DE3319532A1 - Verfahren zur waermetransportueberwachung mehrerer waermedurchflussstellen und vorrichtung zur bestimmung der stroemungskraft und temperatur eines stroemenden fluids - Google Patents

Verfahren zur waermetransportueberwachung mehrerer waermedurchflussstellen und vorrichtung zur bestimmung der stroemungskraft und temperatur eines stroemenden fluids

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DE3319532A1
DE3319532A1 DE19833319532 DE3319532A DE3319532A1 DE 3319532 A1 DE3319532 A1 DE 3319532A1 DE 19833319532 DE19833319532 DE 19833319532 DE 3319532 A DE3319532 A DE 3319532A DE 3319532 A1 DE3319532 A1 DE 3319532A1
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György Dipl.-Ing. 5014 Kerpen Borbély
Michael Dipl.-Phys. Dr. 6000 Frankfurt Harr
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BORBELY, GYOERGY, DIPL.-ING., 3002 WEDEMARK, DE
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Battelle Institut eV
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00Measuring quantity of heat
    • G01K17/06Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • G01K17/10Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature between an inlet and an outlet point, combined with measurement of rate of flow of the medium if such, by integration during a certain time-interval
    • G01K17/12Indicating product of flow and temperature difference directly or temperature

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Description

  • Verfahren zur Wärmetransportüberwachung mehrerer Wärme-
  • durchfluß stellen und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungskraft und Temperatur eines strömenden Fluids.
  • =~========================================= = = = Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmevertransportübe rwachung mehrerer Wärmedurchflußstellen.
  • Es werden derzeit erheblich Anstrengungen unternommen, um den Wärmeverbrauch einzelner Verbraucher bis zu dem Verbrauch pro einzelnem Heizkörper hin genau zu erfassen und auf diese Weise verrechnen zu können. Zur Durchführung von Wärmemengenmessung und Verrechnung sind im wesentlichen von Wärmemengenmeßgeräte und Heizkostenverteilgeräte erforderlich, wobei den Wärmemengenmeßgeräten auch Brauchwarmwassermeßgeräte zuzuordnen sind. Die von diesen Geräten gelieferten Daten können Auswertungssystemen zugeleitet werden, die auch zentral für eine Vielzahl von Wärmeverbrauchsstellen vorgesehen sein können.
  • Bekannte Wärmemengenmeßgeräte weisen sowohl bei der Erfassung des Massenstroms des Wärmeträgermediums oder Fluids wie auch bei der Parameterbestimmung zwecks Definition des Wärmeinhalts des Fluids eine sehr große Vielfalt auf. Bekannt ist beispielsweise der Einsatz von Ultraschall zur Erfassung der Durchflußgeschwindigkeit des Mediums und dessen Temperaturmessung im Vor- und Rücklaufstrom mittels in Hülsen untergebrachter elektrischer Elemente, wie Widerstandsthermometer oder Thermoelemente. Die an den Wärmemengenmeßgeräten oder separat vorgesehenen Integrationseinheiten zählen erst nach Überschreiten gewisser Schwellwerte. Grundsätzlich erhält man mit diesen bekannten Einrichtungen aber eine relativ gute Meßgenauigkeit bei Vorliegen einheitlicher Einsatzbedingungen. Die Gestehungskosten pro Wärmemeßgerät sind jedoch vergleichsweise hoch. Der Anschluß an ein zentrales Auswertegerät ist möglich. Aufgrund der vergleichsweise hohen Gestehungskosten pro Wärmemengenmeßgerät sind die Kosten eines Systems ebenfalls hoch. Ein nachträglicher Einbau in bestehende Heizungssysteme ist wegen der erforderlichen Montagearbeiten an den Leitungsrohren erschwert. Eine multivalente Wärmeversorgung kann nur durch einen Mischpreis berücksichtigt werden. Der echt verursachte Wärmeverbrauch ist nicht erfaßbar, so daß es zu einer ungenauen Zuordnung der Wärmeverbrauchskosten auf die einzelnen Verbraucher, z.B. Mieter eines Wohnhauses, kommt.
