DE2416749A1

DE2416749A1 - Anordnung zur messung des waermeenergieverbrauchs in umbauten raeumen

Info

Publication number: DE2416749A1
Application number: DE19742416749
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Bleiker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE2416749C3; FR2266877B1; DE2416749B2; FR2266877A1

Description

Ing. (grad.) W. Bleiker, 4354 Datteln, Hafenstraße 16

Anordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs in umbauten Räumen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs in umbauten Räumen unter Verwendung von Temperaturmeßgeräten.

Bei zentral beheizten Wohneinheiten mit mehreren Parteien als Abnehmer der" von einer Stelle aus zugeführten Wärmeenergie ist es erforderlich, den Wärmeverbrauch jeder einzelnen Partei zumindest qualitativ oder anteilsmäßig zu bestimmen, um eine angemessene Heizkostenverteilung vorzunehmen. Dies geschieht derzeit praktisch ausschließlich mit Hilfe von nach dem Verdunsterprinzip arbeitenden Geräten, die an Heizkörpern in den einzelnen Räumen befestigt werden. Im Betrieb dieser bekannten Geräte wird die Temperatur der Oberfläche des Heizkörpers auf das Verdunstermeßgerät durch Wärmeleitung übertragen, wobei die Verdunstungsmenge der Flüssigkeit·im Verdunsterröhrchen pro Zeiteinheit der Oberflächentemperatur des jeweiligen Heizkörpers proportional ist. Dieses Prinzip ist in der

Z/be

509841/0157

Praxis häufig nicht anwendbar, da Konstruktion, Einbauart und physikalische Gegebenheiten von bestimmten Heizungssystemen Meßverfahren dieser Art nicht zulassen. Beispielsweise kann die Wärmeenergieabgabe von Heizsystemen mit Fußbodenheizung, Deckenstrahlungsheizung, Luftheizung, Fußleistenheizung, Unter flurkcP^ektor en usw. mit diesem Verfahren nicht gemessen werden. Außerdem bietet das Verdunstermeßprinzip lediglich die Möglichkeit der Messung einer analogen Größe, die als solche nur vom Wärmedienst als Be- und Vertreiber der Verdunstungsmeßgeräte ausgewertet werden kann. Dem Verbraucher wird dabei jegliche Kontrollmöglichkeit entzogen. Außerdem bedürfen die Verdunstermeßgeräte regelmäßiger Bedienung durch Auswechseln des Verdunsterröhrchens. Die Wärmemengenmessung nach dem Verdunstungsprinzip ist außerordentlich ungenau und von verschiedenen, in der Praxis teilweise unvorhersehbaren Faktoren abhängig. So bleibt beispielsweise der Wärmefluß zwischen benachbarten Wohnungseinheiten unberücksichtigt, und ein sparsamer oder häufig abwesender Verbraucher kann aufgrund des Wärmeflusses an dem Energieverbrauch in einer Nachbarwohnung kostenlos partizipieren.

Ferner sind bereits Wärmemengenzähler bekannt, die nach dem Prinzip der Temperaturdifferenz- und Durchsatzmessung arbeiten. Für die Ermittlung des Energieverbrauchs in umbauten Räumen bzw. Wohnungen sind diese bekannten Wärmemengenzähler jedoch sowohl herstellungsmäßig als auch baulich zu aufwendig, zumal sie einen großen Platzbedarf haben. Bei mehreren Heizkörpern in einem Raum wären im Falle des Einsatzes bekannter Wärmemengenzähler mehrere derartige Geräte erforderlich, wodurch diese Art der Messung völlig unrentabel wird.. Auch bleibt bei diesen bekannten Geräten ähnlich den nach dem Verdunsterprinzip arbeitenden Geräten die durch Wärmefluß übertragene Nachbarenergie unberücksichtigt.

