DE202014101863U1

DE202014101863U1 - Energiezähler zum Erfassen einer von einer Heiz- und/oder Klimazentrale an einen Verbraucher gelieferten Energiemenge

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Publication number: DE202014101863U1
Application number: DE202014101863.8U
Authority: DE
Original assignee: Halstrup Walcher GmbH
Current assignee: Luftmeister De GmbH
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2014-04-29
Anticipated expiration: 2024-04-18

Abstract

Energiezähler zum Erfassen einer von einer Heiz- und/oder Klimazentrale mittels eines strömenden Fluids an einen Verbraucher (6) gelieferten Energiemenge, wobei das Fluid durch einen Messkanal (2) hindurch strömt und in und/oder an dem Messkanal (2) ein Fluidtemperatursensor (21) und ein Durchflusssensor (22) angeordnet sind, und mit einer Auswerteeinrichtung (32), die mit dem Fluidtemperatursensor (21) und dem Durchflusssensor (22) zur Erfassung von Energiemengen verbunden ist, und mit einem Verbrauchsspeicher (34), in welchem die Auswerteeinrichtung (32) die erfassten Energiemengen speichert, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchsspeicher (34) einen Wärmeverbrauchsspeicher (341) und einen Kälteverbrauchsspeicher (342) aufweist und die Auswerteeinrichtung (32) eine Zentraltemperatur ermittelt und so ausgebildet ist, dass sie die gemessene Energiemenge in dem Wärmeverbrauchsspeicher (341) speichert, wenn die Zentraltemperatur kleiner ist als die von dem Fluidtemperatursensor (21) gemessene Temperatur und in dem Kälteverbrauchsspeicher (342) speichert, wenn die Zentraltemperatur höher ist als die von dem Fluidtemperatursensor (21) gemessene Temperatur.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiezähler zum Erfassen einer von einer Heiz- und/oder Klimazentrale mittels eines strömenden Fluids an einen Verbraucher gelieferten Energiemenge nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein solcher Energiezähler ist aus der DE 10 2007 014 810 B3 bekannt. Dieser Energiezähler weist einen Verbrauchsspeicher auf, in dem die erfassten Energiemengen abgespeichert werden. Anhand einer Differenz zwischen einer Vorlauftemperatur und einer Rücklauftemperatur ermittelt dieser Energiezähler je nach Einstellung entweder eine Wärmemenge oder eine Kältemenge, die in dem Verbrauchsspeicher abgelegt wird. Weiter besitzt dieser Energiezähler einen Datennebenspeicher, in dem nicht ordnungsgemäß erfasste Wärme- oder
Kältemengen abgespeichert werden. Nachteilig an diesem Energiezähler ist, dass er entweder nur die an einen Verbraucher gelieferte Wärmemenge oder nur die an einen Verbraucher gelieferte Kältemenge erfassen kann. Der Einsatzbereich dieses Energiezählers ist daher beschränkt.
Aus der WO 2006 084 656 A1 ist ein Energiezähler bekannt, der bei gemeinschaftlich genutzten Klimaanlagen für jede Verbrauchereinheit die abgenommene Einzelluftmenge ermittelt und zu einer von der Anlage gelieferten Gesamtluftmenge addiert. Anhand der zu einem jeweiligen Verbraucher gelieferten Einzelluftmengen werden Umlagefaktoren ermittelt, die in Verhältnis zu dem Gesamtverbrauch der Anlage gesetzt werden, um die Verbräuche mit dem jeweiligen Verbraucher entsprechend abzurechnen. Eine Erfassung einer thermischen Energiemenge, die zu einem Verbraucher geliefert wird, findet hier nur indirekt über das gelieferte Luftvolumen statt. Abweichungen in der Lufttemperatur können bei diesem Verfahren zu einem ungenauen Messergebnis führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von einer an einen Verbraucher gelieferten, insbesondere thermischen Energiemenge zu schaffen, mit einem breiten Einsatzbereich und vorzugsweise einer hohen Messgenauigkeit.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Energiezähler mit einem Verbrauchsspeicher vorgesehen, wobei der Verbrauchsspeicher einen Wärmeverbrauchsspeicher und einen Kälteverbrauchsspeicher aufweist. Eine Auswerteeinrichtung ermittelt eine Zentraltemperatur und ist so ausgebildet, dass sie die gemessene Energiemenge in dem Wärmeverbrauchsspeicher speichert, wenn die Zentraltemperatur kleiner ist als die von dem Fluidtemperatursensor gemessene Temperatur und in dem Kälteverbrauchsspeicher speichert, wenn die Zentraltemperatur höher ist als die von dem Fluidtemperatursensor gemessene Temperatur.
Es ist vorgesehen, dass in der Versorgungsleitung des Verbrauchers ein Messkanal mit einer Sensoreinrichtung vorgesehen ist, und mittels der Sensoreinrichtung die Fluidtemperatur und der Volumenstrom oder der Massenstrom des Fluids bestimmt wird. Es wird zudem eine Zentraltemperatur ermittelt, entweder indem diese anhand gespeicherter zeitabhängiger Daten ermittelt wird, oder indem diese anhand eines in einer Zuleitung der Klimaanlage oder in der Umgebung der Klimaanlage angeordneten Zentraltemperatursensors gemessen wird. Die thermische Energiemenge wird anhand des Volumenstroms oder des Massenstroms des Fluids und anhand einer Temperaturdifferenz zwischen der Fluidtemperatur und der Zentraltemperatur bestimmt. Bei einer positiven Temperaturdifferenz wird ein Wärmeenergiebeitrag gespeichert und/oder angezeigt, und bei einer negativen Temperaturdifferenz wird ein Kälteenergiebeitrag gespeichert und/oder angezeigt.
