DE3150837A1

DE3150837A1 - Anordnung zur waermemengenmessung an den einzelnen heizgruppen einer gemeinsamen heizzentrale

Info

Publication number: DE3150837A1
Application number: DE19813150837
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Ellinghaus; Claudio Dipl.-El.Ing 6410 Goldau Meisser
Original assignee: Landis and Gyr AG; LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG; Landis and Gyr AG
Priority date: 1981-04-08
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1982-10-21
Also published as: FR2503863A1; DE3150837C2; FR2503863B1; CH649843A5

Description

LGZ Landis & Gyr Zug AG Zug

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Anordnung zur Wärmemengenmessung an den einzelnen Heizgruppen einer gemeinsamen Heizzentrale

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Anordnung zur Wärmemengenmessung an den einzelnen Heizgruppen einer gemeinsamen HeizzentraU:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Wärmemengenmessung zwecks Bestimmung der Heizkosten-Anteile einzelner, von einer gemeinsamen Heizzentrale aus über einen Wärmeträger gespeisten Heizgruppen, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 27 22 485 bekannt, benötigt jedoch noch einen relativ grossen Aufwand und besitzt eine zu kleine Sicherheit gegenüber Betrugsmöglichkeiten. Wie ferner die Erfahrung zeigt, weisen solche Anlagen vielfach noch eine ungenügende Langzeit-Stabilität auf, da die mechanischen Durchflussmesser in relativ kurzer Zeit verschmutzen. 15

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die bei geringem Aufwand und ohne Wartung eine erhöhte "Langzeit-Stabilität aufweist und die betrügerische Manipulationen sofort erkennt.
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Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

Heizungsanordnung, Fig. 2 den schematisch dargestellten Aufbau

eines Messkopfes und Fig. 3 bis 5 je eine mögliche Anordnung eines

Durchfluss-Messsystems.

In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Heizkessel, der als Wärmequelle für mehrere Heizgruppen 2, 3, 4 dient. An Stelle des Heizkessels 1 könnte irgendeine Wärmequelle treten, z.B. eine Heizzentrale oder eine Uebergabestelle einer Fernheizung. Eine Speiseleitung 5

und eine Rückflussleitung 6 sind über einen Bypass 7 eines in die Rückflussleitung 6 eingebauten Dreiwegmischers 8 miteinander verbunden. Die Verlängerung der Speiseleitung über den Mischpunkt mit dem Bypass 7 hinaus bildet einen gemeinsamen Vorlauf 9 für die Heizgruppen, deren gemeinsamer Rücklauf 10 am Dreiwegmischer 8 angeschlossen ist. Der Dreiwegmischer bestimmt den Mengenanteil des in den Heizgruppen 2, 3, 4 zirkulierenden Wärmeträgers, meist Wasser, der durch den Heizkessel 1 fliesst. Der Drei wegmischer 8 kann in irgend einer Art, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Aussentemperatur, gesteuert sein, und dient dann als gemeinsame Vorregelung für alle Heizgruppen. Der Vor-und der Rücklauf 9 bzw. 10 sind im Beispiel als senkrechte Steigleitungen ausgebildet, an denen die einzelnen, als waagrechte Stränge gezeichneten Heizgruppen 2 bis 4 angeschlossen sind. Je ein Radiator 11, 12, 13 einer Heizgruppe ist symbolisch für ein ganzes Heizsystem, beispielsweise eines Stockwerkes, dargestellt. Im gemeinsamen Rücklauf 10 ist vor dem Dreiwegmischer 8 eine Umwälzpumpe 14 sowie ein Ventil 15 vorhanden, dessen Aufgabe weiter unten erläutert ist.

Im gemeinsamen Vorlauf 9 befindet sich ferner eine für alle Heizgruppen 2, 3, 4 gemeinsame Messstelle 16 für die Erfassung der Vorlauftemperatur. Bei einem weitläufigen Verteilnetz können dies auch zwei oder mehr Messstellen sein. In der Zeichnung ist eine weitere Messstelle 16a gestrichelt angedeutet. Die genaue Vorlauftemperatur der jeweiligen Heizgruppe 2, 3,-4 wird in diesem Fall zweckmässig durch lineare Interpolation aus den Messwerten der Messstellen 16, 16a bestimmt. Zusätzlich weist je ein Rücklaufstrang 17, 18, 19 jeder Heizgruppe 2, 3, 4 je eine Messstelle 20, 21, 22 auf, die neben der Erfassung der Rücklauftemperaturen zugleich zur Bestimmung der einzelnen Durchflussmengen vorgesehen sind.

