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Zählverfahren und -vorrichtung für Einzelheizanlagen mit Sammelspeisung
Die Erfindung betrifft ein Zählverfahren für eine gewisse Zahl von Einzelheizanlagen,
welche sich in einem Wohnhaus befinden und aus einer gemeinsamen Brennstoffquelle
gespeist werden. Das Verfahren bezweckt insbesondere die gerechte Aufteilung des
Gesamtbrennstoffverbrauchs auf die Benutzer.
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Die Erfindung hat ferner eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens
zum Gegenstand.
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Bekanntlich wird bei von einer gemeinsamen Brennstoffquelle, zB.
für Gas oder Masut, gespeisten Einzelheizanlagen für jede Anlage ein Einzelbrennstoffzähler
vorgesehen. Die jedem Benutzer in Rechnung gestellten Ausgaben sind dann zu den
Angaben seines onderzählers proportional. Diese
Verteilungsart ist
ungerecht, da sich für einen bestimmten Komfort, d.h. eine bestimmte Bodenfläche
und eine bestimmte Raumtemperatur, der Brennstoffverbrauch mit dem Koeffizienten
der Wärmeverluste der zu heizenden Bäume ändert. Dieser Koeffizient schwankt nun
Je nach der Lage der Bäume in sehr weiten Grenzen, z. B. in einem Verhaltnis von
1 : 3. Ferner sind die Brennstoffzähler teuer und auch empfindlich, insbesondere
die Masutzähler.
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Die Erfindung bezweckt insbesondere eine gerechte Verteilung des
Gesamtbrennstoffverbrauchs, welche auf dem von dem Benutzer erhaltenen Komfort beruht
und nicht von der Lage der verschiedenen zu heizenden Räume abhängt.
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Das erfindwngsgemasse Zählverfahren für eine gewisse Zahl von aus
einer gemeinsamen Brennstoffquelle gespeisten Einzelheizanlagen zur Verteilung des
gesamten Brennstoffverbrauchs auf die Benutzer ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine Grundgrösse gemessen wird, welche von der von jedem Benutzer gewünschten Temperatur
abhängt, dass diese Grösse zeitlich während der Betriebs zeit einer Jeden Anlage
integriert wird, und dass der Gesamtbrennstoffverbrauch in Funktion des erhaltenen
Integrals verteilt wird.
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Die Verteilung erfolgt dann entsprechend der verlangten Raumtemperatur
und der Betriebszeit. Sie hängt weder von dem Wirkungsgrad der Heizelemente noch
von der Wärmeisolierung der Räume ab.
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Gemäss einer ersten Form dieses Verfahrens ist die Grundgrösse eine
Funktion der stellung des Steuerorgans der Anlage, z.Bv des Raumthermostaten.
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Gemäss einer zweiten Form ist die Grundgrösse die Differenz zwischen
der tatsächlich erhaltenen Raumtemperatur und der Aussentemperatur. Das Integral
dieser Grund grösse ist so zu der Zahl der Grad-Tage proportional. 3ekar:tlich benutzen
die Wärmefachleute in reichlichem Maße diesen Begriff der Zahl der Grad-Tage, welche
definitionsgemäss das Produkt aus der Zahl der Tage, während welcher eine @e@ arbeitet,
und der Differenz zwischen der mittleren täg-Aussentemperatur und der Innentemperatur,
vermindert um zur Berücksichtigung der äusseren Wärmezufuhr, ist.
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Die erfindungsgemässe Zählvorrichtung fur" eine gewiss. Zahl von
aus einer gemeinsamen Brennstoffquelle gespeisten Einzelheit/anlagen zur Verteilung
des gesamten Brennsteffverbrauchs auf die Benutzer ist dadurch gekennzeichnet, dass
sics für ede Anlage einen Detektor aufweist, welcher ein Signal liefert, welches
eine Funktion der für Jede Anlage gewünschten temperatur ist, sowie einen Integrator
zur Integrierung dieses Signale nach der Zeit, wobei Binrichtungen zur gleichzeitigen
Inbetriebsetzung des Integratora und der entsprechenden Heizanlage vorgesehen sind.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform liefert der Detektor ein
elektrisches Signal, und der Integrator enthält einen Wandler zur Umwandlung einer
Spannung in eine Zahl von Impulsen und einen Zähler zur Zählung von elektrischen
Impulsen.
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Gemäss einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Wandler
allen Anlagen gemeinsam, wobei sein Eingang und sein Ausgang mit den Detektoren
bzw. den Impulszählern durch zwei synchrone Umschalter verbunden werden.
