DE3310238A1

DE3310238A1 - Waermemengenmessanlage

Info

Publication number: DE3310238A1
Application number: DE19833310238
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. 6905 Schriesheim Dittrich; Norbert Dipl.-Ing.(FH) 6700 Ludwigshafen Herold; Paul 6713 Freinsheim Rohde
Original assignee: Elster Ag Mess und Regeltechnik 6700 Ludwigshafen; Elster AG Mess und Regeltechnik
Current assignee: Spanner Pollux GmbH
Priority date: 1983-03-22
Filing date: 1983-03-22
Publication date: 1984-09-27

Description

Wärmemengenmeßanlage
Die Erfindung betrifft eine Wärmemengenmeßanlage mit mehreren Temperaturfühlern und wenigstens einem Rechenwerk.
Wärmemengenmeßanlagen, insbesondere für Zentralheizungsanlagen in Gebäuden mit einer Vielzahl von Wohneinheiten, kann man prinzipiell in zwei Gruppen einteilen. In die erste Gruppe fallen solche Meßanlagen, die die verbrauchte Wärme exakt bestimmen und z.B. in Kilowattstunden anzeigen.
Diese Geräte sind geeicht. In die zweite Gruppe fallen die sogenannten Heizkostenverteiler, die eine der verbrauchten Wärme mehr oder weniger entsprechende Meßgröße anzeigen.
Diese Geräte sich nicht eichfähig.
Die bekannten Wärmemengenmeßanlagen kann man auch nach anderen Kriterien unterscheiden. So gibt es beispielsweise Anlagen, bei denen eine Zentrale die Meßwerte sämtlicher Wohneinheiten erfaßt und die benötigten Umrechnungen vornimmt. Es gibt aber auch Anlagen, bei denen jeder Wohneinheit ein eigenes Rechenwerk zugeordnet ist. Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile.
Die Verwendung eines zentralen Rechenwerks erfordert die Verlegung von einer Vielzahl von teilweise recht langen Leitungen von den Temperaturfühlern zum Rechenwerk, bietet jedoch den Vorteil, daß der Rechenvorgang für alle Wohneinheiten gleich ist. Die Zuordnung eines Rechenwerks zu jeder Wohneinheit hat den Vorteil einer kurzen Leitungsführung, jedoch den Nachteil, daß die Rechenwerke ungleiche Rechenergebnisse - im Rahmen ihrer Toleranz - liefern und daß die Übersichtlichkeit und die Leichtigkeit der Ablesung erschwert sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmemengenmeßanlage anzugeben, die wahlweise den Wärmeverbrauch oder die Verbrauchsanteile bestimmen kann, die sowohl mit verteilten Rechenwerken, als auch mit einem zentralen Rechenwerk ausgestattet werden kann und die sich mit minimalem Aufwand installieren läßt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Damit ergeben sich.die Vorteile, daß die Anlage sehr flexibel ist und sich an die unterschiedlichsten Arten von Heizungsanlagen anpassen läßt, daß die Meßgrößen der Temperaturfühler mit hoher Genauigkeit gemessen und übertragen werden können, daß die Busleitung einfach aufgebaut werden kann und daß auf die Verwendung von Analog-Digital-Wandlern an den einzelnen Temperaturmeßfühlern verzichtet werden kann.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung findet die erfindungsgemäße Wärmemengenmeßanlage in Einrohrheizungen, die über eine Wohneinheit hinausgehen. Hier ist es möglich, den Rücklauftemperaturfühler der einen Wohneinheit gleichzeitig als Vorlauftemperaturfühler der im Heizungskreislauf nachfolc3enden Wohneinheit einzusetzen. Der Temperaturmeßfühler wird in oder in der Nähe der Trennwand zwischen zwei Wohnungen montiert. Auf diese Weise kann die Zahl der benötigton Temperaturfühler fast auf die Hälfte reduziert werden.
Ein.weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Heizungsanlage ist die Möglichkeit, in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung eine Kontrollschaltung für eine Plausibilitätskontrolle der Meßwerte vorzusehen. Hierzu wird die Summe der einzelnen Temperaturdifferenzen pro Wohnungseinheit verglichen mit der Temperaturdifferenz zwischen zentralem Vor-und Rücklauf. Auf diese Weise wird erkannt, ob einer der 'emperaturfühler bzw. der jedem Temperaturfühler zugeordneten Schalter teilweise oder völlig defekt ist oder ob an der Meßstelle manipuliert wurde.
weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie deren Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung einer Einrohrheizungsanlage für mehrere Wohneinheiten und Fig. 2 einen Schaltplan, der die Verschaltung von Widerstandstemperaturfühlern bzw. deren zugeordneten Schaltern mit einer Busleitung zeigt.
In Fig. 1 erkennt man eine Einrohr-Heizungsanlage mit einem Heizwasserrohr 1, wobei das heiße Wasser bei 5 zugeführt und bei 6 abgeführt wird. Die Heizungsanlage ist für insgesamt fünf Wohneinheiten W1... W5 ausgelegt. Die Wohneinheiten sind durch strichpunktiert dargestellte Wände 3 qegenseitig abgeteilt. Die außenliegenden Wohneinheiten W1, W5 besitzen eine Meßstrecke, die durch einen Heizkörper 1.1 bzw.
1.5 symbolisiert wird. Die Wohneinheit W2 besitzt ebenfalls nur eine Meßstrecke, symbolisiert durch den Heizkörper 1.2.
Die beiden innenliegenden Wohneinheiten W3, W4 besitzen dagegen jeweils zwei Meßstrecken, symbolisiert durch die Heizkörper 1.31, 1.32 bzw. 1.41, 1.42.
An den Stellen, an denen das Heizungsrohr 1 in eine Wohneinheit eintritt bzw. eine Wohneinheit verläßt, ist jeweils ein Temperaturfühler 2.1, 2.2... 2.8 montiert. Diese Meßfühler 2.1... 2.8 werden auch in der Realität möglichst nahe bei der Wohnungstrennwand 3 montiert, so daß der gesamte Wärmeverbrauch, auch der von den Zug- und Ableitungsrohren, erfaßt werden kann. Zum Messen des Wärmeverbrauchs der Wohneinheit W1 wird der Fühler 2.1 als Vorlauftemperaturfühler, der Fühler 2.2 als Rücklauf temperaturfühler geschaltet. Zum Ermitteln des Wärmeverbrauchs der Wohneinheit W2 wird der Fühler 2.2 als Vorlauftemperaturfühler, der Fühler 2.3 als Rücklauftemperaturfühler geschaltet usw., bis der Ring zwischen Zulauf 5 und Rücklauf 6 geschlossen ist.
Um erkennen zu können, ob einer der Fühler ausgefallen ist, wird die Temperaturdifferenz zwischen den Fühlern 2.1 und 2.8 verglichen mit der Summe der Einzeltemperaturdifferenzen. Bei ordnungsgemäßem Zustand aller Fühler muß die Summe der Teildifferenzen identisch sein der Gesatdifferenz. Ist dies nicht der Fall, so wird Alarm gegeben.
Sämtliche Temperaturfühler 2.1... 2.8 sind untereinander über eine in Fig. 2 ausschnittsweise dargestellte Busleitung 8 miteinander verbunden. In die Blasleitung 8 können an beliebiger Stelle ein oder mehrere Rechenwerke eingeschaltet werden. Sind mehrere Rechenwerke vorgesehen, beispielsweise für jede Wohneinheit ein eigenes, so kann dieses Rechenwerk nur die seiner Wohneinheit zugeordneten Temperaturfühler adressieren; die Temperaturdifferenzwerte werden für jede Wohneinheit getrennt berechnet.
Ist ein zentrales Rechenwerk für alle Wohneinheiten vorgesehen, so kann die Zentrale verständlicherweise alle Temperaturfühler adressieren und deren Meßgrößen in geeigneter Weise miteinander verknüpfen. Die Anlage erlaubt aber auch eine Kombination der beiden Varianten.
Zur Ermittlung der verbrauchten Wärme muß die Differenz von Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur gebildet werden. Wird dieser Differenzwert direkt innerhalb der Wohneinheit gebildet und die Temperaturdifferenz zur Zentrale übertragen, so besteht die Gefahr, daß das kleine Signal auf dem übertragungsweg durch Einstreuung von anderen elektromagnetischen Signalen in die Meßleitung verfälscht wird. Aus diesem Grund werden die Meßgrößen jedes Fühlers als Absolutwerte zum Rechenwerk übertragen. Erst im Rechenwerk wird die Differenz der übertragenen Meßwerte gebildet und die Differenz anschließend ausgewertet. Einstreuungen auf die Busleitung zwischen Meßort und Rechenwerk werden durch die Differenzbildung unterdrückt.
Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit speziell bei Widerstandstemperaturfühlern besteht in der Anwendung der an sich bekannten Vierleitertechnik. Da im vorliegenden Fall die Meßfühler jedoch abwechselnd als Vorlauftemperaturfühler und als Rücklauftemperaturfühler verwendet werden sollen, muß die Zahl der Leitungen erhöht werden. Anhand der Fig. 2 wird ersichtlich, daß hierfür nicht acht, sondern nur sieben Leitungen erforderlich sind.
Fig. 2 zeigt die Verschaltung der Temperaturfühler mit der Busleitung sowie die Ansteuerung der jedem Temperaturfühler zugeordneten Schalter. Man erkennt eine Busleitung 8 mit insgesamt zehn Adern. Die erste Ader bildet die Steuerleitung St, über die der Bus von digitaler auf analoge Signalübertragung umgeschaltet wird. Die beiden nächsten Adern übertragen die Versorgungsspannung. Die Busleitung 8 enthält weiterhin die oben genannten sieben Leitungen, und zwar einen Vorlauf strompfad V, einen Rücklauf strompfad R sowie einen Mittelpunktstrompfad M. Die Spannungspfade sind mit Sv+ und Sv- für den Vorlauf und mit Sr+ bzw. Sr- für den Rücklauf bezeichnet.
In Fig. 2 sind zwei Temperaturfühler 11 bzw. 12 eingezeichnet. Zu dem einen Temperaturfühler 11 gehören acht Schalter 10, zum zweiten Temperaturfühler 12 ebenfalls acht Schalter 13. Die Schalter 13 bzw. 10 werden über je eine Steuereinheit 9 bzw. 9' geschaltet, die aus den digital übertragenen Adressen die Schaltsignale Ev, wenn der Temperaturfühler als Vorlauffühler mißt, bzw. Er, wenn der Fühler als Rücklauf fühler mißt, erzeugt. Die Schalter 10, 13 können als Halbleiter-Analogschalter beispielsweise in CMOS-Technik, realisiert werden. Es hat sich herausgestellt, daß auch bei übertragung der Analogsignale über diese Halbleiterschalter sowie über bundert und mehr Meter lange Busleitungen die Genauigkeit der Messung besser ist als 25 mK.
Um die Wartungsfreiheit von Wärmemengenmeßanlagen zu erhöhen, ist es möglich, in dem bzw. in den Rechenwerken eine Vorrichtung vorzusehen, die die Wärmemessungen stoppt, sobald die Vorlauftemperatur unter einen bestimmten Schwellwert sinkt, beispielsweise während der Sommermonate. Sobald die Vorlauftemperatur wieder ansteigt, wird die Anlage wieder aktiviert. Desgleichen ist es mögliche die Wärmemengenmeßanlage abzuschalten, wenn die Temperaturdifferenz im Heizkreis einen Schwellwert unterschreitet, d.h. wenn keine Wärme mehr entnommen wird.
Um die einzelnen Temperaturmeßvorgänge auszulösen, gibt es zwei Möglichkeiten. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, zu bestimmten äquidistanten Zeitpunkten einen Meßvorgang zu starten, hierbei wird vorausgesetzt, daß immer dieselbe Menge an Heizmedium umgepumpt wird. Diese Methode ist bestenfalls für Heizkostenverteiler geeignet, da die Einhaltung eines immer gleichen Stromes an Heizmedium nicht garantiert ist.
Um eine eichfähige Wärmemengenerfassung zu ermöglichen, muß in das Heizungsrohr 1 ein Volumenmesser 4 eingesetzt werden, wobei es bei einer Einrohr-Heizungsanlage genügt, nur ein einziges Meßgerät einzusetzen. Dieses Meßgerät sendet immer dann einen Triggerimpuls an das bzw. die Rechenwerke, wenn eine vorherbestimmte, immer gleiche Menge an Heizmedium durchgeflossen ist. Ein derartiges System zeigt die verbrauchte Wärme direkt in Kilowattstunden an und ist eichfähig. Derartige Anlagen haben den Vorteil, daß die Meßwerte jeder Wohn einheit unmittelbar mit den Meßwerten anderer Wohneinheiten und mit den Meßwerten der vorangegangenen Jahre verglichen werden können.