Es ist in einer Ausführung vorgesehen, dass der Energiezähler zum Erfassen einer von einer Heiz- und/oder Klimaanlage mittels eines strömenden Fluids an einen Verbraucher gelieferten Energiemenge ausgebildet ist. Das Fluid strömt durch einen Messkanal hindurch, wobei in oder an dem Messkanal eine Sensoreinrichtung angeordnet ist, die einen Fluidtemperatursensor und einen Durchflusssensor umfasst. Eine Auswerteeinrichtung ist mit dem Fluidtemperatursensor und dem Durchflusssensor zur Erfassung von Energiemengen verbunden. Die Auswerteeinrichtung ist mit dem Verbrauchsspeicher verbunden, und speichert die erfassten Energiemengen in dem Verbrauchsspeicher bzw. in dem Wärmeverbrauchsspeicher und/oder in dem Kälteverbrauchsspeicher.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass ein einziger Energiezähler ausreicht, um sowohl Wärmeenergie, als auch Kälteenergie automatisch zu erfassen. Ein manueller Eingriff oder eine manuelle Umschaltung von Betriebsmodi ist nicht erforderlich. Außerdem wird die gelieferte Energiemenge exakt erfasst, so dass Messungenauigkeiten, insbesondere Messungenauigkeiten aufgrund von Temperaturschwankungen, weitgehend vermieden werden.
Das Fluid kann als flüssiges oder gasförmiges Fluid, insbesondere als Wasser oder als Luft ausgebildet sein. Es bildet ein Transportmedium zum Transport von Wärmeenergie oder Kälteenergie von einer Heiz- und/oder Klimaanlage hin zu einem Verbraucher. Die Heiz- und/oder Klimazentrale ist vorzugsweise eine zentral angeordnete Einrichtung zur Konditionierung des Fluids. Beispielsweise eine in einem Gebäude zentral platzierte Heizungs- und/oder Klimaanlage. Sie ist insbesondere zum Verändern der Temperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ausgebildet.
Der Messkanal kann als ein Kanalabschnitt, insbesondere als ein Strömungskanalabschnitt mit einem bekannten Querschnitt ausgebildet sein. Der Querschnitt des Messkanals kann beispielsweise rechteckig oder rund ausgeführt sein. Wesentlich ist, dass der Querschnitt des Messkanals bekannt ist, so dass durch die Messung des Volumenstroms bzw. des Massenstroms die Menge des zu einem Verbraucher strömenden Fluids genau bestimmbar ist.
Die Auswerteeinrichtung kann als eine elektronische Auswerteeinrichtung, insbesondere als festverdrahtete Logikschaltung ausgebildet sein, oder als eine Schaltung, die einen Mikroprozessor mit einem ablauffähigen Programm zur Auswertung der Messergebnisse aufweist. Gemessen wird eine Energiemenge, insbesondere eine thermische Energiemenge, die einer Wärmeleistung oder einem Wärmestrom entspricht, der von der Heiz- und/oder Klimazentrale erzeugt bzw. über das Fluid transportiert und geliefert wird.
In einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung eine Eingabevorrichtung, insbesondere eine Tastatur oder eine Schnittstelle zur Eingabe der Zentraltemperatur aufweist. Die Tastatur zur Eingabe der Zentraltemperatur kann passwortgeschützt sein, so dass eine Manipulation der Zentraltemperatur verhindert wird. Ebenso kann die Schnittstelle zur Eingabe der Zentraltemperatur, über einen Code oder ein Passwort geschützt sein, vorzugsweise um ein unbefugtes Ändern der Zentraltemperatur zu verhindern.. Die Schnittstelle ermöglicht beispielsweise, dass die Zentraltemperatur fest vorgegeben wird, beispielsweise von einer zentralen Stelle aus über eine Schnittstelle vorgegeben wird und an eine Auswerteeinrichtung oder an mehrere Auswerteeinrichtungen übermittelt werden kann.
Für eine Ermittlung der Zentraltemperatur kann die Auswerteeinrichtung eine Uhr und/oder einen Kalender aufweisen. Die Zentraltemperatur kann zeitabhängig anhand einer Tabelle ermittelt werden, in der zeitabhängige statistische Temperaturmittelwerte hinterlegt sind. Die Zentraltemperatur kann zum Beispiel in der Tabelle als eine statistische Mitteltemperatur für jeden Monat oder als eine ganzjährig gleiche Zentraltemperatur hinterlegt sein, deren Höhe durch statistische Erhebungen ermittelt und abgespeichert wurde.
Für eine Ermittlung einer Zentraltemperatur kann auch vorgesehen sein, dass die Zentraltemperatur gemessen wird, wobei vorgesehen ist, dass die Auswerteeinrichtung mit einem Zentraltemperatursensor zur Messung der Zentraltemperatur verbunden ist. Der Zentraltemperatursensor ermittelt insbesondere eine Raumtemperatur und/oder eine Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des der Heiz- und/oder Klimazentrale zugeführten Fluids.
