DE3239252A1

DE3239252A1 - Einrichtung zur ermittlung des energieverbrauches an heizkoerpern

Info

Publication number: DE3239252A1
Application number: DE19823239252
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prof. Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Kagelmacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-23
Filing date: 1982-10-23
Publication date: 1984-04-26
Also published as: DE3239252C2

Description

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Einrichtung zur Ermittlung des Energieverbrauches an Heizkörpern

Die Erfindung betrifft eine insbesondere zur Heizkostenverteilung dienende Einrichtung zur Ermittlung des Energieverbrauches an medien-durchströmten Heizkörpern, in deren Vorlauf und Rücklauf je ein Temperaturfühler angeordnet ist, und in dessen Vorlauf ein Ventil sitzt, welchem ein Thermostat oder dergleichen zugeordnet ist.

Die bekannten Systeme dieser Art (vergl. Zeitschrift "Heizung-Lüftung/ Klimatechnik-Haustechnik 32" (1981 Nr. 3, S. 136-138) wollen aus der wasserseitigen Messung von Vor- und Rücklauftemperatur des Heizmittelstromes die mittlere Oberflächentemperatur des Heizkörpers bestimmen. Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur werden dafür gemittelt. Zur weiteren Steigerung der Genauigkeit in der Bestimmung der Wärmeenergieabgabe eines Heizkörpers wird dann gleichzeitig die Umgebungstemperatur des Heizkörpers erfaßt und in Relation gesetzt zum Mittelwert der Vor- und Rücklauftemperatur. Das Ventil arbeitet als normales Thermostat-Ventil, unabhängig von der Meßeinrichtung. Dem System haftet noch eine erhebliche Ungenauigkeit an, bedingt dadurch, daß nach wie vor nur über eine gemittelte Oberflächentemperatur des Heizkörpers gearbeitet wird. Auch sind die daraus resultierenden Manipuliermöglichkeiten erheblich. Im übrigen ist keine Kopplung der Einrichtung mit anderen Steuerungssystemen der Heizung möglich, bspw. einem an sich bekannten Steuerungssystem dahingehend, daß der Vorlauf für das Heizmedium gesperrt wird bei Öffnung eines Fensters.

VNR: 107212 17 868 P 1/G 22.10.1982

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einrichtung unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile so auszugestalten, daß das Heizkörpervolumen in die Berechnung einbeziehbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Medien-Durchfluß in einzelnen Intervallen erfolgt derart, daß das jeweils vom Thermostat oder dergleichen in die Offenstellung gesteuerte Ventil in Abhängigkeit vom Verlauf der gespeicherten Differenzwerte der Temperaturfühler wieder in die Schließstellung gesteuert ist.

Zufolge dieser Ausgestaltung ist eine gattungsgemäße Einrichtung geschaffen, die bei einfachem Aufbau eine hohe Genauigkeit in der Ermittlung der dem Heizkörper zugeführten Wärmemenge bringt. Das im Vorlauf angeordnete Ventil wird von einem Thermostaten, bspw. von einem Raumthermostaten oder auch einer anderen Einheit, zum Beispiel Zeitschalter, jeweils nur in die Offenstellung gesteuert. Ab da steigt die Temperatur im Vorlauf. Zeitverzögert steigt die Temperatur im Rücklauf. Dabei wurde gefunden, daß diese nach dem Öffnungszeitpunkt des Ventiles zunächst sogar leicht abfällt bzw. über eine gewisse Steigungsphase der Vorlauftemperatur zunächst gleichbleibt. Das ist die Zeit, innerhalb welcher das im Heizkörper befindliche Heizmedium durch den neuen Zulauf zunächst aus dem Rücklauf herausgedrückt wird. Steuert man nun erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom halben Abfall oder vom Maximum der Differenzwerte beider Temperaturfühler das im Vorlauf angeordnete Ventil wieder in die Schließstellung, so kommt man zu einer periodischen, volumenabhängigen Arbeitsweise im Durchlauf des Heizkörpers. Dabei wurde überraschenderweise gefunden, daß dieses entsprechende Maximum

