DE102021004165A1 - Vorrichtung als CO2- und/oder Energiezähler - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung und/oder Erfassung und/oder Anzeige von einer an einen Verbraucher gelieferten Energiemenge und der aus der Energiemenge resultierenden erzeugten CO2-Menge für fluide Medien, wobei mittels wenigstens einer Erfassungs- und/oder Sensoreinheit, welche im strömenden Fluid angeordnet ist, die an den Verbraucher gelieferte kaliometrische Energiemenge ermittelbar und/oder messbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung als CO2-Zähler und/oder Energiezähler für fluide Medien, wobei mittels einer Erfassungs- und/oder Sensoreinheit, welche im strömenden Fluid angeordnet ist, die an einen Verbraucher gelieferte Energie- und/oder benötigte CO2-Menge nach den Merkmalen des Anspruchs 1 ermittelt wird.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von einer an einen Verbraucher gelieferten Energie- oder CO2-Menge zu schaffen, mit einem breiten Einsatzbereich und vorzugsweise einer hohen Messgenauigkeit. insbesondere soll ein exaktes und für eine Kostenerfassung zulässiges und auf einfache Art und Weise verwendbares Messergebnis erzielt werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
• Da die Energie gemessen werden kann, ist es möglich durch geeignete Komponenten einen Zustand herzustellen, welcher die geforderte Aufgabe des Mediums bei geringstem Energieaufwand möglich macht. Die hierdurch eingesparte Energie kann in vorteilhafter Weise direkt angezeigt werden.
• Es ist bedeutungsvoll, dass ein Fluidstrom nicht nur auf Druck oder Menge konstant gehalten werden kann, sondern einen konstanten Energiefluss - bei veränderlichen Parametern - aufrecht zu erhalten. Dies macht besonders Sinn, wenn der Fokus auf einer durch Fluid übertragenen Energie, d.h. Energiestrom, gerichtet ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Energie- und/oder CO2-Zähler) berechnet, in einem Fluidsystem eingebaut, den optimalen Querschnitt der Leitung, und zeigt in bedeutungsvoller Weise virtuell an was diese Leitung für Veränderungen auf Energieverbrauch, Energiekosten und CO2 Erzeugung bewirkt.
• Aus all diesem formt sich eine weitere vorteilhafte Vorrichtung bzw. Sensorik:
• Einen Durchflusssensor bzw. eine Durchflussmesseinrichtung, welche(r), nach weiter unten in der Beschreibung genannten physikalischen Zusammenhänge, nicht nur Druck, Menge (Volumen) und Temperatur anzeigt, sondern auch die Energie in J (Wattls) und in Milligramm CO2 pro Sekunde.
• Dies könnte eine neue Energieeinheit J und mg CO2 pro s ergeben.
• 1 zeigt ein Blockdiagramm zur schematischen Erläuterung der Funktion einer Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel, welches selbsterklärend ist.
• Es ist eine Druck-, Volumen- (Mengen-) und Temperatursensorik oder - messeinrichtung vorgesehen, welche die Messwerte und Daten an eine Recheneinheit („Energiesensor“) weiterleitet. Es können auch einzelne Senoren bzw. Messeinrichtungen hintereinander geschaltet bzw. nacheinander angeordnet werden.
• Die Sensoren können in jeder fließenden Fluidleitung zu Einsatz kommen. Am Effektivsten ist der Einsatz in Kühlschmierstoffleitungen im zentralen Zulauf oder an Prozessdüsen, sowie in der Kühlwasserleitung.
• Der Energiesensor übermittelt die berechneten Daten oder Kenngrößen an wenigstens eine Anzeigeeinrichtung oder wenigstens ein Display. Dort werden die Energie in W/s, der CO2-Gewichtswert in mg, g, kg und/oder t, die Energiekosten in kW/h, die Fließgeschwindigkeit in m/s, der Druck in bar, die Menge (Volumen) in l/min und die Temperatur in Grad Celsius angezeigt.
• Der Energiesensor ist mit einem Leitrechner verbindbar.
• Nicht näher dargestellt kann der erfindungsgemäße CO2-Sensor bzw. Energiesensor (zur Ermittlung des CO2-„Fußabdruck“) bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise in einer Werkzeugmaschine Anwendung finden.