Ein einfaches Ablesen bzw. Auswerten der gespeicherten Messergebnisse kann ermöglicht werden, indem die Auswerteeinrichtung mit einem Display zur Anzeige von Messwerten und/oder Verbrauchswerten verbunden ist, vorzugsweise über eine unidirektionale Schnittstelle verbunden ist. Das Display kann beispielsweise direkt an dem Energiezähler, insbesondere an einem Gehäuse, welches die Auswerteeinrichtung umfasst, angeordnet sein. Ebenso kann das Display als abgesetztes Display ausgebildet sein, welches beispielsweise entfernt von dem Energiezähler, vorzugsweise in einem zu klimatisierenden Raum angeordnet ist. Dadurch kann beispielsweise ein Verbraucher seinen Verbrauch anhand des Displays auf einfache Art und Weise vor Ort ablesen. Um eine Rückwirkung von dem Display auf die Messwerte auszuschließen, kann vorgesehen sein, das Display über eine unidirektionale Schnittstelle an die Auswerteeinrichtung anzuschließen, wobei die Schnittstelle vorzugsweise als digitale Schnittstelle, insbesondere serielle Schnittstelle ausgebildet sein kann.
Um eine möglichst genaue Bestimmung der Energiemenge vorzunehmen kann vorgesehen sein, dass der Durchflusssensor den Massenstrom des Fluids bestimmt. Vorzugsweise kann der Durchflusssensor einen Luftmassenmesser oder thermischen Luftmassenmesser zur Messung des Massenstroms aufweisen. Der Massenstrom kann mit einem prinzipiell bekannten Luftmassenmesser gemessen werden. Ein solcher Luftmassenmesser weist zwei beheizte Drähte auf, wobei einer dieser Drähte von der strömenden Luft umströmt wird und der andere in einer isolierten Kammer angeordnet ist. Aufgrund der Temperaturdifferenz dieser beiden beheizten Drähte kann auf den Massenstrom geschlossen werden. Es ist auch denkbar, den Massenstrom mittels Flügelrädern oder mittels Ultraschall-Doppler-Anemometrie zu erfassen.
In einer Ausführung kann auch vorgesehen sein, dass der Durchflusssensor den Volumenstrom des Fluids bestimmt. Für die Ermittlung des Volumenstroms sind mehrere Alternativen denkbar. Beispielsweise kann der Durchflusssensor einen Wirkdruckgeber oder Differenzdruckgeber zur Messung des Volumenstroms aufweisen. Der Volumenstrom kann so mit Hilfe von Wirkdruckgebern und Differenzdruckmessumformung erfasst werden.
Der Volumenstrom kann direkt in dem Messkanal über entsprechende Sensoren gemessen werden. Beispielsweise mit Hilfe des Wirbelprinzips, wobei eine Blende oder ein Störkörper in dem Messkanal angeordnet wird und eine Frequenzmessung der Wirbel hinter diesem Störkörper erfolgt. Weiter kann der Volumenstrom auch auf Basis eines Verdrängers oder mit einem Balkengaszähler ermittelt werden.
Alternativ kann der Volumenstrom in einem Bypasskanal, der parallel zu dem Messkanal verläuft und einen kleinen Querschnitt aufweist, gemessen werden. Über den Bypass kann der Volumenstrom erfasst werden, ohne dass störende Einbauten in dem Messkanal selbst notwendig sind.
Um das Messergebnis weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung die Dichte des Fluids über einen in oder an dem Messkanal angeordneten Absolutdrucksensor ermittelt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Absolutdruckgeber in dem Messkanal angeordnet ist, und die Auswertevorrichtung die Dichte auf Basis der Temperatur und des Absolutdrucks bestimmt. Ebenso kann die Dichte des Fluids direkt gemessen werden, beispielsweise über die Leitfähigkeit oder die Kapazität oder Induktivität des Fluids.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung die Wärmekapazität des Fluids anhand der gemessenen Fluidtemperatur und des Absolutdrucks ermittelt. Insbesondere können in der Auswertevorrichtung Tabellen mit der spezifischen Wärmekapazität hinterlegt sein, in denen die spezifische Wärmekapazität in Abhängigkeit der Temperatur und des Absolutdrucks enthalten ist. Alternativ kann auch eine direkte Messung der spezifischen Wärmekapazität erfolgen.
Es ist vorgesehen, dass die thermische Energie ermittelt wird, in dem der Massenstrom mit der spezifischen Wärmekapazität des Transportmediums und der Temperaturdifferenz zwischen der Zentraltemperatur und der Fluidtemperatur multipliziert wird. Die gesamte Energiemenge erhält man dann, indem man diese ermittelte Wärmeleistung über die Zeit aufaddiert bzw. über die Zeit integriert.
Die Auswertevorrichtung kann die Energiemenge beispielsweise über die folgende Formel ermitteln: dQ / dt = dm / dt·cp·(T_F – T_Z)

dQ / dt:: Wärmeleistung;
dm / dt:: Massenstrom;
cp:: spezifische Wärmekapazität
T_F:: Fluidtemperatur
T_F:: Zentraltemperatur

Die gesamte Energiemenge ergibt sich aus der Integration der Leistung Q über die Zeit.
