DE3100941C2

DE3100941C2 - Vorrichtung zur elektrischen Verbrauchsermittlung einzelner Wärmeverbraucher die von einer Wärmequelle versorgt werden

Info

Publication number: DE3100941C2
Application number: DE19813100941
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Ing. 6940 Weinheim-Lützelsachsen Braun; Johannes 6800 Mannheim Schultz; Karl Völker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE3100941A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Verbrauchsermittlung einzelner Wärmeverbraucher, insbesondere Heizkörper und/oder Warmwasserzapfstellen, die von einer Wärmequelle, insbesondere Heizanlage und/oder Warmwasserbereitungsanlage versorgt werden, mit einem Kompaktgehäuse, in welchem mindestens ein Meßfühler angeordnet ist, der aus zwei Schwingquarzen mit unterschiedlichem Temperaturkoeffizienten besteht. Die beiden Schwingquarze sind je ein Teil von zwei Oszillator-Schaltungen, deren Ausgangsimpulse je nach Auflösungsbedarf untersetzt oder nicht untersetzt einer Mischstufe zugeführt werden, in der eine Schwebungsfrequenz erzeugt wird, die mittels eines nachfolgenden Tiefpaßfilters herausgefiltert und durch Teilerstufen derart untersetzt wird, daß sie in einem nachfolgenden Zählwerk als Maß für den Wärmeverbrauch anzeigbar ist. Ebenso kann die Differenzbildung mittels Vor- und Rückwärtszähler erfolgen oder auch über eine logische UND-Schaltung.

Description

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RAL-Gütebestimmungen erstellt worden (RAL-RG Temperaturdifferenz zwischen der mittleren Heizkör-

795); diese legen die Anforderungen für das gesamte peroberflächentemperatur und der Raumtemperatur

iystemfest oder einer entsprechenden Raumtemperatur verwen-

Des weiteren sind mehrere elektrische Verteilungssy- det, so ist ihre Differenzfrequenz ein Maß für den Wär-

steme zur Heizkostenverteilung bekannt geworden, de- 5 me verbrauch. In der Elektrotechnik sind dafür eine Rei-

ren Meßsignal in einer elektronischen Schaltung pro he von Schaltungsmaßnahmen bekannt. Der Erfindung

Abnehmer bewertet und über eine elektrische Leitung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein-

an eine Zentralstelle weitergegeben werden. Diese bis- gangs genannten Gattung so weiter zu verbessern, daß

her bekannten elektrischen Heizkostenverteilungen be- die beiden Quarze zur Ermittlung der Temperaturdiffe-

sitzen jedoch den Nachteil, daß die für ein derartiges io renz auf wirtschaftliche Weise auf groß integrierten

System zur Verfügung stehenden Kosten weit über- Schaltkreisen leicht darstellbar sind,

schritten werden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfin-

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur dungsgemäß die beiden Schwingquarze je ein Teil von elektrischen Verbrauchsermittlung der Warmwasserko- zwei Oszillator-Schaltungen sind, deren Ausgangsimsten an einzelnen oder mehreren Zapfstellen einzelner 15 pulse je nach Auflösungsbedarf untersetzt oder nicht Verbraucher, bestehend aus einem Kompaktgehäuse, untersetzt einer Mischstufe zugeführt werden, in der welches in unmittelbarem Kontakt mit dem Warmwas- eine Schwebungsfrequenz erzeugt wird, die mittels eiser steht nes nachfolgenden Tiefpaßfilters herausgefiltert und

Es sind verschiedene Meßverfahren bekannt, die Ver- durch Teilerstufen derart untersetzt wird, daß sie in ei-

brauchsermittlung durchzuführen. Hierzu gehören 20 nem nachfolgenden Zählwerk als Maß für den Wärme-

Warmwasserzähler in verschiedenen Ausführungen mit verbrauch anzeigbar ist

Flügelrad oder Turbinen u. a. sowie Kostenverteiler In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann

nach dem Verdunstungsprinzip. die Differenzbildung mittels Vor- und Rückwärtszähler

