DE3530946C2

DE3530946C2 -

Info

Publication number: DE3530946C2
Application number: DE19853530946
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen 8000 Muenchen De Schache
Original assignee: Sameco Ing J Schache 8000 Muenchen De GmbH
Current assignee: Qundis GmbH
Priority date: 1985-08-29
Filing date: 1985-08-29
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2005-08-30
Also published as: DE3530946C3; DE3530946A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen und Anzeigen der während eines bestimmten Zeitraums an einer Zapfstelle einem Warmwasserversorgungsnetz entzogenen Warmwassermenge, mit einer Volumenmeßeinrichtung an der Zapfstelle zum Messen des an der Zapfstelle entnommenen Warmwasservolumens, mit einer Temperaturdifferenzmeßeinrichtung, die die Warmwassertemperatur des durch das Gerät fließenden Warmwassers erfaßt, wobei die zur Tem peraturdifferenz-Berechnung erforderliche Kaltwassertemperatur als fester Wert vorgegeben ist, mit einer Recheneinrichtung zum Berechnen der entnommenen Wärmemenge, im wesentlichen als Produkt des entnommenen Warmwasservolumens mit der gemessenen Temperaturdifferenz und mit einer Speicher- und Anzeigeeinheit zum Speichern und Anzeigen der entnommenen Wärmemenge.

Das Nutzwarmwasser von sog. verbundenen Anlagen, d. h. Heizungsanlagen mit zentraler Warmwasserversorgung wird bisher mit Warmwasserflügelradzählern gemessen, die mit einem mechanischen Zählwerk in Verbindung mit einem Flügelrad ausschließlich das Volumen des entnommenen Warmwassers erfassen. Dieses Ergebnis in Form von cbm wird dann zur Abrechnung der Warmwasserkosten herangezogen, ohne dabei zu berücksichtigen, mit welcher Temperatur das Wasser in der einzelnen Wohnung ausströmt. Installationsbedingt kommt es dabei zu großen Ungerechtigkeiten, da der Nutzer je nach Installation zum Teil einen erheblichen Anteil an Wasser nutzlos entnimnt, bis die gewünschte Temperatur tatsächlich austritt. In der Warmwasserkostenabrechnung wird jedoch dieser "Vorlauf" voll berechnet, wie wenn das Wasser die gewünschte Temperatur von ca. 60°C erreicht hätte. In der Mieterschaft führt dies zu laufenden Diskussionen und die Abrechnungen werden aus diesem Grunde häufig angezweifelt.

Bisher ist der Gesetzgeber und Sachverständige bei Gericht diesem Einwand nicht gefolgt, da keine Geräte am Markt bekannt sind, die diese Ungerechtigkeit verhindern.

Für geschlossene Kreisläufe, wie Heizungsanlagen und Warmwasserzirkulationsleitungen, sind Wärmemengenzähler bekannt, sowohl mechanische als auch elektronische, die mittels Vor- und Rücklauffühler in Verbindung mit dem Volumenteil die entnommene Wärme definitiv erfassen. Nicht anwendbar sind diese Geräte als Wärmemengenzähler innerhalb einer Wohnung, nachdem der Rücklauf nicht meßbar ist, da das Wasser durch den Ausguß abfließt. Im übrigen sind diese Geräte sehr teuer.

Aus der DE-OS 27 22 485 ist ein System zur elektronischen Ermittlung von Heiz- und Warmwasserkosten bekannt, welches die eingangs definierten Merkmale aufweist. Gegenüber einem derartigen zentralisierten System zur Ermittlung der Heiz- und Warmwasserkosten betrifft die Er findung Einzelgeräte, welche der jeweiligen Zapfstelle zugeordnet werden sollen.

Ausgehend von einem Gerät der eingangs definierten Art liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und zuverlässiges Gerät zu schaffen, durch welches an den Warmwasserzapfstellen entnommene Wärmemengen gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Recheneinrichtung mit der Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung an der Zapfstelle angeordnet ist, daß als Bezugsgröße zur Berechnung der Temperaturdifferenz die Grundwassertemperatur vorgegeben ist, und daß diese Bezugsgröße einstellbar ist.

Durch die Erfindung wird ein ausgesprochen kompaktes und zuverlässig arbeitendes Gerät der eingangs genannten Art geschaffen, welches anstelle der bisher bekannten "Clorius"-Zähler unmittelbar an den Zapfstellen angeordnet werden kann.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man für den vorgesehenen Zweck geeignete Wärmemengenzähler dann erhält, wenn man bei derjenigen Konzeption von Wärmemengenzählern, die für geschlossene Kreisläufe, d. h. insbesondere Heizungsanlagen, konzipiert sind, auf den Rücklauf-Temperaturfühler verzichtet und statt dessen der Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung eine feste Bezugsgröße vorgibt, die vorzugsweise der Grundwassertemperatur entspricht.

