DE2837262A1 - Regelungs- und messystem der wohnungsspezifischen heizung/kuehlung und verfahren zum kalibrieren des systems - Google Patents
Regelungs- und messystem der wohnungsspezifischen heizung/kuehlung und verfahren zum kalibrieren des systemsInfo
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Description
Insele Oy
90&30 Haukipudas
Finnland
NVFAi TP DR. urns·, sri'H
chen 40, Leopolds. 20/IV
Regelungs- und Messsystem der wohnungsspezifischen Heizung/Kühlung
und Verfahren zum Kalibrieren des Systems
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelungs- und Mess-,
system für wohnungsspezifische Heizung/Kühlung zum Zweck des Ve.rrechnens der Gesamtkonsumtion von Heiz- bzw. Kühlenergie, wobei Z1U
dem System als an sich zuvor bekannte Komponenten gehören: Zirnmerthermostate,
welche die Ventile der Heizkörper oder Kühlverdampfer steuern, wobei die Thermostäte und Ventile eine Ein-Aus-Bauweise
aufweisen, ferner Messgeber für die Temperatur des Heiz- bzw. Kühlmittels auf der Abgangs- und Rückkehrseite und eine Anschlusseinheit zum Uebertragen der Messdaten an eine Zentraleinheit, welche
die Verarbeitung der Daten und die Ausgabe besorgt.
Die Systeme, die eine Verrechnung der Konsumtion von Heiz- bzw. Kühlenergie
individuell für die einzelne Wohnung gestatten, sind vorläufig nicht auf brauchbare Höhe ausgearbeitet worden, da man ein derartiges
System als unverhältnismässig teuer irn Hinblick auf die erzielbare
Ersparnis im Energieverbrauch gehalten hat und da man sogar geglaubt hat, ein gerechtmässiges und die exakte wohnungsspezifische
Verrechnung ermöglichendes System wäre sogar unmöglich hervorzubringen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt das Hervorbringen eines wirtschaftlichen
Systems, das die gerechtmässige und genaue Verrechnung der Konsumtion von Wärme- oder Kühlenergie und des Wasserverbrauchs
möglich macht und mittels dessen der Bewohner selbst die Preislage seines Wohnens hinsichtlich sowohl des Wärme- als auch des Wasser-
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Verbrauchs festlegen kann. Wenn der Bewohner weirs, dass er
persönlich, für die von ihm verbrauchte WHrrif.er-ergie zahlt, steht zu
erwarten, dass rait Hilfe des Systems im Vergleich mit der gegenwärtigen
Gemeinverrechnung eine Ersparnis in den Heizkosten und Wasserkosten von 25 bis 60 % erreichbar ist.
Der Zweck der Erfindung wird mittels eines Systems vom eingangs erwähnten Typ erreicht, das sich aus an sich zuvor bekannten Teilen
zusammensetzt, indem man die relative Konsumtion von Heiz- bzw. Kühlenergio in den VJohnunq^" wlr-r.t durch Bf^obarhtFMi c\p?t Verhältnisses
der ZU/AUF-Zeiten der Ventile an den Heizkörpern bzw. Kühlverdampfern, wobei man die Temperaturen des Heiz- oder Kühlmittels
auf der Abgangs- und Rückkehrseite als Gewichtsfaktoren benutzt.
Man strebt somit in der Erfindung überhaupt keine Messung z.B. der von den Heizkörpern abgegebenen absoluten Wärmeenergie an, sondern
als Verrechnungsgrundlage genügt die Angabe, wie hoch der relative Anteil einer jeden Wohnung an der vom ganzen Gebäude verbrauchten
totalen Wärmeenergie ist.
Der Einfachheit halber soll im folgenden die Anwendung der Erfindung
bei einem Heizsystem betrachtet werden, aber es versteht sich, dass ein ebensolches Mess- und Regelungssystem auch bei Zentralkuhlsystemen
verwirklicht werden kann, die gegenwärtig in einiger Ausdehnung in Ländern mit heissem Klima verwendet werden. Dabei
ist das in den Rohrleitungen zirkulierende Mittel ein Kühlmittel, und die Stelle der Heizzentrale nehmen Kältemaschinen ein. Die
Heizkörper werden z.B. durch Kühlmittel-Verdampfer vom Spaliertyp abgelöst, durch welche man die Kühlluft hindurchbläst. In übrigen·
Teilen erfolgt die wohnungsspezifische Messung und Regelung des zum
Kühlen notwendigen Energieverbrauchs in gleicher Weise wie im · . folgenden mit Bezug auf ein Heizsystem beschrieben wird. Demgemäss
wird, wenn im folgenden z.B. vom "Abgangswasser" die Rede ist, damit jedes beliebige Heiz- oder Kühlzirkulationsraittel auf der
Abgangsseite gemeint.
Man kann das erfindungsgemässe Messprinzip zugleich auch zur Fehlerüberwachung
des gesamten System heranziehen, indem die Zentraleinheit das besagte Zeitverhältnis überwacht \ind/oder dasselbe zimmerspezifisch
mit der Temperatur im gleichen Zimmer vergleicht und Fehleralarm gibt, falls die besagten Grossen von vorgegebenen Grenzwerten
abweichen oder falls sich deren Verhältnis untereinander ändert.
