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Verfahren zur Messung des Wärmeverbrauchs. Die Erfindung betrifft
ein Verfahren, um die von einem Wärmeträger, z. B. heißem Wasser, heißen Gasen u.
dgl., im Laufe einer gewissen Zeit abgegebene Wärmemenge zu messen. Das Verfahren
soll durch Anwendung auf eine Warmwasserheizung erläutert werden. Es läßt sich jedoch
auf beliebige andere Einrichtungen, deren Zweck die Wärmeübertragung ist, anwenden.
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In der beigefügten Zeichnung bedeutet i das Zuflußrohr, 2 das Abflußrohr
einer Warmwasserheizung. Das heiße Wasser in Rohr i von der Temperatur t1 habe sich
in dem Heizkörper 3 abgekühlt und ströme in dem Abflußrohr 2 mit der Temperatur
t2 und einer gewissen Geschwindigkeit v. In das Rohr .i tauche ein kleiner Hohlkörper
4., in das Rohr 2 ein gleicher Hohlkörper 5. Beide Hohlkörper sind durch eine Rohrleitung
6 miteinander verbunden, die zwei Standröhrchen 7 und 8 trägt. Die letzteren beiden
können offen oder durch ein Rohr miteinander verbunden sein. Der horizontale Teil
der Rohrleitung 6 ist als Kapillare g aus Glas oder einem anderen, den elektrischen
Strom nicht leitenden Material ausgebildet, die einen Quecksilberfaden io enthält.
Der übrige Teil der Rohrleitung und die Hohlkörper q. und 5 enthalten Glyzerin,
Öl oder eine andere Flüssigkeit, die die beiden Standröhrchen bis zu einer gewissen
Höhe füllt. In die Kapillare sind zwei Metallstiftchen ii und 12 eingelassen, die
mit einer elektrischen Leitung in Verbindung stehen. Berührt der Quecksilberfaden
die beiden Stifte, so fließt der Strom von einer Stromquelle aus über das Stiftehen
ii durch den Quecksilberfaden, durch das Stiftehen 12 zu einemLeistungszähler 13,
einem Vorschaltwiderstand 1.4, durch einen im Innern des Hohlkörpers 5 gelegenen
Heizwiderstand 15 zur Stromquelle zurück.
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Der Quecksilberfaden io wird so eingestellt, daß er das Stiftehen
12 nicht berührt, wenn im Rohr i und 2 die gleiche Temperatur herrscht. Ist jedoch
die Temperatur im Rohr i und daher auch durch Wärmeübertragung im Hohlkörper .4
höher als im Rohr 2 bzw. in dem Hohlkörper 5, so dehnt sich die Flüssigkeit in q.
aus, steigt im Standrohr 7 an und schiebt den Quecksilberfaden nach rechts, bis
er das Stiftehen 12 berührt, und so der Stromschluß hergestellt wird. Jetzt fließt
der elektrische Strom so lange durch den Heizwiderstand 15, bis die Flüssigkeit
im Hohlkörper 5 die gleiche Temperatur erlangt
hat wie die in 1.
In diesem Augenblick ist der Queck@-.ilberfaden infolge der Wärmeausdehnung in ,9
wieg er soweit nach links verschoben worden, daß der Strom wieder unterbrochen wird,
bis sich die Temperatur im Hohlkörper 5 infolge von Wärmeabgabe an die kalte Flüssigkeit
im Rohr 2 wieder so weit erniedrigt hat, daß das Spiel von neuem beginnt. In Jem
Zähler 13
wird die jeweils verbrauchte elektrische Leistung gezählt.
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Durch diese Einrichtung wird demnach der Hohlkörper 5 dauernd auf
die Temperatur t, des Zulaufwassers aufgeheizt und. die dafür benötigte Energie
gemessen. Nun kann die Wärmeabgabe Q1 eines Körpers an seine Umgebung durch die
Formel ausgedrückt werden Q, = Z ' F ' a -(t, - t_), worin Z die Zeit,
F die an der Wärmeabgabe beteiligte Oberfläche des Körpers und a die Wärmeleitungszahl
ist, die von der Ge".chwindigkeit z= des Wassers abhängig ist. Die Wärmeabgabe Q2
des Heizungskörpers 3 ist be#_,timmt durch Q_= G .(11 -"-')= Z '
f ' @' ' (tt -t@).
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tvorin G das während der Zeit Z durchströmen #e Wassergewicht, f der
Querschnitt des Rohres 2 ist. Es kann demnach bei konstanter Geschwindigkeit z,
gesetzt werden Q2=Qi'C,, worin Ci ein empirisch zu bestimmender Festwert ist.
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Die Abhängigkeit der Wärmeleitzahl u von der Geschwindigkeit z, kann
bei den in Betracht kommenden kleinen Geschwindigkeiten mit genügender Genauigkeit
durch die Formel erfaßt «erden V,= Cz (a + j' ' z'), worin C.,, ei und l)
Festwerte sind. Bei der Geschwindigkeit z- o würde demnach a= C.,-a sein. Verwendet
man also eine zweite gleiche Einrichtung wie oben beschrieben derart, daß der mit
Heizwiderstand versehene Hohlkörper in eine Erweiterung des Abflußrohres 2 taucht,
in der die Geschwindigkeit v = o herrscht, so läßt sich durch eine geeignete Schaltung
erreichen, daß bei der Leistungszählung der Betrag Qo=Z'a'(t@-t,)=Z'Ca'o(ta-t,)
in Abzug gebracht bzw. nicht mitgezählt wird. Es wird dann Qi=Z'r'(t--ti)'(C@[a+b-77]
a) = Z . F . (1a -t,) C: . b . .7,. -
Damit ist auch bei wechselnder
Geschwindigkeit des Wärmeträgers die Wärmeabgabe desselben verhältnisgleich der
Zählermessung gemacht. Nach Eichung des Zählers ist die verbrauchte Wärmemenge unmittelbar
ablesbar.
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Statt der Metallstiftchen >i1 und 12 läßt sich eine Unterbrechung
der Glaskapillare 9 durch 2 Kapillare aus Metall verwenden, an die die Stromzuführungen
angeschlossen werc'_en.
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Soll nicht die absolute Wärmemenge festgestellt werden, sondern nur
der Wärmeverbrauch mehrerer Heizstellen miteinander verglichen werden, eine Aufgabe,
die häufig in Wohnhäusern mit mehreren Mietern gestellt wird, so genügt die Verwendung
von sogenannten Zeitzählern an Stelle der Leistungszähler. Diese zahlen die Zeit,
während welcher Stromdurchfluß stattfindet.
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1n diesem Falle kann aber auch für jede Meßstelle ein in einem Wasserband
gelagerter Heizwiderstand verwendet werden, der an Stelle des Zählers 13 in den
Stromkreis geschaltet ist. Wird der Strom durch den Ouecksilberfaden eingeschaltet,
so wärmt der N\*iderstand das Wasserbad an. Aus dem Vergleich der Temperaturerhöhungen
mehrerer derartiger Wasserbäder miteinander läßt sich auf den Wärmeverbrauch der
zugehörigen Heizkörper schließen. U m eine Wärmeabgabe der Wasserbäder an die Umgebung
zu verhindern, kann jedes derselben wiederum in ein Wasserbad mit einem Heizwiderstand
gestellt werden. Durch eine Einrichtung wie oben beschrieben läßt sich die Temperatur
des äußeren Wasserbades dauernd auf der jeweiligen Höhe des inneren Wasserbades
halten, so daß letzteres gegen Wärmeverluste geschützt ist.