Eventuell schwankende Grundwassertemperaturen werden vom erfindungsgemäßen Wärmemengenzähler zwar nicht erfaßt, bedeuten jedoch gegenüber den Mietern keinerlei Ungerechtigkeit, da schwankende Grundwassertemperaturen alle Mieter im Hause gleich betreffen, nachdem die Versorgung der Kaltwasserzufuhr zum Boiler für alle Wohnungen die gleiche Ausgangsbasis hat. Hinzu kommt, daß die Grundwassertemperatur nur sehr unwesentlich je nach Jahreszeit zwischen 0,5 und 1,5°C schwankt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Wärme mengenzählers,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Multiplikation des Warmwasservolumens mit der Temperaturdifferenz, und

Fig. 3 eine grafische Darstellung des linearen Zusammenhangs zwischen Anzeige und entnommener Energie menge.

Der erfindungsgemäße Wärmemengenzähler dient der Ermittlung derjenigen Wärmemenge, die durch den Wasserverbrauch innerhalb eines bestimmten Zeitraumes (z. B. 1 Jahr) einem Warmwasserversorgungsnetz entnommen wird. Zu bestimmen ist demnach die Größe

wobei

Δ T = T _N - T _K
c: Proportionalitäts-Faktor
T _N: Warmwassertemperatur
T _K: Kaltwassertemperatur

ist.

Hierbei entspricht die Kaltwassertemperatur erfindungsgemäß der Grundwassertemperatur.

Sowohl die Multiplikation als auch die Integration werden vorzugsweise digital ausgeführt wegen der höheren Genauigkeit digitaler Verfahren und wegen der Möglichkeit, preisgünstige Standardbausteine einzusetzen. Der folgenden Funktionsbeschreibung liegt das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zugrunde.

Die wesentlichen Funktionen der Schaltung sind:

- Messung der Temperaturdifferenz
- Messung des Volumens
- Multiplikation
- Integration und Anzeige.

I. Messung der Temperaturdifferenz

Zur Messung der Temperaturdifferenz Δ T wird ein IC 1 ein gesetzt, der die Wassertemperatur in eine Frequenz umsetzt. Die am Meßpunkt MP 1 anstehende Freqenz ist also proportional der Temperaturdifferenz Δ T, um die die Warmwassertemperatur über der Grundwassertemperatur liegt:

f = c₁ (T _W - T _K) = c₁ Δ T

Die Kaltwassertemperatur oder Grundwassertemperatur T _K kann über ein Justierpotentiometer P 1 eingestellt werden, die Konstante c₁ hängt von der Beschaltung (R, C) des IC 1 ab. Der in der Schaltung eingesetzte Schaltkreis hat den Vorteil, daß er zwei Funktionen kombiniert: Erstens die Umwandlung der Temperaturdifferenz Δ T in eine dazu proportionale Spannung, zweitens die Umwandlung dieser Spannung in eine dazu proportionale Frequenz (U/f-Wandler). Der IC 1 arbeitet also als Temperaturfühler und U/f-Wandler. Der IC 1 ist zur korrekten Temperaturerfassung mit seinem Gehäuse in den Metallkörper des Wärmemengenzählers eingelassen.

II. Messung des Volumens

Als Maß für das Volumen wird vorzugsweise in an sich bekannter Weise die Anzahl der Umdrehungen des Flügelrades FR einer Wasseruhr benützt. Diese wird magnetisch auf einen Reedschalter RK übertragen, der im Takt der Flügelraddrehung schließt und öffnet (zwei Kontakte pro Umdrehung). Der Teiler 1 gibt nach jeweils 32 Kontakten einen Impuls ab, der die Entnahme einer Volumeneinheit dV Wassers anzeigt (Meßpunkt MP 2).

III. Multiplikation

Der vorzugsweise verwendete monostabile Multivibrator MMV 1 wird durch den Ausgangsimpuls des Teilers 1 angestoßen und erzeugt einen Impuls C konstanter Länge (vgl. Fig. 2). Dieser bewirkt zweierlei: Erstens schaltet er über den Transistorschalter S die Stromversorgung (U _B) an den IC 1. An dessen Ausgang erscheint dann eine Impulsfolge B, deren Frequenz proportional zur Temperaturdifferenz Δ T ist. Zweitens schaltet der Impuls C nach einer Verzögerungszeit, die dem IC 1 das Einschwingen erlaubt, einen weiteren monostabilen Multivibrator MMV 2 ein. Der von diesem erzeugte Impuls D öffnet das UND-Gatter (Tor) für eine feste Zeit und läßt eine Anzahl Impulse passieren, deren Frequenz proportional der Temperaturdifferenz Δ T ist. Die Anzahl der durchgelassenen Impulse entspricht der pro Volumeneinheit entnommenen Wärmemenge dW = c Δ T dV. Die Produktbildung ist damit durch einen Zählvorgang ersetzt.