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Es ist zum Optimieren der Temperatur des Abgangswassers vorteilhaft,
wenn die Temperatur des Abgangswasserc so ragelbar eingerichtet
ist, dass das AUF/AUF+ZU-Zeitverhältnis der Ventile im gesamten
Gebäude im Durchschnitt gleich einer vorgegebenen Konstante, am passendsten 0,5 bis 0,8 ist» In einem Kühlsystem wird entsprechendermassen
die Menge des Kühlmittels auf der Abgangsseite geregelt.
Während in zuvor bekannten Heizsystemen die Temperatur des Abgangswassers üblicherweise auf Grund der Aussentemperatur geregelt wird,
legt man im erfindungsgemässen System an Hand der Aussentemperatur
nur die obere Grenze für die Temperatur des Abgangswassers fest, und die Regelung der Temperatur des Abgangswassers erfolgt in der
obengenannten optimalen Weise» Entsprechendermassen kann man in einem Kühlsystem auf Grund der Aussentemperatür die obere Grenze
für die Kühlmittelmenge auf der Abgangsseite festlegen.
Das Zusammenwirken der Anschlusseinheit, des Thermostats und des Ventils ist gemäss einer günstigen Ausführungsform der Erfindung so
angeordnet, dass der Thermostat als Reihenschalter zwischen der Anschlusseinheit
und dem Ventil dient, derart, dass zu Beginn der zu bestimmten Seiten wiederkehrenden Regelungsperioden die Ventile
keine Steuerung erhalten und dass nach Verlauf einer zur Differenz zwischen der Zimmertemperatur und der am Thermostat eingestellten
Temperatur proportionalen Zeit der Thermostat die Steuerung auf das Ventil schaltet, wobei die Zü/AüF-Zeiten der Ventile in der Anschlusseinheit
durch Messen der von einem jeden Thermostat aufgenommenen Steuerleistung überwacht werden.
Die Grundidee der Erfindung, doho, dass man danach strebt, die Verteilung
des Verbrauchs von Wärmeenergie (bzw, zum Kühlen benötigter Energie) innerhalb des Gebäudes und nicht die absolute Menge der
Wärmeenergie (der Kühlenergie) selbst zu messen, kann man auch neben dem Ausführen der Messung selbst zum Kalibrieren des Systems
verwerten, so dass ungeachtet der variablen Faktoren, wie z„B„ der
unterschiedlichen Lage der Wohnungen, der Wärmeisolierung und der Wärmeleckflüsse von Rohrleitungen und Kanälen den Bewohnern gegen
gleiche relative Grundkosten in allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur verbürgt wird.
Die Erfindung bezieht sich somit auch auf ein Verfahren zum Kalibrieren
des in Frage stehenden Mess- und Regelungssystems«
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Zuerst wird Grobeinstellung des Systems ausgeführt, wobei diese
genau mit der allgemeinen Praxis bei yegenvf'ercig vorhandenen Heizungssystemen
übereinstimmt. Demgemäss berechnet man beim Entwurf des Heizungssystems für das Gebäude auf Grund der Grunddaten des
Rohrsystems die Basiseinstellung für das Drosselventil an jedem Heizkörper, bei der Inbetriebnahme des Heizungssystems werden die
Drosselventile auf den berechneten Wert eingestellt, die Thermostate werden der höchstmöglichen Temperatur entsprechend eingestellt
und die Temperatur des Abgangswassers wird so geregelt, dass man in
den Zimmern eine gewisse durschnittliche Temperatur, beispielweise
20 C, erzielt, wobei dann die individuellen Abweichungen der einzelnen
Zimmer durch Berichtigung der errechneten Stellung der Drosselventile beseitigt v/erden. Die Stellung der Drosselventile lässt
sich jedoch nicht mit so hoher Genauigkeit einstellen, dass sie unter gleichen Verhältnissen bei allen Heizkörperventilen das gleiche
ZU/AUF~Vefhältnis verbürgen würde. Aus diesem Grunde muss eine
Kalibration des Systems erfindungsgemäss stattfinden, indem hiernach
alle Thermostate in einer bestimmten Einstellung festgestellt werden,
z.B. bei 20°C, dass während der Kalibrationszeit die Zentraleinheit
das genaue durchschnittliche ZU/AUF-Verhältnis eines jeden
Heizkörperventils aufzeichnet, auf Grund dessen Korrektionskoeffizienten für die relativen Wärmekonsumtionen der verschiedenen Zimmer
errechnet v/erden. Diese Korrektionskoeffizienten verbleiben im
Gedächtnisspeicher der Zentraleinheit und sie können bei Bedarf durch eine Neukalibrierung überprüft werden.
