DE3535848A1 - Vorrichtung zum ermitteln rueckgewonnener waermeenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei industriell und im Haushalt (Schwimmbadentlüftung) oder in öf­ fentlichen Bauten (Turnhallen, Festsälen oder Museen) eingesetzten Wärmerückgewinnungseinrichtungen konnte bisher nicht festgestellt werden, wie leistungsfähig die Wärmerückgewinnungseinrichtung tat­ sächlich arbeitet, weil zwar die rechnerische Leistung der Wärme­ rückgewinnungseinrichtung angegeben war, aber diese häufig auf idealen Voraussetzungen basierenden Angaben in der Praxis nicht erreicht wurden. Speziell in den letzten 10 Jahren werden in der Klima- und Lüftungstechnik solche Wärmerückgewinnungseinrichtun­ gen mit rotierenden Wärmerückgewinnern eingesetzt. Ob diese Ein­ richtungen letztlich auch betriebswirtschaftlich arbeiten und in wel­ chem Zeitraum sie sich amortisieren können, konnte aufgrund der rein rechnerisch ermittelten Leistungsfähigkeiten nicht belegt werden. Äußere Einflüsse, wie die Verschmutzung von Filtern, wie baubeding­ te Strömungshindernisse, wie montagebedingte Leckstellen, wie stark schwankende Außenluftverhältnisse (Temperatur und Feuchtigkeit), wie mechanischer Verschleiß der einzelnen Komponenten der Wärme­ rückgewinnungseinrichtung und dgl. wirken sich jedoch in der Pra­ xis unter Umständen sehr schwerwiegend auf die tatsächliche Effi­ zienz der Wärmerückgewinnungseinrichtung aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, mit der beim Betrieb der Wärme­ rückgewinnungseinrichtung direkt Aufschluß über die zurückgewon­ nene Wärmeenergie gefunden werden kann. Dies soll auch unabhän­ gig davon möglich sein, ob die Wärmerückgewinnungseinrichtung z. B. in einer Entlüftungsanlage die Wärme aus der nach außen geführ­ ten Raumluft oder im Sommer aus der nach innen geführten warmen Außenluft abnimmt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dieser Ausbildung wird erreicht, daß die aus dem Luftstrom ent­ nommene Wärme unmittelbar beim Betrieb der Wärmerückgewinnungs­ einrichtung ermittelt, festgestellt und angezeigt werden kann. Das Ermitteln und Anzeigen der Wärmemenge erfolgt unabhängig von der theoretischen Leistungsfähigkeit der Wärmerückgewinnungseinrichtung ausschließlich in Abhängigkeit von den beim Betrieb der Wärmerück­ gewinnungseinrichtung vorliegenden Verhältnissen. Es braucht da­ bei in die Wärmerückgewinnungseinrichtung nicht baulich eingegrif­ fen zu werden, weil die einzelnen Komponenten der Vorrichtung nur auf den Luftstrom ansprechen, der die Wärmerückgewinnungseinrich­ tung durchsetzt. Innere Verluste der Wärmerückgewinnungseinrich­ tung werden dabei genauso berücksichtigt wie fremde Störeinflüsse, da sich diese insgesamt im Luftstrom bemerkbar machen. Da der Preis für die eine Wärmeeinheit bekannt ist und die Anzeigevorrich­ tung genau Aufschluß gibt, wieviel Wärme beim Betrieb der Wärme­ rückgewinnungseinrichtung eingespart worden ist, läßt sich exakt feststellen, ob die Wärmerückgewinnungseinrichtung betriebswirt­ schaftlich arbeitet und ab welchem Zeitraum sie sich amortisiert hat. Sie arbeitet zudem unabhängig von Sommer- oder Winterbetrieb, weil für das Meßergebnis die Strömungseinrichtung der Luft ohne Bedeutung ist.

Eine zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 2 hervor. Ein Hitzedrahtfühler ist ein preiswertes und leicht zu installierendes Element zur Luftgeschwindigkeitsmessung, das auf dem Prinzip ba­ siert, daß die Lufttemperatur genau anhand des sich verändernden elektrischen Widerstandes eines elektrisch erhitzten Drahtes festzu­ stellen ist. Ein Hitzedrahtfühler ist ferner relativ unempfindlich ge­ gen Verschmutzung und Feuchtigkeit.

Zweckmäßig ist ferner eine Ausführungsform gemäß Anspruch 3, weil die beiden Temperaturfühler baulich einfach in der Wärmerückge­ winnungseinrichtung untergebracht werden können und an der Zu­ luft- und Außenluftseite des Wärmetauschers exakt die Lufttempera­ turen ermitteln.

Wichtig ist ferner der Gedanke von Anspruch 4, weil damit die Vor­ richtung auf einfache Weise auf die jeweilige Konzeption der Wärme­ rückgewinnungseinrichtung einstellbar ist. Es braucht nur der Quer­ schnitt des Luftkanals ermittelt und dann im Eingabeteil gespeichert zu werden.