  • Bei den Heizkostenverteilgeräten besteht das Ziel darin, die Wärmeverbrauchsverhältnisse einzelner Abnehmer untereinander zu erfassen und zu verrechnen. Diese Geräte zeichnen sich durch vergleichsweise niedrige Gestehungskosten sowie gute örtliche Kundeninformation aus. Letzteres deshalb, weil der Benutzer den Wärmeverbrauch in etwa z. B. am Stand der in einem Glasröhrchen verdunstenden Indikatorflüssigkeit laufend verfolgen kann. Nachträglicher Einbau ist vergleichsweise einfach. Die Nachteile dieser Geräte bestehen darin, daß die Verteilgeräte jeweils dem vorliegenden Radiatortyp und seiner Einbauart entsprechend angepaßt werden müssen. Bei dieser Anpassung sind bis zu etwa 30.000 verschiedene Situationen zu unterscheiden.
  • Weiterhin ist mindestens eine jährliche Inspektion und Kontrolle der Heizkostenverteilgeräte erforderlich. Die Geräte müssen also zur Inspektion und zum Ablesen zugänglich sein. Der prinzipielle Nachteil dieser Geräte besteht darin, daß es nicht möglich ist, den Wärmeaustausch zwischen einzelnen Räumen, Wohnungen oder ähnlichen Einheiten zu berücksichtigen. Es kommt somit regelmäßig zur Benachteiligung der einen oder anderen Partei, wenn z.B. eine Wohnung durch Abstellen einzelner oder sämtlicher Heizkörper unterbeheizt wird und dann ein verstärkter Wärmestrom von den umliegenden Wohnungen in die unterbeheizte Wohnung einsetzt.
  • Brauchwarmwassermeßgeräte basieren überwiegend auf mechanischen und elektromechanischen Zählern. Die Wassermengen werden mit der Differenz von gemessener Durchflußtemperatur zu einem Bezugswert, im allgemeinen 15 OC multipliziert, und auf diese Weise der Wärmemengenverbrauch angezeigt. Häufige Ausfälle durch Verkalkung und Verunreinigungen dieser Geräte sind bekannt,was zu ebenso häufigem Austausch und Reinigung führt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem in preiswerter Weise eine exakte Erfassung und Zuordnung des momentanen Wärmeverbrauchs einzelner oder mehrerer Wärmeverbrauchsstellen möglich ist, so daß bei der Zuordnung der Kosten auch der Einfluß fremder Energiequellen, wie z. B. Einfluß der Sonnenenergie und Energiezufuhr aus angrenzenden Räumen, unterschiedliche Energiepreise, usw. berücksichtigt werden können.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an jeder Wärmeverbrauchsstelle die ein- und ausgehenden Wärmeleistungen fortlaufend in Zeitintervallen gemessen und mit dem jeweiligen Zeitintervall multipliziert sowie registriert und/oder weiterverarbeitet werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Energietransport in und aus jeder Verbrauchsstelle fortlaufend in kurzen Zeitintervallen von etwa 5 Sekunden bis 1 Stunde unterteilt und erfaßt. Die so gewonnenen Daten stehen dann für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die Möglichkeit, den Wärmeverbrauch in Ein- und Mehrfamilienwohnhäusern sowie industriellen Prozessanlagen zu bestimmen und darüber hinaus die erfaßten Werte als Führungsgrößen für ein umfassendes Energiemanagement heranzuziehen.
  • Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, daß diese zeitspezifisch erfaßten Wärmemengen mit betriebscharakteristischen Faktoren für multivalente Wärmeversorgung, Betriebskosten, Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Verbrauchern, unterschiedlichen Energiepreisen oder dgl.
  • über eine gewisse Zeitspanne multipliziert werden.
  • Bei multivalenter Wärmeversorgung kann somit beispielsweise die Wärmebereitstellung durch Wärmepumpe, Heizkessel, Sonnenkollektoren oder Wärmespeicher berücksichtigt werden und zwar im Ergebnis die unterschiedlichen Wärmepreise dieser Systeme. Da die Wärmeverbräuche erfindungsgemäß in kurzen Intervallen gemessen werden, ist es auch möglich diesen jeweiligen Intervallen die unterschiedlichen Wärmepreise zuzuordnen.