Die Verbraucb?emiktlung bei der Erfassung der erfolgen, wobei in dieselben während einer bestimmten

Warmwasserkosten geht dabsi vor. folgender theoreti- 25 Meßdauer die Frequenz des oder der Quarze für die

scher Gleichung aus: Raumtemperatur eingelesen und für die gleiche Meßdauer wieder ausgelesen wird und das einer der oder die

Q = m ■ c · (&w—&k) Meßquarze für die Raumtemperatur als Zeitbasis dienen, wobei nach dem Vor- und Rückwärtszähler und vcr

Dabei bedeutet 30 dem Anzeigegerät gegebenenfalls ein Speicher angeordnet ist

Q im Wasser enthaltene Wärmemenge Des weiteren können bei kleiner bis sehr kleiner Ab-

m Durchfluß des Warmwassers weichung der beiden Frequenzen voneinander an die

c Wärmekapazität des Warmwassers Oszillatoren zwei gleichartige Teile angeschlossen sein,

f?iv Warmwassertemperatur 35 deren einer langsamer teilt, wobei die Ausgangsimpulse

ι?κ Kaltwassertemperatur. beider Oszillatoren auf ein UND-Glied gegeben werden, dessen Ausgangsfrequenz somit ein Maß für die

In dieser Gleichung kann &_K und c als konstant ange- Differenzfrequenz der beiden Oszillatorfrequenzen dar-

nommen werden, zo daß für die Verbrauchserfassung stellt, wobei die Differenzfrequenz in einem nachfolgen-

lediglich die Durchflußmenge und die Warmwassertem- 40 den Anzeigegerät angezeigt wird,

peratur erforderlich ist Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß die Schwing-

Bei Verwendung von handelsüblichen Wasserzählern quarze zusammen mit der zugehörigen Schaltung mit

wird vorausgesetzt, daß die Warmwassertemperatur bei wirtschaftlichen Methoden auf groß integrierten Schalt-

den einzelnen Wannwasserzapfstellen gleich ist da sie kreisen leicht darstellbar sind, so daß der erfindungsge-

aus einer zentral versorgten Anlage gespeist werden, so 45 mäße Quarz-Wärmemengenerfasser wirtschaftlich in

daß in diesem Falle lediglich die Wassermenge als Krite- Großserien zu niedrigen Kosten herstellbar ist. Als wei-

rium herangezogen wird. terer Vorteil ist zu nennen, daß eine derartige Schaltung

Bei den Verdumtungsgeräten wird demgegenüber äußerst klein gehalten werden kann, so daß ein derartibei Wasserentnahme ein Teilstrom einem Wärmetau- ges erfindungsgemäßes Quarz-Wärmemengenerfasscher zugeführt; unter Einfluß der Wärmezufuhr findet 50 sungsgerät nur noch kleinste Baumaße aufweist,
ein Verdunsten der Meßflüssigkeit aus dem warmen in Drei Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung den kalten Meßschenkel des Meßröhrchens statt. dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt
Gleichzeitig erfolgt eine Mengenerfassung durch die F i g. 1 eine Schaltung zur Erzeugung einer Differenz-Dauer und die Intensität der Beeinflussung der Verdun- frequenz durch Schwebung,
stung. 55 F i g. 2 eine Schaltung zur Auszählung der Differenz-

Durch die Patentanmeldung P 29 12 522.2 ist vorge- frequenz mittels Vor- und Rückwärtszähler und,
schlagen worden, in einer Vorrichtung der eingangs ge- F i g. 3 eine Schaltung zur Erzeugung einer Differenznannten Gattung im Gehäuse auf dessen dem Wärme- frequenz mittels einem logischen UND-Glied,
verbraucher zugewandten Unterseite mindestens einen In den Figuren sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Meßfühler anzuordnen, dessen Leitung zu einer im In- 60 Bezugsziffern gekennzeichnet.