Der Verbrauchsspeicher kann als Speicher und/oder Zähler ausgebildet sein, in dem Äquivalente der verbrauchten Energie abgespeichert werden. Insbesondere können verbrauchte Energieeinheiten in Watt oder Joule oder Bruchteile oder Vielfache von Watt oder Joule in dem Verbrauchsspeicher abgelegt werden.
Insbesondere kann der Verbrauchspeicher als Zähler ausgeführt sein oder einen oder mehrere Zähler aufweisen, die verbrauchte Energieeinheiten zählen. Beispielsweise kann der Verbrauchsspeicher in einer Ausführung als mechanischer Zähler ausgeführt sein, der entsprechend einer verbrauchten Energieeinheit um eine Stelle vorwärts zählt.
Um die Daten der Energieerfassung komfortabel zu erfassen, kann vorgesehen sein, dass ein elektronischer Verbrauchszähler vorgesehen ist, der den Verbrauch an elektrischer Energie der Heiz- und/oder Klimaanlage erfasst bzw. speichert. Dieser elektrische Verbrauchszähler kann an die Auswerteeinrichtung angeschlossen sein, wobei die Auswerteeinrichtung den Verbrauch von elektrischer Energie in dem Verbrauchsspeicher, vorzugsweise in einem elektrisch beschreib- und/oder löschbaren Verbrauchsspeicher abspeichert.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verbrauchsspeicher als eichfähiger und/oder fälschungssicherer Verbrauchsspeicher ausgebildet ist, beispielsweise indem er als nicht löschbarer und fortlaufender Zähler ausgebildet ist. Insbesondere kann der der Wärmeverbrauchsspeicher und/oder der Kälteverbrauchsspeicher und/oder der Volumenverbrauchsspeicher, als nicht löschbarer und fortlaufender Zähler ausgebildet sein.
Beispielsweise kann der Verbrauchsspeicher oder der Wärmespeicher oder der Kältespeicher oder der Volumenspeicher als einmal beschreibbarer elektronischer Speicherbaustein ausgebildet sein, der die verbrauchten Energieeinheiten speichert, in dem beispielsweise je verbrauchter Energieeinheit eine Speicherstelle in dem Speicher irreversibel beschrieben oder gelöscht wird. Ein Löschen oder Zurücksetzen des gesamten Speichers erfolgt dann durch Austausch des entsprechenden Speicherbausteins.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Verbrauchsspeicher einen Volumenverbrauchsspeicher aufweist, und die Auswerteeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie das Volumen des den Messkanal durchströmenden Fluids ermittelt und in dem Volumenspeicher ablegt. Insbesondere, wenn die Zentraltemperatur gleich der Fluidtemperatur ist, wird von der Heiz- und/oder Klimaanlage nur Lüftungsleistung erbracht. Über die Erfassung des Volumenverbrauchs kann so auch die zur Lüftung und/oder Förderung des Fluids aufgebrachte Leistung separat erfasst und in dem Volumenspeicher abgespeichert werden.
Um den Verbrauchsspeicher entsprechend sabotagesicher oder eichfähig auszuführen, kann vorgesehen sein, dass der Verbrauchsspeicher mechanisch durch eine Plombe oder eine versiegelte Verschraubung gegen Sabotage gesichert ist. Ein Austausch des Speichers oder Zählers kann nur erfolgen, indem die Plombe oder die versiegelte Verschraubung geöffnet wird. Ein Sabotageversuch wird daher durch eine Zerstörung der Versiegelung oder der Plombe ersichtlich.
In einer besonders sicheren und sabotagesicheren Ausführung kann vorgesehen sein, dass der Verbrauchsspeicher als elektronisch beschreibbarer, insbesondere mehrmals beschreibbarer Speicher ausgebildet ist, der eine Verschlüsselungseinrichtung aufweist, die zu speichernde Verbrauchsdaten, insbesondere Wärmeverbrauchsdaten und/oder Kälteverbrauchsdaten und/oder Volumenverbrauchsdaten verschlüsselt und/oder kennwortgeschützt speichert. Durch die Verschlüsselung der Volumenverbrauchsdaten in dem Speicher wird eine Sabotage dieser Daten erschwert. Nur unter Kenntnis des entsprechenden Kennwortes und/oder Verschlüsselungsverfahrens ist es möglich, diese Daten auszulesen bzw. zu verändern.
Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Energiezählers kann insbesondere als Energiezähler für eine Klimaanlage erfolgen, vorzugsweise für eine Klimaanlage zum Heizen und/oder Kühlen eines Gebäudes und/oder eines Fahrzeugs. Die Klimaanlage kann dabei einen einzelnen Raum oder eine Wohnung klimatisieren, oder zum Klimatisieren mehrerer unterschiedlicher Wohneinheiten oder Räume vorgesehen sein.