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Die Vorrichtung bietet eo eine den digitalen Techniken eigentümliche
Betriebssicherheit, und die Zahl ihrer Bestandteile wird auf einen Kleinstwert herabgesetzt.
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Gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Detektor
durch ein von dem Betätigungsknopf des entsprechenden Raumthermostaten angetriebenes
Potentiometer gebildet. Die Verteilung erfolgt dann in Funktion der von dem Benutzer
gewunschten Temperatur.
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Gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist der Detektor
eine die Aussentemperatur messende Temperatursonde und eine die erhaltene Raumtemperatur
messende Sonde auf. Die Verteilung erfolgt dann in Funktion des Integrals der Differenz
zwischen diesen beiden Temperaturen, wobei dieses Intetral die tatsaohlich erhaltene
Zahl von Grad-Tagen kennzeichnet.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beispielshalber erläutert.
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Fig. 1 ist ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen
Zählvorrichtung, bei
welcher das Signal des Detektors eine Funktion
der Stellung des Raumthermostaten ist.
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Fig. 2 zeigt die lohaltung einer zweiten Ausführungsform, bei welcher
das Signal des Detektors eine Funktion der Differenz zwischen der erhaltenen Raumtemperatur
und der lussentemperatur ißt.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die gewählte
Grundgroese eine Funktion der von jedem Benutzer einer Einzelheiz@anlage gewünschten
Raumtemperatur.
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Die Vorrichtung enthält in Jeder Anlage einen Detektor, welcher durch
ein auf der Achse des Rausthermostaten 2 befestigtes Potentiometer 1 gebildet wird.
Der Schieber 9 des Potentiometers 1 ist fest mit dem Beta"tigungsknopf 4 des Thermostaten
2 verbunden. Alle Potentiometer' 1 werden parallel von einer Konstantgleichspannungsquelle
5 gespeist. Jeder Schieber 3 ist über einen Schalter 6 mit einem Kontakt 7 eines
Umschalters 8 verbunden. Jeder Umschalter 6 ist fest mit dem nicht dargestellten
Teil zur Inbetriebsetzung der entsprechenden Heizanlage verbunden, so dass er wah"rend
der ganzen Zeit geschlossen ist, während welcher die Anlage tatsächlich arbeitet.
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Der Schieber 9 des Umschalters 8 ist mit einer Steuerklemme eines
Analog-Digital-Wandlers verbunden, welcher eine elektrische Spannung in eine Zahl
von Impulsen umwandelt. Die andere Steuerklemme des Wandlers 11 ist mit einer Klemme
12 der Spannungsquelle 5 verbunden. Der Vandler 11 kann z.B. durch einen Oszillator
mit veränderlicher Frequenz gebildet werden, welche durch das Signal des mit den
Steuerklemmen verbundenen Detektors gesteuert wird.
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Eine Ausgangsklemme des Wandlers 11 ist mit dem Schieber 13 eines
zweiten Umschalters 14 verbunden.
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Die beiden Umschalter 8 und 14 werden im Synchronismus durch einen
Zeitgeber 15 gesteuert, welcher die Schieber 9 und 13 gemäss einem Zyklus bestimmter
Dauer von einem Iontakt zu einem anderen verschiebt, wobei der Schieber mit Jedem
tontakt während einer ebenfalls bestimmten Zeit in Beruhrung
bleibt.,
welche bei allen Kontakten die gleiche ist, Jeder Kontakt 16 des Umschalters 14
ist mit einer Klemme eines Frequenzteilers 17 verbunden. Die anderen Klemmen der
Teiler 17 sind parallel an die zweite Ausgangsklemme des Wandlers 11 angeschlossen.
Der Ausgang eines jeden Teilers 17 ist an einen Digitalzähler 18 zur Zählung von
elektrischen Impulsen angeschlossen, welcher elektromechanisch oder elektronisch
ausgebildet sein kann.
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Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermassen: Die Potentialdifferenz
zwischen jedem Schieber 3 und der Klemme 12 der Spannungsquelle 5 hängt von der
von dem Benutzer gewünschten Raumtemperatur ab und ist praktisch eine lineare Punktion
dieser Temperatur. Die Frequenz des Wandlers 11 hangt Jederzeit von dem von dem
Detektor 1, mit welchem er verbunden ist, gelieferten Signal ab und ändert sich
praktisch linear mit diesem Signal. Der Wandler wird gemäss einem durch den Zeitgeber
15 definierten kontinuierlichen Zyklus mit Jedem Detektor 1 und mit jedem Frequenzteiler
17 währand einer bestimmten Zeit t verbunden. Wenn df die Frequenzanderung des Wandlers
11 fu"r eine Linderung der von dem Benutzer gewunschten und durch den Knopf des
Thermostaten 2 eingestellten Temperatur um einen Celsiusgrad bezeichnet, ist die
federung der bei jedem Zyklus von dem Teiler 17 empfangenen Zahl von Impulsen je
Grad gleich df.t. Wenn der Teiler 17 die Frequenz durch k teilt, ändert sich die
Zahl der auf den Zahler 18 übertragenen Impulse um df.t/k je Grad.
