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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Jahresnutzungsgrads einer wärmetechnischen Anlage für Gebäude.
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Der Jahresnutzungsgrad einer wärmetechnischen Anlage ist ein Kennwert, der für einen Anlagenvergleich herangezogen wird. Anhand des Jahresnutzungsgrads kann die Auslegung einer Heizungsanlage für ein Gebäude oder Gebäudekomplex beurteilt werden. So ist es zum Beispiel in der Energiereinsparverordnung (gemäß § 556c BGB) vorgeschrieben, dass eine neu zu installierende Heizungsanlage einen besseren Jahresnutzungsgrad aufweisen soll als die vorher vorhandene Heizungsanlage.
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Der Jahresnutzungsgrad ist von mehreren Parametern gemäß der folgenden Berechnungsgleichung abhängig: ηa = ηK/(1 + qB·(b/ba – 1))
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Dabei ist ηa der zu berechnende Jahresnutzungsgrad, ηK der Kesselwirkungsgrad der Heizungsanlage, qB der relative Bereitschaftswärmeaufwand, der sich aus dem Quotient Verlustleistung/Feuerungsleistung berechnet. Die Variable ba steht für die tatsächliche Brennerlaufzeit und b ist die Einschaltdauer der Heizungsanlage. Damit hängt der Jahresnutzungsgrad von einer Vielzahl von Parametern ab, die zum Teil nur messtechnische erfasst werden können.
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Der Kesselwirkungsgrad ηK ist häufig vom Kesselhersteller vorher ermittelt und daher bekannt. Die anderen Werte hängen ab von den Gebäudeparametern, der Heizungsanlage, dem hydraulischen System und den klimatischen Bedingungen, die für jedes Gebäude und im Laufe eines Jahres unterschiedlich sind. Tatsächlich lässt sich ein Jahresnutzungsgrad daher kaum vorher bestimmen.
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Aber auch eine rückwirkende Berechnung ist häufig nicht möglich, da beispielsweise die Einschaltdauer der Heizungsanlage und die tatsächliche Brennerlaufzeit nicht aufgezeichnet werden beziehungsweise worden sind. Auch ist häufig die abgegebene Wärmemenge insbesondere bei älteren Heizungsanlagen nicht erfasst worden, da die hierfür erforderlichen Wärmemengenzähler nicht montiert waren.
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Grundsätzlich kann festgehalten werden, dass der Jahresnutzungsgrad umso schlechter wird je häufiger der Brenner taktet. An warmen Tagen dient der Brenner nur zur Warmwassererzeugung oder zur Aufrechterhaltung der Kesseltemperatur, so dass der Quotient b/ba in der oben genannten groß wird so dass der Nenner groß wird. Der Jahresnutzungsgrad wird entsprechend klein. Je länger der Brenner läuft, desto besser ist der Jahresnutzungsgrad und desto besser ist die Anlage ausgelegt. Allerdings muss auch stets eine Reserve vorhanden sein, um an ungewöhnlich kalten Tagen das Gebäude noch hinreichend beheizen zu können. Der Fall, dass b = ba ist, wird daher nicht auftreten. Dann entspricht der Jahresnutzungsgrad ηa dem Kesselwirkungsgrad ηK.
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Zum Nachweis, dass die neu zu installierende Heizungsanlage einen besseren Jahresnutzungsgrad aufweist als die alte und zu ersetzende Heizungsanlage, müssen die entsprechenden Werte erfasst werden, was jedoch ohne vorherige Installation der teilweise kostenaufwändigen Messgeräte nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist. Eine nachträgliche Bestimmung ist daher bislang nicht möglich. Entsprechendes gilt natürlich auch für die zukünftige Ermittlung des Jahresnutzungsgrad.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Jahresnutzungsgrads bereitzustellen, mit dem insbesondere die nachträgliche Berechnung des Jahresnutzungsgrads möglich ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass während einer Messperiode, die kleiner als ein Jahr dauert, zumindest die Außentemperatur, die abgegebene Wärmemenge, die aufgenommene Wärmemenge, die erzeugte Wärmemenge, die Einschaltdauer der Heizungsanlage und der Warmwasseraufbereitung und die tatsächliche Laufzeit des Heizbrenners der Heizungsanlage erfasst werden, dass aus diesen erfassten Werten ein Nutzungsgrad der wärmetechnischen Anlage in Abhängigkeit von der Außentemperatur während der Messperiode ermittelt wird, und dass aus dem in Abhängigkeit von der Außentemperatur ermittelten Nutzungsgrad anhand von abrufbaren Klimadaten und insbesondere von den für den Standort des Gebäudes von einer Datenbank abrufbaren Außentemperaturwerten der Jahresnutzungsgrad ermittelt wird. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis aus, dass der Jahresnutzungsgrad in Abhängigkeit von der Außentemperatur zumindest näherungsweise einer Geraden folgt. Damit kann der Jahresnutzungsgrad in Abhängigkeit von der Temperatur nur durch relativ wenige Messdaten (theoretisch lediglich zwei Messdaten bei unterschiedlichen Außentemperaturen) ermittelt werden. Zusammen mit den abrufbaren Außentemperaturdaten, die beispielsweise von einem Wetterdienst für den betreffenden Standort der Heizungsanlage zur Verfügung stehen, kann dann der Jahresnutzungsgrad für ein Jahr berechnet werden.