Zur Auswertung aller Messwerte und darauf basierend zur Berechnung der pro Heizgruppe 2, 3, 4 bezogenen Wärmemengen ist ein zentraler Rechner 23 vorhanden. Jede Messstelle 16, 16a, 20, 21, 22 ist Teil eines kompakten Messkopfes 25 (Fig. 2). Jeder Mess-

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kopf 25 setzt sich aus einem Fühlerteil 26, einer Elektronikschaltung 27 und einem Interface 28 zusammen, wobei das Interface und damit der ganze Messkopf über einen zweiadrigen Datenbus 29 (Fig. 1) mit dem Rechner 23 verbunden ist. Der Messkopf 25 besitzt zwei Anschlussklemmen 30, mit denen er über zwei Leitungen 31 an den in der Fig. 1 strichpunktiert als Stichleitung dargestellten Datenbus 29 angeschlossen ist. Die Datenbus-Verbindung kann aber auch als Ringleitung so ausgebildet sein, dass an den Anschlussklemmen 30 der Datenbus 29 einerseits als Verbindung zum Rechner 23 und andererseits als Verbindung zum nächsten Messkopf 25 angeschlossen ist.

Das Interface 28 in jedem Messkopf 25 besteht aus einem Speise-• teil 32 und einem Datenübertragungsteil 33, die es ermöglichen, ^5 dass sowohl die Speisung der Elektronikschaltung 27 als auch die Datenübermittlung über die gleichen Leitungen des Datenbus 29 erfolgt.

Die Datenübermittlung kann beispielsweise so erfolgen, dass die Elektronikschaltung 27 jedes Messkopfes 25 periodisch, zum Beispiel alle 5 Sekunden, seine Messwerte bereitstellt und diese vom Interface 28 an den Rechner 23 übermittelt werden, sobald der Datenbus 29 nicht von einer anderen Uebermittlung belegt ist.

Durch die beschriebene Anordnung werden Fremdeingriffe, z.B. an den Zuleitungen 31, vom Rechner 23 sofort erkannt. Ein Kurzschluss der Leitungen bedeutet den Ausfall der ganzen Ueberwachungsanlage, während eine Unterbrechung der Zuleitung das Eintreffen von Messwerten aus dieser Messstelle verhindert. Beides wird vom Rechner 23 in irgend einer Form zur Anzeige gebracht. Betrugsversuche sind somit zuverlässig erkennbar.

Die Messstellen 20, 21, 22, von denen je eine im Fühlerteit 26 des entsprechenden Messkopfes 25 angeordnet sind, bestehen im Beispiel der Fig. 3 aus einer von mindestens einem Teil des.

Wärmeträgers durchflossenen Messstrecke 34, in der zwei strömungstechnisch hintereinander und elektrisch in Reihe geschaltete temperaturabhängige Widerstände 35, 36 (Fig. 2) angeordnet sind, deren Widerstandswerte unter den gleichen thermischen Bedingungen gleich gross sind. Beide Widerstände 35, 36 werden vom gleichen elektrischen Strom durchflossen, der die beiden Widerstände je nach der Stärke der Wasserströmung unterschiedlich erwärmt. Die sich infolge eines relativ grossen elektrischen Messstromes ergebende Widerstandsdifferenz ist daher ein Mass für die Durchflussgeschwindigkeit, aus der dann auf Grund des bekannten Durchflussquerschnittes dor Messtrecke 34 vom Rechner 23 die Durchflussmenge bestimmt werden kann.

Die Widerstände 35, 36 weisen drei Anschlüsse 37, 38, 39 auf, welche zur Erzeugung der nötigen Stromkreise mit der Elektronikschaltung 27 (Fig. 2) verbunden sind.

