität des Fluids gewichtet wird. Um
Fehler bei der Wärmemengenmessung
zu vermeiden ist es erforderlich, daß die aufgrund der Durchflußmessung
und Temperaturdifferenzmessung laufend ermittelte und summierte
Wärmemenge entsprechend
des Wärmespeichervermögens und der
Viskosität
des Mediums korrigiert werden muß. Nach dem Stand der Technik
sind daher beim Nachfüllen
des Solarkreislaufes geeichte Flüssigkeiten
erforderlich.
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Mit
der vorliegenden Erfindung soll eine Vorrichtung zur Ermittlung
der Heizkosten vorgeschlagen werden, die bei Vermeidung der aus
dem Stand der Technik bekannten Nachteile geeignet ist, mit einem
nur geringfügig
erhöhten
konstruktiven Aufwand eine individuelle Heizkostenabrechnung nach
der Heizkostenverordnung zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Eichung auf der Basis
eines Wärmeträgermediums
entfällt. Darüber hinaus
kann mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand eine
Abrechnung nach der Heizkostenverordnung und eine Differenzierung nach
Solarenergie und konventioneller Energie ermöglicht werden. Die Temperaturen
werden durch Temperaturfühler
gemessen, die herkömmlich
und im Handel erhältlich
sind. Die Berücksichtigung
der Mediumdichte und deren Temperaturabhängigkeit im Solarkreislauf
entfällt.
Damit können
im wesentlichen Flügelrad-
oder Woltmanzähler
eingesetzt werden. Auf diese Weise wird eine Heizkostenberechnung aufgrund
des tatsächlichen
Energiebezuges gewährleistet.
Gleichzeitig wird der Anreiz zur Verwendung der alternativen Energie
erhöht
und der Einsatz von Sonnenenergie gefördert, was insgesamt zu einem energiebewußten Verhalten
bei der Heizung und Warmwasserbereitung führen kann.
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Eine
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung. In
der Zeichnung im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel zeigt
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1. das Prinzipschema einer
mit einer Solaranlage verbundenen Heizungsanlage für Warmwasser.
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1 zeigt eine Heizungsanlage
von Wohnungen oder Gebäudeeinheiten
in Mietshäusern
für die
Warmwasserbereitung mit einem separaten Solarspeicher 1 für Warmwasser 2 und
einem Speicher 3 zur konventionellen Nachheizung für Heißwasser 4,
der mit einem Heizungskreislauf 15 verbunden ist. Der Solarspeicher 1 ist
mit einem Energietauscher 5 ausgestattet, der mit einem
Energiesammler 6 für
Solarenergie beispielsweise einer Solaranlage verbunden ist. Die
Erfindung soll jedoch auf eine Solarenergieanlage nicht beschränkt werden.
Vielmehr kann der Energietauscher 5 mit einem Strahlungskollektor, einem
Kollektor für
die Verwendung von natürlicher Wärme, Erdwärme oder
einer Abwärmequelle
verbunden werden. Der Energietauscher 5 ist im unteren Bereich
des Solarspeichers 1 angeordnet, wo sich der Eingang 7 für das Kaltwasser 8 mit
dem Kaltwasserzulauf 9 befindet. Im oberen Bereich des
Solarspeichers 1 ist der Ablauf 11 für das durch
den Energietauscher 5 erwärmte Warmwasser 2 angeordnet. Der
Ablauf 11 des Solarspeichers 1 mündet in
eine Meßstrecke 12,
die zu einem Zulauf 13 für das Warmwasser 2 in
den Speicher 3 zur konventionellen Nachheizung geführt wird,
der sich an der Unterseite befindet. Die Erfindung soll eine Anordnung
der Meßstrecke 12 vor
dem Solarspeicher 1 einschließen.