neren des Gehäuses angeordneten elektrischen Aus- Die Schaltung gemäß F i g. 1 besteht aus zwei Oszilla-

wertschaltung führt, um das Signal des Meßfühlers inte- tor-Schaltungen 1 und 2, die jeweils einen Schwingquarz

gral zu verarbeiten, anzuzeigen, zu speichern und gege- aufweisen, wobei die beiden Schwingquarze unter-

benenfalls in eine Fernleitung aufzugeben. Des weiteren schiedl'che Temperaturkoeffizienten aufweisen. Dabei

sind im Innet-n des Gehäuses gegebenenfalls eine Zähl- 65 können die Oszillator-Schaltungen 1 und 2 Schaltungen

einrichtung mit von außen ablesbarer Anzeige und eine sein, wie sie in der Uhrentechnologie üblich und bekannt

Batterieversorgung angeordnet sind. Die beiden von den Oszillator-Schaltungen 1 und 2

Werden zwei Schwingquarze zur Ermittlung der herrührenden Impulsreihen werden je nach Auflösungs-

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bedarf untersetzt oder nicht untersetzt einer Mischstufe

3 zugeführt, in der eine Schwebungsfrequenz, gebildet aus den beiden Oszillator-Frequenzen, erzeugt wird. Diese Schwebungsfrequenz wird auf einen Tiefpaßfilter

4 gegeben und durch diesen genauestens ausgefiltert. Danach gelangt die so gefilterte Schwebungsfrequenz auf weitere Teilerstufen 5, in denen sie derart untersetzt wird, daß sie in einem nachfolgenden Zählwerk 6 angezeigt werden kann, wobei nunmehr die untersetzte Schwebungsfrequenz als Maß für den Wärmeverbrauch angezeigt wird. In dem hier gezeigten Beispiel ist das Zählwerk ein digitales Zählwerk, wobei natürlich auch ein beliebiges Zählwerk verwendet werden kann.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung zur Auszählung der Differenzfrequenz mittels Vor- und Rückwärtszähler. Die Ausgangsimpulse der Oszillator-Schaltungen 1 und 2 werden jeweils auf eine Antikoinzidenz-Schaltung 7 gegeben, deren Ausgänge auf einen Vor- und Rückwärtszähler 8 gelegt sind. Gleichzeitig werden die Ausgangssignale des Oszillators 1 über eine Leitung 9 dem Vor- und Rückwärtszähler 8 und einem nachfolgenden Speicher 10 zugeführt. An diesem Speicher ist danach ein Anzeigegerät angeschlossen. Auf diese Weise kann die Differenzbildung auch mit Hilfe derartiger Vor- und Rückwärtszähler 8 erfolgen, wobei hier die Frequenz während einer bestimmten Meßdauer des Quarzes (1) für die Raumtemperatur eingelesen und für die gleiche Meßdauer wieder ausgelesen wird. Das ist deshalb möglich, da die Zeitkonstante in der Heiztechnik relativ groß sind. Der Meßquarz für die Raumtemperatur dient dabei als Zeitbasis.

Ist die Abweichung der beiden Oszillator-Frequenzen bisher klein, kann die Näherung

-£- \±At

in einer Schaltung gemäß F i g. 3 realisiert werden. An die Oszillatoren 1 und 2 sind zwei gleichartige Teiler 18, 19 angeschlossen. Der Ausgang des Teilers 19 ist über die Leitung 14 und über dem Teiler 18 mittels der Leitung 19 auf ein logisches UND-Glied 11 gelegt; ebenso ist der Ausgang des Teilers 18 über eine Leitung 12 auf dieses logische UND-Glied 11 gelegt Da der zweite Teiler 19 gemäß der Meßaufgabe langsamer teilt, gelangen die Ausgangsimpulse des ersten Oszillators 1 für solange an das Tor 11, bis der Ausgangsimpuls der zweiten Teilerstufe 19 des Oszillators 2 erscheint und sowohl die erste Teilerstufe 18, als sich selbst zurücksetzt Die Zeitdifferenz zwischen den beiden aus den Oszillatoren 1 und 2 stammenden Impulsen stellt somit ein Maß für die Differenzfrequenz dar. Als Referenzfrequenz dient dabei die Oszillator-Frequenz 1, die auf den anderen Eingang des Tores gegeben wird, so daß am Ausgang des Tores 11 eine der Differenzfrequenz proportionale Impulsfolge erscheint