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Erfindungsgema"ss werden die Werte von df, t und k so gewählt, dass
bei jedem Zyklus diese Änderung der Zahl der von dem Zähler 18 empfangenen Impulse
je Grad wenigstens einen Impuls beträgt. Anders ausgedrückt, das Produkt aus df
und t ist wenigstens gleich k.
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Ferner hat erfindungsgemass die Frequenz des Wandlers für die vorgesehene
Minimaltermperatur einen solchen Wert, dass der Zähler wenigstens einen Impuls während
der Zeit t empfangtt während welcher er an den Wandler 11 angeschlossen ist. Anders
auagedrückt, diese Minimalfrequenz ist wenigstens gleich dem oben definierten Mindestwert
von df.
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Unter diesen Bedingungen betragt offenbar das Unterscheidungsvermögen
des Zählers wenigstens einen Celsiusgrad.
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Die Dauer des Zyklus der Umschalter 8 und 14 wird erheblich kleiner
als der wahrscheinliche Wert des Zeitintervalls gewählt, welches zwei aufeinanderfolgende
Xnderungen der gewünschten Temperatur durch den Benutzer trennt.
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Unter diesen Bedingungen ist die Zahl der in dem Zähler 18 gezahlten
Impulse proportional zu dem Integral der von dem Benutzer verlangten Erhöhung der
Raumtemperatur über einen kleinsten Bezugswert, wobei die Integration wRhrend der
tatsächlichen Betriebszeit der Heizanlage erfolgt.
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Zur Aufteilung des Brennstoffverbrauchs auf die Benutzer genügt es,
die in jedem Zahler 18 gezahnte Zahl abzulesen und sie mit einer zu der Oberfläche
der entsprechenden Räume proportionalen Maßzahl zu multiplizieren. Die Aufteilung
erfolgt dann proportional zu des gewünschten Komfort, welcher durch das Produkt
von drei Faktoren gemessen wird, namlich der verlangten emperaturerhöhung, der Betriebszeit
der Anlage und der Oberfläche der Raume.
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Die in den Zählern gezählte Impulszahl gestattet ausserdem die Bureohnung
des Mittelwerts der von Jedem Benutzer während einer Jahrlichen Heizperiode verlangten
Temperaturerhohung gegenüber der kleinsten Bezugstemperatur.
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Es genügt, die Zeit der Inbetriebsetzung des Prequensumforxers 11
zu Beginn dieser Beriode und die Zeit der Abstellung deselben am Ende der gleichen
Heizperiode zu notieren.
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Aus dieser mittleren Temperaturerhöhung kann leicht die von Jedem
Benutzer gewünschte Zahl von Grad-Tagen unter Benutzung der von dem etterdienst
gelieferten Mittelwerte der Aussentemperatur berechnet werden. Die so bo rechnete
Zahl von Grad-Tagen hat den Vorteil, dass sie auf der.
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wirklich verlangten Innentemperatur beruht und etwaige Abstelle perioden
der Heizanlagen berücksichtigt.
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Man kann dann auf die Benutzer der @s@umtbrennstoffverbrauch proportional
zu der Wohnfläche einer jeden Wohnung und zu der Zahl der so berechneten Grad-Tage
aufteilen In einem typischen Ausführungsbeispiel
beträgt die oben
erwähnte kleinste Bezugstemperatur 10 Celsiusgrade, und das von den Potentiometern
1 gelieferte Signal andort sioh von 1 bis 20 Volt, wenn sich die an dem Raumthermostaten
2 eingestellte Temperatur von 11 bis 30 Oelsiusgrade ändert, was eine Minderung
von einem Volt Je Grad bedeutet. Der Wandler 11 ist ein Oszillator mit veränderlicher
Frequenz, dessen Frequenz sich zwischen 100 und 2000 Hz für eine Änderung des Steuersignals
von 1 bis 20 Volt ändert.
