-
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 potentielle Energie, kinetische Energie sowie die Energie der Reibung des fließenden Fluids oder Mediums 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, sowie die daraus resultierende CO2-Relevanz, 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 (Watt/s) und in Milligramm CO2 pro Sekunde.
-
Dies könnte neue Energieeinheiten ergeben:
| 1. | mg CO2/s | (Milligramm CO2 pro Sekunde) |
| 2. | g CO2/min | (Gramm CO2 pro Minute) |
| 3. | kg CO2/h | (kg CO2 pro Stunde) |
-
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. Nicht näher dargestellt kann die oben beschriebene Sensorik in einem Gerät mit einer Auswert- und/oder Regeleinheit integriert sein. 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 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. Hierzu können die relevanten Grundwerte für Energiekosten (E pro kw/h) und der Durchschnittswert der Stromerzeugung, (kg CO2 pro kw/h), an geeignetem Gerät bzw. an dem Energiesensor mittels Internetverbindung (kabelgebunden oder über kabellose Technologie) eingegeben, bzw. aktualisiert, werden.
-
Der Energiesensor ist mit einem Leitrechner verbindbar. Der Leitrechner kann die Daten zur Visualisierung der Energiewerte mittels wenigstens einem Bildschirm, wenigstens einer virtuell Reality Brille (VR-Brille) oder wenigstens einem sonstigen geeigneten Visualisierungssystem oder in einer Kombination der vorgenannten Visualisierungsmittel (Bildschirm, Monitor, VR-Brille, Tablet, etc.) anzeigen.
-
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 oder sonstigen technischen Anlage mit fließenden Medien Anwendung finden.
-
Die vorliegende Erfindung misst in einer beliebigen Fluid-Leitung, die momentane, dort fliesende potentielle Energie, kinematische Energie sowie die durch Reibung erzeugte 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 Anlagenherstellern mit fließenden Medien, wie z.B. 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 Anlagenherstellern von Systemen mit fließenden Medien wie z.B. Werkzeugmaschinenherstellern sowie KSS-Anlagenherstellern 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.
-
Eneraieeffizienz 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 physikalischen 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, Volumenstrom und Medientemperatur 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 der daraus resultierenden 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 Fig. 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 | 5 m |
| 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 | 5m |
| Höhenunterschied | 1 m |
| Druck an der Düse | 14 bar |
| Volumenstrom | 150 l/min |
| Leitung DN | 25 mm |
| Strömungsgeschwindigkeit | 5,1 m/s |
Ergebnisse ermittelt mit der erfindunasaemäßen 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 bei Verwendung einer Leitung mit 25mm Durchmesser:
| Energieverbrauch | 6912 kw/h pro Jahr |
| Energiekosten | 692€ pro Jahr |
| Co2 Erzeugung | 3456kg / 4,8t co2 pro Jahr |