Für eine separate Erfassung der verbrauchten Energie der einzelnen Räume oder Wohneinheiten kann vorgesehen sein, dass der Messkanal eines Energiezählers jeweils einen Abschnitt einer Verbraucheranschlussleitung bildet, wobei ein gemeinsamer Zentraltemperatursensor zum Messen einer Zentraltemperatur vorgesehen ist, und die Auswerteeinrichtungen der Energiezähler diese Zentraltemperatur verwenden. Somit ist ein einziger Zentraltemperatursensor vorgesehen, der die mehreren Energiezähler mit einer gemeinsamen Bezugstemperatur bzw. Zentraltemperatur versorgt. Es können auch mehrere, an unterschiedlichen Orten angebrachte Zentraltemperatursensoren vorgesehen werden, die so umschaltbar bzw. selektierbar sind, dass immer nur ein einziger Zentraltemperatursensor wirksam ist und eine Zentraltemperatur bestimmt, die von den Auswerteeinrichtungen den einzelnen Energiezähler zur Ermittlung der Energie ausgewertet wird.
Bei der Versorgung mehrerer Verbraucher über jeweils eine eigene Verbraucheranschlussleitung ist vorgesehen, dass je Verbraucheranschlussleitung ein Energiezähler installiert wird, wobei der Messkanal jedes Energiezählers einen Abschnitt einer Verbraucheranschlussleitung bildet. Weiter kann vorgesehen sein, dass für die Mehrzahl der Energiezähler ein Zentraltemperatursensor zum Messen einer gemeinsamen Zentraltemperatur vorgesehen ist. Die Auswerteeinrichtungen der mehreren Energiezähler verwenden somit stets die gleiche Zentraltemperatur.
Um eine Erfassung der thermischen Energie auch bei einer Heiz- und/oder Klimaanlage, die wahlweise in einem Umluftbetrieb oder einem Außenluftbetrieb oder einem Mischbetrieb arbeitet, zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass der Zentraltemperatursensor in dem Bereich des Zuluftkanals der Heiz- und/oder Klimaanlage angeordnet ist. Die Zuluft der Klimaanlage kann reine Außenluft sein oder Mischluft, die aus Außenluft und Umluft gebildet ist. So wird auch im Umluftbetrieb oder im Mischbetrieb stets der korrekte Energieverbrauch ermittelt, da über den Zentraltemperatursensor die der Klimaanlage zugeführte Temperatur berücksichtigt wird, und so die bereits für die Klimatisierung der Umluft aufgewendete Energie automatisch erfasst wird.
Eine Ausführung, die einfach zu installieren ist, kann vorsehen, dass die Auswerteeinrichtungen jeweils eine digitale Schnittstelle aufweisen, über die sie an ein Bussystem angeschlossen sind. Das Bussystem verbindet die Auswerteeinrichtungen untereinander und mit dem Zentraltemperatursensor. Das Bussystem kann als Messbus oder Feldbus ausgebildet sein, vorzugsweise als CAN-Bus, oder LON-Bus, oder M-Bus, oder BacNet. An das Bussystem kann auch eine zentrale Auswerteeinrichtung angeschlossen sein, die die in den Verbrauchsspeichern der einzelnen Energiespeicher gespeicherten Verbrauchswerte auslesen kann, um diese zentral zu erfassen.
Um den gemessenen Energieverbrauch als Basis für eine Verbrauchsabrechnung benutzen zu können, ist es erforderlich, dass je nach nationaler Gesetzgebung das Messverfahren bzw. der Energiezähler eichtechnisch zugelassen wird. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Wärmeenergiebeitrag in einem eichfähigen und/oder sabotagesicheren Wärmeenergiespeicher gespeichert wird und der Kälteenergiebeitrag in einem eichfähigen und/oder sabotagesicheren Kälteenergiespeicher gespeichert wird.
Zum Erfassen der thermischen Energiemenge kann vorgesehen sein, dass die thermische Energiemenge anhand der Temperaturdifferenz, sowie des Massenstroms und der spezifischen Wärmekapazität des Fluids bestimmt wird. Weiter kann die spezifische Wärmekapazität des Fluids anhand der Fluidtemperatur und des Absolutdrucks im Messkanal bestimmt werden.
Für eine genaue, insbesondere eichfähige Messung, kann vorgesehen sein, dass der Messkanal und/oder die Sensoreinrichtung vor dem Einbau in die Versorgungsleitung des Verbrauchers kalibriert und/oder abgeglichen wird bzw. werden. Insbesondere kann der Messkanal und/oder die Sensoreinrichtung bei dem Kalibrieren oder Abgleich mit einer Auswerteeinrichtung gepaart werden, d. h. mechanisch oder elektronisch zu einer Messeinheit verbunden werden. Dies kann insbesondere durch mechanisches verplomben oder eine elektronische Kennung erzielt werden.
Weiter ist vorgesehen, dass beim Kalibrieren oder Abgleich des Messkanals und/oder der Sensoreinrichtung Korrekturdaten ermittelt und in einem Korrekturspeicher abgelegt werden. Um eine Anpassung bzw. Paarung der Auswerteeinrichtung an den entsprechenden Messkanal und/oder die Sensoreinrichtung vornehmen zu können, ist in einer Ausführung vorgesehen, dass von der Auswerteeinrichtung die Korrekturdaten beim Bestimmen der thermischen Energiemenge zur Korrektur der von der Sensoreinrichtung gelieferten Messwerte verwendet werden.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1: Eine schematische Darstellung des Energiezählers mit einer Heiz- und/oder Klimaanlage;
2: Eine schematische Darstellung des Energiezählers in einer Versorgungsanordnung für mehrere Verbraucher.