  • Weiterhin kann bei unterschiedlichem Heizungsverhalten mehrerer Verbraucher, beispielsweise Wohnungseigentümer der Wärmeübergang (Wärmeklau) zwischen benachbarten Einheiten oder Wohnungen in der Heizkostenabrechnung berücksichtigt werden.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die mit den betriebscharakteristischen Faktoren multiplizierten Wärmemengen in vorgebbaren variablen Gruppen z.
  • B. nach Wohnungseinheiten, und/oder zeitlich aufsummiert sowie nach Bedarf abgerufen werden.
  • Unabhängig von der Verrohrung der Wärmeverbraucher ist es möglich, verschiedene Verbrauchsstellen zu beliebigen Abrechnungseinheiten zu gruppieren und danach abzurechnen.
  • Dies kann auch über unterschiedliche Zeiträume hinweg erfolgen.
  • Die Erfindung schafft weiterhin die Möglichkeit Manipulationen vorzubeugen sowie Ausfälle einzelner Erfassungsgeräte festzustellen. Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß die nach dem Einregeln eines Wärmetransportsystems jeweils vorliegenden Wärmedurchflüsse untereinander und mit Normwerten verglichen und zur Optimierung des Betriebes des Wärmetransportsystems verwendet werden.
  • Gemäß der Erfindung werden zur Bestimmung der Wärmeleistungen eine Funktion der Strömungskraft und/oder eine Funktion der Temperatur eines Wärmeträgermediums an einer jeden Wärmedurchflußstelle gemssen wird und aus den so erhaltenen Werten zusammen mit Werten gespeicherter Eichkurven und der der jeweiligen Temperatur zugehörigen Dichte und spezifischen Wärme des Wärmeträgermediums die Wärmeleistungen errechnet werden. Für diese Messung können baugleiche Sensoren sowohl für Vor- als auch Rücklauf Verwendung finden die in die jeweilige Verbrauchsstelle eingehende sowie aus dieser austretende Wärmemenge getrennt erfassen. Auch die Brauchwarmwasserleistung ist mit einem baugleichen Sensor bestimmbar,wobei hier der Kaltwasserzulauf zur Heizungsanlage wie der Rücklauf bei einem Heizkörper gewertet wird. Das ausströmende Brauch- wasser entspricht in diesem Fall dem Vorlauf. Die getrennte Erfassung der Wärmemengen von Vor- und Rücklauf gestattet es, die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Daten des Wärmeträgermediums, wie spezifische Wärme oder spezifische Dichte, zu berücksichtigen. In der Wärmebilanz ist man somit nicht mehr auf eine approximative Mittelwertbildung angewiesen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich schließlich noch dadurch aus, daß die Verarbeitung der gewonnenen Meßwerte in einer Zentraleinheit vorgenommen wird. Hierdurch ist es möglich mit vergleichsweise preiswerten Sensoren die einzelnen Wärmeverbrauchsstellen in der angegebenen Weise zu überwachen und die dann notwendigen fortgeschrittenen Auswertemethoden wie auf Mikroprozessor gestützte Eichkurvenauswertung dadurch preisgünstig zu realisieren, daß die dafür erforderlichen Vorrichtungen nur einmal für alle Erfassungsgeräte gemeinsam in einer Zentraleinheit installiert sind. Damit ist es auch nicht mehr erforderlich, zur Ablesung einzelne Wohnungen oder Räume betreten zu müssen. Die Ablesung erfolgt an der Zentraleinheit, die leicht zugänglich z. B. in einem besonderen Raum eines Gebäudes untergebracht werden kann.
  • Die Erfindung ist gleichfalls auf eine Vorrichtung zur Bestimung von Strömungskraft und Temperatur eines strömenden Fluides gerichtet, die dann auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Einsatz finden kann.
  • Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet daß in dem Fluid ein elastisch verformbarer Körper angeordnet ist, auf dessen Vorder- und Rückseite jeweils eine Laufstrecke für akustische Oberflächenwellen vorgesehen ist, und daß zur Messung der Kraft die Differenz der Längenänderung von Vorder- und Rückseite und zur Messung der Temperatur die Summe der Längenänderung von Vorder- und Rückseite meßbar ist. Ein solcher Sensor ist vergleichsweise raumsparend und preiswert herzustellen. Er ist somit auch in Heizungsrohre vergleichsweise geringen Querschnitts einbaubar um dort die gewünschten Daten aufzunehmen. Diese werden dann in der oben behandelten Weise vorzugsweise an eine Zentraleinheit zur weiteren Auswertung weitergeleitet.