Claims

Wärmemengenmeßanlage Patentansprüche 1Iärmemengemeßanlage mit mehreren Temperaturfühlern und wenigstens einem Rechenwerk, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler (2) und Rechenwerk (8) über eine Busleitung (9) verbunden sind, daß jedem Temperaturfühler (2) gesteuerte Schalter zugeordnet sind, daß bei einer Messung gleichzeitig zwei Fühler (2) angeschaltet sind, daß die Temperaturmeßgrößen als Analogsignal über den Bus (9) übcrtragen werden, daß im Rechenwerk (8) ein Netzwerk zur Bildung der Temperaturdifferenz vorgesehen ist und daß im Rechenwerk (8) eine Schaltung zur Berechnung von Wärmeverbrauch bzw. Verbrauchsanteilen vorgesehen ist.
2. Wärmemengenmeßanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk (8) eine für mehrere Wohneinheiten (W1... W \ bestimmte Zentrale ist.
3. Warmemengenmeßanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentrale eine Triggereinheit vorgesehen ist, die einen kompletten Meßvorgang auslost, sobald eine bestimmte Menge des Wärmeträgermediums geflossen ist.
4. Wärmemengenmeßanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumenmesser (4) vorgesehen ist, der die Triggerimpulse an die Zentrale sendet.
5. Wärmemengenmeßanlagenach Anspruch 3, dadurch gekonnzeichnet, daß ein Zeittaktgeber vorgesehen ist, der die Triggerimpulse an die Zentrale sendet.
6. Wärmemengenmeßanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzcJichnct, daß die Zeitimpulse äquidistant sind.
7. Wärmemengenmeßanlage nach wenigstens einem der Ansprüc}le 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (2) Widerstandsfühler sind und daß zur Widerstandsmessung die Vierleitertechnik angewendet ist.
8. Wärmemengenmeßanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Fühler (2) zugeordneten Schalter (10) von der Zentrale gesteuert sind.
9. Wärmemengenmeßanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentrale eirle Nontrollschaltung vorgesehen ist, die sämtliche Meßwerte auf ihre Plausibilität hin überprüft.
10. Wärmemengenmeßanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Busleitung (8) als zehnadrige Ringleitung ausgeführt ist.
11. Wärmemengenmeßanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 für Einrohrheizungen, die über eine Wohneinheit hinausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauftemperaturfühler der einen Wohneinheit (W1) gleichzeitig Vorlauftemperaturfühler der im Heizkreislauf nachfolgenden Wohneinheit (W2) ist.
12. Wärmemengenmeßanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Temperaturfühler die Anzahl der Meßstrecken im Heizungskreislauf um eins übersteigt.
13. Wärmemengenmeßanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (2) mit einem vierpoligen Steckkontakt ausgerüstet sind
14. Wärmemengenmeßanlage insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechenwerk eine Vorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur die Anlage abschaltet und anschaltet.
15. Wärmemengenmeßanlage insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechenwerk eine Vorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur des Heizungskreises die Anlage abschaltet und anschaltet.