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Der Vorteil besteht insbesondere darin, dass die erforderlichen Messdaten nicht über ein Jahr erfasst zu werden brauchen. Es ist ausreichend, die Messdaten beispielsweise über eine Woche zu erfassen. Besondere Messwerte können durch eine entsprechende Manipulation an der Heizungsanlage erhalten werden. So können die Werte für den Warmwasser-Betrieb durch Abschalten der Heizkreise erhalten werden. Insgesamt ist es möglich, ausreichend gesicherte Messwerte für die Berechnung des Jahresnutzungsgrads in einer relativ kurzen Messperiode zu erhalten. Anhand der so ermittelten Kennlinie kann der Jahresnutzungsgrad einer Heizungsanlage für die Vergangenheit relativ genau berechnet werden.
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Für eine neue Heizungsanlage kann entsprechend vorgegangen werden. Es wird die Kennlinie anhand weniger Messdaten in einer relativ kurzen Messperiode ermittelt. Dann kann der Jahresnutzungsgrad anhand der abrufbaren Klimaanlagen berechnet werden. Da dann sogar die gleichen Außentemperaturen zugrunde gelegt werden, können die alten und die neue Heizungsanlage gut miteinander verglichen werden.
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Die Messperiode kann deutlich kleiner als ein Jahr sein. Es ist zweckmäßig, die Messperiode so zu wählen, dass vorzugsweise unterschiedliche Außentemperaturen vorherrschen. Dann kann die Kennlinie gut ermittelt werden. Die Messperiode kann beispielsweise einen Monat oder aber eine Woche dauern. In einer solchen Messperiode sollten die Außentemperaturen solchen Schwankungen unterliegen, dass aussagekräftige Messdaten erfasst werden können. Günstig kann es sein, wenn die Messperiode in der Übergangszeit liegt, da hier die größten Schwankungen zu erwarten sind, so dass die Messwerte gute Ergebnisse liefern.
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Wie die Messwerte erfasst und verarbeitet werden, ist grundsätzlich beliebig. Es kann vorgesehen werden, dass die in der Messperiode gemessenen Werte in einer zentralen oder dezentralen Datenverarbeitungsanlage erfasst und ausgewertet werden. Weiterhin ist es günstig, wenn neben der Außentemperatur am Standort des Gebäudes weitere Klimadaten, insbesondere die Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Niederschlag und Sonneneinstrahlung, erfasst werden. Dann kann das Verhalten der Heizungsanlage bei unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen erfasst werden. Es kann eine Datenbank geschaffen werden, mit deren Hilfe weitere Heizungsanlagen bereit im Vorfeld besser ausgelegt werden können.
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Die Messdaten umfassen unter anderem auch die abgegebene Wärmemenge der Heizbrenners. Ein Wärmemengenzähler ist jedoch häufig nicht in einer älteren Heizungsanlage eingebaut. Ein nachträglicher Einbau ist nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich. Da es nunmehr ausreichend ist, die Wärmemenge für eine relativ kurze Messzeit zu erfassen, kann vorgesehen werden, dass die abgegebene Wärmemenge durch einen mobilen Wärmemengenzähler und insbesondere durch einen mobilen Ultraschall-Wärmemengenzähler erfasst wird. Diese Geräte können nachträglich ohne weiteres an bereits bestehende Heizungsanlagen montiert und nach der Messperiode wieder abgebaut werden.
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Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 das Verfahrensschema anhand eines zu heizenden Gebäudes und
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2 den Jahresnutzungsgrad ηa über der Außentemperatur.