  • Eine alternative Vorrichtung zur Bestimmung von Kraft und/oder Temperatur eines strömenden Mediums zeichnet sich dadurch aus, daß in dem Fluid ein elastisch verformbarer Körper angeordnet ist, an dem ein optischer Wellenleiter vorgesehen ist, der bei ruhendem Fluid über eine vergleichsweise kurze Unterbrechung in zwei Wellenleiter symmetrisch einstrahlt, wobei die Wellenleiter so angeordnet sind, daß bei einer Biegung des Körpers ein Versatz zwischen dem einen und den beiden anschließenden Wellenleitern stattfindet und daß zur Messung der Temperatur ein weiteres, gleichartiges optisches Wellenleitersystem so angeordnet ist, daß durch die Krafteinwirkung kein Versatz eintritt, während eine Temperaturänderung einen solchen Versatz bewirkt und daß jeweils die Quotienten der Lichtleistungen der jeweils beiden ausgehenden Wellenleiter bestimmbar sind.
  • Durch die Quotientenbildung der Lichtleistungen der beiden ausgehenden Wellenleiter werden die Messungen unabhängig von Schwankungen der Leistungen der Lichtquelle, wie sie beispielsweise durch Alterung verursacht werden können. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung unter Verwendung von optischen Wellenleitern zeichnet sich dadurch aus, daß im Körper eine erste Ausnehmung vorgesehen ist, in der die ersten beiden symmetrischen Wellenleiter relativ zu dem ersten einstrahlenden Wellenleiter bei einer Biegung des Körpers aus- lenkbar sind, und daß eine zweite Ausnehmung vorhanden ist, in der die zweiten beiden symmetrischen Wellenleiter temperaturbedingt relativ gegenüber dem zweiten einstrahlenden Wellenleiter auslenkbar sind.
  • Zur Gewährleistung einer einfachen Austauschbarkeit des Sensorelementes und zu seinem Schutz gegenüber dem Fluid empfiehlt es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, daß der elastisch verformbare Körper kraft- und/ oder temperaturübertragend von einem Schutzgehäuse umgeben ist.
  • Zur Anpassung der Empfindlichkeit des elastisch verformbaren Körpers an den jeweiligen Massenstrom und an das Fluid selbst ist gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, daß das Schutzgehäuse einen Adaptivkörper aufweist.
  • Schließlich ist gemäß der Erfindung noch vorgesehen, daß der Körper mit Spiel und wärmeleitend zum Fluid in dem Schutzgehäuse vorgesehen ist und daß die Aus lenkung des Adaptivkörpers auf den Körper übertragbar ist. Auf diese Weise ist auch die Messung in Systemen mit vergleichsweise hohem statischen Druck möglich.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie anhand der schematischen Zeichnung. Hierbei zeigen: Fig. 1 die grundsätzliche Anordnung von Erfassungsgeräten an einem Hausheizungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 ein an einem von einem Wärmeträgermedium durchströmtem Heizungsrohr angeordnetes Erfassungsgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Bestimmung von Strömungskraft und Temperatur und Fig. 3 eine Stirnansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors zur Erfassung von Meßwerten in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV der Fig. 3; Fig. 5 die Vorverarbeitung von Meßwerten oder Signalen die mit dem Sensor gemäß Fig. 3 und 4 gewonnen wurden in Form eines Blockschaltbildes; Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Sensors zur Erfassung von Meßwerten in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6; Fig. 8 die Vorverarbeitung von Meßwerten oder Signa len, die mit dem Sensor gemäß Fig. 6 und 7 gewonnen werden in Form eines Blockschaltbildes: Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Auswertegerätes für die erfindungsgemäße Weiterverarbeitung der mit den Erfassungsgeräten gewonnenen Signale ggf. zusammen mit weiteren zuzuführenden Signalen.
