DE2911836A1 - Elektrische schaltung fuer einen waermeverbrauchszaehler - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Peter Loewenhoff

Drakestraße 40

4000 Düsseldorf 11

Elektrische Schaltung für einen Wärmeverbrauchszähler

Die Heizkostenverteilung läßt sich mit Hilfe elektrischer bzw. elektronischer WärmeVerbrauchszähler durchführen. Dabei werden elektrische Meßfühler für Temperaturmessungen verwendet.

Solche Wärmeverbrauchszähler haben mehrere Vorteile. Unter anderem läßt sich der Wärmeverbrauch einer Wohnung an einer Stelle, die außerhalb der Wohnung liegt, ermitteln, ähnlich wie beim Elektrozähler. Der Nachteil der elektrischen Messung liegt darin, daß die Leitungen, die zu den Temperaturfühlern führen, in der Wohnung verlegt sind und unabsichtlich oder absichtlich beschädigt werden können. Es können auch Eingriffe in die Stromkreise erfolgen, die eine Herabsetzung des angezeigten Wärmeverbrauchs zum Ziel haben.

Die elektrischen Leitungen lassen sich mit einem vertretbaren Aufwand vor solchen Eingriffen nicht schützen.

Die Möglichkeit der Beeinflussung der Meßergebnisse kann rechtliche Folgen haben, desto mehr, da bei der Heizkostenverteilung die Verfälschung der Meßergebnisse bei einem Mieter bzw. Wohnungseigentümer zu Mehrbelastungen der anderen Mieter bzw. Wohnungseigentümer führt.

Die Aufgabe der hier beschriebenen Erfingung ist es, diese Möglichkeit der Verfälschung der Meßergebnisse auszuschließen .

Dabei wird zuerst festgestellt, daß im Störungsfall eine Alarmmeldung in der Wohnung allein nicht ausreichend ist, da der Bewohner

030041/0088

entweder nicht daran interessiert ist, die Störung zu melden oder abwesend sein kann.

Eine Störungsmeldung an einer Stelle außerhalb der Wohnung ist auch nicht zufriedenstellend, da eine längere Zeit verstreichen kann zwischen dem Eintritt der Störung und deren Behebung.

Zur Lösung des Problems wird ein elektrisch betriebenes Heizkörperventil verwendet, dessen Stromversorgung über dieselben Leitungen erfolgt, die der Messung der Temperatur für den Wärmeverbrauchszähler dienen ( siehe Abb. 1).

Der Strom für die Ansteuerung des Heizkörperventils V kann manuell oder automatisch eingestellt werden, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen.

Dieser Strom fließt in einem relativ niederohmigen Stromkreis über die Dioden D3, Dl und die elektrische Weiche W. Die Diode D2 ist gesperrt, der Temperaturfühler TF ist stromlos.

Der Aufbau der Weiche braucht hier nicht näher beschrieben zu werden, da solche Schaltungen allgemein bekannt sind. Hierfür kann z.B. ein Relais mit Umschaltekontakt verwendet werden oder eine dieses Relais ersetzende Transistorschaltung.

Die Diode D3 überbrückt den Widerstand R, so daß dieser keinen nennenswerten Einfluß auf den Strom für die Ansteuerung des Heizkörperventils hat.

Für die Temperaturmessung wird die Weiche W umgestellt, wodurch eine Umpolung stattfindet.

Durch die umgekehrte Polarität sperren jetzt die Dioden Dl, D3 und öffnet die Diode D2.

030041 /0088

- y-

Der Strom fließt in entgegengesetzter Richtung über die Weiche W, den Temperaturfühler TF, die Diode D 2 und den Widerstand R. Dieser Stromkreis ist hochohmiger als der vorher erwähnte.

Die Temperatur kann jetzt durch die Messung des Spannungsabfalls auf dem Widerstand R ermittelt werden.

Als Temperaturfühler können z.B. ein temperaturabhängiger Widerstand oder eine temperaturabhängige Konstantstromquelle verwendet werden.

Die Diode D2 kann entfallen, wenn die Konstantstromquelle so aufgebaut ist, daß sie in einer Richtung keinen oder nur einen geringen Strom durchläßt bzw. wenn der temperaturabhängige Widerstand so hochohmig ist, daß durch ihn fließender Strom die Funktion des Heizkörperventils nicht beeinträchtigt. Die Diode D4 ist eine übliche Schutzdiode, die die induktiven Überspannungen verhindert.

Die Steuerung des Systems kann mit Hilfe festverdrahteter Logik oder mit Hilfe eines Mikroprozessors bzw. Rechners erfolgen.

Die auf dem Widerstand R gemessene Spannung, die von der Temperatur des Meßfühlers abhängig ist, kann mit Hilfe einer "sample and hold" -Schaltung (Abtast- und Halteschaltung) festgehalten werden.

Solche Schaltungen sind allgemein bekannt. Zwischen dem Widerstand R und der Abtast- und Halteschaltung kann ein Vorverstärker eingesetzt werden, um den Signalpegel oder die Genauigkeit zu erhöhen.