In beiden obengenannten Kalibrationen hatten alle Zimmer die gleiche Temperatur, weshalb keine Wärmeübertragung durch die
Zimmerwände hindurch stattfand. In der Praxis bewirken die Temperaturunterschiede
zwischen den Wohnungen einen üebergang von Wärmeenergie durch die Wände hindurch aus den bzw. in die benachbarten
Wohnungen. Man kann sich im Extremfall vorstellen, dass in irgendeiner Wohnung die Temperatur so niedrig gehalten wird, dass sie
gänzlich durch Heizenergie von den Nachbarwohnungen her geheizt wird, wobei dann entsprechendermassen der Heizenergiebedarf der
Nachbarwohnungen zunimmt. Falls man dies auch in Rücksicht ziehen will, bietet das erfindungsgemässe System ein Kalibrierverfahren
zur Bestimmung der Wärmeleckflüsse zwischen den Wohnungen, indem man in gewissen ausgewählten Wohnungen die Thermostate niedriger
(z.B. in ihrer tiefsten Einstellage) als in den übrigen Wohnungen
(in denen die Therraostate z.B. auf 20 C festgestellt werden) einstellt,
dass die Zentraleinheit die Temperatur in der abgekühlten
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Wohnung aufzeichnet, ebensowie den erfolgten .Anstieg 3er Wärmekonsumtion
in den Nachbarwohnungen, und cass auf Grund hiervon der
Betrag der Wärmeleckflüsse zwischen den verschiedenen Wohnungen berechnet wirdp der auch eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen
den Wohnungen ist. Aus den erhaltenen Kalibrationsdaten lässt sich der Wäritieleckfluss zwischen den Wohnungen als Funktion
ihrer Temperaturdifferenz berechnen,, wenn man die entsprechenden
Daten und die Wärmeleckflussgleichung im Gedächtnis der Zentraleinheit
speichert.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
Systems noch eingehend mit Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin
Fig. 1 das Aufbauschema eines erfindungsgemässen Systems darstellt.
Fig. 2 zeigt die Schaltung des Thermostats und des Magnetventils. Fig. 3 zeigt das grobe Blockschema der Zentraleinheit.
Fig. 4 gibt beispielmässig die Standard-Ausgabe von der Zentraleinheit
für die Periodenverrechnung wieder, und
Fig. 5 gibt beispielmässig eine von der Zentraleinheit gelieferte Fehler-Ausgabe wieder.
Das in den Zeichnungen veranschaulichte System erledigt die folgenden
Messungs- und Regelungsaufgaben:
- Regelung der zimmerspezifischen Temperatur mittels des elektronischen
Zimmerthermostats T111 und der elektrisch gesteuerten Heizkörperventile
MV
- automatische Messung der wohnungsspezifisches relativen Verteilung
der vom Zentralheizungssystem abgegebenen Wärmeenergie
- wohnungsspezifische Messung der Konsumtion von warmem und kaltem
Wasser
- halbautomatische zimmer- oder wohnungsspezifische Umschaltung
der Anwesenheit/Abwesenheit-Temperatur
- automatische Steuerung der Heizzentrale und optimale Regelung
der Temperatur des abgehenden Wassers.
Die Heizenergie einer Wohnung setzt sich aus den folgenden Faktoren
zusammen:
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1) die von den Heizkörpern abgegebene Wärmeenergie
2) durch die Wände hindurch aus c"en bzw. in die benachbarten Wohnungen
übergetretene Wärneenergie
3) Wärmeenergie, die von den in der Wohnung verweilenden Personen
abgegeben wird
4) in elektrisch betriebenen Haushaltsapparaten (Kühl- und Tiefkühlschränke,
Beleuchtung usw.) entstehende Wärme
5) Strahlungswärme der Sonne.
Insofern man imstande ist, die unter 1) und 2) angeführte Wärmeenergie
zuverlässig zu messen, braucht man weiter nichts in der Verrechnung zu berücksichtigen., denn
- die von den Personen in der Wohnung, von Haushaltsmaschinen und von der Beleuchtung erzeugte (und bereits "bezahlte") Wärme setzt
in entsprechendem Betrag den Bedarf von Zentralheizungsenergie herab, da die individuellen Thermostäte die Temperatur in jedem
Zimmer konstant halten,
- Berücksichtigung der durchschnittlichen Sonnenenergie geschieht in
der Kalibrationssituation automatisch, falls man dies wünscht. Eine zweite, u.U. mehr gerechte Möglichkeit ist die, dass man in
der Kalibrationssituation die Sonnenenergie ausser Acht lässt und sie dagegen beim Abschätzen des Ankaufspreises der Wohnungen
und/oder der Grundabgabe an die Wohnungsgesellschaft in Betracht zieht.
Um zusätzliche Ersparnisse zu erzielen, kann man eine Anwesenheit/
Abwesenheit-Heizung anordnen, wobei, wenn die Wohnung z.B. tagsüber leer steht, ihre Temperatur automatisch niedriger eingestellt wird.