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Der Faktor df betragt somit 100. Der Zyklus der Umschalter 8 und
14 hat eine Dauer von 6 Minuten, und Jede Anlage ist nit den Wandler 11 während
einer Zeit t von 4 Sekunden verbunden. Dss Teilungsverhältnis k der Frequenzteiler
17 beträgt 40.
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Die linderung der bei Jedem Zyklus von den Zählern 18 eipfangenen
lnpulszahl je Grad beträgt dann 10, was ein Unterscheidungsvermögen von einem Celsiusgrad
gewährleistet. Wenn ferner die eingestellte Temperatur gleich den kleinsten Wert
von 11 Grad ist, empfängt der entsprechende ZahN-1er ebenfalls 10 Impulse Je Zyklus.
Der Eichkoffizient der Zähler betrugt 100 Impulse Je bunde und Je Grad über 10 Grad.
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Wenn elektromechanische Zähler benutzt werden sollen, deren Arbeitsgeschwindigkeit
gering ist, kann natürlich das Teilungsverhältnis k der Teiler 17 so verändert werden,
dass die von den Zählern in Jedes Zyklus empfangene Impulszahl verringert wird.
Ebenso wird die Meßzeit t Je Zyklus in Funktion der Schnelligkeit der Umschalter
so gewählt, dass der Integrationsfehler infolge der Zeit des ttbergangs von einem
Kontakt zum anderen möglichst klein gemacht wird.
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Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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Die Integrieranordnung umfasst wie bei der in Fig. 1 dargestellten
Ausführung einen Wandler 11 zur Umwandlung einer Bpannung in eine Inpulszahl, Frequenzteiler
17 und Impulszähler 18, sowie zwei durch einen Zeitgeber 15 gesteuerte synchrone
Umschalter 8 und 14.
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Die Detektoren enthalten in Jeder Anlage eine als Widerstandssonde
ausgebildete elektrische Temperatursonde 21, welche die in jedem Raum erhaltene
Raumtemperatur
misst. Ausserdem misst eine allen Detektoren gemeinsame
und ebenfalls als Widerstandssonde ausgebildete Temperatursonde 22 die Aussentemperatur.
Jede Sonde 21 und 22 ist in Reihe mit einem Widerstand 23 geschaltet, dessen Ohmwert
sehr gross gegenüber dem der Sonden'21, 22 ist. Die so gebildeten Stromkreise werden
alle parallel durch eine Konstantgleichspannungsquelle 24 gespeist.
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Die Aussensonde 22 ist mit einer Klemme des Wandlers 11 verbunden.
Die Innensonden 21 sind mit einem Kontakt 7 des Umschalters 8 über einen Schalter
6 verbunden, wie bei der vorhergehenden Ausfuhrung.
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Infolge des hohen Werts der Widerstände 23 ist die Stromstärke in
den Sonden 21 und 22 praktisch von dem Ohmwert der Sonden unabhangig. Das Steuersignal
des Wandlers 11 ist daher zu der Differenz zwischen den Werten der Aussensonde 22
und der Innensonde 21 proportional.
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Die Vorrichtung wird vorzugsweise so eingestellt, dass die in den
Zählern 18 gezählte Zahl proportional zu der Zahl der effektiven Grad-Tage ist.
Mit der Aussensonde 22 kann z.B. ein fester temperaturunabhängiger Widerstand in
Reihe geschaltet werden, dessen Ohmwert gleich der Änderung des Ohmwerter der Sonden
21 und 22 für eine Temperaturänderung von zwei Celsiusgraden ist. Es kann auch auf
den Eingang des Wandlers 11 ein festes Signal gegeben werden, dessen Wert der Änderung
des von den Sonden gelieferten Signale flir eine Temperaturänderung von zwei Celsiusgraden
entspricht. Unter diesen Bedingungen ist das gesamte Eingangssignal des Wandlers
11 proportional zu der Differenz zwischen der um zwei Celsiusgrade verminderten
tatsächlich von dem Benutzer erhaltenen Raumtemperatur und der Aussentemperatur.
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Die gesamte Impulszahl in den Zahlern 18 ist also zu der effektiven
Zahl von Grad-Tagen proportional.
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Die Aufteilung des Brennstoffverbrauchs erfolgt entsprechend den Angaben
eines Jeden Zählers, berichtigt um eine zu der Oberfläche der Räume proportionale
Maßzahl.
