DE2837262C2 - Verfahren zur Heiz- und/oder Kühlkostenverteilung von Wohneinheiten in einem Wohnblock - Google Patents
Verfahren zur Heiz- und/oder Kühlkostenverteilung von Wohneinheiten in einem WohnblockInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Heiz- und/oder Kühlkostenverteilung von Wohneinheiten in einem Wohnblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein derartiges Verfahren ist der DE-PS 3 19 265 zu entnehmen. Diese Druckschrift offenbart eine Einrichtung für das Erfassen des absoluten Energieverbrauchs und erfordert einen hohen Installationsaufwand, da für jede Wohneinheit eine entsprechende Einrichtung zu installieren ist. Nachteilig ist ferner, daß wohnungsspezifische Einflußgrößen, wie die Lage der Wohneinheit, Isolierverhältnisse und sonstige Faktoren, die die Wärmeverluste und Wärmegewinne einer Wohnung bestimmen, keine Berücksichtigung finden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur preiswerten Heiz- und/oder Kühlkostenverteilung von Wohneinheiten in einem Wohnblock verfügbar zu machen, das die wärmespezifischen Eigenschaften jeder Wohnung individuell berücksichtigt.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
- Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprüchen enthalten.
- Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verfahrens wird vorteilhaft die Installation einer großen Zahl von Einzelzählern in einem Wohnblock vermieden und statt einer absoluten Größe lediglich eine relative Bezugsgröße für jede Wohnung erfaßt, die unter Berücksichtigung eines wohnungsspezifischen Korrekturkoeffizienten zur Grundlage einer zentralen Rechnung des Heiz- bzw. Kühlkostenanteils jeder Wohnung gemacht werden kann. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein gerechtes und die exakte wohnungsspezifische Anteilsverrechnung ermöglichendes Verfahren geschaffen, das die Möglichkeit eröffnet, daß der Bewohner selbst die Preislage seines Wohnens hinsichtlich des Wärmeverbrauchs festlegen kann. Außerdem ist von Vorteil, daß mit einer Energiekostenersparnis von 25-60% zu rechnen ist, weil die Bewohner jeder Wohneinheit statt der derzeit üblichen Gemeinverrechnung nunmehr unmittelbar durch Einsparung von Energie ihre Heiz- bzw. Kühlkosten wirkungsvoll beeinflussen können.
- Von Vorteil ist dabei, daß nunmehr nicht die von den Heizungskörpern abgegebene absolute Wärmeenergie gemessen wird, sondern die Verrechnung nunmehr nur noch auf der Angabe beruht, wie hoch der relative Anteil einer jeden Wohneinheit an der vom gesamten Wohnblock verbrauchten gesamten Heiz- und/oder Kühlenergie ist.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist es im Zusammenhang mit einer preiswerten Verteilung von möglichst geringen Heiz- und/oder Kühlkosten von Vorteil, wenn von den Ventilen auch das AUF/AUF+ZU-Zeitverhältnis erfaßt und dieses durch Regelung der Rücklauftemperatur des Heiz- bzw. Kühlmediums im gesamten Wohnblock im Durchschnitt auf einen vorbestimmten konstanten Wert, vorzugsweise 0,5-0,8 gebracht wird.
- Zu einem individuell gerechten Verfahren zur Heiz- und/oder Kühlkostenverteilung von Wohneinheiten in einem Wohnblock, das auch eine individuelle Zuordnung von Einflüssen ermöglicht, die das wärmespezifische Verhalten einer Wohneinheit in unerwarteter Weise beeinflussen, wie zum Beispiel das versehentliche Offenlassen von Fenstern und dergleichen, trägt es ferner vorteilhaft bei, wenn von der Zentraleinheit das AUF/ AUF+ZU-Zeitverhältnis überwacht und/oder das Zeitverhältnis zimmerspezifisch mit der Temperatur im betreffenden Zimmer verglichen und bei Abweichen der besagten Größe oder bei deren Änderung ein Störungssignal ausgelöst wird.
- Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
- Fig. 1 ein Aufbauschema eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 2 die Schaltung eines Thermostats und eines Magnetventils;
- Fig. 3 ein grobes Blockschema einer Zentraleinheit;
- Fig. 4 ein Ausgabebeispiel für eine Standardausgabe von der Zentraleinheit für eine Monatsabrechnung; und
- Fig. 5 ein Ausdruckbeispiel eines Störberichts.
