DE3142772C2 - Verfahren und Einrichtung zur Messung des Wärmeverbrauchs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Messung des Wärmeverbrauchs W = ↓o ∫ ↑t w dtΔ an einer Verbrauchsstelle, unter Berücksichtigung des Volumenstroms (Q) an wärmeabgebendem Medium und der Differenz von Vorlauf- und Rücklauftemperatur T ↓v und T ↓r, bei dem der momentan an der Verbrauchsstelle erfolgende Wärmeübergang w = ↑d ↑W / ↓d ↓t ~ (T ↓v - T ↓r) Q als Funktion der Differenz zweier Sättigungsdampfdrücke p ↓S(T) eines verdunstenden Mediums bei den Temperaturen T ↓r bzw. T ↓m näherungsweise nach der Gleichung w = a [p ↓S(T ↓m) - p ↓S (T ↓r)] bestimmt wird, wobei T ↓m im Bereich einer wärmeleitenden Strecke aufgenommen wird, die im Bereich des Vorlaufstroms beginnt und in einem auf niedriger Temperatur T ↓1 gehaltenen Bereich endet (t: Zeit; a: Eichkonstante). Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens arbeitet mit einem teilweise flüssigkeitsgefüllten Diffusionsröhrchen als aufnehmende und integrierende Vorrichtung für die Sättigungsdampfdruckdifferenz.

Description

proportional zur Differenz zweier Sättigungsdampfdrücke Pi (T) eines verdunstenden bzw. summierenden Mediums bei zwei Temperaturen bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmegefälle zwischen dem Bereich des Vorlaufstroms (Temperatur 7V) und der Außentemperatur T, erzeugt wird, daß im Bereich des Wärmegefälles eine Temperatur T_m aufgenommen wird, die so gewählt wird, daß T, > T_n, > T„ und daß w näherungsweise aus den Werten der Sättigungsdampfdruckkurven p₅ (T_n,) und p_s (T_r) nach der Gleichung

= a-fa- (T_n) -

bzw. IVdurch Integration bestimmt wird, wobei T₁, Tr die Vorlauf- und Rücklauftemperatur sind, f die Zeit darstellt und a einen Eichfaktor bedeutet.

2. Wärmemengenmesser, der die einem strömenden Medium bei einem Wärmetauscher mit Vorlauf- und Rücklaufleitung, der sich in einem Raum mit der Temperatur T, befindet, entzogene Wärme erfaßt, mit einem geschlossenen Verdampfungs- oder Sublimationsgefäß, daß zwei Temperaturen ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Wärmeaufnehmer (5, 21) in der Vorlaufleitung liegt, der sich in eine wärmeleitende Strekke fortsetzt, die an ihrem Ende einen Konvektor (11) trägt, der die Temperatur T; aufweist, und der der Außentemperatur T₁₁ ausgesetzt ist,

b) das Verdampfungsgefäß (7) mit seinem einen Ende (8) mit der wärmeleitenden Strecke (5) thermisch verbunden ist an einer Stelle, deren Temperatur T_n, zwischen T₁. und T₁₁ liegt,

c) das andere Ende des Verdampfungsgefäßes (9) am Rücklaufstrom die Temperatur T_r einnimmt.

3. Wärmemengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Strekke aus einem Block (21) mit durchgehender Bohrung (22) besteht, durch die der Vorlaufstrom hindurchgeleitet wird, wobei der Block (21) in unmittelbarer Nähe zur Bohrung (32) das eine Ende (8) des Verdampfungsgefäßes (7) trägt.

4. Wärmemengenmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Vorlaufstrom unmittelbar exponierte Fläche (24) der wärmeleitenden Strecke veränderbar ist.

5. Wärmemengenmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die exponierte Fläche (24) mittels einer durch den Vorlaufstrom gesteuerten, vorstellbaren Abdeckvorrichtung (Hülse 32) veränderbar ist.