Eine schaltungstechnisch einfache und funktionssichere Ausführungs­ form geht weiterhin aus Anspruch 5 hervor. Das elektronische Multi­ plikations-Schaltglied ermittelt fortlaufend den tatsächlichen Luft­ durchsatz im Luftkanal.

Weiterhin ist das Merkmal von Anspruch 6 vorteilhaft, weil das elek­ tronische Vergleicherglied exakt und kontinuierlich die jeweils vor­ liegende Temperaturdifferenz ermittelt.

Ein schaltungstechnisch einfacher Aufbau wird bei der Ausführungs­ form von Anspruch 7 erreicht. Die einzelnen, den Luftdurchsatz und die Temperaturdifferenz kontinuierlich repräsentierenden Signale werden über die Multiplikations-Schalteinrichtung multipliziert, ehe der Frequenzwandler das erzeugte Signalprodukt in eine bestimmte Signalfolge umwandelt, die von der nachgeschalteten, codierten Zähl­ einrichtung exakt verarbeitet werden kann, ehe sie nach erneuter Umwandlung der Anzeigevorrichtung zugeführt wird, die dann die tatsächlichen Wärmeeinheiten anzeigt und speichert. Zweckmäßiger­ weise ist die Anzeigevorrichtung dann nach Art eines Zählers aufge­ baut, der die Wärmemenge fortlaufend aufaddiert oder derart rück­ setzbar ist, daß die bei bestimmten Betriebsverhältnissen und über eine bestimmte Zeitdauer rückgewonnene Wärmeenergie genau anzeig­ bar ist.

Für das Eingabefeld der Vorrichtung und für die Zähleinrichtung empfiehlt sich eine BCD-Codierung, weil mit dieser die einzelnen, wesentlichen Daten auf einfache Weise für die Schaltglieder übersetz­ bar sind.

Zweckmäßig ist ferner das Merkmal von Anspruch 8, weil damit die Vorrichtung automatisch in Betrieb gesetzt wird, wenn auch die Wärmerückgewinnungseinrichtung arbeitet. Besonders praktisch ist es dabei, die Vorrichtung über das Regelgerät der Wärmerückge­ winnungseinrichtung zu steuern.

In der Praxis hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, ge­ mäß Anspruch 9 vorzugehen, weil dann in der Anzeigevorrichtung sogleich die eingesparten Kilowattstunden abgelesen werden können und weil zum Ermitteln dieser Einheiten einfache und preiswerte elektronische Schaltglieder genügen.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 1 zum Feststellen der in ei­ ner Wärmerückgewinnungseinrichtung 2 zurückgewonnenen Wärmemen­ ge gezeigt, wobei letztere einen Wärmetauscher 3 in einem Gehäuse 4 enthält, durch das ein mit zwei Luftführungsstutzen 5 und 6 ge­ bildeter Luftkanal verläuft. Zur Beschleunigung des Luftstroms dient ein beispielsweise an der Außenluftseite A des Wärmetauschers 3 an­ geordnetes Gebläse 33. Alternativ könnte das Gebläse 33 auch an der Zuluftseite Z oder auch an beiden Seiten angeordnet sein. Das Gebläse 33 wird zweckmäßigerweise wie auch der Wärmetauscher 3 durch ein Regelgerät 32 gesteuert. Soll aus der Luft (Winterbetrieb) die Wärme entzogen werden, ehe sie in die Außenluft geblasen wird, so wird der Luftkanal 5, 6 in Richtung des Pfeiles 7 durchströmt. Bei Sommerbetrieb wird hingegen eine umgekehrte Luftstromrichtung (strichlinierter Pfeil 8) gewählt, um der warmen Außenluft die Wärme zu entziehen. Der Luftkanal 5, 6 hat einen Querschnitt 10.

An der Zuluftseite Z des Wärmetauschers 3 ist im Luftstrom ein Ge­ schwindigkeitsmesser 9, z. B. ein Hitzedrahtfühler angeordnet, der an die Vorrichtung 1 über eine Leitung 15 angeschlossen ist. An beiden Seiten des Wärmetauschers 3 sind im Luftkanal Temperatur­ fühler 11 und 12 angeordnet, die über Leitungen 13 und 14 eben­ falls an die Vorrichtung 1 angeschlossen sind. Die Temperaturfühler 11 und 12 können auch außerhalb der Wärmerückgewinnungseinrich­ tung 2 angeordnet sein, sofern sie dem Luftstrom unmittelbar ausge­ setzt sind.

