NO328291B1

NO328291B1 - Method and apparatus for painting, controlling and recording the amount of energy supplied when supplying energy to a consumer

Info

Publication number: NO328291B1
Application number: NO20014974A
Authority: NO
Inventors: John Rekstad; Michaela Meir
Original assignee: Solarnor As
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2010-01-25
Also published as: NO20014974D0; EP1451505A1; NO20014974L; WO2003038343A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angir en fremgangsmåte og en anordning for måling, styring og registrering av tilført energimengde ved levering av energi til en forbruker via et varmebærende, lavtemperert sirkulasjonsmedium, for eksempel vann. Leveranse foregår via et sirkulasjonsnett for transport av sirkulasjonsmediet tur/retur i en lukket bane mellom en energileverandør og forbrukeren. The present invention specifies a method and a device for measuring, controlling and recording the supplied amount of energy when delivering energy to a consumer via a heat-bearing, low-temperature circulation medium, for example water. Delivery takes place via a circulation network for the transport of the circulation medium round trip in a closed path between an energy supplier and the consumer.

Den vanligste måten å måle energibruk på i væske- eller luftbårne varmesystemer, går ut på å bestemme temperaturendringen til det varmebærende medium som følge av energiavgivelsen, og sirkulasjonshastigheten til det varmebærende medium målt i masse pr. tidsenhet. Levert effekt er lik denne temperaturforskjellen multiplisert med sirkulasjonshastigheten og varmekapasiteten til det varmebærende medium. The most common way to measure energy use in liquid or air-borne heating systems is to determine the temperature change of the heat-carrying medium as a result of the energy release, and the circulation rate of the heat-carrying medium measured in mass per unit of time. Delivered power is equal to this temperature difference multiplied by the circulation speed and the heat capacity of the heat-carrying medium.

Denne metoden er lite egnet dersom det varmebærende medium i varmesystemet har en forholdsvis stor sirkulasjonshastighet (mengde pr. tidsenhet) og liten temperaturendring. F.eks. i vannbårne gulwarmeanlegg utgjør hele gulvflaten den varmeavgivende flate, og temperaturforskjellen mellom tur og returvannet i slike systemer kan ofte være mindre enn en grad. This method is not suitable if the heat-carrying medium in the heating system has a relatively high circulation rate (amount per unit of time) and a small temperature change. E.g. in water-borne yellow heating systems, the entire floor surface forms the heat-emitting surface, and the temperature difference between the flow and the return water in such systems can often be less than one degree.

Energimålingen benyttes gjerne til å fastlegge hva forbruker skal betale for be-nyttet varme, og dette stiller krav til nøyaktighet i beregningen. Normalt bør energimengden bestemmes med usikkerhet under 5 % for at metoden skal være egnet som grunnlag for betaling. Ved temperaturforskjell på en grad må i så fall nøyaktigheten i temperaturavlesningen være bedre enn 0.05 grader. I praksis betyr dette meget kostbar sensorteknologi og strenge måletekniske krav til plassering og organisering av temperaturmålingen. The energy measurement is often used to determine what the consumer must pay for the heat used, and this requires accuracy in the calculation. Normally, the amount of energy should be determined with an uncertainty of less than 5% for the method to be suitable as a basis for payment. In the case of a temperature difference of one degree, the accuracy of the temperature reading must then be better than 0.05 degrees. In practice, this means very expensive sensor technology and strict measurement technical requirements for the location and organization of the temperature measurement.

Nøyaktige volumstrømsmålinger er også forholdsvis komplisert. Spesielt krev-ende blir volumstrømsmålingene i anlegg der varmetilførselen reguleres med volumstrømmen, som i tilfellet med romtermostater tilkoplet termoventiler på en fordeler. Et annet hovedprinsipp for regulering av varmetilførsel er basert på temperaturstyring av vannet ved hjelp av shunt mellom tur og retur. Dette stiller enda større krav til hurtig og presis registrering av temperaturdifferens. Dessuten fordrer metoden at pumpen er plassert mellom shunten og en fordeler til gulwarmeanlegget, noe som ikke er praktisk i fellesanlegg. Accurate volume flow measurements are also relatively complicated. The volume flow measurements are particularly demanding in installations where the heat supply is regulated with the volume flow, as in the case of room thermostats connected to thermovalves on a distributor. Another main principle for regulating heat supply is based on temperature control of the water using a shunt between the return and return. This places even greater demands on fast and precise recording of temperature differences. In addition, the method requires that the pump is placed between the shunt and a distributor for the yellow heating system, which is not practical in shared systems.

Spesielt når det er mange brukere av en felles ressurs, der oppgaven blir å fordele kostnadene den enkelte skal dekke i henhold til deres forbruk, er energimåling nød-vendig. Mangelen på tilstrekkelig nøyaktige og samtidig økonomisk forsvarlige målemetoder/utstyr representerer i dag en betydelig barriere for bruk av lavtempererte varmesystemer i slike sammenhenger. Dette er uheldig, da lavtempererte varmesystemer er en viktig forutsetning for effektiv utnyttelse av energisparende teknologier (f.eks. varmepumper) og fornybare energikilder som solenergi og bioenergi. Especially when there are many users of a common resource, where the task is to distribute the costs the individual must cover according to their consumption, energy measurement is necessary. The lack of sufficiently accurate and at the same time economically sound measuring methods/equipment currently represents a significant barrier to the use of low-temperature heating systems in such contexts. This is unfortunate, as low-temperature heating systems are an important prerequisite for the efficient use of energy-saving technologies (e.g. heat pumps) and renewable energy sources such as solar energy and bioenergy.