6. Wärmemengenmesser nach Anspruch 2—5, der mittels eines Halters an einem Heizkörper oder dergleichen zu befestigen ist, gekennzeichnet durch eine wärmeleitende Strecke (5, 21) in deren Mittelbereich (21) ein Teil des Verdampfungsrohres (7) wärmeschlüssig verbunden ist, wobei das eine Ende der wärmeleitenden Strecke (5) als wärmeaufnehmender Fühler im Vorlauftemperatur-Bereich endet und das andere Ende auf einer gegenüber der Fluidtemperatur niedrigeren Temperatur Γι gehalten ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Wärmeverbrauchs

20 ■J

wdf

an einer Verbrauchsstelle, wobei der momentan an der Verbrauchsstelle erfolgende Wärmeübergang w

de

proportional zur Differenz zweier Sättigungsdampfdrücke p_s (T) eines verdunstenden bzw. sublimierenden Mediums bei zwei Temperaturen bestimmt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Wärmemengenmesser, der sich des genannten Verfahrens bedient.

Zur Berechnung des Wärmeverbrauchs beispielsweise von Heizanlagen ist es bekannt, Vorlauf- und Rücklauftemperatur T_vbzw. 7>zu messen, die Temperaturdifferenz T₁. — T_r zu ermitteln und diese anschließend mit der Gesamtmenge an wärmeabgebendem Medium, die mit Hilfe eines Mengenzählers ermittelt werden kann, zu multiplizieren. Diese Berechnung der Wärmemenge ist physikalisch die eindeutigste; sie erfordert jedoch einen erheblichen Meßaufwand. Eine geeignete Wärmeverbrauchsmeßanlage einzubauen ist mit erheblichen Kosten verbunden, so daß vom Aufwand her eine solche Maßnahme in vielen Fällen nicht vertretbar ist.

Man hilft sich daher mit dem angenäherten Umlageverfahren. Hierbei werden an Heizkörpern sogenannte Verdunstungsgeräte angebracht. Diese Geräte sind mit einem Glasröhrchen versehen, das eine Verdunstungsflüssigkeit enthält. An einer Skala wird die während der Heizperiode verdunstete Flüssigkeit abgelesen. Je heißer der Heizkörper ist, desto mehr erwärmt sich die Flüssigkeit und desto schneller verdunstet sie. Der Heizkostenanteil, der nach dem Verbrauch an Brennstoffen umgelegt werden soll, wird dann im Verhältnis der jeweils verdunsteten Menge auf die einzelnen Verbraucher verteilt.

Der Vorteil dieser Meßmethode liegt insbesondere darin, daß die einzelne Meßstelle sehr preisgünstig hergestellt werden kann und keinerlei Umbauten an der

bo Heizungsanlage selbst erfordert. Sie hat jedoch schwerwiegende Nachteile (vgl. Zeitschrift TEST, 1980; S. 967 ... 971): Es wurde festgestellt, daß derartige Verdunstungsgeräte mehr oder weniger nur die mittlere Heizkörpertemperatur über die Gesamtheizperiode genommen messen. Die Geräte können nur als sehr unvollkommene »Wärmemesser« angesehen werden. Insbesondere ist ihre Anzeige abhängig von der Einbauposition, dagegen unabhängig vom tatsächlichen Verbrauch,

der von der Heizkörpergröße, Außentemperatur, Belüftung des Heizkörpers etc. abhängt Nur unter normierten Testbedingungen mag sich eine gute Korrelation zum tatsächlichen Wärmeverbrauch ergeben.

Aus der DE-PS 5 77 574 ist außerdem ein Wärmemengenmesser bekannt der nach dem Kondensationsprinzip arbeitet Er weist zwei durch eine Rohrleitung miteinander in Verbindung stehende Gefäße auf, von denen das eine mit einer unter dem Einfluß der Temperatur (nicht der zu messenden Wärmemenge!) verdampfenden Flüssigkeit gefüllt ist und bei dem das andere als Sammelgefäß für das Kondensat dient Rohrleitungen und Gefäße sind evakuiert Das die verdampfende Flüssigkeit enthaltende Gefäß wird durch einen besonderen Wärmeleiter mit dem Heizkörper verbunden. Auch bei diesem Wärmemengenmesser kann immer nur die Temperatur des Heizkörpers einer Messung zugrundegelegt wenjen. Die Durchflußmenge des strömenden, wärmeübertragenden Mediums wird nicht berücks^:?htigt Die zweite erfaßte Temperatur ist lediglich eine Temperatur, die die Kondensation der verdampfenden Flüssigkeit ermöglichen muß. Die Dampfdruckunterschiede zwischen den beiden Meßpunkten sind für das Meßergebnis nicht wesentlich.

Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und einen Wärmemengenmesser für eine genauere, der Realität weitgehend entsprechenden Messung des Wärmeverbrauchs anzugeben. Auf der einen Seite soll der neue Wärmemengenmesser relativ einfach in oder an bereits bestehende Heizanlagen, Heizkörper oder sonstige Verbraucher thermischer Energie gebaut werden können, auf der anderen Seite soll die Genauigkeit der Wärmeverbrauchsmessung unter realistischen Bedingungen gegenüber Verdunstungsmessern wesentlich erhöht werden. Gleichzeitig soll das Gerät preisgünstiger sein als komplizierte Geräte, die mit beweglichen Teilen oder elektronischen Schallkreisen arbeiten; dabei sollen die durch das Vertahren ermöglichten Geräte unabhängig von der Heizkörpergröße, von der Außentemperatur etc. eine Verbrauchsmessung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfüllt bei einem Meßverfahren bzw. bei einem Wärmemesser, der nach dem Meßverfahren arbeitet, wobei der Volumenstrom Q und die Differenz von Vorlauf- und Rücklauftemperatur T₁ und Tr berücksichtigt wird, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Wärmegefälle zwischen dem Bereich des Vorlaufstroms (Temperatur 7V) und der Außentemperatur T_a erzeugt wird, daß im Bereich des Wärmegefälles eine Temperatur T_n, aufgenommen wird, die so gewählt wird, daß T, > T₁,, > T_r und daß w näherungsweisc aus den Werten der SäUig^lmgsdampfdruckkurven ρ_Λ (T₁,) und p.s (Tr) nach der Gleichung

w = a ■ [p,(T,n) - Ps(T,■)]

bzw. W durch Integration K-stimrni wird, wobei 7"„ T_r die Vorlauf- und Rück'auf'^niperatur sind, t die Zeil darstellt und a einen EichfaMor bedeutet

Ein Prinzip der Erfindung ist, daß eine Temperatur 7~„, ermittelt wird, die vom VolUnienslrom C? und der Vorlauftemperatur T, beeinfluß wird. Die Auswertung der relativ leicht zu bestimm nden Sältigungsdampfdruckunterschiede ergibt dam'; ojn handhabbares Meßverfahren.

Der im Bereich des V'irlaufstroms angeordnete Beginn d'jr warmelrityndei' .Strecke erwärmt sich durch da;, wärmeabgebende Γ'ΊηΙ. das. an ihm vorbciströmt. Bc: ^röUcrer Strömungsgeschwindigkeit wird relativ viel, bei kleinerer Strömungsgeschwindigkeit relativ wenig Wärme an den Kopf gegeben. Über die wärmeleitende Strecke bildet sich ein Wärmestrom aus, der in eine »Wärmesenke« fließt nämlich zu dem auf einer niedrigen Temperatur Ti gehaltenen Bereich. Wegen des Wärmewiderstandes der leitenden Strecke liegt die Temperatur T_n, unier der Vorlauftemperatur T₁. Andererseits liegt die Temperatur Ti des kühlen Endes der wärmeleitenden Strecke wegen des verbleibenden Wärmeübergangs geringfügig über der Außentemperatur T₁.

Allerdings ergibt die Temperaturdifferenz T_n, — Ti allein noch kein Maß für den Wärmeverbrauch. Da jedoch in die Temperatur T_n, sowohl der Volumenstrom als auch eine von der Außentemperatur T₃ abhängige Temperatur eingehen, bietet die Berücksichtigung der Temperatur T_n, einen Ansatzpunkt für die Ermittlung des Wärmestroms W.