509841/0157

Nach der derzeitigen Marktsituation besteht sowohl seitens des Energielieferers als auch seitens des Wärmeenergieverbrauchers ein starker Bedarf nach einem quantitativ messenden Wärmeenergiewächter, der eine unmittelbar ablesbare Anzeige des Energieverbrauchs liefert. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zur Verfügung zu stellen, die unabhängig vom Energiezufuhrkreislauf eine laufende Messung und dem Benutzer unmittelbar verständliche Anzeige des Wärmeenergieverbrauchs umbauter Räume ermöglicht.

Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß jedem umbauten Raum eine Wärmekenngröße zukommt, die auf der Grundlage des DIN-Blattes 4701 berechnet werden kann. Nach dem vorgenannten DIN-Normblatt sind die folgenden Größen definiert:

Q, = Raumwärmebedarf (kcal/h) η

Raumtemperatur (⁰C)

Außentemperatur ( C)

Die erfindungsgemäß eingeführte Raum-Wärmekenngröße R , die als spezifische Raumkonstante dient, wird wie folgt definiert:

^Rq ⁼ -J* r (kcal/h ⁰C)

Das Produkt der für jeden Raum konstanten Raum-Wärmekenngröße Rq mit der Temperaturdifferenz A^ von IST-Wert der Raumtemperatur und IST-Wert der Außentemperatur ergibt nach Integration über die Zeit tQ bis t ein Maß für die verbrauchte Wärmemenge Q. Diese Erkenntnis läßt sich mathematisch wie folgt formulieren:

5 09841/0157

tx tx

aDIN J J

to to

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung zur Lösung der ihr zugrundeliegenden Aufgabe vor, daß die Ausgangsanschlüsse eines die Außentemperatur messenden ersten Temperaturfühlers und eines die Temperatur im umbauten Raum messenden zweiten Temperaturfühlers mit einer Differenzbildungseinrichtung gekoppelt sind, daß der Differenzbildungseinrichtung eine Multipliziereinrichtung mit einstellbarer Multiplikatoreingabe nachgeschaltet ist, in der das der Differenz zwischen den von den Temperaturfühlern gemessenen Innen- und Außentemperaturen proportionale Ausgangssignal der Differenzbildungseinrichtung mit dem einer Raum-Wärmekenngröße proportionalen Multiplikator multiplizierbar ist, wobei als Raum-Wärmekenngröße der genormte Raumwärmebedarf, dividiert durch die Differenz der genormten Innen- und Außentemperaturen definiert ist,und daß der Multipliziereinrichtung eine Integrationseinrichtung nachgeschaltet ist, deren Ausgangssignal proportional dem Integral der mit der Raum-Wärmekenngröße multiplizierten Differenz der IST-Werte von Innen- und Außentemperaturen über die Zeit ist. Da die Raum-Wärmekenngröße Rq eine aus deⁿ genormten und vorstehend angegebenen Größen ohne Schwierigkeit berechenbare spezifische Raumkonstante ist, wird sie vor oder nach dem Einbau durch geeignete Einstellung der Multipliziereinrichtung einmal eingegeben. Diese raumbezogene Kenngröße korrigiert die laufend gemessene Temperatunifferenz von Raumtemperatur und Außentemperatur in überraschend einfacher Weise derart, daß sich am Ausgang der Anordnung nach Integration über die Zeit ein quantitatives Maß für die verbrauchte Energiemenge ergibt.

Die Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltung läßt sich mit Hilfe einfacher elektrischer Schaltungskomponenten realisieren. Vorzugsweise ist dabei die Differenzbildungs-

509841/0157

einrichtung eine Gleichspannungs-beaufschlagte Widerstandsbrücke, und die Temperaturfühler sind durch temperaturabhängige Widerstände gebildet, die in verschiedene Zweige der Widerstandsbrücke eingeschaltet sind. Die Multipliziereinrichtung kann einen Rechenverstärker mit zwei an die Differenzbildungseinrichtung angeschalteten Eingängen und einem Ausgang aufweisen, wobei die Eingabe der Raum-Wärmekenngröße durch einen das Ausgangssignal des Rechenverstärkers zu einem Eingang rückkoppelnden Leitungszweig mit einem einstellbaren Widerstand erfolgt.