  • Gemäß Fig. 1 sind sämtlich Wärmeverbraucher eines Gebäudes, beispielsweise die Heizkörper 1 sowie die Warmwasserentnahmestellen 8, mit Erfassungsgeräten 2, ver- sehen. Im vorliegenden Fall ist ein Erfassungsgerät 2 im Vorlauf des Heizkörpers 1, ein weiteres Erfassungsgerät 2 in dessen Rücklauf angeordnet, ein drittes Erfassungsgerät 2 an der Warmwasserentnahmestelle 8. Diese Erfassungsgeräte 2 sind in der Regel baugleich, was aus Kostengründen zu bevorzugen ist.
  • Mit jedem Erfassungsgerät wird die Strömungskraft und die Temperatur des an der jeweiligen Meßstelle strömenden Wärmeträgermediums oder Fluids, in der Regel Wasser, in vergleichsweise kurzen Zeitabständen von etwa 5 Sekunden bis 1 Stunde gemessen und über Leitungen 10 an ein Auswertegerät, vgl. Fig. 9, zur Weiterverarbeitung geleitet. Die Zeitabstände oder Intervalle sind in der Regel nach einer einmaligen Festlegung gleich groß. Sie können in bekannter Weise von dem Auswertegerät erzeugt werden.
  • Die Wirkungsweise eines solchen Erfassungsgerätes 2 wird in Verbindung mit Fig. 2 näher erläutert.
  • Gemäß Fig. 2 ist ein Erfassungsgerät 2 an einer Rohrleitung 16 vorgesehen, in der das Wärmeträgermedium strömt.
  • Das Erfassungsgerät 2 weist einen Sensor 18 auf, der in einer Hülse oder einem Schutzgehäuse 20 vorgesehen ist, die ihrerseits in einer Ausnehmung 22 der Rohrleitung 16 vorgesehen ist. Der Sensor 18 ist fest in der Hülse 20 angeordnet und zu diesem Zwecke im Bereich des Kopfes 24 sowie des Fußes 26 befestigt. Am Fuße der Hülse 20 tritt der Sensor aus letzterer aus und ist dort mit elektrischen oder optischen Leitungen 28 verbunden, die ihrerseits mit elektronischen Bauteilen verbunden sind, welche auf einer Platine 30 vorhanden sind. Die elektronischen Bauteile der Platine 30 sind über die Leitung 10 an das Auswertegerät angeschlossen.
  • Die Hülse 20 des Sensors 18 weist weiterhin einen Adaptivkörper 32, beispielsweise eine Stauscheibe, auf. Die in der Rohrleitung 16 herrschende Strömung beaufschlagt auf diese Weise den Sensor 18 mit einer Kraft, da dieser, wie erwähnt, mit der Hülse 20 fest verbunden ist. Wie unten in Verbindung mit den weiteren Fig. noch erläutert wird, ist der Sensor 18 imstande, aufgrund seiner Auslenkung diese Kraft und aufgrund seines guten wärmeleitenden Kontaktes über Kopf 24 und Fuß 26 mit der Hülse 20 die Temperatur der Strömung zu messen.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen eine mögliche Ausführungsform des Sensors 18, wie er in Verbindung mit der Fig. 2 erwähnt wurde. Er besteht aus einer Grundplatte oder einem Körper 34, der auf jeder Stirnseite mit je einer durchgehenden Ausnehmung 36 versehen ist. Die Ausnehmungen 36 dienen zur Aufnahme je einer Laufstrecke 38 für akustische Oberflächenwellen. Diese Laufstrecke besteht beispielsweise aus zwei Interdigitalwandlern 40 für Anregung und Empfang dieser Oberflächenwellen und einer ebenfalls in den Ausnehmungen 36 angeordneten, vorzugweise aufgedampften piezoelektrischen Schicht 42. Diese Schicht 42 besteht beispielsweise aus Cadmiumsulfid. Die Interdigitalwandler 40 sind über ebenfalls vorzugsweise aufgedampften Leitungen 44 mit Kontakten 46 im Bereich des Fußes 26 der Hülse 20 verbunden, an denen ebenfalls die Leitungen 28 angeordnet sind. Die Funktion des Sensors 18 ist in Verbindung mit der Fig. 5 näher erläutert.
  • Da die in Verbindung mit der Fig. 3 beschriebene Ausbildung des Sensors 18 auf der Vorder- und Rückseite der Grundplatte 34 vorgesehen ist, ist in Fig. 5 diese Vorder- und Rückseite jeweils gesondert dargestellt.