Dabei kann auch eine zeitlich integrierte Messung sehr einfach durchgeführt werden, da das Integral

beispielsweise dadurch gemessen werden kann, daß die aufgrund des Sättigungsdampfdruckes erfolgende Diffusion einer Flüssigkeit über einen Zeitraum in einem geschlossenen Röhrchen sehr einfach festgestellt werden kann.

Dabei ist festzustellen, daß der Sättigungsdampfdruck p/7? das physikalische Phänomen liefert, dessen Parameter trotz gleichbleibender Temperaturdifferenz bei hohen Absolutteinperaturen eine größere Differenz liefern. Der Verlauf des Sältigungsdampfdruckes verschiedener Flüssigkeiten über Temperatur, wie sie noch im Ausführungsbeispiel erläutert werden wird, eignet sich damit besonders gut, das eingangs genannte Meßverfahren praktisch umzusetzen.

An dieser Stelle soll jedoch auch darauf hingewiesen werden, daß »Sättigungsdampfdruckkurven« auch durch entsprechende Elemente elektronisch simuliert werden können. Die Erfindung soll sich daher auch auf die Möglichkeit erstrecken, mit »simulierten Kurven« und entsprechenden elektronischen Schaltkreiselementen die Messung durchzuführen, ohne daß dabei der Schutzumfang verlassen wird.

Vorzugsweise wird die Wärmemenge Wmit Hilfe der Verdunstung, Diffusion und Kondensation einer Flüssigkeit gemessen, wobei am Ort der Verdunstung die Temperatur T_n, herrscht. Als Verdunstungsflüssigkeit eignen sich solche mit einem Dampfdruck von 100—1000 Pascal im Temperaturintervall 20—80⁰C. Derartige Flüssigkeiten sind beispielsweise Enanthylchlorid, Isoamylalkohol, 2-Hexanol oder Methylbcnzoat.

Grundsätzlich läßt sich das Diffusionsprinzip jedoch auch auf sublimierte Feststoffe anwenden, wenn deren Dampfdruckkurve in ähnlichen Bereichen liegt.

fao Anstelle eines Diffusionsröhrchens kann, wie bereits angedeutet, auch eine elektronische Simulationsanordnung verwendet werden. Daneben ist auch möglich, eine »senii-elcktronisch« arbeitende Einrichtung zu verwenden, bei der zwar tatsächlich ein Siededampfdruck er-

b^r) zeugt, dieser jedoch elektronisch abgetastet wird. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, auch eine momentane Wärmeanzeige durchzuführen, wenn die eingangs ge nannte Gleichung für den momentanen V^iTuiiVr-

gang wzugrundegelegt wird.

Ein Wärmemengenmesser gemäß Erfindung, der die einem strömenden Medium bei einem Wärmetauscher mit Vorlauf- und Rücklaufleitung , der sich in einem Raum mit Temperatur T₁₁ befindet, entzogene Wärme erfaßt, besitzt ein geschlossenes Verdampfungs- oder Sublimationsgefäß, das zwei Temperaturen ausgesetzt ist. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Wärmeaufnehmer in der Vorlaufleitung liegt, der sich in eine wärmeleitende Strecke fortsetzt, die an ihrem Ende einen Konvektor trägt, der die Temperatur Ti aufweist, und der der Außentemperatur T, ausgesetzt ist,

b) das Verdampfungsgefäß mit seinem einen Ende mit der wärmeleitenden Strecke thermisch verbunden ist an einer Stelle, deren Temperatur T,„ zwischen T₁ und 71, liegt,

c) das andere Ende des Verdampfungsgefäßes am Rücklaufstrom die Temperatur T_r einnimmt.