• Die vorliegende Erfindung misst in einer beliebigen Fluid-Leitung, die momentane, dort fliesende Energie, unter Anzeige der relevanten Daten: Druck, Energie, Temperatur, Stromkosten sowie der Strömungsgeschwindigkeit. Die Energien werden als CO2-Werte umgerechnet und angezeigt. Auf Grundlage dieser Werte werden hochgerechnete Angaben - bezogen auf eine Stunde, sowie den Jahresverbrauch - in einem Display, auf einem Monitor oder einer Anzeigeeinrichtung angezeigt.
• Zur Verringerung des Energieverbrauchs und der CO2 Reduktion, werden Optimierungen des Leitungssystems, sowie die daraus resultierenden geringeren Werte für Energie und CO2 ausgegeben. Alle oben genannten Angaben beziehen sich auf die momentanen Echtzeit Messwerte.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Bewertung der eigenen Fluidsysteme, Benchmark und Prüfung getätigter Energieaussagen von Maschinenherstellern oder Kühlschmierstoffanlagenhersteller, sowie die direkte Ermittlung von Energiewerten durch getätigte Umbauten oder Veränderungen an Düsen etc. herangezogen werden. Zudem ist die Vorrichtung auch für Hersteller von Fluidkomponenten, Düsen und sonstigen Fluidsystemen zur Anzeige und Dokumentation der fließenden Energien ihrer Produkte geeignet.
  Bei Maschinenherstellern (Werkzeugmaschinenherstellern) sowie KSS-Anlagenhersteifer kann die Vorrichtung zur Anzeige der Energien von Fluidströmen dienen. Bei Unternehmen in der Versorgungstechnik sowie Energieberatung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dokumentation und Beweisführung Ihrer Projektierungen herangezogen werden.
• Energieeffizienz in strömenden Fluidsystemen
• Fluid Energiemesssystem zur Darstellung und Optimierung von Energieströmen und CO2 Erzeugungen im Fluidbereich unter dem Aspekt der Erkennung nicht optimal projektierter Fluidsysteme.
• In der Welt der Werkzeugmaschinen und sonstiger Fluidsystemen wird bis dato sehr viel Energie verschwendet sowie unnötig viel CO2 zur Gewinnung dieser Energie erzeugt.
• Dies ist in den meisten Fällen dem allgemeinen Missverständnis der in Fluidsystemen fließenden Energien und bei falscher Projektierung dieser Fluidsysteme mit sehr hohen Verbrauchen durch diese Fehlprojektierung geschuldet. Die in Fluidsystemen fließenden Energien ergeben sich aus Druck, Menge und Volumenstrom sowie den Reibverlusten, welche durch die Leitungssysteme erzeugt werden. Hieraus ergeben sich bei falscher Projektierung, sowie nachträglichen Änderungen an den Fluidsystemen, sehr hohe und unnötige Energiekosten und CO2 Belastungen. Durch Veränderungen der Leitungssysteme kann die benötigte Energie sowie daraus resultierende geringere CO2 Belastung realisiert werden ohne die eigentliche benötigte Fluidenergie zu beeinflussen.
• Physikalischen Zusammenhänge
• Durch die von Bernoulli dokumentierten Zusammenhänge in strömenden Fluiden sowie die Formeln zur Energieberechnung können durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung Energien und CO2 Werte angezeigt werden. Hierzu liegt zugrunde das sich in Leitungssystemen durch Volumenstrom und Reibung Verluste ergeben. Diese zeigen sich exemplarisch in 2
• Diese Grundlagen ermöglichen, durch Optimierung unzureichend projektierter Fluidsysteme, erhebliche Energieeinsparungen sowie CO2 Reduzierungen zu erzielen. Da sich schon in einer einzelnen Fluidleitung erhebliche Verluste ergeben können, multiplizieren sich diese innerhalb einer Maschine. Diese Summe multipliziert sich mit der Anzahl der Maschine innerhalb einer Produktionsstätte, welche sich wiederum mit der Anzahl der landesweiten bzw. weltweiten multipliziert. Durch diese, mehrfachen Multiplikationsfaktoren, ergeben sich, wie schon erwähnt, exorbitante Energieeinsparungen sowie CO2 Reduktionen.
• In dem folgenden rechnerischen Beispiel, werden die oben genannten, der von Bernoulli bewiesenen, Energien in einem strömenden Fluidsystem dargestellt. Repräsentatives Beispiel einer Prozesskühlung einer Schleifmaschine