Fra EP-A1 -0 569 739 er kjent et system for et varmeanlegg hvor en sirku-(asjonspumpe koples til og fra som funksjon av utetemperaturens avvik fra en innstilt temperatur. Videre er det fra EP-B1-0 150 671 kjent en metode for regulering av et varmeanlegg, basert bl.a. på måling av temperaturen til sirkulasjonsmediet i returledningen til et forbrukeranlegg. Metoden baseres på intermittent drift, alternativt variabel hastighet på sirkulasjonspumpen, styrt bl.a. av returtemperaturen i forhold til en fast eller variabel referansetemperatur. Denne metoden angir også en fremgangsmåte for bestemmelse av levert energi basert på telleverk på sirkulasjonspumpa som måler mengde av medium som har sirkulert i forbrukeranlegget og temperaturdifferansen mellom tilført og returnert sirkulasjonsmedium. From EP-A1 -0 569 739 is known a system for a heating system where a circulation pump is switched on and off as a function of the outside temperature's deviation from a set temperature. Furthermore, from EP-B1-0 150 671 is known a method for regulation of a heating system, based, among other things, on measuring the temperature of the circulation medium in the return line to a consumer system. The method is based on intermittent operation, alternatively variable speed of the circulation pump, controlled, among other things, by the return temperature in relation to a fixed or variable reference temperature. This method also specifies a procedure for determining delivered energy based on a counter on the circulation pump that measures the amount of medium that has circulated in the consumer facility and the temperature difference between supplied and returned circulation medium.

Regulering basert på måling av returtemperaturen synes lite egnet for anvend-else i lavtempererte varmesystemer. Disse er karakterisert ved stor væskestrøm, og derved returtemperaturer som ligger meget nær turtemperaturen til sirkulasjonsmediet i den tid dette sirkulerer. Returtemperaturen som måles ved intermittent drift, blir videre en tidsavhengig funksjon med perioder der returtemperaturen ligger nær turtemperaturen, og perioder med lavere returtemperaturer. Ved langvarig sirkulasjonsopphold (f.eks 10 minutter eller mer) vil returtemperaturen etter at sirkulasjonen starter, ligge i nærheten av temperaturen til den konstruksjonen (f.eks. gulvet), hvor varmeavgiverne i forbrukeranlegget er plassert. En enkel referansetemperatur for styring av sirkulasjonen utgjør neppe noe særlig hensiktsmessig styringsprinsipp for denne type applikasjon. Regulation based on measurement of the return temperature seems not very suitable for use in low-temperature heating systems. These are characterized by a large liquid flow, and thereby return temperatures that are very close to the flow temperature of the circulation medium during the time it circulates. The return temperature, which is measured during intermittent operation, also becomes a time-dependent function with periods where the return temperature is close to the trip temperature, and periods with lower return temperatures. In the case of long-term circulation (e.g. 10 minutes or more), the return temperature after circulation starts will be close to the temperature of the structure (e.g. the floor) where the heat emitters in the consumer system are located. A simple reference temperature for controlling the circulation is hardly a particularly appropriate control principle for this type of application.

Metodene for energimåling som refereres, er basert på måling av sirkulasjons-mengde og temperaturdifferens mellom tilført og returnert medium. Som nevnt blir dette komplisert når temperaturdifferansen blir tilstrekkelig liten. The methods for energy measurement that are referred to are based on measuring the circulation quantity and temperature difference between supplied and returned medium. As mentioned, this becomes complicated when the temperature difference becomes sufficiently small.

Det foreligger med andre ord et behov for en metode for energilevering og sjonsmedium, og der hensynet til tilfredsstillende regulering og energimåling ikke fører til at mediets temperatur må høynes i forhold til den temperatur på sirkulasjonsmediet som rent fysisk behøves for at ønsket komforttemperatur på forbruksstedet skal kunne oppfylles. In other words, there is a need for a method for energy delivery and sion medium, and where the consideration of satisfactory regulation and energy measurement does not lead to the medium's temperature having to be increased in relation to the temperature of the circulation medium that is physically required for the desired comfort temperature at the point of consumption to be able to fulfilled.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilfredsstille dette behovet, og det er derfor i henhold til et første aspekt av oppfinnelsen tilveiebrakt en fremgangsmåte for måling, styring og registrering av tilført energimengde ved levering av energi til en forbruker via et varmebærende sirkulasjonsmedium, ved bruk av et sirkulasjonsnett for transport av mediet tur/retur i en lukket bane mellom en energileverandør og forbrukeren, hvor styringen foretas ved å regulere en intermittensfaktor ved intermitterende sirkulasjon av mediet til forbrukeren, som funksjon av målte variable parametere hos forbrukeren. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at en energimengde som skal leveres tilpasset forbrukerens behov for en påfølgende tidsperiode ved lavtemperert sirkulasjon, dvs. sirkulasjon med liten differanse mellom inn- og utløpstemperatur, beregnes på basis av parametrenes måleverdier samt en kjent innløpstemperatur til forbrukeren for mediet, og beregningsresultatet benyttes både til intermittens-styringen og til registreringen av tilført energimengde. The present invention aims to satisfy this need, and therefore, according to a first aspect of the invention, a method is provided for measuring, controlling and recording the amount of energy supplied when delivering energy to a consumer via a heat-carrying circulation medium, using a circulation network for the transport of the medium round trip in a closed path between an energy supplier and the consumer, where the control is carried out by regulating an intermittency factor by intermittent circulation of the medium to the consumer, as a function of measured variable parameters at the consumer. The method according to the invention is characterized by the fact that an amount of energy to be delivered adapted to the consumer's needs for a subsequent period of time in the case of low-temperature circulation, i.e. circulation with a small difference between inlet and outlet temperature, is calculated on the basis of the measured values of the parameters as well as a known inlet temperature to the consumer for the medium, and the calculation result is used both for the intermittence control and for the registration of the supplied energy quantity.