Die Schaffung einer relativ einfachen Vorrichtung, die sowohl einen Temperaturwert als auch den Strom des im Rohr strömenden Mittels berücksichtigt, kann auch dadurch verwirklicht werden, daß ein Halter für die Befestigung eines Wärmemessers geschaffen wird, bei dem eine wärmeleitende Strecke gegeben ist, mit der ein Teil des zum Kalorimeter gehörenden Diffusionsrohres wärmeschlüssig verbunden ist, wobei das eine Ende der wärmeleitenden Strecke als wärmeaufnehmende Fühler in einer fluidführenden Leitung endet und das andere Ende auf einer gegenüber der Fluidtemperatur niedrigeren Temperatur gehalten ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Sättigungsdampfdrücke mit Hilfe eines Sensors gemessen werden können, der ein elektrisches Signal abgibt und dieses in eine entsprechende, elektronische Schaltung einspeist, so daß auch der Momentanverbrauch meßbar ist.

Weitere Merkmale, die sich aus den Unteransprüchen ergeben, werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:

Fig. 1 schemalisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Einrichtung:

Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Rohrachse und Konvektorkörper gemäß F i g. 1;

Fig. 3 eine Ausführungsform für das kühlere Ende des Diffusionsrohres;

F i g. 4 eine andere Ausführungsform der Einrichtung gemäß Erfindung:

F i g. 5 eine schematische Funktionsdarstellung, bei der verschiedene Werte T_n, als Funktion des Volumenstromes Q bei verschiedenen Vorlauftemperaturen T_v angegeben sind;

F i g. 6 ein synoptisches Diagramm, bei der auf der rechten Hälfte die Temperaturen T_m und T_rals Funktion des Volumenstromes Q und auf der linken Hälfte die Sättigungsdampfdruckdifferenz als Funktion der Temperatur dargestellt sind.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Teil einer Vorlaufleitung 1 eines Heizkörpers im Bereiche eines Thermostatventiles 2. Die Vorlaufleitung 1 kommt beispielsweise von einem Kessel und führt ein wärmeabgebendes Fluid, beispielsweise Wasser, mit der Temperatur Ti, (Vorlauftemperatur). Der Volumenstrom (Menge pro Zeiteinheit) des Fluidstromes sei mit Q bezeichnet Die Vorlaufleitung mündet in einem Wärmeaustauscher, der in diesem Falle ein üblicher Wohnungsheizkörper ist. Nach Wärmeabgabe strömt das Fluid über die Rücklaufleitung 3, von der ebenfalls nur ein kurzes Stock dargestellt ist, zurück in den Heizkessel.

Um das Rohr der Vorlaufleitung 1 ist ein quaderförmiger Block 21 aus Messing, Aluminium oder aus einem anderen, gut wärmeleitendem Metall aufgeschoben, der eine zylindrische Bohrung 22 enthält, die über ihre Länge verschiedene Durchmesser aufweist, wie dies F i g. 2 deutlich zeigt. Der vordere Abschnitt 23 ist erweitert gegenüber dem Mittelabschnitt 24, dessen lichte Weite der des Vorlaufrohres gleich ist. Die Mantelfläche des Mittelabschnittes 24 entspricht der Wärmeübergarigsfläche einer wärmeleitenden Strecke, die sich in den Block 21 hinein fortsetzt. Der Endabschnitt 25 der Bohrung 22 ist wiederum erweitert. In die erweiterten Abschnitte 23 und 25 sind zur thermischen Trennung von Vorlaufstrom und wärmeleitender Strecke zylindrische Hülsen 27 und 28 bis zur Verengung am Anfang und Ende des Mittelabschnittes 24 eingeschraubt. Die Hülsen 27 und 28 überdecken mit ihren aus dem Block 21 herausragenden Enden auch noch Teile der Rohrstutzen der Vorlaufleitung 1.