Während die Weiche W für die Temperaturmessung umgeschaltet ist, erzeugt die Steuerung einen Abtastimpuls für die Abtast- und Halteschaltung, wodurch diese Schaltung den Temperaturmeßwert übernimmt und bis zur nächsten Abtastung behält.

Nach dieser Übernahme wird die Weiche W für den Antrieb de.s Heizkörperventils umgestellt, das Temperaturmeßergebnis bleibt

030041/0088 ~⁴~

in der Abtast- und Halteschaltung erhalten. Von dort wird dieser Wert zum WärmeVerbrauchszähler weitergegeben. Da die Abtast- und Halteschaltung nur eine kurze Zeit für die Übernahme des Meßwertes benötigt (z.B. 100 usek) und diesen Meßwert über viel längere Zeit ohne nennenswerte Veränderung speichern kann (z.B. 1 Sekunde), kann die Umpolung für die Temperaturmessung so kurz dauern und in so großen Zeitabständen vorgenommen werden, daß das Heizkörperventil entweder gar nicht oder nur geringfügig reagiert. Bedingt durch die große Trägheit des Heizsystems sind Temperaturmessungen in Zeitabständen in der Größenordnung von Sekunden oder sogar Minuten völlig ausreichend.

Durch die sehr kurz dauernden und in großen Zeitabständen stattfindenden Temperaturmessungen im umgepolten Zustand entstehen praktisch keine Beeinträchtigungen der Heizkörpertemperatur.

Anstelle der "sample and hold" -Schaltung kann auch ein Analog-Digital-Wandler verwendet werden. Die digitalisierten Meßergebnisse können in diesem Falle in einem Digitalspeicher, z.B. in dem RAM-Speicher eines Mikroprozessors, festgehalten werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der zur Umschaltung der Polaritäten vorgesehene Schaltkreis (Weiche W, Abb. 1) für eine so langsame Umschaltung ausgelegt ist, daß in den an die Leitungen angeschlossenen Stromkreisen keine nennenswerten Überspannungen bzw. Stromstöße oder Einschwingvorgänge auftreten.

Dies läßt sich z.B. durch Verwendung von entsprechend großen Kondensatoren in dem mit Hilfe von Transistoren aufgebauten Umschalte-Schaltkreis realisieren. Der Strom wird nicht abrupt, sondern langsam verändert, es entstehen nur geringe induktive Überspannungen (L —) .

Durch diese Maßnahme kann die Schutzdiode D4 (Abb. 1) entfallen.

030041/0088

Der Vorteil der Schaltung gemäß der Erfindung liegt darin, daß eine Beeinträchtigung der Leitungen für die Temperaturmessung gleichzeitig den Stromkreis des elektrisch gesteuerten Heizkörperventils betrifft und zwar so, daß dadurch das Heizkörperventil geschlossen wird. Der betroffene Heizkörper wird abgeschaltet, wodurch zwei wichtige Ziele erreicht werden:

1. Der Bewohner ist selbst daran interessiert, den ursprünglichen Zustand wieder herzustellen.

2. Es entstehen keine unerfaßten Gebühren.

Es muß dafür gesorgt werden, daß die Leitungen zwischen dem Temperaturfühler und dem Heizkörperventil gegen Eingriffe geschützt sind, was aber wegen ihrer geringen Entfernung einfach realisierbar ist, im Gegensatz zur Schutzmöglichkeit für die gesamte in der Wohnung befindliche Leitungslänge.

Zu den Eingriffs- oder Beschädigungsmöglichkeiten an den Leitungen gehören:

1. Unterbrechung.

2. Kurzschluß.

3. Einfügen eines elektrischen Widerstandes parallel.

4. Einfügen eines elektrischen Widerstandes seriell.

5. Ersatz- bzw. Simulatxonsschaltungen, die in die Leitungen eingebaut werden können.

Bei Verwendung der Schaltung gemäß der Erfindung wird in den Fällen 1 und 2 der Heizkörper abgeschaltet. Im Falle 3 wirkt

030041/0088

sich die Veränderung zuungunsten des Verfälschenden aus, wenn (»in Temperaturfühler verwendet wird, bei dem mit steigender Temperatur der durchfließende Strom ansteigt.

Im Falle 4 wirkt sich das Einfügen des seriellen Widerstandes so aus, daß der Heizkörper abgeschaltet wird. Da der Stromkreis des Heizkörperventils bedeutend niederohmiger ist als der Stromkreis des Temperaturfühlers (Normalfall), wird schon beim seriellen Einfügen eines die Temperaturmessung vernachlässigbar verfälschenden Widerstandes der Strom im Stromkreis des Heizkörperventils so stark herabgesetzt, daß das Ventil schließt.