I et andre aspekt av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning for måling, styring og registrering av tilført energimengde ved levering av energi til en forbruker via et varmebærende sirkulasjonsmedium. Anordningen er tilknyttet et sirkulasjonsnett for transport av mediet tur/retur i en lukket bane mellom en energileverandør og forbrukeren, og omfatter en reguleringsanordning innrettet for å regulere en intermittensfaktor ved intermitterende sirkulasjon av mediet til forbrukeren, samt måleranordninger for måling av variable parametere hos forbrukeren. Disse måleranordningene er tilknyttet en prosessoranordning inkludert i reguleringsanordningen for behandling av de målte parametrene. Anordningen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at prosessoranordningen er innrettet for beregning av en energimengde som skai leveres tilpasset forbrukerens behov for en påfølgende tidsperiode ved lavtemperert sirkulasjon, dvs. sirkulasjon med liten differanse mellom inn- og utløpstemperatur, på basis av en kjent innløpstemperatur til forbrukeren for mediet, og som funksjon av parametrenes måleverdier, idet reguleringsanordningen videre er innrettet for regulering på basis av den utførte beregningen av energimengde for påfølgende tidsperiode, og for registrering av den tilførte energimengden. In a second aspect of the invention, a device is provided for measuring, controlling and recording the supplied amount of energy when supplying energy to a consumer via a heat-carrying circulation medium. The device is connected to a circulation network for the round-trip transport of the medium in a closed path between an energy supplier and the consumer, and comprises a regulation device designed to regulate an intermittency factor in the case of intermittent circulation of the medium to the consumer, as well as measuring devices for measuring variable parameters at the consumer. These measuring devices are connected to a processor device included in the control device for processing the measured parameters. The device according to the invention is characterized by the fact that the processor device is designed to calculate an amount of energy to be delivered adapted to the consumer's needs for a subsequent period of time in the case of low-temperature circulation, i.e. circulation with a small difference between inlet and outlet temperature, on the basis of a known inlet temperature to the consumer for the medium , and as a function of the measured values of the parameters, as the control device is further arranged for regulation on the basis of the performed calculation of the amount of energy for the following time period, and for recording the supplied amount of energy.

Spesielle og fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de vedføyde uselvstendige patentkravene 2-10 og 12-17. Special and advantageous embodiments of the invention appear from the attached independent patent claims 2-10 and 12-17.

Den foreliggende oppfinnelse består i å utnytte de spesifikke fysiske egenska-per til lavtempererte varmeanlegg til å styre energiavgivelsen på en måte som gir mulighet til nøyaktig og vesentlig enklere energimåling enn tidligere kjente metoder. Lavtempererte varmeanlegg er karakterisert ved at store varmeflater oppvarmes. Disse flater innebærer i praksis en stor varmekapasitet, slik at tilført varme først avgis til varmeflaten, og dernest fra varmeflaten til objektet (rommet) som skal oppvarmes. Varmen som er lagret i slike distribusjonssystemer, svarer typisk til 1 til 10 timers varmeforbruk. Det betyr at om varmen avleveres kontinuerlig i et effektstyrt system, eller om den leveres i form av energipulser der oppholdet mellom pulsene er vesentlig kortere enn 1 time, vil den sekundære varmeavgivelsen fra varmeflaten til objektet ikke endre seg merkbart. The present invention consists in utilizing the specific physical properties of low-temperature heating systems to control the energy release in a way that enables accurate and significantly simpler energy measurement than previously known methods. Low-temperature heating systems are characterized by the fact that large heating surfaces are heated. In practice, these surfaces imply a large heat capacity, so that added heat is first released to the heating surface, and then from the heating surface to the object (room) to be heated. The heat stored in such distribution systems typically corresponds to 1 to 10 hours of heat consumption. This means that if the heat is delivered continuously in an effect-controlled system, or if it is delivered in the form of energy pulses where the residence time between the pulses is significantly shorter than 1 hour, the secondary heat release from the heating surface to the object will not change noticeably.

I den foreliggende oppfinnelse styres varmeavgivelsen til forbruksstedet ved å levere varmen i form av energipulser. I praksis organiseres dette slik at sensorer registrerer de parametre som er viktige for beregning av energibehovet, i forbindelse med oppvarming av bygninger er utetemperaturen og solinnstråling gjennom vinduer de viktigste parametre. Parameterverdiene leses av en prosessor som beregner behovet for varme levert innenfor et derpå følgende tidsintervall, f.eks. 15 eller 30 minutter. Temperaturen til det varmebærende medium bestemmer hvor mye energi i form av varme som avleveres pr. tidsenhet når det varmebærende medium sirkulerer med konstant hastighet gjennom varmesystemet. Basert på denne informasjonen beregner så prosessoren den nødvendige sirkulasjonstid for at riktig varmemengde skal avleveres. Metoden forutsetter at det ved innregulering av anlegget er gjort målinger av sirkulasjonshastigheten, eventuelt at sirkulasjonshastigheten er tilstrekkelig stor slik at temperaturforskjellen mellom tilført og returnerende væske er liten (f.eks. et par grader eller mindre). Innstillingen av regulatoren kan enten gjøres ut fra kjennskap til varmeavgivelse pr. flateenhet som funksjon av temperaturen til det varmebærende medium, eller en kan suksessivt innstille på grunnlag av erfaringene om sammenheng mellom væsketemperatur og romtemperatur under driften av anlegget. In the present invention, the release of heat to the point of consumption is controlled by delivering the heat in the form of energy pulses. In practice, this is organized so that sensors record the parameters that are important for calculating the energy requirement, in connection with heating buildings, the outside temperature and solar radiation through windows are the most important parameters. The parameter values are read by a processor which calculates the need for heat delivered within a subsequent time interval, e.g. 15 or 30 minutes. The temperature of the heat-carrying medium determines how much energy in the form of heat is delivered per unit of time when the heat-carrying medium circulates at a constant speed through the heating system. Based on this information, the processor then calculates the necessary circulation time for the correct amount of heat to be delivered. The method assumes that measurements of the circulation speed have been made when adjusting the system, or that the circulation speed is sufficiently large so that the temperature difference between supplied and returning liquid is small (e.g. a couple of degrees or less). The setting of the regulator can either be based on knowledge of heat output per surface unit as a function of the temperature of the heat-carrying medium, or one can successively set it on the basis of experience regarding the relationship between liquid temperature and room temperature during the operation of the plant.