In den Block 21 ist im Bereich des Mittelabschnittes 24 eine weitere Bohrung 29 eingebracht, die jedoch ohne Verbindung mit der Bohrung 22 ist. Die Bohrungsachsen können verschiedene Winkellagen zueinander einnehmen. Im vorliegenden Falle stehen sie senkrecht zueinander. In die Bohrung 29, die innerhalb des Blocks 21 auf Höhe des Mittelabschnitts 24 endet, ist das Ende eines geschlossenen Diffusionsröhrchens 7 als Verdampfungsgefäß eingelassen, das U-förmig über die Oberseite des Blocks aus der Bohrung 29 herausgeführt ist. Der nach unten ragende, sich innerhalb des Blocks befindende geschlossene Röhrchenschenkel 8 ist mit einer Flüssigkeit 30 gefüllt, die auf einer Temperatur T_n, gehalten ist. Definitionsgemäß wird demnach T_m im Bereich einer wärmeleitenden Strecke aufgenommen, die im Bereich des Vorlaufstroms beginnt und in einem auf niedrigerer Temperatur T, gehaltenen Bereich endet. Dieser auf niedrigerer Temperatur T₁ befindliche Bereich ist an der Außenseite des Blocks 21 zu finden.

Das andere Ende 9 des Röhrchens 7 endet in einem Bereich, der auf der Rücklauftemperatur T₁- gehalten ist. Dort kondensiert der durch das Röhrchen diffundierende Teil der Flüssigkeit, wie weiter unten erläutert werden wird.

An die eine senkrechte Querwand des Blocks 21 ist ein Miniaturkonvektor 11 angeschlossen, der mehrere, den Wärmeaustausch zur Umgebungsluft (Temperatur Tj) verbessernde Lamellen 31 aufweist. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, findet demnach ein Wärmetransport von der inneren Mantelfläche des Mittelabschnittes 24 über das Volumen des Blocks 21 zum Miniaturkonvektor 11 statt, wobei die sich am Übergang vom Block zum Konvektor einstellende Temperatur als T_n, definiert ist

Um die Wärmeübergangsfläche innerhalb des Mittelabschnittes 24 strömungsabhängig variieren zu können, ist in den Mittelabschnitt noch ein verschiebbarer Zylinder 32 eingelassen. Der Zylinder 32 ist entgegen der Stromrichtung weit offen, besitzt dagegen auf der gegenüberliegenden Seite eine schlitzförmige öffnung 33, durch die das wärmeabgebende Medium strömt Bei größeren Volumenstrom Q und demnach erhöhter Stromgeschwindigkeit wird der Zylinder 32 in Stromrichtung (in der F i g. 2 nach rechts) gegen eine FedeY 34 gedruckt Damit ist bei größerem Volumenstrom Q auch eine größere Innenfläche des Mittelbereiches 24

exponiert, so daß stromabhängig eine größere Wärmemenge pro Zeiteinheit auf den Block 21 übergehl. Durch diese oder eine technisch äquivalente Lösung läßt sich erreichen, daß die dem Vorlaufstrom unmittelbar ausgesetzte Fläche veränderbar ist und daß damit die Abhängigkeit der Temperatur T_n, vom Volumenstrom Q entsprechend vergrößert wird.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel dafür, wie das Diffusionsröhrchen 7 mit seinem kühleren Ende 9 im Bereich des Nebenstromes der Rücklaufleitung 3 ausgesetzt werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist hierzu ein kurzer, geschlossener Stutzen 40 mit einer Zwischenwand 41 als T-Verbindung an die Rücklaufleitung angeschweißt. Dabei wird praktisch der gesamte Rücklaufstrom durch den Stutzen 40 geleitet und an dem r> Ende 9 des Röhrchens 7 vorbeigeführt. Dieses nimmt daher praktisch die Temperatur 7_rdes Rücklaufstromes an.