Um sich gegen den Fall 5 abzusichern, kann in dem Stromkreis des Heizkörperventils der Spannungsabfall auf der Leitung, der Ventilwicklung und der Diode Dl bei kleinem Meßstrom ermittelt werden (Meßschaltung SM, Abb. 1). Dieser Spannungsabfall darf einen Maximalwert nicht überschreiten, sonst schaltet die Steuerung den Heizkörperventilstrom ab. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß der Temperaturmeßkreis z.B. mit Hilfe einerjzusätzlichen Diode und eines zusätzlichen Temperaturfühlers verändert wird, ohne die Stromzufuhr zum Heizkörperventil zu unterbrechen. Die erwähnte Schaltung kann durch Spannungsmessungen in verschiedenen Situationen und Vergleich der Ergebnisse mit den Sollwerten zur Fehlersignalisierung und Wartung des Systems verwendet werden, wenn der Spannungsversorgungsteil so ausgelegt wird, daß verschiedene Prüfspannungen und Prüfströme unter Kontrolle der Steuerung erzeugt werden können.

Sollen in einem Wärmeverbrauchsmeßsystem mehrere Temperaturfühler (mit getrennten Stromkreisen)pro Heizkörper verwendet werden, so kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

— 7 —

030041/0088

— 7

ein elektrisch betätigbares Heizkörperventil mit einer unterteilten Wicklung verwendet werden. Für jeden Temperaturfühler und jede Teilwicklung wird eine Schaltung wie in der Abb. 1 aufgebaut.

Die Wicklungen sind so bemessen, daß das Ventil nur bei Beaufschlagung aller Wicklungsteile anspricht.

Bei Störung im Stromkreis eines Wicklungsteils schließt das Ventil.

Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung mehrerer parallel oder seriell verbundener Temperaturfühler je Heizkörper.

Der zusätzliche Vorteil der oben beschriebenen Schaltungen liegt darin, daß die Temperaturfühler nur impulsweise arbeiten und dadurch ihre Eigenerwärmung sehr gering ist. Damit ist höhere Meßgenauigkeit möglich.

Außerdem ist bei Verwendung einer zentralen Elektroventilsteuerung die Verkabelung für die Temperaturfühler des Wärmeverbrauchszählers dieselbe wie für die Ventile, d.h. es entsteht ein geringerer Verkabelungsaufwand.

030041/0088

eerse

ite

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1.i Elektrische Schaltung für einen Wärmeverbrauchszähler mit mindestens einem im Bereich jeweils eines Heizkörpers angeordneten Temperaturfühler, dessen Meßwerte mittels einer Übertragungsleitung elektrisch zu dem Wärmeverbrauchszähler zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper zur Vorgabe des Wärmezuflusses ein elektrisch betätigbares Ventil aufweist und daß die für die Betätigung dieses Ventils erforderliche elektrische Leistung mit Hilfe derselben Übertragungsleitung zugeführt wird, die auch die Temperaturfühler-Meßwerte überträgt.

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ventil zugeordnete Stromkreis und der dem Temperaturfühler zugeordnete Stromkreis für unterschiedliche Durchlaßrichtungen ausgelegt sind und daß die an der Übertragungsleitung anstehende Polarität für die Übertragung von Meßwerten des Temperaturfühlers zeitweise in die diesem Stromkreis entsprechende Durchlaßrichtung umgeschaltet wird.

3. Elektrische Schaltung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Temperaturfühler über die Übertragungsleitung geleitete elektrische Meßwert direkt oder über einen Vorverstärker einem Speicher zugeführt wird, der entweder den Meßwert mit Hilfe einer Abtast- und Halteschaltung analog oder mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers digital speichert.

030041/0088

4. Elektrische Schaltung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Umschaltung der Polaritäten vorgesehener Schaltkreis für eine so langsame Umschaltung ausgelegt ist, daß in den an die Übertragungsleitung angeschlossenen Stromkreisen keine nennenswerten Überspannungen oder Stromstöße auftreten.

5. Elektrische Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die für die Temperaturmessungen im Stromkreis des Temperaturfühlers verwendeten Widerstände zumindest teilweise mit Dioden überbrückt werden, deren Durchlaßrichtung der Richtung des Stromflusses bei Beaufschlagung des Ventils entspricht.

6. Elektrische Schaltung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsversorgungsteil einen mit der Übertragungsleitung verbindbaren Prüfspannungsausgang enthält und daß der sich bei Beaufschlagung der Übertragungsleitung mit dieser Prüfspannung ergebende Spannungs- oder Stromwert auf eine Soll-Ist-Wert-Vergleichsschaltung geschaltet ist.

7. Elektrische Schaltung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Ventils in mehrere Teile unterteilt ist, daß jedem Wicklungsteil ein Meßfühler und eine Übertragungsleitung zugeordnet ist, daß die Meßfühler an unterschiedlichen Meßstellen angeordnet sind und daß die Wicklungsteile so bemessen sind, daß das Ventil nur bei Beaufschlagung aller dieser Wicklungsteile anspricht.

030041/008 8