I det følgende skal oppfinnelsen belyses nærmere ved gjennomgang av forskjellige aspekter og utførelsesformer av den, og det skal i denne sammenheng vises til de vedføyde tegningene, hvor In what follows, the invention will be explained in more detail by reviewing various aspects and embodiments of it, and in this context reference will be made to the attached drawings, where

Fig. 1 viser et konvensjonelt styringsarrangement for vannbåret gulvvarme, Fig. 2 viser et enkelt eksempel på et styringsarrangement i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 viser eksperimentelle temperaturvariasjoner i et gulvvarmeanlegg mont-ert i et tregulv, ved pulset energitilførsel, Fig. 4 viser måleresultater over et antall døgn for en bolig hvor intermittensfaktor er regulert i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 5 viser, på diagramform, forholdet mellom energiforbruk, bestemt ved sirkulasjonstid, og direkte målt forbruk, fremstilt som funksjon av vanntemperatur, og Fig. 1 shows a conventional control arrangement for waterborne underfloor heating, Fig. 2 shows a simple example of a control arrangement in accordance with the present invention, Fig. 3 shows experimental temperature variations in an underfloor heating system mounted in a wooden floor, with pulsed energy supply, Fig. 4 shows measurement results over a number of days for a home where the intermittency factor is regulated in accordance with the present invention, Fig. 5 shows, in diagram form, the relationship between energy consumption, determined by circulation time, and directly measured consumption, produced as a function of water temperature, and

Fig. 6 viser varmeoverføring fra vannrør til et rom. Fig. 6 shows heat transfer from water pipes to a room.

Som gjennomgående eksempel på fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen, vil det i det følgende bli fokusert på vann som varmetransporterende medium, og på oppvarming av gulv i boliger. I oppfinnelsens videste betydning skal man imidlertid ikke begrense seg til dette, andre typer sirkulasjonsmedium kan være f.eks. oljebaserte væsker eller vann med glykol-tilsetning, og "forbrukeren" som omtales i patentkravene, representerer en energimottaker eller et område for mottak av energi generelt, f.eks. vegger eller himlinger i enhver type bygning, eller mer generelt en hvilken som helst type varmeveksler-anlegg som arbeider med små temperaturforskjeller. As a general example of the method and device according to the invention, the following will focus on water as a heat-transporting medium, and on heating floors in homes. In the broadest sense of the invention, however, one should not limit oneself to this, other types of circulation medium can be e.g. oil-based liquids or water with glycol addition, and the "consumer" referred to in the patent claims represents an energy receiver or an area for receiving energy in general, e.g. walls or ceilings in any type of building, or more generally any type of heat exchanger system that works with small temperature differences.

Et gulvvarmeanlegg er et meget tregt oppvarmingssystem. Effektoverføringen gjennom gulvet er begrenset, samtidig som mye materiale skal varmes opp. Den følbare virkningen av å endre temperaturen på eller gjennomstrømningshastigheten til vannet i gulvene kommer først etter lang tid (noen timer). Anlegget må derfor styres automatisk for å kunne oppnå god og stabil temperatur og samtidig gi minimalt energiforbruk. Energiforbruket avhenger av temperaturnivået, og selv forskjeller på 2 - 3 grader, som i og for seg er komfortmessig akseptabelt, kan bety 15-20 % større eller mindre energiforbruk. Dette representerer derfor en delikat utfordring til styringsautomatikken. An underfloor heating system is a very slow heating system. The power transmission through the floor is limited, at the same time that a lot of material must be heated. The perceptible effect of changing the temperature or flow rate of the water in the floors only comes after a long time (a few hours). The plant must therefore be controlled automatically in order to achieve a good and stable temperature and at the same time provide minimal energy consumption. The energy consumption depends on the temperature level, and even differences of 2 - 3 degrees, which in and of themselves are comfortably acceptable, can mean 15-20% more or less energy consumption. This therefore represents a delicate challenge to the control automation.

Bruk av romtermostater til styring av gulvvarmeanlegg er en meget vanlig, men energimessig og faglig sett tvilsom løsning. Grunnen er at endringen av energi-tilførsel skjer først når temperaturen i rommet avviker fra det nivå som er ønskelig. På grunn av den tidligere nevnte treghet vil en slik korreksjon på grunnlag av følbar virkning komme alt for sent, og vil derfor kunne gi opphav til temperaturfluktuasjoner i rommet som ofte betyr et substansielt merforbruk av energi. Det prinsipielt riktige er Using room thermostats to control underfloor heating systems is a very common, but energy-wise and professionally questionable solution. The reason is that the change in energy supply only occurs when the temperature in the room deviates from the desired level. Due to the previously mentioned inertia, such a correction on the basis of a tangible effect will come far too late, and will therefore give rise to temperature fluctuations in the room which often means a substantial additional consumption of energy. The fundamentally correct thing is

derfor å styre anlegget på grunnlag av fremtidig energibehov. therefore to manage the plant on the basis of future energy needs.

Målinger utført over lang tid i mange forskjellige hus, viser at varmebehovet først og fremst bestemmes av utetemperaturen. Spesielt vår og høst vil også solinnstrålingen gjennom vinduer ha betydning for varmebehovet. Det er således disse ytre faktorene som vil bestemme hvor mye varme som skal tilføres for å holde en konstant og behagelig innetemperatur. I moderne hus med god isolasjon vil virkningen av temperaturendring ute komme forholdsvis lenge etter at temperaturen endrer seg. Denne forsinkelsen passer godt til tregheten i gulvvarmeanlegget. Reguleres derfor varmetilførselen i takt med svingninger i utetemperatur, vil de to forsinkelsene kompensere hverandre slik at innetemperaturen forblir konstant. Solinnstrålingen gjennom vinduer har en umiddelbar virkning på romtemperaturen, men er forholdsvis begrenset rent effektmessig. Ved å plassere en strålingsføler slik at denne registrerer strålingen før solinnfallet blir maksimalt, kan en også her oppnå informasjonen i tide til å kompensere for tregheten til gulvvarmeanlegget. Measurements carried out over a long period of time in many different houses show that the heating requirement is primarily determined by the outside temperature. Especially in spring and autumn, the solar radiation through windows will also have an impact on the heating requirement. It is thus these external factors that will determine how much heat must be added to maintain a constant and comfortable indoor temperature. In modern houses with good insulation, the effect of temperature changes outside will come relatively long after the temperature changes. This delay fits well with the slowness of the underfloor heating system. If the heat supply is therefore regulated in line with fluctuations in outside temperature, the two delays will compensate each other so that the inside temperature remains constant. The solar radiation through windows has an immediate effect on the room temperature, but is relatively limited purely in terms of effect. By placing a radiation sensor so that it registers the radiation before the sun sets at its maximum, you can also obtain the information in time to compensate for the slowness of the underfloor heating system.