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der Differenzwerte der Temperaturfühler äußerst ausgeprägt in Erscheinung tritt und deshalb als eindeutiger, enger und damit genauer Schalt-Bereich zur Verfügung steht. Mittelt man dann zusätzlich die gespeicherten Differenzwerte und multipliziert sie mit dem Volumen plus dem Wasserwert des jeweiligen Heizkörpers, so hat man -bei gleichzeitiger Berücksichtigung der entsprechenden spezifischen Wärme des Heizmediums- exakt die zugeführte -und damit auch abzugebende- Wärmemenge des Heizkörpers. Für die Berechnung über längere Zeitphasen werden diese Werte addiert bzw. integriert und in geeigneter Weise registriert. Je nach Stellung des Raumthermostates in Relation zur Raumtemperatur wiederholt sich der entsprechende Vorgang dann zyklisch immer wieder. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen arbeitet das Ventil und der Raumthermostat bei der erfindungsgemäßen Lösung im Verbund mit der Einrichtung; dies aber immer nur im Sinne einer Öffnungssteuerung des Ventiles. Das Ventil selbst arbeitet dann immer nur zwischen den Stellungen auf und zu. Das Ventil besteht vorzugsweise aus einem Magnetventil, welches in entsprechender Weise mit dem Thermostaten einerseits und mit dem Differenzbildner/Maximumermittler der Temperaturfühlerwerte verbunden ist. Dem Magnetventil der Einrichtung können noch weitere Steuerungsmöglichkeiten zugeordnet werden, wie bspw. diejenige eines Fensterkontaktes, einer Nachtabsenkung oder dergleichen.

Auf der beiliegenden Skizze 1 ist dargestellt das Diagramm der Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur und der Differenzwerte dieser beiden Temperaturen in Abhängigkeit Zeit/Temperatur. Der Zeitpunkt 0 des Diagrammes ist derjenige, zu welchem der Thermostat das im Vorlauf angeordnete Ventil in die Offenstellung gesteuert hat. Der im Vorlauf un-

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mittelbar in Nachbarschaft des Heizkörperanschlusses sitzende Temperaturfühler registriert sofort den Temperaturanstieg im Vorlauf unter asymptotischer Annäherung auf eine konstante Temperatur, die abhängig ist von der vom Heizaggregat zur Verfügung gestellten Heizmediumtemperatur. Der in unmittelbarer Nächbarschaft des Rücklauf-Anschlusses des Heizkörpers angeordnete zweite Temperaturfühler registriert zunächst noch keine Temperaturerhöhung. Diese beginnt bei dem in beiliegenden Diagramm gemessenen Beispiel erst nach ca. 25 Sek. Die Rücklauftemperatur steigt ab dann auch an und nähert sich asymptotisch einem bestimmten oberen Grenzwert. Die Differenz der beiden Temperaturkurven zeigt deutlich ein etwa bei 1 Min. liegendes Maximum. Dieses bildet den Schaltbereicti zur Steuerung des Ventiles in die Schließstellung. Durch Asymptoten, gelegt an den aufsteigenden und abfallenden Abschnitt beiderseits des Maximums, läßt sich ein ganz exakter charakteristischer Schaltpunkt festlegen. Aus dem Füllvolumen plus Wasserwert und den gleichzeitig registrierten Temperaturen läßt sich unter Berücksichtigung der spezifischen Wärme des Heizmediums die zugeführte Wärmemenge errechnen, und zwar, wie gefunden wurde/ in sehr genauer Weise sowohl bei kleinen oder großen Heizkörpern als auch bei den heute üblicheren Stahlheizkörpern wie bei den früher gebräuchlichen Gußheizkörpern bzw. sowohl bei Anlagen mit und ohne Umwälzpumpen.

Das beiliegende Diagramm 2 stellt einen Registrierstreifen dar, und zwar die Temperaturdifferenz in Relation zur Zeit bei unter konstantem Zufluß

ro, dt Color ausgetauschten Wasservolumen dar bei einem Heizkörper, Gußldl, Volumeninhalt ca. 20 I, 20 Glieder, Hohe 580 mm, Tiefe 150 mm, Lange 1.200 mm, Gewicht 120 kg ergibt Wasserwert von 120 χ 0,129 = 15,4 I.

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Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß etwa auf der Hälfte des abfallenden Abschnittes jeweils das Volumen plus Wasserwert des Heizkörpers ausgetauscht ist. Idealisiert man den abfallenden Abschnitt zu einer e-Funktion, so dürfte der Punkt des komplett ausgetauschten Volumens plus Wasserwert beim e-ten Teil der Anfangsamplitude liegen.

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Claims

Prof. Dipl.-Ing. Jürgen Kagelmacher (natürliche Person), Winkelriedweg 59, 4600 Dortmund

PATENTANSPRUCH

Insbesondere zur Heizkostenverteilung dienende Einrichtung zur Ermittlung des Energieverbrauches an medien-durchströmten Heizkörpern, in deren Vorlauf und Rücklauf je ein Temperaturfühler angeordnet ist, und in dessen Vorlauf ein Ventil sitzt, welchem ein Thermostat oder dergleichen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Medien-Durchfluß in einzelnen Intervallen erfolgt derart, daß das jeweils vom Thermostat oder dergleichen in die Offenstellung gesteuerte Ventil in Abhängigkeit vom Verlauf der gespeicherten Differenzwerte der Temperaturfühler in die Schließstellung gesteuert ist.

VNR; 107212 17 868 P 1/G . 22.10.1982