Man kann dies zusätzlich zum System mit verhältnismässig geringen
Mehrkosten vorsehen, indem man einen beträchtlich energiesparenden Anwesenheit/Abwesenheit-Schalter z.B. im Zimmerthermostat als Druckknopf
einbaut, wobei dieser Schalter in der Abwesenheit-Lage die Temperatur in der betreffenden Wohnung auf eine von der an den
Thermostaten eingestellten Temperatur unabhängige niedrigere Temperatur einsteuert. Man kann diese Abwesenheits-Steuerung z.B. mittels
einer Wochenuhr bewerkstelligen, oder man kann die Abwesen-.heitsZeitangabe
im Gedächtnis der Zentraleinheit speichern und ohne weitere Steuerung die entsprechende "Sparsteuerung" mit wöchentlicher
Periode so wiederholen, dass bei Ablauf der Abwesenheitszeit
die eingestellte Temperatur erreicht ist, indem die thermostatische Steuerung vor Abschluss der Abwesenheitsperiode eingeschaltet wurde.
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Eine wichtige Form des Wärraeenergievjibrauchs ist auch das wärme
Wasser, Mehrere Quellen schätzen übereinstimmend, dass das wärme
Wasser einen erheblichen Kostenposten vertritt, ja sogar mehrere zehn Prozent des Gesamtverbrauchs von Wärmeenergie. Folglich ist
es sinnvoll beim üebergang zum Verrechnen der Wärmeenergie das warme Wasser und zugleich auch das kalte Wasser mit in die Verrechnung
einzubeziehen„ Aus diesem Grunde sind in dem Schema in Fig„ 1 die
Mengenmessung des warmen bzw= kalten Wassers,, LVM bzw„ KVM, sov/ie
die Erfassung der Temperatur des warmen Wassers T„ als Komponenten
im Anschluss an das Totalsystem dargestellt worden f obgleich s"ich
mit denselben an sich nichts erfinderisch Neues verknüpft»
Der Grundaufbau des Systems ist wie folgt* Jedes Zimmer wird mit
einem elektronischen Thermostat T ausgerüstet, der über einen zweiadrigen
Anschluss die Magnetventile MV der Heizkörper R steuert. Man kann mehrere solche parallel zur Steuerung durch einen Thermostat
ohne Zwischenrelais schalten=
Der Thermostat T und die Magnetventile MV weisen EIN/AUS-Bauart auf,
und die Ruhelage des Magnetventils ist die Offenlage. Die Strömung
durch den Heizkörper R wird durch Verändern des Verhältnisses der ZU/ÄUF-Zeiten bei dem Ventil IW geregelt»
Der Wasserrückflussanschluss der Heizkörper enthält die üblichen Drosselventile KV, die in zuvor bekannter Weise zur Grundeinstellung
des Systems benutzt v/erden. Der Thermostat T bezieht seine Betriebsspannung
von der Anschlusseinheit LY, und die Anschlüsse sind in Fig» 2 wiedergegeben. Der Thermostat regelt die Temperatur im
Zimmer selbständig. Die ZU/AUF-Zeiten der Magnetventile werden in der Anschlusseinheit LY überwacht, und zwar durch Messung des von
einem jeden Thermostat T„ aufgenommenen Stroms in den Leitungen
b-c, und die Temperatur im Zimmer wird mit Hilfe der Leitungen a-c
gemessen.
Die Anschlusseinheit LY umfasst die folgenden Bestandteile und Funktionen:
1) Stromzufuhr zum Thermostat TR
2) Uebermittlung der ZU/AUF-Verhältnisse der Thermostäte TR und der
Zimmertemperaturen zur Zentraleinheit KY
3) uebermittlung an die Zentraleinheit KI der von den Temperaturgebern
TM, Tp, Tv und Tn erhaltenen Temperaturen des Abgangswassers,
des Rückehrwassers, des Warmwassers und der Aussentemperatur
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4) Ueberraittlung des Steuersignals für das Dreiwegventil M
5) Uebermittlung der von den Wasserzählern LVM und KVM gelieferten
Konsurationsangaben an die Zentraleinheit KY
Die Anschlusseinheit LY ist sowohl in bezug auf die Thermostate T„
als auch auf die Zentraleinheit KY galvanisch abgetrennt.
Die Zentraleinheit KY ist ein Computer vom Typ Mikroprozessor, an
den man eine gewisse Anzahl von Anschlusseinheiten anschliessen kann« Die Zentraleinheit enthält einen Berichtschreiber sowie die folgenden Anschlüsse nach aussen:
- ein Alarmgerät H zur Unterbringung in der Hauswartwohnung
- Verbindung zur Alarmzentrale HK des Gebäudes
- Anschluss zu einem externen Schreiber 10.
Die Zentraleinheit versieht die folgenden Teilfunktionen:
1) Die KY-Einheit überwacht mit Hilfe eines jeden Thermostats zimmerspezifisch
- die Temperatur im Zimmer und
- das ZU/AüF-Verhältnis des Heizkörperventils.
Aus diesen Grossen berechnet die KY-Einheit die wohnungsspezxfische
Totalwärmeenergie-Konsumtion unter Verwendung der Temperaturen des Abgangs- und Rückkehrwassers als Gewichtskoeffizienten«.
Die KY-Einheit gibt die Konsumtionen in bestimmten Verrechnungs—
abständen z.B. wie in dem Beispiel der Fig. 4 aus.
2) Die KY-Einheit überwacht die Konsumtion von warmem und kaltem
Wasser in jeder Wohnung und fügt die Konsumtionsdaten, der Verreehnungs-Ausgabe
bei (Fig. 4).