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Die Zahl der Grad-Tage wird dann unmittelbar durch einfache Ablesung
der Zähler erhalten. Es ist zu bemerken, dass diese Zahl auf den wirklichen Innen-
und Aussen-
-temperaturen sowie auf der wirklichen Betriebszeit
der Heizanlagen beruht. Diese Zahl stellt daher eine bessere Angabe als die gewöhnlich
benutzte Zahl von Grad-Tagen dar, welche aus einer willkürlich gewählten Innentemperatur
und von dem Wetterdienst gelieferten Mittelwerten der Aussentemperatur berechnet
wird.
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Obwohl es aus Grunden des Gestehungspreises und der Auswechselbarkeit
offenbar zweckmässig ist, für alle Anlagen gleiche Teile zu benutzen, können auch
verschiedene Teile benutzt werden, derart, dass die Zahl der in Jedem Zähler 18
gezahlten Impulse auch eine Funktion der Oberfläche der zu heizenden Räume ist.
So kann z.B. das Teilungsverhältnis k eines Jeden Frequenzteilers 17 zu der Oberfläche
der entsprechenden Räume umgekehrt proportional sein. Ferner kann ein Getriebe zwischen
der Wachse des Raumthermostaten 2 und dem Potentiometer 1 angeordnet werden, dessen
Übersetzungverhältnis zu der Oberfläche der Räume proportional ist.
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Unter diesen Bedingungen kann bei der zweiten Ausführungsform der
Erfindung die Aufteilung des gesamten Brennstoffverbrauchs unmittelbar entsprechend
den Angaben der Zahler erfolgen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemgss der Erfindung ermögliehen
so eine gerechte Aufteilung des gesamten Brennstoffverbrauchs, wahrend die Aufteilung
durch Einzelzähler zu Unrecht die Bewohner von Räumen mit geringer Sonnenbestrahlung
oder schlechter Wärmeisolierung zu bestrafen sucht und ein Hindernis für die Entwicklung
der Einzelheizung bildet.
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Die Zahl der effektiven Grad-Tage, welche entweder bei der ersten
obigen Ausführungsform durch eine einfache Rechnung erhalten oder bei der zweiten
Ausführungsform unmittelbar gemessen wird, bildet einen Koeffizienten, welcher zu
der von jedem Benutzer verlangten oder erhaltenen nresultierenden Wärmemenge" proportional
ist, unabhängig davon, ob diese Wärme von einem Brennstoffverbrauch oder von einer
äusseren Wärmezufuhr durch Sonnenbestrahlung oder von der von den Nachbarräumen
übertragenen Wärme herrührt. Die Erfindung hat also ein beträchtliches soziales
Interesse.
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Der erfindungsgema"sse "Zähler der resultierenden Wärme" gestattet,
wie bereits ausgeführt, die wirksame Kontrolle des gesamten Brennstoffverbrauohs
in einer Samelheizanlage. Er kann auch für Anlagen mit Einzelkeeseln benutzt werden,
welche der Verantwortlichkeit eines Heisunternehmers unterstellt sind, welcher so
jedem Benutzer die tatsächlich verbrauchte "resultierende Wärme verkaufen kann.
Wenn in diesem letzteren Fall die Kessel eine gemischte Bauart aufweisen, d.h. gleichzeitig
die Heizung und die Erzeugung von warmem Wasser bewirken, kann leicht das thermische
Äquivalent des Volumens des warmen Wassers abgerechnet werden.
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Der Gestehungspreis der Vorrichtung Je Benutzer ist kleiner als die
Kosten eines Einzelbrennstoffzählers. Der Platzbedarf ist gering, und das einwandfreie
Arbeiten ist durch die Verwendung einer digitalen Technik gewahr" leistet.
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Die Erfindung kann naturlich abgewandelt werden. So können die Potentiometer
t der Fig. 1 mit konstantem Strom gespeist werden, wie die Sonden 21 und 22 der
Fig. 2, und- die Ohmwerte dieser Potentiometer können proportional zu der Oberflache
der entsprechenden Räume gewählt werden. Die Umßchalter 8 und 14 können durch elektronische
Vorrichtungen mit sehr grosser Arbeitsgeschwindigkeit gebildet werden, so dass eine
sehr grosse Zahl von Einzelanlagen bedient werden kann, wobei Jedoch für die Dauer
des Kommutierungszyklus und somit der Auswahlfrequenz eines Jeden Detektorsignals
ein vernunftiger Wert beibehalten wird. Obwohl die Verwendung von digitalen Techniken
vorgezogen wird, konnen auch die durch die Wandler 11 und die Z&hler 18 gebildeten
Integratoren durch analoge Integratoren ersetzt wei'cn, welche z.B. wie die Zähler
für elektrische Energie ausgebildet sind.