F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Realisierung einer Einrichtung gemäß Erfindung. Hierbei ist die Wandung der Vorlaufleitung 1 bei 4 durchbohrt. Durch die Bohrung 4 ist ein etwa L-förmiger. wärmeleitender Metallstab 5 hindurchgesteckt, der beispielsweise aus massivem Kupfer oder Aluminium mit zylindrischem Querschnitt von 5 mm Durchmesser besteht. Seine Länge beträgt beispielsweise etwa 150 mm. Es kann auch eine flüssigkeitsgefüllte Röhre verwendet werden oder eine andere Vorrichtung, die auf ihrer Länge einen Wärmestrom mit einem definierten Gradienten ergibt. Kurz nach Austritt des Stabs 5 aus der Donrung 4 ist dieser in einem Winkel von 90° gebogen. Im Winkelbereich ο Jer an einer anderen Stelle, die nahe an der Bohrung 4 liegt, jedoch von dem Rohr 1 selbst isoliert ist, wird eine Meßstelle 36 angebracht, indem eine leichte, halbrunde Vertiefung in den Stab eingefeilt und dort ein Übergangsblech 6 montiert wird. Das Übergangsblech 6 wiederum schmiegt sich eng an die Außenseite des U-förmigen Röhrchens 7 an, das als Diffusionsstrecke dient. Bei Beginn einer Meßperiode ist das Röhrchen 7 an seinem einen (warmen) Ende 8 mit einer Diffusionsflüssigkeit 30 teilweise gefüllt, deren Eigenschaften eingangs definiert wurden. Das andere Ende 9 des Röhrchens 7 liegt an einer Stelle der Rücklaufleitung 3 an, die auf der Temperatur T_n d. h. der Rücklauftemperatur des wärmeabgebenden Fluids, gehalten ist. Dies kann beispielsweise in einem Nebenstrom der Rücklaufleitung der Fall sein.

Der Metallstab 5 ergibt damit eine wärmeleitende Strecke; sie setzt sich nach der Biegung in den Schenkel 10 fort, der schließlich in einem Miniaturkonvektor 11 endet, der der Zimmertemperatur 7_a ausgesetzt ist und der damit das Ende 12 der wärmeleitenden Strecke kühler hält als das in der Bohrung 4 befindende Ende. Der Miniaturkonvektor 11 hat definitionsgemäß eine Temperatur T\ und wirkt damit als Wärmesenke, die einen ständigen Wärmestrom durch die wärmeleitende Strekke 5,11 hervorruft, wobei im Bereich des Röhrchenendes 8 eine zwischen T_v und Tj liegende Temperatur 7_m gemessen wird.

Die Erörterung der vorstehend beschriebenen Aus- bo führungsbeispiele ergibt daß die wärmeleitende Strekke und deren in Kontakt mit dem Vorlaufslrom stehender Kopf verschieden gestaltet sein können. Beispielsweise kann das Ende als Zapfen, als Spatel oder auch als eine mit mehreren Zinken versehene Gabel gestaltet sein, die direkt in den Strom hineinragen. Wesentlich ist, daß der Volumenstrom Q bei einer bestimmten Temperatur eine vom Durchsatz abhängige Wärmemenge an die wärmeleitende Strecke abgibt, und daß gleichzeitig unter Berücksichtigung von Leiterstrecke, Übergangsfläche 24 und Konvcktor-Leitcr-Geomctric sowie Diffusionsflüssigkeil tatsächlich die am kalten Ende abgeschiedene Flüssigkeitsmenge der verbrauchten Wärmemenge proportional ist.

Im folgenden werden die theoretischen Grundlagen erläutert und das Meßverfahren in Grundzügen dargestellt. Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das bestimmte Parameter bei einer gemäß Fig. 1 gewählten Meßanordnung (ohne Veränderung der Übergangsfläche innerhalb des Mittelbereiches 24) zeigt. Je nach Vorlauftemperatur T₁. stellt sich eine bestimmte Temperatur T_m am Anfang des Röhrchens ein. Innerhalb eines nutzbaren Meßbereiches steigt die Temperatur T_m mit dem VoIumenstrom ν an. Allgemein gilt bei gleichem Q, daß T_n-, \ größer T_n, j ist, wenn die zugehörige Vorlauftemperatur T₁ 1 größer Γ, 2 ist. Bei größeren Volumenströmensätzen Q ergibt sich ein Endwert Τ,»ι;< der dann durchsatzunabhängig ist. Gemessen wird jedoch ausschließlich in dem Bereich der veränderlichen Temperatur T_n,.