Tettheten av gulvrørene og kvaliteten til eventuelle varmefordelere (i bjelkelagsgulv) har også betydning for reguleringen og derfor energiforbruket i anlegget. Det er viktig at gulvet holder en jevn og forholdsvis moderat temperatur over hele flaten (gjerne under 26 grader), og at denne temperaturen ikke er vesentlig lavere enn temperaturen i og omkring gulvrørene (god termisk kopling). Slike gulv har da en betydelig selvregulerende virkning, idet en temperaturendring på en grad eller to drastisk endrer energiavgivelsen fra gulvet. Merk imidlertid at det ikke kun er luft-temperaturen i rommet som bestemmer varmeavgivelsen, men i like stor grad temperaturen på de andre flatene (vegger og tak) i rommet. The tightness of the floor pipes and the quality of any heat distributors (in joist floors) also have an impact on the regulation and therefore the energy consumption in the facility. It is important that the floor maintains an even and relatively moderate temperature over the entire surface (preferably below 26 degrees), and that this temperature is not significantly lower than the temperature in and around the floor pipes (good thermal coupling). Such floors then have a significant self-regulating effect, as a temperature change of a degree or two drastically changes the energy release from the floor. Note, however, that it is not only the air temperature in the room that determines the heat release, but to an equal extent the temperature of the other surfaces (walls and ceiling) in the room.

Fig. 1 og fig. 2 viser to styringssystemer som begge baserer seg på å innstille varmetilførselen ut fra forventet framtidig varmebehov. Den konvensjonelle løs-ningen, se fig. 1, er å benytte en shuntventil 1, der temperaturen på vannet ut i gulvet varieres ved å blande varmt vann fra en kjel 6 og noe kjøligere returvann fra rørene 7 i gulwarmesystemet. Styringsenheten 2 bestemmer riktig temperatur ved hjelp av en utvendig plassert temperaturføler 3, og programmeres til en bestemt funksjonell Fig. 1 and fig. 2 shows two control systems, both of which are based on setting the heat supply based on expected future heat demand. The conventional solution, see fig. 1, is to use a shunt valve 1, where the temperature of the water out into the floor is varied by mixing hot water from a boiler 6 and somewhat cooler return water from the pipes 7 in the yellow heating system. The control unit 2 determines the correct temperature using an externally placed temperature sensor 3, and is programmed to a specific functional

sammenheng mellom vanntemperatur og utetemperatur som passer for den aktuelle bygning. relationship between water temperature and outside temperature that is suitable for the building in question.

Shuntventilen 1 er tilkoplet en motor som sørger for det til enhver tid ønskede blandingsforhold mellom tur- og returvann. Dette registreres ved hjelp av en temperaturføler 4 på røret etter ventilen 1. Sirkulasjonspumpa 5 arbeider kontinuerlig The shunt valve 1 is connected to a motor which ensures the desired mixing ratio between flow and return water at all times. This is recorded using a temperature sensor 4 on the pipe after the valve 1. The circulation pump 5 works continuously

i dette systemet. in this system.

Fig. 2 viser et enkelt eksempel på en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Dette er et forenklet system, der tilførselen av varme til gulvene reguleres ved driften av selve pumpa 5. På samme måte som for shuntsystemet bestemmes varmebehovet ut fra utetemperatur, som måles med temperaturføler 3, og eventuelt også på grunnlag av solinnstråling gjennom vinduer. Den beregnede varmemengden som er nødvendig for et nærmere bestemt tidsrom, f.eks. 15 min., tilføres så gulvet ved å begrense sirkulasjonstiden. Beregningen av riktig sirkulasjonstid baseres, på samme måte som for shunt-systemet, på den aktuelle vanntemperatur. Vanntemperaturen måles med en føler 4. Høy vanntemperatur betyr kort sirkulasjonstid. Fra et styringsteknisk synspunkt er de to omtalte styringsmetodene likeverdige, men systemet ifølge oppfinnelsen har den fordel at pumpetiden begrenses, slik at elektrisitetsforbuket blir mindre. Det er også vesentlig rimeligere rent installasjonsmessig. Fig. 2 shows a simple example of an embodiment of the present invention. This is a simplified system, where the supply of heat to the floors is regulated by the operation of the pump itself 5. In the same way as for the shunt system, the heat demand is determined based on the outside temperature, which is measured with temperature sensor 3, and possibly also on the basis of solar radiation through windows. The calculated amount of heat that is needed for a specific period of time, e.g. 15 min., then supplied to the floor by limiting the circulation time. The calculation of the correct circulation time is based, in the same way as for the shunt system, on the relevant water temperature. The water temperature is measured with a sensor 4. High water temperature means short circulation time. From a control technical point of view, the two mentioned control methods are equivalent, but the system according to the invention has the advantage that the pumping time is limited, so that the consumption of electricity is reduced. It is also significantly less expensive in terms of installation.