- Die für eine Wohneinheit aufzuwendende Heiz- und/oder Kühlenergie setzt sich aus folgenden Faktoren zusammen:
- 1. die von den Heizkörpern bzw. Kühlverdampfern abgegebene Energie;
- 2. durch die Wände hindurch aus den bzw. in die benachbarte Wohneinheiten übertragene Wärmeenergie;
- 3. Wärmeenergie, die von den in der Wohneinheit weilenden Personen abgegeben wird;
- 4. Wärmeenergie, die in elektrisch betriebenen Haushaltsgeräten entsteht;
- 5. Strahlungswärme der Sonne.
- Heizenergiekosten fallen auch für die Bereitstellung von warmem Brauchwasser an. Die Brauchwassererwärmung macht bis zu 10% des Gesamtverbrauchs der Wärmeenergie aus. Daher sind in dem Schema in Fig. 1 auch die Mengenmessung des warmen Wassers LVM und des kalten Wassers KVM als Komponenten im Anschluß an das Gesamtsystem dargestellt worden.
- Das System zur Durchführung des Verfahrens zur Heiz- und/oder Kühlkostenverteilung von Wohneinheiten in einem Wohnblock weist für jedes Zimmer einen elektronischen Thermostaten T H auf, der über einen zweiadrigen Anschluß Magnetventile MV von Heizkörpern R in dem Zimmer steuert. Man kann mehrere Magnetventile parallel ohne Zwischenrelais durch einen Thermostaten schalten.
- Der Thermostat T H und die Ventile MV arbeiten nach dem EIN/AUS- Prinzip, und die Ruhelage des EIN/AUS-Ventils MV ist die Offenstellung. Die Strömung durch den Heizkörper R wird durch Verändern des Verhältnisses der ZU/AUF-Zeiten bei dem EIN/AUS- Ventil MV geregelt.
- Jeder Heizkörper R weist einen Rücklaufanschluß auf, der mit einem Auslaßdrosselventil KV versehen ist, das zur Grundeinstellung des Heiz- bzw. Kühlsystems verwendet wird. Der Thermostat T H bezieht seine Betriebsspannung von einer Anschlußeinheit LY, wobei die Anschlüsse in Fig. 2 wiedergegeben sind. Der Thermostat T H regelt die Temperatur im Zimmer selbständig. Die ZU/AUF-Zeitverhältnisse der EIN/AUS-Ventile MV werden in der Anschlußeinheit LY durch Messung des von einem jeden Thermostat T H aufgenommenen Stroms in den Leitungen bc überwacht, und die Temperatur im Zimmer wird mit Hilfe der Leitungen ac gemessen.
- Die Anschlußeinheit LY dient zur Stromversorgung für den Thermostaten T H , zur Übermittlung der ZU/AUF-Zeitverhältnisse der Thermostate T H und der Zimmertemperaturen zu einer Zentraleinheit KY , zur Übermittlung der von Temperaturgebern T M , T P , T V und T U erhaltenen Temperaturen des Vorlaufs, des Rücklaufs, des Warmwassers und der Außentemperatur an die Zentraleinheit KY, zur Übermittlung des Steuersignals für ein Mischerventil bzw. Dreiwegeventil M und zur Übermittlung der von den Wasserzählern LVM und KVM gelieferten Verbrauchsangaben an die Zentraleinheit KY.
- Die Anschlußeinheit LY ist sowohl bezüglich der Thermostate T H als auch bezüglich der Zentraleinheit KY galvanisch abgetrennt.
- Die Zentraleinheit KY besteht aus einem Mikroprozessor, der für den Anschluß einer gewissen Zahl von Anschlußeinheiten LY vorgesehen ist. Die Zentraleinheit KY enthält außerdem einen Schreiber bzw. Drucker sowie einen Anschluß für ein Alarmgerät H zur Unterbringung in der Hausmeisterwohnung, eine Verbindung zu einer Alarmzentrale HK des Wohnblocks und einen Anschluß zu einem externen Schreiber 10. Die Zentraleinheit KY überwacht mit Hilfe eines jeden Thermostaten T H zimmerspezifisch die Temperatur im Zimmer und das ZU/AUF- Zeitverhältnis des Heizkörperventils R. Aus diesen Größen berechnet die Zentraleinheit den wohnungsspezifischen Gesamtenergieverbrauch unter Berücksichtigung der Temperaturen des Vorlaufs und des Rücklaufs. Die Zentraleinheit KY gibt die Verbräuche in bestimmten Verrechnungsabständen an, beispielsweise wie in Fig. 4.