  • Der Sensor 18 ist, wie erwähnt, über die Leitungen 28 mit elektronische Bauteilen verbunden, die gemäß Fig. 2 auf der Platine 30 angeordnet sind. Im Schaltungselement 48 wird eine von der monentanen Länge der Laufstrecke 38 der Oberflächenwellen auf der Vorderseite des Sensors abhängige Frequenz gebildet; desgleichen im Schaltungselement 50 für die Rückseite des Sensors 18. In dem Schaltungselement 52 wird die Differenz der Frequenzen von Vorder- und Rückseite gebildet und damit ein Maß für die Biegung des Sensor gewonnen, die auf Grund der auf den Adaptivkörper 32 auftreffenden Strömungskraft eintritt.
  • Die Temperaturbestimmung erfolgt, indem mit dem Schaltungselement 54 die Summe der Frequenzen der Laufstrecken auf Vorder- und Rückseite gebildet werden und damit ein Maß für die thermische Ausdehnung des Sensors 18 gewonnen wird. Die Summen bzw. Differenzen der Frequenzen werden in Frequenzzählern 56 gezählt und als digitale Signale über die Leitungen 10 an das Auswertegerät gegeben.
  • In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Sensors 18 beschrieben, der ebenfalls einen Körper oder eine Grundplatte 34 aufweist. In der Fig. 2 ist im übrigen die Grundplatte 34 in einem Längsschnitt gezeigt. Diese Grundplatte 34 gemäß Fig. 6 weist zwei Ausnehmungen 56 und 58 auf, die die Grundplatte 34 vollständig durchsetzen. In der Ausnehmung 56 sind zwei ungleich lange Zungen 60, 61 vorgesehen. Auf der Zunge 60 ist auf der Vorder- und Rückseite jeweils ein optischer Wellenleiter 62, 63 vorgesehen, die so vergleichsweise eng zueinander angeordnet sind, daß ein weiterer Wellenleiter 64, auf der Zunge 61 angeordnet ist, einen Lichtstrahl gleichmäßig in die beiden Wellenleiter 62, 63 bei nicht ausgelengtem Sensor einstrahlt.
  • Die Ausnehmung 56 mit den Zungen 60 und 61 sind so, d.h. in der Längsrichtung, der Grundplatte 34 des Sensors 18 angeordnet, daß bei einer Auslenkung der Grundplatte, d.h. des Sensors, aus seiner Längsrichtung senkrecht zur Zeichenebene ein Versatz des Lichtleiterpaares 62, 63 gegenüber dem Lichtleiter 64 eintritt. Auf diese Weise wird über den Lichtleiter 64 eingestrahltes Licht mit unterschiedlicher Intensität von den Wellenleitern 62, 63 empfangen und zwar in Abhängigkeit von der Auslenkung. Auf diese Weise wird durch die unterschiedlich empfangenen Lichtintensitäten ein Maß für die Auslenkung des Sensors 18 und mithin für die in der Rohrleitung 16 vorherrschende Strömung gewonnen.
  • In ähnlicher Weise wird ein Maß für die Temperatur des Wärmeträgermediums gewonnen. In der Ausnehmung 58 sind wiederum zwei Zungen 65, 66 angeordnet, wobei eine Zunge, z.B. die Zunge 65 aus einem Bimetall besteht. über einen Lichtleiter 67 wird Licht eingestrahlt, welches von einem Lichtleiterpaar 68, 69 empfangen wird, welches in gleicher Weise wie das Paar 62, 63 zu beiden Seiten der Zunge 66 angeordnet ist. Die Ausnehmung 58 ist so in der Grundplatte 34 angeordnet, daß bei der Biegung kein Versatz der Lichtleiter 68, 69 gegenüber dem Lichtleiter 67 eintritt, d.h. die Ausnehmung 58 ist im wesentlichen quer in der Platte 34 vorgesehen.