Siden systemet ifølge oppfinnelsen representerer en ny og uvant styringsmet-ode, vil vi i det følgende beskrive i større detalj hvordan systemet virker, og mulig-hetene det gir til å kombinere styring og energimåling for lavtempererte varmesystemer: Since the system according to the invention represents a new and unfamiliar control method, in the following we will describe in greater detail how the system works, and the possibilities it provides for combining control and energy measurement for low-temperature heating systems:

VARMEOVERFØRING VED IKKE-KONTINUERLIG VANNSIRKULASJON HEAT TRANSFER BY NON-CONTINUOUS WATER CIRCULATION

Et naturlig spørsmål ved ikke-kontinuerlig varmetilførsel til gulvet, er om gulvtemperaturen derved vil svinge, og således gi et uakseptabelt inneklima. For å kunne belyse denne problemstillingen, vil vi se nærmere på typiske gulvkonstruksjoner. Gulvvarme benyttes både i støpte gulv og i trebjelkelag. Spesielt for et betonggulv, men også i trebjelkelag er det en betydelig masse som blir varmet opp. Varmekapasiteten til betonggulvet er typisk 40 Wh/(m<2>K), og for bjelkelagsgulvet ca. 10 Wh/(m<2>K). Sammenliknet med varmeoverføringen gjennom gulvflaten, som maksimalt blir 60 W/m<2>, betyr denne varmelagringsevnen en meget konstant temperatur innefor de tidsintervaller som er aktuelle. Virkningen av temperaturutjevningen illustreres i fig. 3, som gjelder et alminnelig bjelkelagsgulv der gulvrørene er utstyrt med varmespredere i aluminium: Øverst i figuren vises tur- og returtemperatur for vannet, som funksjon av tid. Derunder vises temperatur-tidsutviklingen for en varmespredningsplate, og nederst i figuren vises gulvoverflatens og romluftens temperaturer. A natural question about non-continuous heat supply to the floor is whether the floor temperature will fluctuate as a result, and thus create an unacceptable indoor climate. In order to be able to shed light on this problem, we will take a closer look at typical floor constructions. Underfloor heating is used both in cast floors and in wooden beam layers. Especially for a concrete floor, but also in wooden beam layers, there is a significant mass that is heated. The heat capacity of the concrete floor is typically 40 Wh/(m<2>K), and for the joist floor approx. 10 Wh/(m<2>K). Compared to the heat transfer through the floor surface, which is a maximum of 60 W/m<2>, this heat storage capacity means a very constant temperature within the relevant time intervals. The effect of the temperature equalization is illustrated in fig. 3, which applies to an ordinary joist floor where the floor pipes are equipped with aluminum heat spreaders: At the top of the figure, the return temperature for the water is shown as a function of time. Below that, the temperature-time development for a heat spreader plate is shown, and at the bottom of the figure, the temperatures of the floor surface and the room air are shown.

Det fremgår hvordan en varierende temperatur på sirkulasjonsvannet utjevnes gjennom konstruksjonen. Temperaturvariasjonen, som i utgangspunktet var ca. 5 grader i 15 minutters sykler, er allerede i varmespredningsplaten redusert til under 2 grader. Overflaten til gulvet holder en helt konstant temperatur, det samme gjelder romtemperaturen. En ser altså her at en puls-syklus på 15 minutter ikke gir målbar variasjon i temperatur for gulvoverflate og rom. Gulvet som varmekilde er altså ikke påvirket av om varmen kommer i porsjoner, eller ved kontinuerlig tilførsel. It is clear how a varying temperature of the circulating water is equalized through the construction. The temperature variation, which was initially approx. 5 degrees in 15-minute cycles, is already reduced to less than 2 degrees in the heat spreader plate. The surface of the floor maintains a completely constant temperature, as does the room temperature. One can see here that a pulse cycle of 15 minutes does not produce a measurable variation in temperature for the floor surface and room. The floor as a heat source is therefore not affected by whether the heat comes in portions or by continuous supply.

Som tidligere nevnt, avhenger varmebehovet i en bolig først og fremst av utetemperaturen, som derved representerer den viktigste styringsparameteren for et lavtemperatur-oppvarmingssystem. Når det således tas hensyn til utetemperatur-variasjoner som måles, ved beregningen av puls-syklus for et slikt oppvarmingssystem, skal det kunne oppnås stabil komfort-temperatur på gulvoverflate og i et rom. I Fig. 4 vises måleresultater fra en villa i Lørenskog, Norge med gulvvarme som eneste oppvarmings-kilde. Varmen hentes fra et varmelager hvor temperaturen kan variere. Varmelagerets temperatur er også temperaturen til vannet inn i gulvet, som vist øverst på figuren. Utetemperaturen i måleperioden, vist nederst, varierer fra +6 °C til -20 °C. Innetemperatur er målt i to rom med henholdsvis bjelkelagsgulv og støpt dekke, vist i midten av figuren. As previously mentioned, the heat demand in a home depends primarily on the outside temperature, which thereby represents the most important control parameter for a low-temperature heating system. When outside temperature variations that are measured are taken into account when calculating the pulse cycle for such a heating system, it must be possible to achieve a stable comfort temperature on the floor surface and in a room. Fig. 4 shows measurement results from a villa in Lørenskog, Norway with underfloor heating as the only heating source. The heat is obtained from a heat store where the temperature can vary. The temperature of the heat storage is also the temperature of the water entering the floor, as shown at the top of the figure. The outside temperature during the measurement period, shown at the bottom, varies from +6 °C to -20 °C. Indoor temperature has been measured in two rooms with joist floors and cast roofs respectively, shown in the middle of the figure.

Figuren viser at romtemperaturen holdes meget stabil, selv med mer enn 25° variasjon i utetemperatur og med variasjon i det tilførte vannets temperatur. På grunn av høy isolasjonsstandard og temperaturopplevelsen ved strålevarme ligger komforttemperaturen i underkant av 20 °C, og styringen sørger for meget god temp-eraturstabilitet kombinert med lavt energiforbruk. The figure shows that the room temperature is kept very stable, even with more than a 25° variation in outside temperature and with variation in the supplied water temperature. Due to the high insulation standard and the temperature experience of radiant heating, the comfort temperature is just under 20 °C, and the control ensures very good temperature stability combined with low energy consumption.