Die Widerstände 35, 36 sind thermisch gut an den Wärmeträger angekoppelt. Sie dienen daher zugleich zur Bestimmung der Temperatur des Wassers in den Rücklaufsträngen 17, 18, 19. Die Elektronikschaltung 27 macht zu diesem Zweck die Widerstände 35, 36 für kurze Zeit spannungslos, um dann bei einem im Vergleich zur Durchflussmengenmessung sehr kleinen elektrischen . Messstrom deren Widerstandswerte zu erfassen und über das Interface 28 an den Rechner 23 zu übermitteln, der daraus die Temperatur des Wassers errechnet. Die thermischen Angleichszeiten können dabei klein gehalten werden, denn die Zeitkonstante der Widerstände 35, 36 liegt etwa in der Grössenordnung von einer Sekunde.

Die Messresultate für die Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit sind in der beschriebenen Anordnung von Ablagerungen auf den Widerständen 35, 36 und von der Verschmutzung des Wassers abhängig. Da sich insbesondere die Ablagerungen mit der Zeit ändern, ist die mit einer solchen Messeinrichtung er— reichte Genauigkeit beschränkt. Um dies zu verbessern, besitzt der Rechner 23 eine AbgLeicheinrichtung, die bei periodisch,

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z.B. einmal pro 24 Stunden abgestellter Umwälzpumpe 14 und damit bei stillstehendem Wasser das Verhalten der Messstellen 20, 21, 22 einzeln überprüft, d.h. deren durch Ablagerungen verändertes thermisches Verhalten testet und für die Berechnung der Durchflussmengen messstellentypische Korrekturfaktoren für jede einzelne Messstelle 20, 21, 22 neu festlegt. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Rechner bei stillstehendem Wasser, jedoch bei erhöhtem, vorzugsweise gleichem elektrischem Messstrom wie bei der Durchflussgeschwindigkeits-Messung die Aenderung des Verhaltens der Widerstandswerte seit deren Neuzustand vergleicht um daraus die pro Messstelle anzuwendenden Korrekturfaktoren neu festzulegen. Die Aenderungen können sowohl dynamisch durch Vergleich des Verlaufes von Liebergangsfunktionen als auch auf

Grund statischer Werte erfasst werden.
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Der Rechner 23 steuert zu diesem Zweck die Umwälzpumpe 14 und stellt sie während der Dauer der Korrekturmessungen ab. Um dabei auch jegliche Schwerkraftzirkulation zu verhindern, kann es sinnvoll sein, wenn gleichzeitig mit dem Abstellen der Umwälzpumpe 14 auch das dazu vorhandene Ventil 15 geschlossen wird.

Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit, insbesondere in grösseren Anlagen, ist es zweckmässig, wenn ein zusätzlicher Wärmezähler 40 (Fig. 1) vorhanden ist, der eine höhere Messgenauigkeit aufweist als die bei den einzelnen Heizgruppen 2, 3, 4 erreichte Genauigkeit. Es kann dies z.B. ein auf Ultraschall-Messung basierender Wärmezähler sein, der vom gemeinsamen Vor- und Rücklauf 9 bzw. 10 beeinflusst wird. Der Wärmezähler 40 ist ebenfalls über ein entsprechendes Interface und über den Datenbus 29 mit dem Rechner 23 verbunden. Vor der periodischen Ueberprüfung der Korrekturfaktoren für die einzelnen Messstellen 20, 21, 22 vergleicht der Rechner 23 die Summe der für die einzelnen Heizgruppen 2, 3, 4 ermittelten Wassermengen und Wärmemengen mit den Werten des gemeinsamen Wärmezählers 40 und verwendet die Differenzen der Messresultate bei der Bildung der neuen messstellentypischen Korrekturfaktoren im Sinne einer Ver-

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minderung dieser Differenzen. Damit kann die erreichbare Genauigkeit bei der Aufteilung der Heizkosten erhöht und über einen grossen Zeitraum aufrecht erhalten werden, ohne dass dazu in jedem Heizstrang ein aufwendiger Wärmezähler eingebaut ist.