Diese Impulsfolge kann nun in weiteren Teilern 15 untersetzt werden, in einem Verstärker 16 verstärkt und mittels eines Anzeigegerätes 17 angezeigt werden. In dem hier gezeigten Beispiel ist das Anzeigegerät 17 ein Analog-Anzeigegerät, wobei natürlich auch hier ein beliebiges Anzeigegerät eingesetzt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

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ein Meßfühler angeordnet ist, dessen Leitungen zu einer

Patentansprüche: im Inneren des Gehäuses angeordneten elektrischen

Auswertschaltung führen zur integralen Verarbeitung,

!.Vorrichtung zur elektrischen Verbrauchsermitt- vorzugsweise zur Anzeige, Speicherung und gegebeiung einzelner Wärmeverbraucher, insbesondere 5 nenfalls Fernleitung des Meßfühlsignals in eine bleiben-

Heizkörper und/oder Warmwasserzapfstellen, die de Verbrauchsanzeige, wobei der Meßfühler aus minde-

von einer Wärmequelle, insbesondere Heizanlage stens zwei Schwingquarzen besteht, deren Schwin-

und/oder Warmwasserbereitungsanlage versorgt gungsfrequenzen unterschiedlich temperaturabhängig

werden, bestehend aus einem Gehäuse, welches in sind, wobei aus den beiden Frequenzen eine temperaunmittelbarem Kontakt mit dem Wärmeverbrau- 10 Unabhängige Schwebungsfrequenz gebildet wird, die

eher angeordnet ist und im Gehäuse auf dessen dem als Meßgröße für die abgegebene Wärmemenge des

Wärmeverbraucher zugewandten Seite mindestens Wärmeverbrauchers auf die elektrische Auswertschal-

ein Meßfühler angeordnet ist, dessen Leitungen zu tung gegeben wird.

einer im Inneren des Gehäuses angeordneten elek- Für die Verbrauchsermittlung einer Heizungsanlage

trischen Auswertschaltung führen zur integralen 15 sind verschiedene Meßverfahren bekannt, nach denen

Verarbeitung, vorzugsweise zur Anzeige, Speiche- die Verbrauchsermittlung durchzuführen ist Die VDI-

rung und gegebenenfalls Fernleitung des Meßfühlsi- Richtlinien Nr. 2077 unterscheiden hier folgende Ver-

gnals in eine bleibende Verbrauchsanzeige, wobei fahren:
der Meßfühler aus mindestens zwei Schwingquarzen

besteht, deren Schwingungsfrequenzen unterschied- 20 a) das physikalische exakte Meßverfahren

lieh temperaturabhängig sind, wobei aus den beiden b) das Ersatzverfahren

Frequenzen eine temperaturabhängige Schwe- c) das Hilfsverfahren,
bungsfrequenz gebildet wird, die als Meßgröße für

die abgegebene Wärmemenge des Wärmeverbrau- Die Veibrauchsermittlung bei der Erfassung der über

chers auf die elektrische Auswertschaltung gegeben 25 Heizkörper abgegebenen Wärmemenge geht bei dem

wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsverfahren dabei von folgender theoretischer Glei-

beiden Schwingquarze je ein Teil von zwei Oszilla- chung aus:
tor-Haltungen (1,2) sind, deren Ausgangsimpulse je