- Die Zentraleinheit KY überwacht weiterhin den Verbrauch von warmem und kaltem Wasser in jeder Wohneinheit und fügt die Verbrauchsdaten in der Verrechnungsausgabe bei (Fig. 4). Weiterhin besorgt die Zentraleinheit KY die Regelung des Dreiwegeventils M derart, daß die Temperatur des Vorlaufs optimiert wird. Hierzu wird die Temperatur des Vorlaufs so eingestellt, daß das AUF/AUF+ZU-Zeitverhältnis S der Magnetventile MV im ganzen Wohnblock im Durchschnitt den gleichen vorbestimmten konstanten Wert hat, zum Beispiel 0,7, und daß höchstens ein Zimmer bei dem Verhältnis S=1 liegt, während zugleich die Temperatur darin unter eine vorbestimmte Grenze, zum Beispiel 19°C abgesunken ist. Die obere Grenze für die Temperatur des Vorlaufs erhält man aus den tabellarischen Daten im Speicher der Zentraleinheit KY mit Hilfe des Außenthermometers T U . Man vermeidet hierdurch immer mäßiges Erwärmen des Vorlaufs in Störungsfällen und dann, wenn die oben genannten Regelungskriterien, beispielsweise durch gleichzeitiges Lüften von mehreren Zimmern überschritten werden.
- Die Zentraleinheit KY löst ferner ein Störsignal aus, wenn beispielsweise die obere Temperaturgrenze für den Vorlauf erreicht ist, wenn die Temperatur des Vorlaufs sich nicht auf einen solchen Wert einstellt, daß die Heizkörper im Durchschnitt 0,4 < S < 0,8 aufweisen, wobei der Fehler dann in der Heizzentrale liegt, wenn in irgendeinem Zimmer die Temperatur dauernd (z. B. länger als 24 Stunden) höher als 22°C und S < 0,4 ist, wobei der Fehler dann eine unrichtige Einstellung des Thermostats oder ein Versagen des Thermostats, des Heizkörperventils oder der Anschlußeinheit ist. Das Störsignal wird ferner ausgelöst, wenn der Heizkörper in irgendeinem Zimmer dauernd, beispielsweise länger als sechs Stunden, einen Wert S von mehr als 0,95 aufweist, wobei der Fehler dann ein kräftiger Wärmeverlust aus dem Zimmer, z. B. ein offenstehendes oder eingeschlagenes Fenster oder auch ein Versagen des Thermostaten oder Ventils ist. Außerdem wird von der Zentraleinheit ein Störsignal ausgelöst, wenn die Temperatur T V des Warmwassers unter die zulässige Grenze, beispielsweise 55°C herabsinkt. Überdies kann die Zentraleinheit über ein eingegebenes Programm eine Temperaturabsenkungssteuerung vornehmen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren schafft beispielsweise die Möglichkeit, daß die Bewohner von Wohneinheiten in einem Wohnblock aus "Gerechtigkeitsgründen" gegen ein und dieselbe relative Grundzahlung in allen Zimmern die gleiche Grundtemperatur erhalten. Hierfür sind als variable Faktoren die Lage des Zimmers (an der Giebelwand, oberster Stock, nach Norden/Süden weisend, usw.), die Wärmeisolierung des Zimmers (variierende Qualität der Wärmeisolation, große/kleine Fenster, usw.) und ein eventueller Wärmeübergang von Wasserleitungen, Ventilationskanälen usw. zu berücksichtigen. In einem Eichversuch werden die aus diesen variablen Faktoren resultierenden Korrekturkoeffizienten ermittelt und in einem Speicher der Zentraleinheit festgehalten.