Die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit und damit der Wassermenge pro Zeit könnte in den Messstellen 20, 21, 22 auch in irgend einer anderen Weise erfolgen. In der Fig. 4 ist dafür ein weiteres Beispiel erläutert. In der Messstrecke 34 ist eine Blende 41 eingebaut. Ein Bypassrohr 42 verbindet die Räume vor und nach der Blende 41 miteinander. Durch die über der Blende 41 entstehende Druckdifferenz fliesst immer ein kleiner Teil des in Richtung eines Pfeiles 43 strömenden Wassers durch das Bypassrohr 42. Die Widerstände 35, 36 sind so eingebaut, dass sie nur vom Durchfluss durch das Bypassrohr 42 beeinflusst sind. Sie können zu diesem Zweck aus direkt auf das Bypassrohr 42 aufgewickeltem Draht oder aus einer aufgebrachten Widerstandsmasse bestehen. Das Bypassrohr 42 ist vorteilhafterweise in einen-Isolierkörper 44 eingepackt. Abgesehen davon, dass bei dieser Anordnung für die Errechnung der Durchflussmengen andere mathematische Gesetzmässigkeiten gelten als für das Beispiel der Fig. 3, erfolgt die Auswertung in der gleichen Art, wie dort beschrieben. Der Vorteil der Anordnung nach der Fig. 4 ist rein konstruktiver Art, indem die Widerstände 35, 36 auf dem Bypassrohr 42 leichter anzubringen sind als in der Anordnung nach der Fig. 3. Aenderungen im Laufe der Zeit ergeben sich hier mehr durch Ablagerungen im Bypassrohr 42 und durch die dadurch bedingte Veränderung des Durchflussmengen-Verhältnisses zwischen der Messstrecke 34 und dem Bypassrohr 42.

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An Stelle der Verwendung des Bypassrohres 42 und der Widerstände 35, 36 besteht auch die Möglichkeit, die Durchflussmenge über Drucksensoren, die vor und nach der Blende 41 eingesetzt sind, zu erfassen. In einem solchen Fall besteht gemäss der Fig.

5 jede Messstelle 20, 21, 22 aus der vom Wärmeträger durchflossenen Messstrecke 34, in welche die Blende 41 und ein die Druckdifferenz über der Blende 41 aufnehmender Differenzdruckmesser

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sowie ein Temperaturfühler 46 eingebaut sind. In der Fig. 5 ist eine solche Messstrecke 34 dargestellt, die ebenfalls über die drei Anschlüsse 37, 38 und 39 anschliessbar ist, wobei die Anschlüsse 37 und 39 als je eine Zuleitung zum Differenzdruckmesser 45 bzw. zum Temperaturfühler 46 dienen, während der Anschluss 38 die gemeinsame Rückleitung ist. Zur Gewährleistung der geforderten Langzeit-Stabilität wird in analoger Weise wie bei den Widerständen 35 und 36 vorgegangen, wobei beim Differenzdruckmesser der Abgleich besonders einfach ist, da der Differenzdruck bei abgestelltem Wasser verschwindet und daher als Null-Abgleich erfolgen kann.

Die beschriebenen Messstellen 20, 21, 22 samt den nötigen Messköpfen 25 zur Uebertragung der Messwerte auf den Datenbus 29 bedeuten einen kleineren Aufwand, als wenn für jede Heizgruppe ein einzelner Wärmezähler verwendet würde, was insbesondere dann der Fall ist, wenn eine grosse Zahl von Heizgruppen angeschlossen sind. -

Durch den periodisch erfolgenden Vergleich aller Messwerte bei der Bildung der Korrekturwerte ergibt sich zusätzlich eine dauernde Fehlerüberwachung. Allenfalls plötzlich auftretende Abweichungen einer Messstelle können sofort zur Anzeige gebracht werden.

Der zentrale Rechner -23 ist vorteilhafterweise ein Mikroprozessor, der die pro Heizgruppe verbrauchte Wärmemenge in je einem Zählwerk anzeigt oder durch einen Drucker ausdruckt. Mit dem gleichen Rechner lassen sich die verbrauchten Brennstoffmengen erfassen und eine Wirtschaftlichkeitsrechnung erstellen.

In die für Heizgruppen beschriebene Anordnung lässt sich sinngemäss auch der Bezug von Brauch-Warmwasser mit einbeziehen.