nach Auflösungsbedarf untersetzt oder nicht unter- Q = a ■ A · (¹Po-¹Pr)
setzt einer Mischstufe (3) zugeführt werden, in der 30
eine Schwebungsfrequenz erzeugt wird, die mittels Dabei bedeutet:
eines nachfolgenden Tiefpaßfilters (4) herausgefiltert wird und durch Teilerstufen (5) derart untersetzt Q abgegebene Wärmemenge

wird, daß sie in einem nachfolgenden Zählwerk (6) λ Wärmeübergangskoeffizient zwischen Abgabeais Maß für den Wärmeverbrauch anzeigbar ist 35 oberfläche, zum Beispiel Heizkörperoberfläche
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- und Raumluft

zeichnet, daß die Differenzbildung mittels Vor- und A äußere Oberfläche des Abgabekörpers, z. B. Heiz-

Rückwärtszähler (7) erfolgt, wobei in dieselben wäh- körpers

rend einer bestimmten Meßdauer die Frequenz des «?o Oberflächentemperatur des Abgabekörpers, z. B.

oder der Quarze (1,2) für die Raumtemperatur ein- 40 Heizkörpers

gelesen und für die gleiche Meßdauer wieder ausge- t?« Raumtemperatur oder Ersatzgröße.

lesen wird und daß dabei der oder die Meßquarze

für die Raumtemperatur als Zeitbasis dienen, wobei Das Produkt λ ■ A kann für einen Heizkörper in etwa

nach dem Vor- und Rückwärtszähler (8) gegebenen- als konstant betrachtet werden, so daß die Wärmeabga-

falls ein Speicher (10) angeordnet ist 45 be bei einem Heizkörper eine Funktion der Heizkörper-
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Oberflächentemperatur und der Raumtemperatur ist.
zeichnet, daß bei kleiner Abweichung der beiden Als Hilfsverfahren ist am weitesten die Messung Frequenzen an die Oszillatoren zwei gleichartige durch Verdunstungsgeräte, sogenannte Heizkostenver-Teiler angeschlossen sind, deren einer langsamer teiler, verbreitet. Diese Heizkostenverteiler sind die teilt und daß die Ausgangsimpulse beider Oszillato- 50 wirtschaftlichsten und daher gebräuchlichsten Geräte ren auf ein UND-Glied gegeben werden, dessen und sind in sehr großen Stückzahlen (ca. 25 Millionen in Ausgangsfrequenz somit ein Maß für die Differenz- der BRD) in Anwendung.

frequenz der beiden Oszillatorfrequenzen darstellt, Der Heizkostenverteiler arbeitet nach dem Verdun-

wobei die Differenzfrequenz in einem nachfolgen- stungsprinzip. Die Temperatur des Heizkörpers wird den Anzeigegerät angezeigt wird. 55 auf den Heizkostenverteiler übertragen, in dem sich ein

mit einer Spezialflüssigkeit gefülltes offenes kalibriertes

Meßröhrchen befindet. In Abhängigkeit von der Temperatur und der Benutzungsdauer des Heizkörpers verdunstet nun diese Flüssigkeit, wobei die verdunstete

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektri- 60 Menge auf einer Skala abgelesen werden kann,
sehen Verbrauchsermittlung einzelner Wärmeverbrau- Die heizkörperspezifischen Daten, die Wärmelei-

cher insbesondere Heizkörper und/oder Warmwasser- stung, Heizkörpertype und Montageart der Heizkostenzapfstellen, die von einer Wärmequelle, insbesondere verteiler können in einer sogenannten Produktenskala Heizanlage und/oder Warmwasserbereitungsanlage berücksichtigt werden, so daß die Ablesewerte einen versorgt werden, bestehend aus einem Gehäuse, wel- 65 direkten Relativwert zum Wärmeverbraucher darstelches in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmever- len.

braucher angeordnet ist und im Gehäuse auf dessen Für den Einsatz der Heizkostenverteiler, deren Mon-

dem Wärmeverbraucher zugewandten Seite mindestens tage sowie die Abrechnung der Heizkosten an sich, sind