IV. Integration und Anzeige

Der unter III. beschriebene Vorgang wiederholt sich bei jedem weiteren Impuls D, so daß bei Entnahme jeweils einer Volumeneinheit dV eine Anzahl von Impulsen B, die dW proportional ist, über einen Teiler 2 in einen Zähler RZ gelangt und dort aufsummiert wird. Die Konstante c₁ des IC 1, die Länge des Impulses D und die Teilfaktoren der Teiler werden so aufeinander abgestimmt, daß die entnommene Energiemenge in geeigneten Einheiten (z. B. kWh) angezeigt wird. Die Integration erfolgt also durch Summierung.

V. Auflösung, Meßfehler und Stromverbrauch

Die Schaltung ist so eingerichtet, daß pro Energieeinheit sehr viele Impulse (ca. 2¹²) gezählt werden, damit die Auflösung gut wird. Erst nach Registrierung einer vollen Energieeinheit erhält der Treibertransistor vom Teiler 2 einen kurzen Zählimpuls, der das vorzugsweise mechanische Zählwerk (Rollenzählwerk RZ) um eine Einheit weiterschaltet. Da außerdem IC 1, der die Temperaturdifferenzerfassung und die Spannungs-Frequenzwandlung besorgt, ein Präzisionsbaustein ist, wird der Gesamtmeßfehler des Gerätes im wesentlichen durch den Linearitätsfehler der Wasseruhr bestimmt.

Zur Stromersparnis laufen nur die C-MOS-Bausteine im Dauerbetrieb. IC 1, der einen verhältnismäßig großen Strom aufnimmt, wird nur bei Bedarf über den Schalter S kurz eingeschaltet. Ebenso wird das Rollenzählwerk RZ jeweils nur bei Bedarf kurzzeitig an Spannung gelegt.

VI. Kalibrierung

Durch das Schaltungsprinzip ist ein linearer Zusammenhang zwischen Anzeige und entnommener Energiemenge gegeben. Zur Kalibrierung genügt daher die Einstellung zweier Werte: Nullpunkt und Steigung der Geraden, die den Zusammenhang zwischen Anzeige und entnommener Energiemenge darstellt. (vgl. Fig. 3).

Der Nullpunkt dieser Geraden wird entsprechend der Grundwassertemperatur durch das Potentiometer P 1 eingestellt (T _k), die Steigung durch das Potentiometer P 2, das die Länge des Impulses D verändert. Wenn die durch geflossene Wassermenge genau bekannt ist, kann mit P 2 ein evtl. vorhandener Proportionalitätsfehler der Wasseruhr mitberücksichtigt werden. Diese braucht also nicht separat kalibriert zu werden, jedoch bestimmt deren Linearitätsfehler maßgeblich die erreichbare Gesamtgenauigkeit.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine besonders bevorzugte Ausführungsform, und zwar hinsichtlich sämtlicher wesentlicher Komponenten. Dem Fachmann ist jedoch ohne weiteres geläufig, daß er anstelle der bevorzugt verwendeten Komponenten auch andere Einzelkomponenten verwenden kann, beispielsweise anstelle des Flügelradzählers einen Ringkolbenzähler oder einen induktiven Durchflußmesser, anstelle des elektrischen digitalen Rechenwerkes ein mechanisches Rechenwerk, anstelle des mechanischen Rollenzählwerkes einen elektronischen Zähler mit Flüssigkristall- oder Leuchtdioden-Anzeige, als Stromversorgung anstelle der hier gewählten Batterie einen Akku oder einen Netzanschluß, anstelle der hier gewählten Warmwassertemperaturerfassung ein Bi-Metall-Thermometer usw.

Claims

Gerät zum Messen und Anzeigen der während eines bestimmten Zeitraumes an einer Zapfstelle einem Warmwasserversorgungsnetz entzogenen Warmwassermenge, mit einer Volumenmeßeinrichtung an der Zapfstelle zum Messen des an der Zapfstelle entnommenen Warmwasservolumens, mit einer Temperaturdifferenz- Meßeinrichtung, die die Warmwassertemperatur des durch das Gerät fließenden Warmwassers erfaßt, wobei die zur Temperaturdifferenz-Berechnung erforderliche Kaltwassertemperatur als fester Wert vorgegeben ist, mit einer Recheneinrichtung zum Berechnen der entnommenen Wärmemenge, im wesentlichen als Produkt des entnommenen Warmwasservolumens mit der gemessenen Temperaturdifferenz, und mit einer Speicher- und Anzeigeeinheit zum Speichern und Anzeigen der entnommenen Wärmemenge, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (MMV 1, MMV 2, IC 1, TOR) mit der Tempera turdifferenz-Meßeinrichtung (IC 1) an der Zapfstelle angeordnet ist, daß als Bezugsgröße zur Berechnung der Temperaturdifferenz (Δ T) die Grundwasser temperatur vorgegeben ist, und daß diese Bezugsgröße einstellbar ist.