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PATENTANSPRUECHE

1 J Anordnung zur Wärmemengen-Messung zwecks Bestimmung der Heizkosten-Anteile einzelner Heizgruppen (2, 3, 4), die von einer gemeinsamen Heizzentrale (1) aus mit einem Wärmeträger gespeist werden, wobei jede Heizgruppe (2, 3, 4) wenigstens eine Messstelle (20, 21, 22) zur Erfassung der Durchflussmenge des Wärmeträgers sowie Messstellen (20, 21, 22) zur Bestimmung der Temperaturdifferenz zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf (17, 18, 19) aufweist, mit einem zentralen Rechner (23) zur laufenden Berechnung der pro Heizgruppe (2, 3, 4) bezogenen Wärmemenge, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine für alle Heizgruppen (2, 3, 4) gemeinsame Messstelle (16, 16a) der Erfassung der Vorlauftemperatur dient, während die Messstellen (20, 21, 22) in den Rücklaufsträngen (17, 18, 19) jeder Heizgruppe (2, 3, 4) neben der Erfassung der Rücklauftemperaturen zugleich zur Bestimmung der einzelnen Durchflussmengen vorgesehen sind, dass jede Messstelle (16, 20, 21, 22) ein Teil eines kompakten, plombierbaren Messkopfes (25) ist, der mit dem Rechner (23) verbunden ist, dass ferner eine vom Rechner (23) gesteuerte Umwälzpumpe (14) für den Wärmeträger vorhanden ist und der Rechner (23) eine Abgleicheinrichtung aufweist, die bei periodisch abgestellter Umwälzpumpe (14) und stillstehendem Wärmeträger das Verhalten der Messstellen (16, 20, 21, 22) für die Durchflussmessung einzeln überprüft und messstellentypische Korrekturfaktoren für die einzelnen Messstellen (20, 21, 22) neu festlegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (25) aus einem Fühlerteil (26), einer Elektronikschaltung (27) und einem Interface (28) besteht, wobei das Interface (28) und damit der ganze Messkopf (25) über einen Datenbus (29) mit dem Rechner (23) verbunden ist und so die Speisung der Elektronikschaltung (27) als auch die Datenübermittlung über den Datenbus (29) erfolgt.

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3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messstelle (20, 21, 22) zur Bestimmung der Durchflussmenge aus einer von mindestens einem Teil des Wärmeträgers durchf lossenen Messstrecke (34) besteht, in der zwei strömungstechnisch hintereinander und elektrisch in Reihe geschaltete temperaturabhängige Widerstände (35, 36) angeordnet sind, deren Widerstandswerte bei kleinem elektrischem Messstrom zur Bestimmung der Temperatur des Wärmeträgers im Rücklauf.strang (17, 18, 19) dienen, während deren Widerstandsdifferenz bei erhöhtem elektrischem Messstrom ein Mass für die Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgers liefert, und dass die periodische Bestimmung der messstellentypischen Korrekturfaktoren an den Widerständen (35, 36) ebenfalls bei erhöhtem Messstrom erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messstrecke (34) eine Blende (41) eingebaut ist, dass ein Bypassrohr (42) die Räume vor und nach der Blende (41) miteinander verbindet und dass die Widerstände (35, 36) vom Durchfluss durch das Bypassrohr (33) beeinflusst sind. .
5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messstelle (20, 21, 22) zur Bestimmung der Durchflussmenge aus einer vom Wärmeträger durchf lossenen Messstrecke (34) besteht, in die eine Blende (41) und ein die Druckdifferenz über der Blende (41) aufnehmender Differenzdruckmesser (45) sowie ein Temperaturfühler (46) eingebaut sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Vorlauftemperatur mehr als eine Messstelle (16, 16a) vorhanden ist und dass die Berechnung der Vorlauftemperatur für jede Heizgruppe (2, 3, 4) durch lineare Interpolation der Messwerte der einzelnen Messstellen (16, 16a) erfolgt.
7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein von einem gemeinsamen Vor-

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und Rücklauf (9 bzw. 10) aller Heizstränge beeinflusster Wärmezähler (40) vorhanden ist, und dass der Rechner (23) die Summe der für die einzelnen Heizgruppen (2, 3, A) ermittelten Wassermengen und Wärmemengen mit den Werten des gemeinsamen Wärmezählers (4-0) vergleicht und die Differenzen der Messresultate bei der Bildung der messstellentypischen Korrekturfaktoren im Sinne einer Verminderung dieser Differenzen berücksichtigt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmezähler (40) eine höhere Genauigkeit aufweist als die bei den einzelnen Heizgruppen (2, 3, 4) erreichte Genauigkeit.