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In dem in der 1 gezeigten Gebäude 11 oder Gebäudekomplex ist eine Heizungsanlage 12 montiert, die wenigstens einen Heizkreis 13 mit Wärme versorgt. An die Heizungsanlage 12 kann auch eine nicht gezeigte Warmwasseraufbereitung für das Gebäude angeschlossen sein. Die Heizungsanlage 12 wird von außen mit Primärenergie, beispielsweise mit Erdgas 14, befeuert. Üblicherweise wird nur die Menge der zugeführten Energie mit einem Zähler 15, beispielsweise einem Gaszähler, erfasst. Insoweit ist der Aufbau einer Heizungsanlage bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
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Für die Ermittlung des Jahresnutzungsgrad müssen aber auch weitere Parameter des Gebäudes 11, der Heizungsanlage 12 und auch die klimatischen Daten erfasst werden. Dazu ist das Gebäude 11 mit einer Messeinrichtung 16 versehen, die insbesondere die Außentemperatur und gegebenenfalls den Niederschlag, die Windstärke, die Windrichtung und dergleichen misst. Weiterhin können Gebäudeparameter, wie umbauter Raum, Fensterfläche und Ausrichtung eingegeben werden. Die Messeinrichtung 16 liefert diese Daten zu einer Datenverar-beitungsanlage 17. Weiterhin werden durch den Heizkessel 12 dessen Betriebsdaten, also insbesondere die Einschaltdauer des Brenners, die Betriebsdauer der Heizungsanlage, der Kesselwirkungsgrad, erfasst und ebenfalls an die Datenverarbeitungsanlage 17 weitergeleitet.
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Für die Berechnung des Jahresnutzungsgrads muss auch die abgegebene Wärmemenge erfasst werden. Hier ist ein mobiler Wärmemengenzähler 18 vorgesehen, der die Durchflussmenge des Heizmediums durch den Heizkreis 13 erfasst und an die Datenverarbeitungsanlage 17 übermittelt. Weiterhin wird über Temperaturfühler 19, 20 die Temperatur des Heizmediums im Vorlauf und im Rücklauf erfasst und an die Datenverarbeitungsanlage 17 übermittelt. Damit kann die tatsächlich abgegebene Wärmemenge ermittelt werden.
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Der mobile Wärmemengenzähler 18 und die erforderlichen Temperaturfühler 19, 20 können ohne weiteres an vorhandene Heizungsanlagen angeschlossen werden, so dass die Erfassung dieser Messwerte keine Probleme bereitet. Grundsätzlich kann der Wärmemengenzähler auch fest installiert sein.
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In jedem Fall werden somit alle Messwerte erfasst und an die Datenverarbeitungsanlage 17 weitergleitet. Diese ist dann in der Lage, den Jahresnutzungsgrad ηa zu berechnen und über eine Anzeige- oder Ausgabeeinheit 21 anzuzeigen oder auszudrucken oder anderweitig, beispielsweise als Datensatz, zur Verfügung zu stellen. Für die Ermittlung des Jahresnutzungsgrads müsste diese Anordnung in dieser Weise ein Jahr installiert sein, um diesen zu berechnen. Dies ist aber insbesondere bei älteren Heizungsanlagen nicht oder nicht mehr möglich.
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Es wird nunmehr so vorgegangen, dass der Jahresnutzungsgrad entsprechend der Bedingung ηa = ηK/(1 + qB·(b/ba – 1)) anhand von wenigen Messwerten, die in einer kurzen Messperiode erfasst werden, berechnet wird. Die Messwerte werden beispielsweise über einen Zeitraum von zwei Wochen erfasst. Es ergibt sich ein berechneter Jahresnutzungsgrad für die Außentemperaturen Ta = 0°C, Ta = 10°C und Ta = 15°C von 0,5, 0,45 und 0,42. Durch diese drei Messpunkte verläuft gemäß 2 eine Gerade 22 über den relevanten Außentemperaturbereich von z. B. –25°C bis 25°C. Tatsächlich gibt es einen linearen Verlauf der Kessellinie zwischen einem minimalen Nutzungsgrad, wenn der Heizbrenner nur für die Warmwasseraufbereitung läuft, und einem maximalen Nutzungsgrad, wenn der Brenner dauernd läuft, beispielsweise an sehr kalten Tagen.
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Diese so in der kurzen Messperiode ermittelte Kennlinie kann für andere Außentemperaturen zur Berechnung des Jahresnutzungsgrads herangezogen werden. Dazu kann die Datenverarbeitungsanlage 17 mit einer externen Datenbank 23 in Verbindung stehen, von der die Klimadaten für den Standort des betreffenden Gebäudes 11 abrufbar sind. Dann kann der Jahresnutzungsgrad für das vergangene Jahr anhand der seinerzeit vorherrschenden Außentemperaturen genau ermittelt werden. Dazu wird lediglich eine Messperiode von einer bis vier Wochen benötigt. Damit kann eine aussagekräftige Berechnung des Jahresnutzungsgrads erfolgen, obwohl die betreffenden Messwerte der Heizungsanlage nur über einen kurzen Zeitraum erfasst worden sind.