S) Die KY-Einheit besorgt Regelung des Dreiwegventils M derart^ dass
die Temperatur des Abgangswassers ihren optimalen Wert hat, ζ ,-B.
and Hand der folgenden Kriterien:
Die Temperatur des Abgangswassers wird so eingestellt, dass--'
Die Temperatur des Abgangswassers wird so eingestellt, dass--'
- das AUF/ZU+AUF-Zeitverhältnis S der Magnetventile im ganzen Gebäude im Durchschnitt den gleichen, vorbestimmten konstanten
Wert, z.B. 0,7 hat, und dass '
- höchstens ein Zimmer.bei dem Verhältnis S = I liegt, während zugleich die Temperatur darin unter eine vorbestimmte Grenze, z.B>
19°C herabgegangen ist.
Die obere Grenze für die Temperatur des Abgangswassers erhält
man aus den tabellarischen Daten im Speicher der Zentraleinheit
mit Hilfe des Aus senthexmometers T Man vermeidet hierdurch
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ORIGINAL INSPECTED
9 ß ^ Ί 9 R *5 J*
&OJ / &, υ ^ <*9V
- übermässige Erwärmung des AbgancswasserK in Störungsfällen und
dann, wenn die obenstehenden RGgelungskrieerien z.B„ durch
gleichzeitiges Lüften von mehreren Zimmern überschritten werden«
4) Die Zentraleinheit tätigt den Störungsalarm z.B. an Hand der
folgenden Kriterien?
- wenn die obere Temperaturgrenze für das Abgangswasser erreicht ist
- wenn die Temperatur des Abgangswassers sich nicht auf einen solchen Wert einstellt, dass die Heizkörper im Durchschnitt
0,4 < S < 0,8 haben. Der Fehler liegt dann in der Heizzentrale.
- wenn in irgendeinem Zimmer die Temperatur dauernd (z.B. langer
als 24 St.) höher als 22°C und S < 0,4 ist. Der Fehler ist eine
unrichtige Einstellung des Thermostats oder Versagen des Thermostats, des Heizkörperventils oder der Anschlusseinheit.
- wenn der Heizkörper in irgendeinem Zimmer S dauernd (z.B. langer
als 6 St.) höher als 0,95 hato Der Fehler ist dann ein kräftiger
Wärmeleckfluss aus dem Zimmer hinaus, z.B. ein offen stehendes oder eingeschlagenes Fenster, oder auch Versagen von Thermostat
oder Ventil.
- wenn die' Temperatur Tv des Warmwassers unter die zulässige Grenze,
z.B. 55°C, herabsinkt.
5) Die Zentraleinheit besorgt die Anwesenheit/Abwesenheit-Steuerung
der Temperatur dem in sie eingegebenen Programm gemäss.
Die Wohnungsgesellschaft kann beispielsweise aus "Gerechtheitsgründen"
beschliessen, den Bewohnern gegen ein und dieselbe relative Grundzahlung in allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur zu liefern.
Dann treten als variable Faktoren auf:
- die Lage des Zimmers (an der Giebelwand, oberster Stock, nach
Süden/Norden blickend usw.)
- die Wärmeisolierung des Zimmers (variierende Qualität der Wärmeisolation,
grosse/kleine Fenster usw.)
- eventueller Wärmeleckfluss von Abgangs- bzw. Rückkehrwasserrohrleitungen,
Ventilationskanälen usw.
Die Kalibration dient somit dem Ziel, die durch diese variablen Faktoren bewirkten Korrektionskoeffizienten zu ermitteln und im
Speicher der Zentraleinheit festzuhalten.
Man führt zuerst eine Grobkalibration durch, in genauer Entsprechung
der allgemeinen Praxis bei vorhandenen Heizsystemen. Dies geschieht
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so, dass beim Entwurf des Heizungssystems für das Gebäude auf Grund
der Basisdaten des Rohrnetzes die Grundelnsteilung für das jeweilige
Drosselventil KV bei jedem Heizkörper berechnet worden ist. Bei der Inbetriebnahme des Heizsystexns gibt man den Drosselventilen die
berechnete Einstellung, man stellt die Thermostäte auf die höchste
Temperatur ein und regelt die Temperatur des Abgangswassers so, dass man in den verschiedenen Zimmern des Gebäudes im Durchschnitt
die Temperatur 200C erzielt. Die zimmer-individuellen Abweichungen
beseitigt man durch Korrektion der berechneten Einstellung der Drosselventile KV.
Nachdem diese Kalibration ausgeführt ist, sollten im Prinzip alle Heizkörperventile das gleiche ZU/AUF-Verhältnis-haben. Da sich jedoch
die Stellung der Drosselventile KV mit keiner sehr hohen Genauigkeit
regulieren lässt,, besorgt man eine Präzisier-Kalibration,
indem man alle Thermostate z.B. auf 200C festsetzt und den Bewohnern
kundgibt, dass
- Lüften verboten ist
- die Benutzung von dauernd Wärme erzeugenden Haushaltsapparaten
vermieden werden soll.