Die 1 zeigt einen Energiezähler 1 in einem Gebäude, gemeinsam mit einer zentralen Klimaanlage 5. Die Klimaanlage 5 versorgt einen Verbraucher 6 über ein Leitungs- bzw. Kanalsystem mit konditionierter, d.h. entsprechend temperierter Luft. Der Verbraucher 6 kann ein zu klimatisierender Raum, bspw. Ein Kühlraum, oder ein Serverraum oder eine größere Wohneinheit, bestehend aus mehreren Räumen sein.
Das Leitungs- bzw. Kanalsystem umfasst eine Verbraucheranschlussleitung 55, über die der Verbraucher 6 mit konditionierter Luft versorgt wird. Ferner einen Abluftkanal 54, der verbrauchte Luft aus dem klimatisierten Raum 6 abführt. Von dem Abluftkanal 54 zweigt ein Umluftkanal 53 ab, der zusammen mit einem Außenluftkanal 52 in einen Zuluftkanal 51 mündet. Über den Zuluftkanal 51 wird die Klimaanlage 5 mit Zuluft versorgt. Die Klimaanlage 5 bereitet diese Zuluft auf, d.h. heizt oder kühlt diese Zuluft. Über eine Luftfördervorrichtung wird diese konditionierte Luft dann in den Verbraucheranschlusskanal 55 eingespeist und zu dem Verbraucher 6 hin gefördert.
Der Luftenergiezähler 1 erfasst die von der Klimaanlage 5 an den Verbraucher 6 gelieferte Energiemenge. Der Energiezähler 1 umfasst eine Auswerteeinheit 3 mit einem Gehäuse 31, wobei in dem Gehäuse 31 eine Auswerteeinrichtung 32 sowie ein Verbrauchsspeicher 34 aufgenommen sind. Weiter umfasst der Energiezähler 1 einen Messkanal 2, der in der Verbraucheranschlussleitung so angeordnet ist, dass die gesamte zu dem Verbraucher strömende konditionierte Luft durch den Messkanal 2 hindurchströmt.
Die Auswerteeinheit 3 ist mit dem Messkanal 2 fest verbunden, wobei diese Verbindung durch eine Plombe gesichert ist, um entsprechende Manipulationen an dem Energiezähler auszuschließen. In dem Messkanal 2 ist eine Sensoreinrichtung mit einem Fluidtemperatursensor 21, einem Durchflusssensor 22, sowie einem Drucksensor 23 angeordnet. Über diese Sensoreinrichtung erfasst die Auswerteeinrichtung 32 die Temperatur, sowie den Massenstrom der zu dem Verbraucher 6 beförderten Luft.
Die Auswerteeinrichtung 32 weist eine Schnittstelle 33 auf, über die sie an ein Bussystem 36 angeschlossen ist. An das Bussystem 36 ist ein Zentraltemperatursensor 37 angeschlossen, der in dem Zuluftkanal 51 angeordnet ist und die Zentraltemperatur bzw. die Temperatur der Zuluft misst.
Die Auswerteeinrichtung 32 ermittelt die an den Verbraucher 6 gelieferte thermische Energiemenge, indem sie die Temperaturdifferenz zwischen der Fluidtemperatur und der Zentraltemperatur bestimmt und diese mit dem Massenstrom bzw. dem Volumenstrom und der spezifischen Wärmekapazität der Luft multipliziert. Ist diese ermittelte Wärmemenge positiv, so wird an den Verbraucher 6 ein Wärmeenergiebeitrag geliefert, und diese ermittelte Wärmeenergiemenge wird von der Auswerteeinrichtung in einen Verbrauchsspeicher 34 abgelegt. Der Verbrauchsspeicher 34 weist einen Wärmeenergiespeicher 341 sowie einen Kälteenergiespeicher 342 und einen Volumenverbrauchsspeicher 343 auf. Ein ermittelter Wärmeenergiebeitrag wird dabei in dem Wärmeverbrauchsspeicher 341 abgespeichert. Ist dagegen der von der Auswerteeinrichtung 32 ermittelte Energiebeitrag negativ, so handelt es sich um einen Kälteenergiebeitrag, der an den Verbraucher 6 geliefert wird. Die Auswerteeinrichtung 32 speichert diesen Kälteenergiebeitrag in dem Kälteverbrauchsspeicher 342 ab. Das Volumen der geförderten Luft wird von der Auswerteeinrichtung über den Durchflusssensor bestimmt und in dem Volumenverbrauchsspeicher 343 gespeichert, um die zur Lüftung aufgewandte Energie zu erfassen.
Sofern die Temperaturdifferenz zwischen der Zentraltemperatur und der Fluidtemperatur Null beträgt, wird die Temperatur der an den Verbraucher 6 gelieferten Luft von der Heiz- und Klimaanlage 5 nicht verändert, sondern es wird nur Lüftungsenergie aufgewendet, um den Verbraucher 6 mit bewegter Luft zu versorgen. In diesem Fall speichert die Auswerteeinrichtung 32 den erfassten Volumenstrom nur in dem Volumenverbrauchsspeicher 343, um die aufgewendete Lüftungsenergie zu erfassen.