  • Erfolgt nunmehr aufgrund einer Temperaturänderung des Wärmeträgermediums eine Auslenkung der Zunge 65, die, wie erwähnt, aus Bimetall gefertigt ist, so kommt es zu einem Versatz des Lichtleiterpaares 68, 69, gegenüber dem Lichtleiter 67 und zu einer gleichartigen änderung der von dem Lichtleiterpaar 68, 69 empfangenen Lichtintensitäten aus dem Lichtleiter 67. Diese Änderungen sind dann ein Maß für die Temperatur des Wärmeträgermediums. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird mittels einer Lichtquelle 70 Licht in die beiden Lichtleiter 64 und 67 eingestrahlt, von wo es, wie in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben, in die Lichtleiterpaare 62, 63 bzw. 68, 69 gelangt. Diese Lichtleiter 62, 63, 68 und 69 sind jeweils mit einem lichtempfindlichen Detektor 72 abgeschlossen, welcher die weitergeleiteten Lichtintensitäten in ein analoges, elektrisches Signal umsetzt.
  • Diese Signale werden dann in nachgeschalteten Analog/ Digital-Wandlern 74 in entsprechende Digitalsignale umgewandelt. Die zu den Lichtleiterpaaren 62, 63 bzw. 68, 69 gehörenden digitalen Signale werden weitergeleitet und gelangen in Quotientenbildner 76, deren Ausgangssignale ein Maß für den Unterschied der Lichtleistungen in den Lichtleitern 62 und 63 bzw. 86 und 69 ist und damit ein Maß für die durch die Anströmung des Sensors verursachte Biegung und für die Temperatur des Wärmeträgermediums.
  • Die gemäß Fig. 8 aus den Quotientenbildnern 76 austretenden Leitungen sind die Leitungen 10, die zum Auswertegerät führen.
  • Die elektro-optische Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 ist gemäß der dortigen Darstellung in jedem einzelnen Erfassungsgerat 2 vorgesehen. Dem gegenüber ist es aber auch möglich, eine derartige Schaltung - mit Ausnahme des Sensors 18 - in einem zentralen Auswertegerät vorzusehen, wobei dann die Lichtleiter 62, 63, 64, 67, 68 und 69 zu einem im Bereich des Auswertegerätes vorhandenen Multiplexer geleitet werden. In diesem Fall entsprechen dann die Leitungen 10 gem. Fig. 1 den Lichtleitern 62, 63, 64, 67, 68 und 69. Hinter dem Multiplexer befindet sich dann für alle Erfassungsgeräte 2 des Systems eine einzige Schaltung gemäß Fig. 8.
  • In der Fig. 9 ist die erfindungsgemäße Weiterverarbeitung der in den Erfassungsgeräten 2 gewonnenen Signale für Kraft und Temperatur näher beschrieben. Diese Signale gelangen über die Leitung 10 in ein Rechenwerk 78, wo sie mit den in Datenspeichern 80, 82 gespeicherten Kennlinien für Kraft und Temperatur so verrechnet werden, daß am Ausgang des Rechenwerks 78 in der Leitung 84 ein der gemessenen Kraft proportionales, digitales Signal vorliegt, und an der Leitung 86 ein der gemessenen Temperatur proportionales, digitales Signal.
  • Die Leitungen 84 und 86 münden in das Hauptrechenwerk 100 ein zusammen mit Leitungen 88 und 98 welche letztere die Speicher 92 und 96 bzw. 102 und 104 mit dem Hauptrechenwerk 100 verbinden. In den Speichern 92 und 94 sind die tempraturabhängigen pyhsikalischen Daten des Wäremträgermediums gespeichert, in den Speichern 102 und 104 sind die strömungstechnischen Daten und die Dauer des Zeitintervals zwischen zwei Meßwerterfassungen abgespeichert.
  • Im Hauptrechenwerk 100 wird aus den eingespeisten Daten und Signalen ein einziges Signal gebildet, welches der durch die jeweils über ein Erfassungsgerät 2 abgefragt Rohrleitung 16 fließenden Wärmemenge entspricht. Dieses Signal gelangt über eine Leitung 106 in einen Inverter-108, in dem die in den jeweiligen Rückläufen gemessenen Wärmemengen mit 1 multipliziert werden.
  • Die Verarbeitung der von den Erfassungsgeräten 2 über die Leitung 10 zum Rechenwerk 78 geleiteten Signale werden dort seriell in der beschriebenen Weise abgearbeitet.