Man kann die Kalibration zu einem hinsichtlich der Heizung repräsentativen
Zeitpunkt vornehmen, und sie nimmt z.B. 1 bis 2 Tage in Anspruch. Während dieser Zeitspanne zeichnet die Zentraleinheit beispielsweise
während der Nachtstunden das genaue durchschnittliche ZU/AUF-Verhältnis der Keizkörperventile MV in jedem Zimmer auf und
berechnet die endgültigen Korrektionskoeffizienten für die relativen Wärmekonsumtionen der verschiedenen Zimmer. Diese Korrektionskoeffizienten
v/erden im Gedächtnis der Zentraleinheit gespeichert und sie v/erden beim Berechnen der endgültigen Wärmesalden verwendet.
In beiden vorbeschriebenen Kalibrationen hatten alle Zimmer die gleiche Temperatur, womit kein Wärmeübergang durch die Zimmerwände
hindurch stattgefunden hat. Insofern man dies auch berücksichtigen will, bestimmt man den Wärmeleckfluss zwischen den Wohnungen wie
folgt:
- In gewissen ausgewählten Wohnungen wird der Thermostat auf seine,
tiefste Einstellung gebracht, während in den übrigen Wohnungen die Thermostate auf 20°C festgesetzt sind.
- Die Zentraleinheit registriert die Endtemperatur der abgekühlten
Wohnung und den Zuwachs des WärmeVerbrauchs in den benachbarten
Wohnungen.
- Aus diesen Ziffern wird mittels Multivarianten-Analyse der Betrag
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des Wärmeleckflusses zwischen der. verschiedenen Wohnungen berechnet»
Man kann annehmen, dass delselbe eine lineare Funktion der
Temperaturdifferenz zwischen den Wohnungen ist? jedoch bereitet das Ermitteln auch einer komplizierteren Beziehung und das Einprogrammieren
der entsprechenden Rechengleichung in der Zentraleinheit keinerlei Schwierigkeit.
Nachdem das System so kalibriert worden ist, vermag die Zentraleinheit
die folgenden Grossen zu berechnen?
1) Durch Vergleichen der ZU/AUF-Verhältnisse der Heizkörperventile
in verschiedenen Zimmern ist die Zentraleinheit imstande, die relative Verteilung des Wärmeenergieverbrauchs in den verschiedenen
Zimmern bzw. Wohnungen und im ganzen Gebäude einzugeben.
2) Durch Vergleichen der Temperaturen in verschiedenen Zimmern vermag
die KY-Einheit die Wärmeflüsse zwischen den Wohnungen unter Heranziehung der in ihrem Speicher vorhandenen Wärmewiderstände
zwischen verschiedenen Zimmern zu berechnen.
3) Aus den unter 1) und 2) erhaltenen Rechenergebnissen kann die Zentraleinheit den von einer jeden Wohnung verbrauchten tatsächlichen
relativen Wärmeenergieanteil berechnen, der sowohl die Zentralheizungsenergie als auch die von Nachbarn erhaltene
Heizenergie beinhaltet.
Die Kalt- und Warmwassermesssysteme benötigen keine Kalibration,
da deren Anzeige absolut ist.
Das zu zahlende Heizungsentgelt wird als Grundleistung in Höhe von
x Fmk je m festgelegt. Hätten alle Wohnungen die gleiche Temperatur
und die gleichen Ventilationsverhältnisse, dann wäre auch bei allen Wohnungen das Heizungsentgelt dieser Grundleistung gleich.
Wenn die persönlichen Konsumtionsgewohnheiten verschieden sind, werden
sie im Speicher der Zentraleinheit als Koeffizient Y-. festgehalten, welcher den von der Wohnung I verbrauchten relativen-Anteil von
der Heizungsenergie des ganzen Gebäudes während der Verrechnungsperiode vertritt. Anders ausgedrückt, hat Y1 die folgende Bedeutung:
"Diese Wohnung hat ira Verlauf der letztvergangenen Verrechnungsperiode je Quadratmeter Y -mal so viel Heizungsenergie verbraucht
wie die gemessene spezifische Konsumtion der Wohnung voraussetzt,
2 Das Heizungsentgelt für diese Wohnung ist folglich Y *x Fmk/m ".
Die Entgelte für Warmwasser und kaltes Wasser bestimmen sich direkt
aus den verbrauchten Wasseimcnqea und der Temperatur des Warmwassers,
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Die Zentraleinheit des Systems kann z.B. wie in der beiliegenden Fig„
3 gezeigt als Mikro-Computer in Modulbauweise ausgeführt werden. Man kann daran z.B. 16 Stück Anschlusseinheiten LY anschliessen. Den
Grundbaustein der Zentraleinheit macht in diesem Beispielfall ein Prozessor (CPU) aus, ferner Eingabe/Ausgabespeicher (RAM), Eingabespeicher
(ROM), Panel-Interface (PI), Stromversorgung (POW), Reservesaraaler
(A) und Anschlusseinheits-Interfacegeräte (LYI). Der CPU wird z.B. mittels eines universal einsatzfähigen Mikroprozessors ausgeführt,
und er enthält neben .dem Mikroprozessor die zur Zeitmassgabe
des Systems erforderliche Steuerlogik, Reell-Zeituhr sowie Kanalpufferung.