Zu der üblicherweise vorgenommenen Messung des Wärmeverbrauchs in mehreren Räumen können verschiedene Anordnungskomponenten mehrfach ausgenutzt werden. So ist zwar jedem einzelnen Raum ein gesonderter Temperaturmeßfühler zur Bestimmung der jeweiligen Raumtemperaturen zuzuordnen, der IST-Wert der Außentemperatur läßt sich jedoch für alle Einzelmessungen von einem gemeinsamen Außentemperaturmeßfühler ableiten. Durch geeignete Ausbildung eines die Multipliziereinrichtung bildenden Rechenverstärkers mit einer Vielzahl von Differenzeingängen und einer der Zahl der in die Messung einbezogenen Räume oder Wohnungseinheiten entsprechenden Zahl von· Ausgängen kann auch die Multiplikation der einzelnen Temperaturdifferenzen mit den verschiedenen Raum-Wärmekenngrößen in einer Anordnungseinheit erfolgen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Anordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs.

Die Betriebsspannung der beschriebenen Anordnung wird von einem herkömmlichen Netzgerät geliefert, das in der Zeichnung in dem strichpunktierten Block 1 dargestellt ist. Dieses Netzgerät 1 liefert an seinen Ausgängen eine geglättete Gleichspannung von 2 χ 15 Volt.

509841/0157

Die an dem einen Ausgang des Netzgeräts 1 anstehende Betriebsspannung wird an den Eingang einer Differenzbildungseinrichtung angelegt, die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel .durch eine im strichpunktierten Block 2 dargestellte Widerstandsbrücke mit den Widerständen R , R., R- und R gebildet ist. Die beiden in parallelen Brückenzweigen angeordneten Widerstände R, und R sind temperaturabhängige Widerstände, also Heißleiter oder Kaltleiter, wobei R. den die Raumtemperatur messenden Temperaturfühler und R den die Außentemperatur messenden Temperaturfühler darstellt. Da die beiden in den anderen parallelen Brückenzweigen angeordneten und mit R. bzw. R in Reihe liegenden Widerstände R. übereinstimmende konstante Widerstandswerte haben, ist die an den beiden Ausgangsanschlüssen der Brücke anstehende Spannung π proportional der Differenz Δτ> zwischen der Raumtemperatur (gemessen durch R.) und der Außentemperatur (gemessen durch R ). Die die

3.

Temperaturdifferenz Δ-& darstellende Spannung U wird über Vorwiderstände R_? an zwei Eingänge eines zu einer Multipliziereinrichtung im Block 3 gehörigen Rechenverstärkers 4 angelegt. Der Ausgang des Rechenverstärkers 4 ist zu dessen einen Eingang rückgekoppelt, wobei in der Rückkopplungsschleife ein einstellbarer Widerstand R liegt, über den die als Multiplikator eingegebene Raum-Wärmekenngröße einstellbar ist.

Mit der Aus gangs spannung U wird über einen Widerstand R^. ein Kondensator C aufgeladen, der wesentlicher Bestandteil einer durch den Block 5 dargestellten Integriereinrichtung bildet. Insgesamt besteht die Integriereinrichtung 5 aus dem zuvor genannten RC-Glied und einem Unijunction - bzw. DoppelbsLs-Transistor UJT, dessen eine Emitter-Basisstrecke in Reihe mit einem Ausgangswiderstand R. des Transistors UJT zum Kondensator C parallel geschaltet ist. Sobald der Kondensator C durch U auf die Hockerspannung des Uni-

junction-Transistors aufgeladen ist, erfolgt die Entladung von C über die Emitter-Basis-Strecke und den Widerstand R₄,

509841/0157

2416743

und die Emitterspannung von UJT sinkt auf den geringen

Wert UL . . Danach kann der Kondensator C durch U Emxn. a

erneut aufgeladen werden. Jeder, über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors und R- gegebene Entlade— impuls des Kondensators C entspricht einer definierten Ladungsmenge von C.