Claims (12)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Wärmetransportüberwachung an einer oder mehrerer Wärmedurchflußstellen, dadurch gekennzeichnet, daß an praktisch jeder Wärmedurchflußstelle die ein- und/oder ausgehenden Wärmeleistungen fortlaufend in relativ kurzen Zeitintervallen gemessen und mit dem jeweiligen Zeitintervall multipliziert sowie registriert und/oder weiterverarbeitet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitspezifisch erfaßten Wärmemengen mit betriebscharakteristischen Faktoren für multivalente Wärmeversorgung, Betriebskosten, Wärmeaustausch zwischen verschiedenen Verbrauchern od. dgl., multipliziert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den betriebscharakteristischen Faktoren multiplizierten Wärmemengen in vorgebbaren variablen Gruppen und/oder zeitlich aufsummiert und nach Bedarf abgerufen werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Einregeln eines Wärmetransportsystems jeweils vorliegenden Wärmedurchflüsse untereinander und mit Normwerten verglichen und zur Optimierung des Betriebes des Wärmetransportsystems verwendet werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Wärmeleistungen eine Funktion der Strömungskraft und/oder eine Funktion der Temperatur eines Wärmeträgermediums an einer jeden Wärmedurchfluß stelle gemessen wird und aus den so erhaltenen Werten zusammen mit Werten gespeicherter Eichkurven und der der jeweiligen Temperatur zugehörigen Dichte und spezifischen Wärme des Wärmetragermediums die Wärmeleistungen verrechnet werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der Meßwerte in einer Zentraleinheit vorgenommen wird.
  7. 7. Vorrichtung zur Bestimmung von Strömungskraft und/oder Temperatur eines strömenden Fluids ggf. zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fluid ein elastisch verformbarer Körper (34) angeordnet ist, auf dessen Vorder-und Rückseite jeweils eine Laufstrecke (38) für akustische Oberflächenwellen vorgesehen ist, und daß zur Messung der Strömungskraft die Differenz der Längenänderung von Vorder- und Rückseite und zur Messung der Temperatur die Summe der Längenänderung von Vorder-und Rückseite meßbar ist.
  8. 8. Vorrichtung zur Bestimmung von Strömungskraft und/oder Temperatur eines strömenden Fluids ggf. zur Durchfüh- rung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fluid ein elastisch verformbarer Körper (34) angeordnet ist, an dem ein optischer Wellenleiter (64) vorgesehen ist, der im Falle des ruhenden Fluids über eine vergleichsweise kurze Unterbrechung in zwei optische Wellenleiter (62, 63) symmetrisch einstrahlt wobei die Wellenleiter (62, 63, 64) so angeordnet sind, daß bei einer Biegung des Körpers ein Versatz zwischen dem einen (64) und den beiden anschließenden Wellenleitern (62, 63) stattfindet und daß zur Messung der Temperatur ein weiteres, gleichartiges optisches Wellenleitersystem (67, 68, 69) so angeordnet ist, daß durch die Krafteinwirkung kein Versatz eintritt, während eine Temperaturänderung einen solchen Versatz bewirkt und daß jeweils die Quotienten der Lichtleistungen der jeweils beiden ausgehenden Wellenleiter (62, 63; 68, 69) bestimmbar sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Körper (34) eine erste Ausnehmung (56) vorgesehen ist, in der die ersten beiden symmetrischen Wellenleiter (62, 63) relativ zu dem ersten einstrahlenden Wellenleiter (64) bei einer Biegung des Körpers (34) auslenkbar sind, und daß eine zweite Ausnehmung (58) vorhanden ist, in der die zweiten beiden symmetrischen Wellenleiter (68, 69) temperaturbedingt relativ gegenüber dem zweiten einstrahlenden Wellenleiter (67) auslenkbar sind.
  10. 10.Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Körper (34) kraft- und/oder temperaturübertragend von einem Schutzgehäuse (20) umgeben ist.
  11. 11.Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (20) einen Adaptivkörper (32) aufweist.
  12. 12.Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (34) mit Spiel und wärmeleitend zum Fluid in dem Schutzgehäuse (20) vorgesehen ist und daß die Auslenkung des Adaptivkörpers (32) auf den Körper (34) übertragbar ist.
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DE4308782A1 (de) * 1993-03-19 1994-09-22 Grohe Kg Hans Sanitärelement zum Einschrauben in eine Leitung

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