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In
dem Speicher 3 zur konventionellen Nachheizung ist zum
Erhitzen und Erzeugen des Heißwassers 4 ein
Wärmetauscher 14 angeordnet,
der seinerseits mit einem Heizungskreislauf 15 verbunden
ist. Der Heizungskreislauf 15 für den Wärmetauscher 14 kann
mit einer Heizvorrichtung mit elektrischen Heizelementen oder mit
einer Heizung mit wenigstens einer durch einen Verbrennungsprozess
aktivierbaren Wärmequelle
verbunden werden. Der Heizungskreislauf 15 kann vorteilhaft
auch von einer Feuerung abhängig
sein, die für
einen festen, gasförmigen
oder flüssigen
Brennstoff vorgesehen ist. Mit dem separaten Energietauscher 5 und
dem Wärmetauscher 14 kann
infolgedessen eine beliebige Kombination von verschiedenen Energiequellen
für die Bereitung
von Heißwasser 4 eingesetzt
werden.
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Für das Heißwasser 4 kann
eine Heißwasserverteilung 25 mit
Zirkulationsleitung 16 und entsprechenden Entnahmestellen 17 vorgesehen
werden, die jeweils zu einem nicht weiter dargestellten Verbraucher
führen.
Eine Zirkulationsleitung 16 ist für die Durchführung des
Verfahrens nicht zwingend erforderlich. Durch die Zirkulation wird
die Temperatur des Heißwassers 4 bei
der Entnahme auf einem konstanten mittleren Wert gehalten, welcher
der Temperaturschichtung im oberen Bereich im Speicher 3 entspricht
und die Erfassung der Temperatur vereinfacht.
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Zur
Temperaturerfassung befindet sich am Ausgang 22 des Speichers 3 zur
konventionellen Nachheizung in der Heißwasserverteilung 25 vor
den Entnahmestellen 17 ein Temperaturfühler 18, mit dem die
Temperatur des Heißwassers 4 am
Heißwasserabfluß 10 am
Ausgang 22 des Speichers 3 gemessen wird. Ein
zweiter Temperaturfühler 19 befindet
sich am Kaltwasserzulauf 9 am Eingang 7 des Solarspeichers 1,
mit dem die Temperatur des Kaltwassers 8 gemessen wird,
wenn an einer der gegenüberliegenden
Entnahmestellen 17 Heißwasser 4 entnommen
wird. Ein dritter Temperaturfühler 20 ist am
Ablauf 11 des Solarspeichers 1 angeordnet, mit dem
die Temperatur des Warmwassers 2 gemessen wird. Die Temperaturfühler 18, 19, 20 sind
mit einer zentralen Recheneinheit 23 mit einem Microcontroller
verbunden. Zur Bestimmung der Temperaturen können an sich bekannte Temperatursensoren
verwendet werden, wie z.B. Platin-, Nickel- oder Halbleitersensoren.
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Der
Volumenstrom des Warmwassers 2 bei der Entnahme wird im
Ausführungsbeispiel
durch einen Wasserzähler 24 in
der Meßstrecke 12 zwischen dem
Ablauf 11 des Solarspeichers 1 und dem Zulauf 13 des
Speichers 3 gemessen, wobei der Wasserzähler 24 ebenfalls
mit der Recheneinheit 23 verbunden ist. Ebenso wäre eine
Anordnung des Wasserzählers 24 im
Kaltwasserzulauf 9 möglich.
Als Wasserzähler 24 können für die Messung
des Durchflußes
in bekannter Weise im wesentlichen Flügelrad- oder Woltmanzähler, Ultraschall-Durchflußmesser oder
magnetisch-induktive Durchflußmesser
verwendet werden.
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Zur
Ermittlung der Verteilung der Energiekosten werden in der zentralen
Recheneinheit 23 die Temperaturunterschiede von Warmwasser 2 und Heißwasser 4 als
Differenz der jeweiligen Zu- und Ablauftemperaturen ermittelt. Die
dadurch erhaltenen Werte stellen die Eingangsgröße für die Berechnung der Energieverbräuche dar,
die sich aus der Multiplikation mit dem Volumenstrom ergeben. In
der zentralen Recheneinheit 23 wird die Wärmemenge aufgrund
der Durchfluß-
und Temperaturdifferenzmessung fortlaufend ermittelt und summiert.
Dadurch ergibt sich, daß die
Berücksichtigung
der Dichte und deren Temperaturabhängigkeit im Solarkreislauf
entfällt.