  Pumpendruck	20 bar
  Leitungslänge	5m
  Höhenunterschied	1 m
  Druck an der Düse	14 bar
  Volumenstrom	150 l/min
  Leitung DN	15 mm
  Strömungsgeschwindigkeit	14,1 m/s

  Ergebnisse ermittelt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

  Energie	8804 Watt/s
  Energieverbrauch	8,8 kw/h pro Stunde.
  Energiekosten	0,88€ pro Stunde
  Co2 Erzeugung	4,3kg co2 pro Stunde

  Energieverbrauch	16896 kw/h pro Jahr
  Energiekosten	1690€ pro Jahr
  Co2 Erzeugung	8256kg / 8,3t co2 pro Jahr

  Berechnungsgrundlage:
  Kosten pro kw/h	0,10 ct
  Stunden pro Tag	8 h
  Arbeitstage im Jahr	240 Tage
  CO2 pro KW/h	489g

  Bei Verwendung eine Leitung mit 25mm Durchmesser

  Pumpendruck	20 bar
  Leitungslänge	5 m
  Höhenunterschied	1 m
  Druck an der Düse	14 bar
  Volumenstrom	150 I/min
  Leitung DN	25 mm
  Strömungsgeschwindigkeit	5,1 m/s

  Ergebnisse ermittelt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung:

  Energie	5211 Watt/s
  Energieverbrauch	5,2 kw/h pro Stunde.
  Energiekosten	0,52€ pro Stunde
  Co2 Erzeugung	2,5kg co2 pro Stunde

  Energieverbrauch	9984 kw/h pro Jahr
  Energiekosten	998€ pro Jahr
  Co2 Erzeugung	4800kg / 4,8t co2 pro Jahr

  Berechnungsgrundlage:
  Kosten pro kw/h	0,10 ct./kw/h
  Stunden pro Tag	8 h
  Arbeitstage im Jahr	240 Tage
  CO2 pro KW/h	489g CO2

  Einsparung durch Leitung 25mm:

  Energieverbrauch	6912 kw/h pro Jahr
  Energiekosten	692€ pro Jahr
  Co2 Erzeugung	3456kg / 4,8t co2 pro Jahr

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Ermittlung und/oder Erfassung und/oder Anzeige von einer an einen Verbraucher gelieferten Energiemenge und der aus der Energiemenge resultierenden erzeugten CO2-Menge für fluide Medien, wobei mittels wenigstens einer Erfassungs- und/oder Sensoreinheit, welche im strömenden Fluid angeordnet ist, die an den Verbraucher gelieferte kaliometrische Energiemenge ermittelbar und/oder messbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle notwendigen Sensoren, Elektronik mit Bedienelementen sowie die Anzeigeelemente in einem Gerät und/oder in einem Gehäuse vereinbar sind, und/oder die Vorrichtung einen eichfähigen und/oder fälschungssicheren Verbrauchsspeicher oder eine eichfähige und/oder fälschungssichere Erfassungseinheit aufweist, indem der Verbrauchsspeicher oder die Erfassungseinheit als nicht löschbarer und fortlaufender Zähler ausgebildet sind, und/oder der Verbrauchsspeicher und/oder die Erfassungseinheit mechanisch durch eine Plombe oder eine versiegelte Verschraubung gegen Sabotage gesichert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgrößen, insbesondere Druck, Durchflussmenge (Volumen), Durchflussgeschwindigkeit, Temperatur, der resultierende Energiestrom sowie die daraus resultierende CO2-Erzeugung an eine Verarbeitungseinheit oder einen Leitrechner weitergeleitet werden, und/oder dass der Verbrauchsspeicher und/oder die Erfassungseinheit als elektronisch beschreibbarer Speicher ausgebildet sind, welche eine Verschlüsselungseinrichtung aufweisen, um die zu speichernden Verbrauchsdaten, insbesondere Energiemenge und CO2-Menge, verschlüsselt und/oder kennwortgeschützt abzuspeichern und/oder an die Verarbeitungseinheit oder den Leitrechner oder eine amtliche Behörde weiterzuleiten.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Eingabe- und/oder Bedienelemente, insbesondere eine Tastatur oder eine Schnittstelle, zur Eingabe von Werten oder Kenngrößen vorgesehen sind und/oder dass die Vorrichtung eine Uhr und/oder einen Kalender aufweist, um die ermittelte/ gemessene Energiemenge und/oder CO2-Menge mit einem Zeitstempel zu versehen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Schnittstelle aufweist, um ein Programmier- und/oder Auslesegerät anzuschließen oder sich mit diesem - vorzugsweise zum Datenaustausch - zu verbinden bzw. in Verbindung zu setzen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Schnittstelle eine drahtlose Kommunikationsverbindung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Rechen- und/oder Anzeigeeinheit ein Energiefenster und/oder einzelne Energiewerte überwacht, ausgewertet, übermittelt und visualisiert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Werte an externe Anzeige- und/oder Recheneinheiten übermittelt werden, wobei die Übermittlung als Analogwert oder digital, insbesondere als lO-Link, erfolgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorrichtung ein zur Energieübertragung dienender Fluidstrom nicht nur beschränkt auf Druck oder Menge konstant haltbar ist, sondern ein konstanter Energiefluss - bei veränderlichen Parametern - aufrecht erhaltbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung und/oder Anzeige der CO2 Erzeugung der durch die Erfassungs- und/oder Sensoreinheit fließenden kalorimetrischen Energie, durch vorherige Eingabe oder Messung der dazu relevanten Daten erfolgt und/oder dass die Erfassungs- und/oder Sensoreinheit in einem Fluidsystem eingebaut den optimalen Querschnitt der Leitung berechnen kann, wobei virtuell anzeigbar ist, welche Veränderungen an der Leitung auf Energieverbrauch, Energiekosten und/oder CO2 Erzeugung Einfluss hat.

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