- Man führt zunächst, wie bisher bei vorhandenen Heizsystemen üblich, eine Grobkalibrierung durch, in dem man zunächst aufgrund der Grunddaten des Rohrsystems beim Entwurf des Heizsystems die Basiseinstellung für das Auslaßdrosselventil an jedem Heizkörper rechnet, bei der Inbetriebnahme des Heizungssystems die Auslaßdrosselventile auf den berechneten Wert einstellt, dann die Thermostate der höchstmöglichen Temperatur entsprechend einstellt und die Vorlauftemperatur so regelt, daß man in den Zimmern eine gewisse durchschnittliche Temperatur, beispielsweise 20°C erzielt, wobei dann die individuellen Abweichungen der einzelnen Zimmer durch Berichtigung der errechneten Stellung der Auslaßdrosselventile beseitigt werden. Die Stellung der Auslaßdrosselventile läßt sich jedoch nicht mit zu hoher Genauigkeit einstellen, da sie unter den gleichen Verhältnissen bei allen Heizkörperventilen das gleiche ZU/AUF-Zeitverhältnis verbürgen würde. Daher wird dann anschließend eine Kalibrierung vorgenommen, in dem alle Thermostate in einer bestimmten Einstellung festgestellt werden, z. B. bei 20°C, und wobei während der Zeit des Eichversuchs der Zentraleinheit das genaue durchschnittliche ZU/AUF-Zeitverhältnis eines jeden Heizkörperventils aufgezeichnet wird, aufgrund dessen die Korrekturkoeffizienten für den relativen Verbrauch der verschiedenen Zimmer berechnet werden. Die zimmerindividuellen Abweichungen beseitigt man durch Korrektur der berechneten Einstellung der Auslaßdrosselventile KV, wobei die Korrekturkoeffizienten in einem Speicher der Zentraleinheit verbleiben und bei Bedarf durch eine Neukalibrierung überprüft werden können.
- Nachdem diese Kalibrierung durchgeführt ist, sollten im Prinzip alle Heizkörperventile das gleiche ZU/AUF-Zeitverhältnis haben. Da sich jedoch die Stellung der Auslaßdrosselventile KV mit keiner sehr hohen Genauigkeit regulieren läßt, wird eine Präzisionskalibrierung vorgenommen, indem man alle Thermostate beispielsweise auf 20°C festsetzt und für die Zeitdauer der Kalibrierung ein Lüften der Zimmer sowie die Benutzung von wärmeerzeugenden Haushaltsapparaten unterbindet.
- Man kann die Präzisionskalibrierung zu einem hinsichtlich der Heizung repräsentativen Zeitraum vornehmen, beispielsweise in ein bis zwei Tagen. Während dieser Zeitdauer zeichnet die Zentraleinheit beispielsweise während der Nachtstunden das genaue durchschnittliche ZU/AUF-Zeitverhältnis der Heizkörperventile MV in jedem Zimmer auf und berechnet die endgültigen Korrekturkoeffizienten für die relativen Wärmeverbräuche der verschiedenen Zimmer. Die Korrekturkoeffizienten werden im Speicher der Zentraleinheit gespeichert und zur Berechnung der endgültigen Energieverbrauchssalden verwendet.
- Bei den beiden vorbeschriebenen Kalibrierungen hatten alle Zimmer die gleiche Temperatur, wobei kein Wärmeübergang durch die Zimmerwände hindurch stattgefunden hat. Will man auch diesen Wärmeübergang berücksichtigen, läßt sich der Wärmeaustausch zwischen Wohneinheiten wie folgt bestimmen. In gewissen ausgewählten Wohneinheiten wird der Thermostat auf seine tiefste Einstellung gebracht, während in den übrigen Wohneinheiten die Thermostate auf 20°C festgesetzt sind. Die Zentraleinheit registriert nun die Endtemperatur der abgekühlten Wohneinheit und den Zuwachs des Wärmeverbrauchs in den benachbarten Wohneinheiten. Aus diesen Werten wird mittels Multivarianten-Analyse der Betrag des Wärmeaustausches zwischen den verschiedenen Wohneinheiten berechnet. Mit der vorgesehenen Zentraleinheit bereitet das Ermitteln dieses Wärmeaustausches keinerlei Schwierigkeit.
- Nachdem das Heizsystem so kalibriert worden ist, können durch die Zentraleinheit die folgenden Größen berechnet werden:
- 1. Durch Vergleichen der ZU/AUF-Zeitverhältnisse der Heizkörperventile MV in verschiedenen Zimmern ist die Zentraleinheit KY in der Lage, die relative Verteilung des Wärmeenergieverbrauchs in den verschiedenen Zimmern bzw. Wohneinheiten und im gesamten Wohnblock anzugeben.