Der RAM lässt sich als Halbleiterspeicher entweder mit CMOS- oder mit statischen NMOS-Kreisen ausführen, und man optimiert die
Speicherkapazität von einem Modul so, dass ein Erweiterungsausbau des Systems sich bequem durchführen lässt.
Der ROM kann mittels EPROM-Halbleiterspeicherkreisen ausgeführt
werden, die leicht zu programmieren und im Bedarfsfall zum Umprogrammieren
löschbar sind. Es ist zweckmässig, die Programme und die festen Daten des Mikro-Computers so aufzuteilen, dass das Grundprogramm und die Basisdaten in einem Modul liegen und die veränderlichen
Daten von verschiedenen Modulen herbeigeführt werden.
Mittels des LYI-Geräts kann an die Zentraleinheit eine Anschlusseinheit
angeschlossen v/erden. Das LYI-Gerät enthält die Ausgangsund Eingangsanschlüsse der erforderlichen Stufeneinheit, galvanische
Trenner und die Anschlusslogik zum Kanal des Mikro-Computers.
Ueber das PI-Gerät werden an das System der Berichtschreiber sowie
die Alarm- und Zustandsangabe-Steuerungen angeschlossen.
Die Stromspeisung des System erfolgt mit normaler Netzspannung, und
die Versorgung des CPU und der RAM-Module wird durch Sammler sichergestellt,
damit im Fall des Netzausfalls die Zustanddaten des Systems im Verwahr bleiben und die Tätigkeit nach Wiederkehr der
Netzspannung weiter fortgehen kann.
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■/•fc ·
Ausgabe
Die Zentraleinheit kann nit einem automatisch arbeitenden Output-Schreiber
(Printer) ausgestattet werden. In Fig. 4 ist ein Beispiel des möglichen Ausgabe-Formats in den Wochen- und Monatsberichten
wiedergegeben. Man ersieht daraus die durchschnittlichen Temperaturen in den verschiedenen Zimmern der Wohnung (z.B. Nr. 31), den
vorstehend erläuterten Koeffizienten Y = 1,25, mit dem das festge-
legte Heizungsentgelt χ Fmk/m zu multiplizieren ist, um die Heizungsrechnung
zu bestimmen, die der betreffenden Wohnung zukommt. Ferner ersieht man daraus die relativen Wärmemengen, die zu benachbarten
Wohnungen (Ur. 30 und 41) übergegangen bzw. von Nachbarwohnungen (Nr. 32 und 21) eingelaufen sind, die zusammen mit dem eigenen
relativen Heizungsenergieverbrauch 1,22 den Totalkoeffizienten
1,25 ergeben.
In Fig. 5 sieht man das Ausgabe-Format in Störungsfällen, indem
hier in Zimmer Nr. 2 ein Fenster lange Zeit offen stand und im Zimmer Nr. 3 eine aus sergewöhnlich hohe Temperatur eingestellt war«.
Die Sterne zeigen an, dass Störungsalarm erfolgt ist.
Wie bereits oben festgestellt wurde, kann man das obenstehend in Verbindung mit einem Heizungssystem beschriebene Mess- und Regelungsverfahren
in entsprechender Weise auch bei Kühlsystemen in Anwendung bringen, weshalb der Schutzbereich der nachstehenden
Patentansprüche sich in analoger Weise auch auf die Anwendung der Erfindung bei Kühlsystemen bezieht.
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Leerseite
Claims (10)
1. Regelungs- und Messsystem für wohnungsspezifische Heizung/Kühlung
zum Zweck der Verrechnung der wohnungsspezxfischen Konsumtion von Heizungs/Kühlungsenergie, zu welchem System als an sich zuvor
bekannte Komponenten gehören: Zimmer thermos ta te (TTT) , welche die
Jd
Ventile (MV) der Heizkörper (R) bzw. Kühlverdampfer steuern, wobei
die Thermostäte und die Ventile eine EIN/AUS-Bauweise auf v/eisen,
ferner Messgeber (T.., T_) für die Temperatur des Heiz/Kühlmittels
auf der Abgangs- und Rückkehrseite sowie eine Anschlusseinheit (LY) zum Uebermitteln der Messdaten an eine Zentraleinheit (KY), welche
die Verarbeitung der Daten und die Ausgabe erledigt, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Verbrauch von Heiz- bzwc Kühlenergie in
den Wohnungen gemessen wird durch Ueberwachen des Verhältnisses der
Zü/AüF-Zeiten der Ventile (MV) bei den Heizkörpern bzw. Kühlverdampfern
und durch Anwendung der Temperaturen des Heiz- bzw. Kühlmittels auf der Abgangs- und Rückkehrseite als Gewichtungsfaktoren.
2. System gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet t dass die
Temperatur des Heizmittels auf der Abgangsseite, wie z.B. des abgehenden Wassers, oder die Menge des Kühlmittels auf der Abgangsseite, derart regelbar eingerichtet ist, dass das AUF/AUF+ZU-Zeitverhältnis
der Ventile im ganzen Gebäude im Durchschnitt einer vorbestimmten Konstante gleich, am passendsten 0,5 bis 0,8, ist.