F i g. 6 zeigt die Anwendung des Prinzips in der Praxis, wobei nur der durchsatzabhängige Bereich verwendet wird. Bei bekannter Vorlauftemperatur Γ, und Rücklauftemperatur T_r kann die abgegebene Wärmeleistung w als Produkt

W-(Ty- Tr) ■ Q

ermittelt werden. Die Figur zeigt in der schraffierten Fläche zwei Beispiele, wobei einmal bei einem relativ hohen Temperaturniveau die Wärmeleistung »v, und bei einem relativ niedrigen Temperaturniveau (jeweils bezogen auf die Rücklauftemperatur) w'2 ermittelt wurden. Die Temperaturdifferenz T_n, — T_r ist nicht unmittelbar Maß der verbrauchten Wärmemenge, da die Rücklauftemperatur mit ζ) ebenfalls steigt und daher die Differenz T_n, — Tr konstant sein kann (vgl. F i g. 6: ΔΤ\ = AT₂). Erst wenn die Meßwerte »gefiltert« werden, d. h. in eine andere Meßgröße über eine Funktionsbeziehung umgewandelt werden, ergeben sich bei einer Differenzbildung sinnvolle Werte.

Im vorliegenden Falle geschieht dies durch Umwandlung über die Beziehung der Sältigungsdampfdruckkurve p{T), die wiederum einfach als physikalisches Phänomen zu beobachten ist: in dem geschlossenen Röhrchen 7 wird die eine Seite auf der Temperatur T_n, gehalten, die andere auf T_r(T_n, > 7». Bei Auswahl einer geeigneten, in dem genannten Bereich den Sättigungsdampfdruck ausbildenden Flüssigkeit ergibt sich die Differenz des Sättigungsdampfdruckes

Δ = Ps(T_n.) - Ps(Tr).

Entsprechend der Differenz des Sättigungsdampfdruckes diffundiert die Flüssigkeit von einem Ende des Röhrchens zum anderen, kühleren Ende, so daß die Menge der diffundierten Flüssigkeit bei geeigneter Ausführung proportional der verbrauchten Wärmemenge wist.

35

lpAT_m)-

Die schraffierten Flächen w\ und w? sind dabei die bei hohen und bei niedrigen Rücklauftemperaturen zu messenden Wärmeleistungen, d. h.

W₂ Δι

Mit anderen Worten: in dem geschlossenen Röhrchen ^r, 7, das vor Beginn der Messung mit einer definierten Menge eines geeigneten Meßmediums auf der einen Seite, das der Temperatur T_n, ausgesetzt ist, gefüllt ist, diffundiert ein Teil der Flüssigkeit zum kühleren Ende hin, wobei diesem Übergang die Sättigungsdampfdruckdifferenz zugrundeliegt. Die durch Diffusion im Meßzeitraum vom Ende 8 zum Ende 9 transportierte Menge des Meßmediums läßt sidh leicht ablesen. Werden die entsprechenden Ablesungen mehrerer Meßplätze jeweils dem Verbrauch an Brennstoff korreliert, so kann durch ein an sich bekanntes Umlageverfahren der einzelnen Verbrauchsstelle sehr exakt der talsächliche Wärmeverbrauch zugeordnet werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß diese Messung im Prinzip ohne elektronische Hilfsmittel auskommt, da die erforderliche Leistung für die Diffusion der Heizleistung entnommen wird. Es geht auch kein Meßmedium verloren, so daß der Diffusionsstrom nur vom Volumenstrom und der Temperatur, nicht aber vom aktuellen Niveau des Meßmediums abhängt, wie dies bei den üblichen Verdunstungsröhrchen der Fall ist. Daher kann auch eine lineare Skala verwendet werden. Das Meßverfahren ist außerdem unabhängig von der Heizkörpergröße, so daß keine empirischen Gewichtungsfaktoren zusätzlich eingeführt werden müssen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

65

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung des Wärmeverbrauchs

   wdf

   an einer Verbrauchsstelle, wobei der momentan an der Verbrauchsstelle erfolgende Wärmeübergang w

   d/