- 2. Durch Vergleichen der Temperaturen in verschiedenen Zimmern vermag die Zentraleinheit KY Wärmeströmungen zwischen den Wohneinheiten unter Berücksichtigung der in ihrem Speicher vorhandenen Wärmewiderstände zwischen verschiedenen Zimmern zu berechnen.
- 3. Aus den unter 1. und 2. erhaltenen Rechenergebnissen kann die Zentraleinheit KY den von einer jeden Wohneinheit verbrauchten tatsächlichen relativen Wärmeenergieanteil berechnen, der sowohl die Zentralheizungsenergie als auch die von Nachbarn erhaltene Heizenergie beinhaltet.
- Die Kalt- und Warmwassermeßsysteme benötigen keine Kalibrierung, da deren Anzeige absolut ist.
- Das zu zahlende Heizungsentgelt wird als Grundleistung in Höhe von x DM/m2 festgelegt. Hätten alle Wohneinheiten die gleiche Temperatur und die gleichen Ventilationsverhältnisse, so wäre auch bei allen Wohneinheiten das Heizungsentgelt dieser Grundleistung gleich.
- Wenn die persönlichen Verbrauchsgewohnheiten unterschiedlich sind, können sie in einem Speicher der Zentraleinheit KY als Koeffizient Y I festgehalten werden, welcher den von der Wohneinheit verbrauchten relativen Anteil der Heizungsenergie des ganzen Wohnblocks während der Verrechnungsperiode kennzeichnet. Anders ausgedrückt, hat Y I die folgende Bedeutung: "diese Wohneinheit hat im Verlauf der vergangenen Verrechnungsperiode je m2 Y I -x soviel Heizenergie verbraucht wie der gemessene spezifische Verbrauch der Wohneinheit voraussetzt. Das Heizungsentgelt für diese Wohneinheit beträgt folglich Y I · x DM/m2 ".
- Die Entgelte für warmes und kaltes Wasser bestimmen sich direkt aus den verbrauchten Wassermengen und der Temperatur des Warmwassers.
- Die Zentraleinheit KY eines Heizsystems kann z. B., wie in der Fig. 3 gezeigt, als Microcomputer in Modulbauweise ausgeführt sein. Man kann daran z. B. 16 Anschlußeinheiten LY anschließen. Die Zentraleinheit KY besteht aus einem Prozessor (CPU), einem Eingabe/Ausgabe-Speicher (RAM), einem Eingabespeicher (ROM), einem Panel-Interface (PI), einer Stromversorgung (POW), einem Reservesammler (A) und Anschlußeinheits-Interface-Geräten (LYI). Der CPU wird beispielsweise mittels eines universaleinsetzbaren Microprozessors ausgeführt und enthält neben dem Microprozessor die zur Zeitmaßgabe des Systems erforderliche Steuerlogik, Realzeituhr sowie Kanalpufferung.
- Die Zentraleinheit kann mit einem automatisch arbeitenden Outputschreiber (Printer bzw. Drucker) ausgestattet werden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines möglichen Ausgabeabschnitts in einem Wochen- oder Monatsbericht. Man ersieht daraus die durchschnittlichen Temperaturen in den verschiedenen Zimmern der Wohneinheit (z. B. Nr. 31), den vorstehend erläuterten Koeffizienten Y I = 1,25, mit dem das festgelegte Heizungsentgelt mit DM/m2 zu multiplizieren ist, um die Heizungsrechnung zu bestimmen, die der betreffenden Wohneinheit zukommt. Ferner sind daraus die relativen Wärmemengen zu ersehen, die zur benachbarten Wohnung (Nr. 30 und 41) übergegangen bzw. von Nachbarwohnungen (Nr. 32 und 21) übergegangen sind, welche zusammen mit dem eigenen relativen Heizungsenergieverbrauch 1,22 den Gesamtkoeffizienten 1,25 ergeben.
- In Fig. 5 ist ein Ausgabebeispiel bei Störungsfällen dargestellt. Ein solcher Störungsfall liegt beispielsweise vor, wenn hier im Zimmer Nr. 2 ein Fenster längere Zeit offenstand und in Zimmer Nr. 3 eine außergewöhnlich hohe Temperatur eingestellt war. Die Sterne zeigen an, daß ein Störungssignal abgegeben worden ist, bzw. ein Störungsalarm erfolgt ist.
- Das zuvor in Verbindung mit einem Heizungssystem erläuterte Verfahren kann in entsprechender Weise auch bei Kühlsystemen verwendet werden.
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