3. System gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (KY) angeordnet ist, Fehlerüberwachung des Systems
zu leisten, durch Ueberwachung des besagten Zeitverhältnisses und/oder durch Vergleichen desselben zimmerspezifisch mit der
Temperatur im betreffenden Zimmer, wobei die Zentraleinheit einen Störungsalarm tätigt, falls die besagten Grossen von vorbestimmten
Grenzwerten abweichen oder falls sich deren Verhältnis ändert.
4. System gemäss irgendeinen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund der Aussentemperatur (T«) nur die
obere Grenze für die Temperatur des Heizmittels auf der Abgangsseite bzw. für die Menge des Kühlmittels auf der Abgangseite festgelegt
wird*
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5. System gemäss irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Thermostat als Roihenschalter *wischen der
Anschlusseinheit (LY) und den Ventilen arbeitet, so dass am Beginn
der mit bestimmten Intervallen wiederholten Regelungsperioden die Ventile (MV) kein Steuersignal erhalten und dass nach Ablauf einer
der Differenz zwischen der Zimmertemperatur und der am Thermostat (TH) eingestellten Temperatur verhältnisgleichen Zeit der Thermostat
das Steuersignal auf die Ventile schaltet, wobei die ZÜ/AÜF-Zeiten
der Ventile in der Anschlusseinheit (LY) durch Messen der von einem jeden Thermostat aufgenommenen Steuerleistung überwacht wird.
6. System gemäss irgendeinem der vorstehenden Ansprüche f dadurch
gekennzeichnet, dass dazu ein Anwesenheit/Abwesenheit-Schalter z.B. in Form eines im Zimmerthermostat untergebrachten Druckknopfes gehört,
welcher in der Abwesenheit-Lage die Temperatur in der Wohnung auf eine von der an den Thermostaten (T„) eingestellten Temperatur
unabhängige niedrigere Temperatur einsteuert.
7. System gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die "Abwesenheits-Steuerung" entweder mittels einer Wochenuhr oder dadurch
ausgeführt ist, dass die Abwesenheitszeiten im Gedächtnis der
Zentraleinheit derart gespeichert worden sind, dass sich die entsprechende "Abwesenheits-Steuerung" ohne zusätzliche Steuerung mit einer
bestimmten Periode, z.B. im wöchentlichen Zyklus wiederholt.
8„ System gemäss Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Thermostat-Steuerung eingerichtet istf vor Ablauf der Abwesenheitszeit
zur Einschaltung zu kommen, womit am Ende der Abwesenheitszeit die eingestellte Temperatur im wesentlichen erreicht ist.
9. Verfahren zum Kalibrieren eines Systems gemäss einem oder mehrerer
der vorstehenden Ansprüche derart, dass ungeachtet der variablen Faktoren, wie z.B. verschiedener Lage der Zimmer, verschiedener
Wärmeisolierung und der Wärmeleckflüsse von Rohrleitungen und Kanälen den Bewohnern gegen ein und dieselbe Grundkostenleistung in
allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur verbürgt wird, in welchem
Verfahren beim Entwurf des Heizungssystems für das Gebäude an Hand
der Grunddaten des Rohrsystems die Grundeinstellung für das Drosselventil (KV) bei einem jeden Heizkörper berechnet wird, beim Inbetriebnehmen
des Heizsystems die Drosselventile dem jeweils berechneten Viert entsprechend eingestellt v/erden, die Thermos täte (TH)
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der höchsten Temperatur entsprechend eingestellt warden ^und die
Temperatur (T„) des abgehenden Wassers so reguliert wircl, dass man
in allen Zimmerη eine bestimmte durchschnittliche Temperatur
erzielt, z.B. 20 C, wobei dann die ziminerspezi fischen Temperaturabwei ■
chungen durch Berichtigen der berechneten Einstellung der Drosselventile (KV) beseitigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass hiernach
anschliessend alle Thermostate (T ) in einer bestimmten Stellung, z.B. auf 200C eingestellt, festgesetzt werden, dass während der
Kalibrationszeit die Zentraleinheit (KY) das genaue durchschnittliche
ZU/AUF-Verhältnis eines jeden Heizkörperventils (MV) aufzeichnet,
auf Grund dessen die Korrektionskoeffizienten für die relativen Wärmekonsumtionen der verschiedenen Zimmer berechnet werden,
10. Verfahren gemäss Anspruch 9 zum Kalibrieren des Systems zur
Berücksichtigung des Wärmeleckflusses zwischen den Wohnungen, dadurch gekennzeichnet, dass in ausgewählten Wohnungen die Thermostate
(T„) niedriger (z.B. in ihre tiefste Einstellung) als in den
übrigen Wohnungen (wo die Thermostate z.B. auf 200C festgesetzt
werden) eingestellt werden, dass die Zentraleinheit (KY) die Temperatur in der abgekühlten Wohnung sowie den Zuwachs des Wärmeverbrauchs
in den benachbarten Wohnungen aufzeichnet und dass auf dieser Grundlage der Betrag des Wärmeleckflusses zwischen den
verschiedenen Wohnungen berechnet wird.
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