In der Vorrichtung 1, deren Gehäuse mit 16 bezeichnet ist und das über Leitungen 17 an die Stromversorgung angschlossen ist, entwe­ der an die Tachospannung des Gebläses 33 oder einen Parallelaus­ gang des Regelgerätes 32, ist ein Eingabeteil 18 eingegliedert, das ein codiertes, vorzugsweise BCD-codiertes Eingabefeld 31 mit Tasten besitzt. In dem Eingabeteil 18 kann der Querschnitt 10 des Luftka­ nals 5, 6 eingegeben werden. Über eine Leitung 13 steht der Einga­ beteil 18 mit einem elektronischen Multiplikations-Schaltglied 20 in Verbindung, an das auch die Leitung 15 vom Geschwindigkeitsmesser 9 angeschlossen ist. Im Schaltglied 20 wird das Produkt aus der Luftgeschwindigkeit und dem Querschnitt des Luftkanals 5, 6 gebil­ det. Über eine Leitung 21 ist das Schaltglied 20 an eine weitere Multiplikations-Schalteinrichtung 22 angeschlossen, die gleichzeitig über eine Leitung 24 an ein elektronisches Vergleicherglied 19 ange­ schlossen ist, mit dem über die Leitungen 13, 14 die beiden Tempe­ raturfühler 11, 12 derart in Verbindung sind, daß das Vergleicher­ glied 19 ständig die Temperaturdifferenz in Grad Celsius ermittelt. Die Schalteinrichtung 22 kann auf diese Weise das Produkt aus dem Luftdurchsatz und der Temperaturdifferenz bilden, das über eine Leitung 25 in einem Frequenzumwandler 26 zu einer bestimmten Fre­ quenz geformt wird, die über eine Leitung 27 einem codierten Zäh­ ler 28 zugeführt wird, der zweckmäßigerweise BCD-codiert ist, und daraus unmittelbar die einzelnen Wärmeeinheiten darstellt, z. B. KWh. Der Ausgang dieses Zählers 28 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 29 mit einem Anzeigefeld 30 verbunden, in dem die insgesamt ermittelte Wärmeenergie gespeichert und fortlaufend aufaddiert wird.

Die Vorrichtung 1 könnte auch in das Gehäuse 4 der Wärmerückge­ winnungseinrichtung 2 eingegliedert sein. Zweckmäßigerweise wird aber zumindest die Anzeigevorrichtung 29 an einer Stelle in einem Gebäude angebracht, wo sie fortlaufend leicht überwacht werden kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ermitteln der gewonnenen Wärmeenergie einer Wärmerückgewinnungseinrichtung in einer lufttechnischen Anlage, in der in einem Luftkanal ein Wärmetauscher angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeitsmesser (9) für die Luftge­ schwindigkeit im Luftkanal (5, 6), eine Temperaturmeßeinrichtung (11, 12, 19) für die Lufttemperaturdifferenz zwischen beiden Seiten des Wärmetauschers (3) und ein Eingabeteil (18) für den Querschnitt des Luftkanals (5, 6) vorgesehen sind, und daß elektronische Schalt­ glieder (20, 22, 26, 28) vorgesehen und an eine Anzeigevorrichtung (29) angeschlossen sind, mit denen die gewonnene Wärmeenergie er­ mittelbar und an die Anzeigevorrichtung (29) übermittelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsmesser (9) ein Hitzedrahtfühler ist, der an der Zu­ luftseite (Z) des Wärmetauschers (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Temperaturmeßeinrichtung aus zwei Temperaturfühlern (11, 12) an der Zuluft- und an der Außenluftseite (Z, A) des Wär­ metauschers (3) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingabeteil (18) für den Luftkanalquerschnitt (10) ein codiertes, vorzugsweise ein BCD-codiertes, Eingabefeld (31) aufweist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Eingabeteil (18) und der Geschwin­ digkeitsmesser (9) an ein elektronisches Multiplikations-Schaltglied (20) angeschlossen sind, mit dem das Produkt aus der Luftgeschwin­ digkeit und dem Luftkanalquerschnitt bildbar ist.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Temperaturfühler (11, 12) an ein elektronisches Vergleicherglied (19) angeschlossen sind, mit dem die Temperaturdifferenz ermittelbar ist.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Multiplikations-Schaltglied (20) und das Vergleicherglied (19) an eine elektronische Multiplikations-Schalt­ einrichtung (22) angeschlossen sind, die über einen Frequenz-Wand­ ler (26) eine codierte, vorzugsweise eine BCD-codierte, Zähleinrich­ tung (28) ansteuert, in der die Frequenz des Frequenz-Wandlers (26) abhängig von der gewünschten Anzeigeeinheit geteilt und anschlie­ ßend der Anzeigevorrichtung (29) übermittelt wird.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß sie zur Signalstromversorgung (17) an die Tachospannung der lufttechnischen Anlage (2) bzw. deren Ge­ bläse oder an einen Parallelanschluß eines Regelgerätes (32) des Wärmetauschers (3) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftgeschwindigkeit in Meter/Sekunde, der Luftkanalquerschnitt in Quadratmeter, die Temperaturdifferenz in Grad Celsius ermittelbar und die Wärmemenge in KWh anzeigbar sind.