Da die Beziehung gilt:

R U

^Ua

folgt aus der Proportionalität von U und Δ "fr

U_a Ä R_q Δ^ .
Da ferner der Kondensator C laufend durch U aufgeladen und

CL

bei Aufladung mit einer bestimmten Ladungsmenge über den Transistor UJT entladen wird, stellen die über R, abgenommenen Impulse ein quantitatives Maß für den Wärmeenergieverbrauch in dem der Messung zugrundeliegenden umbauten Raum dar. Diese Impulse werden zweckmäßiger Weise in einem Impulszähler gezählt und zur Anzeige gebracht.

Nach der Eichung ermöglicht diese Anordnung dem Verbraucher ein unmittelbares Ablesen der verbrauchten Wärmemenge, beispielsweise in kcal oder Ws.

509841/01 57

Claims

241674?

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · FSs^FN 1, AL^CP.EDSTRACSC 383 · TEL.: (02141) 472087 Seite - 8 -

Patentansprü ehe

IJ Anordnung zur Messung des Wärmeenergieverbrauchs in umbauten Räumen unter Verwendung von Temperaturmeßgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse eines die Außentemperatur messenden ersten Temperaturfühlers (R ) und eines die

Temperatur im umbauten Raum messenden zweiten Temperaturfühlers (R.) mit einer Differenzbildungseinrichtung (2) gekoppelt sind, daß der Differenzbildungseinrichtung (2) eine Multipliziereinrichtung (3) mit einstellbarer Multiplikatoreingabe nachgeschaltet ist, in der das der Differenz (U¹^) zwischen den von den Temperaturfühlern gemessenen Innen- und Außentemperaturen proportionale Ausgangssignal (U ) der Differenzbildungseinrichtung (2) mit dem einer Raum-Wärmekenngröße (R ) proportionalen Multiplikator multiplizierbar ist, wobei als Raum-Wärmekenngröße der genormte Raumwärmebedarf (Q_h)> dividiert durch die Differenz der genormten Innen- und Außentemperaturen (Jh. _DIJ,-f._Dnj) definiert ist, und daß der Multipliziereinrichtung (3) eine Integrationseinrichtung (5) nachgeschaltet ist, deren Ausgangssignal (U ) proportional dem Integral der mit der

el

Raum-Wärmekenngröße multiplizierten Differenz der IST-Werte. von Innen- und Außentemperaturen über die Zeit ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbildungseinrichtung (3) eine gleichspannungsbeaufschlagte Widerstandsbrücke (R,,, R., R^, R ) ist,

die Temperaturfühler durch temperaturabhängige Widerstände (R , R ) gebildet sind ttnd in verschiedene Zweige i 3-

der Widerstandsbrücke eingeschaltet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinrichtung (3) einen Rechenverstärker (4) mit mindestens zwei, an die Differenzbildungseinrichtung

509841/0157

(2) angeschalteten Eingängen und mindestens einem Ausgang aufweist und daß zur Multiplikatoreingabe ein das Ausgangssignal des Rechenverstärkers (4) zu einem Eingang rückkoppelnder Leitungszweig mit einem einstellbaren Widerstand (R ) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (5) eine Triggerschaltung aus einem durch das elektrische Ausgangssignal der Multipliziereinrichtung (3) aufladbaren Kondensator (C) und einem Unijunction-Transistor (UJT) aufweist, dessen eine Emitter-Basis-Strecke zum Kondensator (C) parallel geschaltet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Triggerschaltung (5) ein Impulszähler mit digitaler Anzeige nachgeschaltet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anordnung mehrere, die Temperaturen in verschiedenen umbauten Räumen messende zweite Temperaturfühler (R.) zugeordnet sind, deren Ausgangssignale jeweils mit dem von einem gemeinsamen, die Außentemperatur messenden Temperaturfühler (R_) abge-

α.

leiteten Signal unter Differenzbildung verglichen und die Einzeldifferenzen in eine: Multipliziereinrichtung (3) mit der dem jeweiligen Raum zugeordneten Raum-Wärmekenngröße multipliziert werden.

509 8 4 1 /01 57

Leerseite