MÅLING AV ENERGIFORBRUK MEASUREMENT OF ENERGY CONSUMPTION

Energiforbruket i lavtempererte, vannbårne varmesystemer er ofte vanskelig å måle. Hovedårsaken er at ved den konvensjonelle metoden basert på å bestemme energiforbruket ved måling av væskestrøm og temperaturdifferens mellom tur- og returvann, blir usikkerheten stor på grunn av at temperaturdifferansen ofte bare er brøkdelen av en grad. The energy consumption in low-temperature, water-borne heating systems is often difficult to measure. The main reason is that with the conventional method based on determining the energy consumption by measuring liquid flow and temperature difference between return and return water, the uncertainty is large due to the fact that the temperature difference is often only a fraction of a degree.

Energimålinger er viktige, spesielt i store anlegg med flere brukere tilknyttet samme energikilde eller system, fordi energikostnadene bør fordeles etter forbruket til den enkelte bruker. Mangelen på akseptabelt måleutstyr har vært en barriere mot bruken av lavtempererte varmesystemer i slike fellesanlegg. Energy measurements are important, especially in large facilities with several users connected to the same energy source or system, because the energy costs should be distributed according to the consumption of the individual user. The lack of acceptable measuring equipment has been a barrier to the use of low-temperature heating systems in such communal facilities.

Foreliggende oppfinnelse åpner for en ny måte å bestemme energiforbruket pa. The present invention opens up a new way of determining energy consumption.

Sirkulasjonstiden for vannet bestemmer varmeoverføringen, og den blir samtidig et mål for energiforbruket. Dersom flere brukere er knyttet til samme system, og anleggene er riktig innregulert, vil sirkulasjonstiden i hvert enkelt anlegg gi et godt mål for den relative energibruken i hvert av anleggene. Derved kan de totale energikostnader fordeles mellom de enkelte brukere av hvert av anleggene, i henhold til deres individuelle forbruk. The circulation time of the water determines the heat transfer, and it also becomes a measure of energy consumption. If several users are connected to the same system, and the facilities are properly regulated, the circulation time in each individual facility will provide a good measure of the relative energy use in each of the facilities. Thereby, the total energy costs can be distributed between the individual users of each of the facilities, according to their individual consumption.

Fig. 5 viser preliminære resultater av energimåling basert på sirkulasjonstiden Fig. 5 shows preliminary results of energy measurement based on the circulation time

i et konkret anlegg. Figuren viser forholdet Q mellom energi levert til gulvvarmeanlegget pr. døgn, bestemt ved måling av sirkulasjonstid og slik dette registreres i styringsenheten, og målt, tilført elektrisk energi (i et tilfelle hvor systemet ikke får annen energitilførsel enn elektrisitet), plottet som funksjon av tilførselsvannets temperatur. in a specific facility. The figure shows the ratio Q between energy delivered to the underfloor heating system per day, determined by measuring circulation time and as this is registered in the control unit, and measured, supplied electrical energy (in a case where the system receives no other energy supply than electricity), plotted as a function of the supply water temperature.

De to målingene gir tilfredsstillende overensstemmelse, dvs. man ser at forholdet Q ligger nær 1. Det fremgår av figuren at det absolutte energiforbruk på denne måten vil kunne bestemmes med en presisjon på ca 10-12 %. The two measurements give satisfactory agreement, i.e. you see that the ratio Q is close to 1. It is clear from the figure that the absolute energy consumption can be determined in this way with a precision of approx. 10-12%.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen er fordelaktige ved bestemmelse av det relative energiforbruket til flere brukere tilknyttet et felles varmeanlegg. Her vil temperaturen til det varmebærende medium som tilføres hver enkelt bruker, være tilnærmet den samme. Forutsatt at distribusjonssystemene teknisk sett er tilnærmet like, vil avgitt varme pr. tidsenhet være proporsjonal med arealet til heteflaten, dvs. det oppvarmede gulvareal i tilfellet med vannbåren gulvvarme. Energikarakteristikken til hvert enkelt distribusjonssystem vil således kunne bestemmes ved at det ved innreguleringen av anlegget måles sirkulasjonshastighet for hver enkelt forbruker. Siden det i slike anlegg gjerne er en felles sirkulasjons-pumpe for hele anlegget, vil tilførselen av varmebærende medium til den enkelte forbruker, kunne reguleres ved hjelp av en motorstyrt eller termisk styrt ventil som er koplet til temperaturstyrer/energimåler hos hver enkelt forbruker. Metoden gjør det følgelig mulig å fordele det samlede energiforbruket i anlegget på de enkelte brukere i henhold til deres relative energiforbruk. The method and device according to the invention are advantageous when determining the relative energy consumption of several users associated with a common heating system. Here, the temperature of the heat-carrying medium supplied to each individual user will be approximately the same. Provided that the distribution systems are technically approximately the same, the heat emitted per time unit be proportional to the area of the hot surface, i.e. the heated floor area in the case of waterborne underfloor heating. The energy characteristics of each individual distribution system can thus be determined by measuring the circulation speed for each individual consumer when the system is adjusted. Since in such facilities there is often a common circulation pump for the entire facility, the supply of heat-carrying medium to the individual consumer can be regulated by means of a motor-controlled or thermally controlled valve which is connected to the temperature controller/energy meter of each individual consumer. The method consequently makes it possible to distribute the overall energy consumption in the facility to the individual users according to their relative energy consumption.