An die Auswerteeinrichtung 32 ist eine Anzeigeeinheit 35 mit einem Display 35a angeschlossen. Die Anzeigeeinheit 35 befindet sich in dem zu klimatisierenden Raum 6, so dass es auf einfache Art und Weise möglich ist, die für Klimatisierung dieses Raums aufgewendete Energie abzulesen.
An das Bussystem 36 ist eine Messzentrale 4 angeschlossen, die ein Display 41 sowie eine Tastatur 42 aufweist. Über die Messzentrale 4 können beispielsweise Parameter eingegeben werden, und an die Auswerteeinrichtung 32 übertragen werden. Weiter kann die Messzentrale 4 Messwerte oder Parameter aus der Auswerteeinrichtung 32 auslesen und auf dem Display 41 anzeigen.
In der 2 ist der erfindungsgemäße Energiezähler 1 in einer Installation mit einer Heiz- und Klimaanlage dargestellt, die mehrere Verbraucher 6a, 6b, 6c versorgt. Bei diesen Verbrauchern kann es sich um einzelne abgeschlossene Räume oder um einzelne abgeschlossene Wohneinheiten handeln. Der grundsätzliche Aufbau des in der 2 gezeigten Energiezählers ist identisch mit dem Aufbau des in der 1 beschriebenen Energiezählers, so dass hier nur mehr auf die Unterschiede eingegangen wird.
Bei der Darstellung der 2 ist vorgesehen, dass jeder einzelne Verbraucher über eine eigene Verbraucheranschlussleitung versorgt wird. Der Verbraucher 6a wird über eine Versorgungsleitung 55a mit konditionierter Luft aus der Heiz- und Klimazentrale 5 versorgt. Ebenso wird der Verbraucher 6b über eine eigene Verbraucheranschlussleitung 55b, sowie der Verbraucher 6c über eine eigene Verbraucheranschlussleitung 55c mit konditionierter Luft aus der Heiz- und/oder Klimaanlage 5 versorgt. Natürlich ist es möglich, diese Installation auf mehr oder weniger Verbraucher bzw. zu klimatisierende Räume auszudehnen. In jeder Verbraucheranschlussleitung ist ein Energiezähler vorgesehen, mit einem Messkanal 2 und einer Auswerteeinheit 3, die wie vorstehend in 1 beschrieben aufgebaut sind. Über ein Bussystem 36 sind diese Auswerteeinheiten untereinander, sowie mit einem einzigen Zentraltemperatursensor 37 verbunden, der in der Zuluftleitung 51 der Klimaanlage 5 angeordnet ist.
Weiter ist eine Messzentrale 4 an das Bussystem 26 angeschlossen. Über die Messzentrale 4 können Messwerte der einzelnen Energiezähler abgerufen werden, sowie Parameter an die einzelnen Energiezähler übertragen bzw. eingegeben werden.
Durch entsprechendes Anpassen der Anzahl von Energiezählern an die Anzahl der mit klimatisierter Luft zu versorgenden Verbraucher ist es auf einfache Art und Weise möglich, eine bestehende Installation in einem Gebäude mit einem entsprechenden Energiezähler nachzurüsten oder eine neue Klimaanlage für eine Gebäude aufzubauen. Somit bietet der erfindungsgemäße Energiezähler ein einfaches und komfortables System, um die von einer Heiz- und/oder Klimaanlage 5 an eine beliebige Zahl von Verbrauchern gelieferte Energiemenge auf einfache Art und Weise und komfortabel zu erfassen.
Bezugszeichenliste

1: Energiezähler
2: Messkanal
21: Fluidtemperatursensor
22: Durchflusssensor
23: Drucksensor
3: Auswerteeinheit
31: Gehäuse
32: Auswerteeinrichtung
33: Schnittstelle
34: Verbrauchsspeicher
341: Wärmeverbrauchsspeicher
342: Kälteverbrauchsspeicher
343: Volumenverbrauchsspeicher
35: Anzeigeeinheit
35a: Display
36: Bus
37: Zentraltemperatursensor
4: Messzentrale
41: Anzeige
42: Tastatur
5: Klimaanlage
51: Zuluftkanal
52: Außenluftkanal
53: Umluftkanal
54: Abluftkanal
55: Verbraucheranschlußleitung
55a: Verbraucheranschlußleitung A
55b: Verbraucheranschlußleitung B
55c: Verbraucheranschlußleitung C
6a: Verbraucher A
6b: Verbraucher B
6c: Verbraucher C

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007014810 B3 [0002]
WO 2006084656 A1 [0004]

Claims

Energiezähler zum Erfassen einer von einer Heiz- und/oder Klimazentrale mittels eines strömenden Fluids an einen Verbraucher (6) gelieferten Energiemenge, wobei das Fluid durch einen Messkanal (2) hindurch strömt und in und/oder an dem Messkanal (2) ein Fluidtemperatursensor (21) und ein Durchflusssensor (22) angeordnet sind, und mit einer Auswerteeinrichtung (32), die mit dem Fluidtemperatursensor (21) und dem Durchflusssensor (22) zur Erfassung von Energiemengen verbunden ist, und mit einem Verbrauchsspeicher (34), in welchem die Auswerteeinrichtung (32) die erfassten Energiemengen speichert, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchsspeicher (34) einen Wärmeverbrauchsspeicher (341) und einen Kälteverbrauchsspeicher (342) aufweist und die Auswerteeinrichtung (32) eine Zentraltemperatur ermittelt und so ausgebildet ist, dass sie die gemessene Energiemenge in dem Wärmeverbrauchsspeicher (341) speichert, wenn die Zentraltemperatur kleiner ist als die von dem Fluidtemperatursensor (21) gemessene Temperatur und in dem Kälteverbrauchsspeicher (342) speichert, wenn die Zentraltemperatur höher ist als die von dem Fluidtemperatursensor (21) gemessene Temperatur.
Energiezähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) eine Eingabevorrichtung, insbesondere eine Tastatur (42) oder eine Schnittstelle (33) zur Eingabe einer Zentraltemperatur aufweist.
Energiezähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) mit einem Zentraltemperatursensor (37) zur Messung der Zentraltemperatur verbunden ist, wobei der Zentraltemperatursensor (37) eine Raumtemperatur und/oder eine Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des der Heiz- und/oder Klimazentrale (5) zugeführten Fluids ermittelt.
Energiezähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) eine Uhr und/oder ein Kalender aufweist und die Zentraltemperatur zeitabhängig anhand einer Tabelle ermittelt in der zeitabhängige statistische Temperaturmittelwerte hinterlegt sind.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) mit einem Display (35a) zur Anzeige von Messwerten und/oder Verbrauchswerten verbunden ist, vorzugsweise über eine unidirektionale Schnittstelle verbunden ist.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (22) den Massenstrom des Fluids bestimmt, vorzugsweise dass der Durchflusssensor (22) einen Luftmassenmesser oder thermischen Luftmassenmesser zur Messung des Massenstroms aufweist.
Energiezähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (22) den Volumenstrom des Fluids bestimmt, vorzugsweise dass der Durchflusssensor (22) einen Wirkdruckgeber oder Differenzdruckgeber zur Messung des Volumenstroms aufweist.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) die Dichte des Fluids über einen in oder an dem Messkanal (2) angeordneten Absolutdrucksensor (23) ermittelt.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) die spezifische Wärmekapazität des Fluids anhand der gemessenen Fluidtemperatur und des Absolutdrucks ermittelt.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchsspeicher (34) einen Volumenverbrauchsspeicher (343) aufweist, und die Auswerteeinrichtung (32) so ausgebildet ist, dass sie das Volumen des den Messkanal (2) durchströmenden Fluids ermittelt und in dem Volumenverbrauchsspeicher (343) ablegt.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchsspeicher (34) als eichfähiger und/oder fälschungssicherer Verbrauchsspeicher ausgebildet ist, indem er als nicht löschbarer und fortlaufender Zähler ausgebildet ist, insbesondere dass der Wärmeverbrauchsspeicher (341) und/oder der Kälteverbrauchsspeicher (342) und/oder der Volumenverbrauchsspeicher (343), als nicht löschbare und fortlaufende Zähler ausgebildet sind.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchsspeicher (34) mechanisch durch eine Plombe oder eine versiegelte Verschraubung gegen Sabotage gesichert ist.
Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchsspeicher (34) als elektronisch beschreibbarer Speicher ausgebildet ist, der eine Verschlüsselungseinrichtung aufweist, die zu speichernde Verbrauchsdaten, insbesondere Wärmeverbrauchsdaten und/oder Kälteverbrauchsdaten und/oder Volumenverbrauchsdaten verschlüsselt und/oder kennwortgeschützt speichert.
Klimaanlage mit einer Klimazentrale zum Heizen und/der Kühlen eines Gebäudes und/oder eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen der von der Klimaanlage (5) gelieferten thermischen Energiemenge ein Energiezähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Klimaanlage zum Heizen und/der Kühlen eines Gebäudes und/oder eines Fahrzeugs, mit einer Heiz- und/oder Klimazentrale (5) die über ein Kanalsystem (55a, 55b, 55c) mehrere Verbraucher (6a, 6b, 6c) mit konditionierter Luft oder mit konditioniertem Wasser versorgt, wobei jeder Verbraucher über eine eigene Verbraucheranschlussleitung an die Heiz- und/oder Klimazentrale (5) angeschlossen ist und jeder Anschlussleitung ein Energiezähler nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkanal (2) eines Energiezählers jeweils einen Abschnitt einer Verbraucheranschlussleitung (55a, 55b, 55c) bildet und ein Zentraltemperatursensor (37) zum Messen einer Zentraltemperatur vorgesehen ist, und die Auswerteeinrichtungen (3) der Energiezähler diese Zentraltemperatur verwenden.
Klimaanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem einen Zuluftkanal (51) umfasst, der die Heiz- und/oder Klimazentrale (5) mit aus Außenluft und/oder Umluft bestehender Zuluft versorgt und der Zentraltemperatursensor (37) in oder an dem Zuluftkanal (51) angeordnet ist und die Temperatur der Zuluft als Zentraltemperatur erfasst.
Klimaanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswerteeinrichtung (32) jeweils eine digitale Schnittstelle (33) aufweist, über die sie an ein Bussystem (36) angeschlossen ist, wobei das Bussystem (36) die Auswerteeinrichtung (32) mit dem Zentraltemperatursensor und/oder weiteren Auswerteeinrichtungen (32) verbindet.