Bestemmelse av det relative energiforbruket kan skje på flere måter: Determining the relative energy consumption can be done in several ways:

i) Det foreliggende system baserer seg altså på at energibehovet beregnes før energien avleveres, og at energien deretter avgis i henhold til det beregnede behovet. Energimålingen kan derved i enkleste utforming bestå i å summere de beregnede energimengder og addere dette i et register tilknyttet prosessoren. i) The present system is therefore based on the fact that the energy requirement is calculated before the energy is delivered, and that the energy is then delivered according to the calculated need. The energy measurement can therefore in its simplest form consist of summing the calculated energy quantities and adding this in a register connected to the processor.

ii) En kan også på uavhengig måte måle at den energien som er beregnet tilført distribusjonssystemet, faktisk blir avlevert. Dette gjøres ved å måle den faktiske sirkulasjonstiden, og temperaturen til det varmebærende medium. Det eksisterer en funksjonell sammenheng mellom den energimengde som avleveres innenfor en syklus og følgende parametere; temperaturen til varmebæreren som tilføres distribusjonssystemet, sirkulasjonstiden, stillstandstiden og varmeoverførings-koeffisienten. Sistnevnte er bestemt av den konstruktive utformingen av distribusjonssystemet. Dersom dimensjonene på rørene som fører det varmebærende medium er meget små, vil varmemengden som avleveres ved stillstand være neglisjerbar. Den faktisk avleverte energi blir da direkte proporsjonal med sirkulasjonstiden og temperaturdifferansen mellom températuren på tilført varmebærer og en temperatur som er representativ for den konstruktive utformingen av distribusjonssystemet. ii) One can also independently measure that the energy that is calculated to be supplied to the distribution system is actually delivered. This is done by measuring the actual circulation time and the temperature of the heat-carrying medium. There is a functional relationship between the amount of energy delivered within a cycle and the following parameters; the temperature of the heat carrier supplied to the distribution system, the circulation time, the standstill time and the heat transfer coefficient. The latter is determined by the constructive design of the distribution system. If the dimensions of the pipes carrying the heat-carrying medium are very small, the amount of heat delivered at standstill will be negligible. The energy actually delivered is then directly proportional to the circulation time and the temperature difference between the temperature of the added heat carrier and a temperature that is representative of the constructive design of the distribution system.

I praksis vil dimensjonene på rørene i distribusjonssystemet være så store at varmen som avleveres ved stillstand, representerer et signifikant bidrag til den samlede avleverte energimengde. Varmen avlevert ved stillstand er funksjonelt avhengig av antallet stillstandsperioder, varigheten av stillstandsperioden, temperaturen til varmebæreren og varmeoverføringskoeffisienten. In practice, the dimensions of the pipes in the distribution system will be so large that the heat delivered at standstill represents a significant contribution to the total amount of energy delivered. The heat delivered at standstill is functionally dependent on the number of standstill periods, the duration of the standstill period, the temperature of the heat carrier and the heat transfer coefficient.

iii) En kan også måle temperaturen til det varmebærende medium når det kommer tilbake etter at varmen er avlevert i distribusjonssystemet. Temperaturen vil endre seg med tiden, og temperaturvariasjonen viser et karakteristisk forløp som bærer informasjon om avlevert varmemengde. Straks sirkulasjonen starter, vil, så lenge det medium som passerer temperaturføleren, har oppholdt seg på grunn av stillstand en tid inne i distribusjonssystemet, temperaturen som måles, være tilnærmet lik distribusjonssystemets temperatur. Etter en viss tid er dette medium drevet ut, og en vil registrere en temperaturøkning karakterisert ved den iii) One can also measure the temperature of the heat-carrying medium when it returns after the heat has been delivered in the distribution system. The temperature will change with time, and the temperature variation shows a characteristic course that carries information about the delivered amount of heat. As soon as the circulation starts, as long as the medium that passes the temperature sensor has stayed inside the distribution system for some time due to standstill, the temperature that is measured will be approximately equal to the temperature of the distribution system. After a certain time, this medium is driven out, and one will register a temperature increase characterized by it

varmemengden som avgis fra mediet når det sirkulerer gjennom distribusjonssystemet. Temperaturen vil nærme seg asymptotisk en grenseverdi som ligger noe lavere enn temperaturen til det varmebærende medium før det sendes inn i distribusjonssystemet. Denne temperaturendringen registreres med bare en temperaturføler, og en er således ikke avhengig av å bestemme temperaturdifferens målt med to følere med begrenset absolutt nøyaktighet. the amount of heat emitted from the medium as it circulates through the distribution system. The temperature will asymptotically approach a limit value that is somewhat lower than the temperature of the heat-carrying medium before it is sent into the distribution system. This temperature change is registered with only one temperature sensor, and one is thus not dependent on determining the temperature difference measured with two sensors with limited absolute accuracy.

En kan også måle det absolutte energiforbruket ved først å bestemme sammenhengen mellom temperaturen på væsken i distribusjonssystemet og avgitt effekt pr. arealenhet i den foreliggende anleggsutforming. Ulike konstruksjoner for lavtemperert varmeavgivelse har karakteristiske varmeovergangstall. Disse varmeovergangstallene kan bestemmes eksperimentelt for aktuelle konstruksjonstyper. You can also measure the absolute energy consumption by first determining the relationship between the temperature of the liquid in the distribution system and the power delivered per area unit in the present facility design. Different constructions for low-temperature heat release have characteristic heat transfer rates. These heat transfer figures can be determined experimentally for relevant construction types.

I forbindelse med de ovennevnte energimålemetodene for lavtempererte varmeanlegg, skal det nå ses nærmere på visse grunnleggende begreper og teoretiske utledninger av sentral betydning når det gjelder forståelsen av foreliggende oppfinnelse: a) Lavtempererte varmeanlegg med energileveranse regulert i henhold til oppfinnelsen I et ideelt lavtemperert varmeanlegg er temperaturen til vannet som tilføres brukerstedet, lavest mulig. Av dette følger at volumstrømmen bør være størst mulig (større enn i konvensjonelle gulvvarmeanlegg), og at varmeoverføringen fra det varmebærende vannet til rommet er maksimal. Disse idealiserte krav kan tilnærmes med at temperaturdifferansen for vannet ved å passere forbruksstedet er lik null, og at temperaturen i gulvet holder seg stabil og tilnærmet lik den konstante romtemperaturen. Under disse forutsetninger vil tilført effekt kunne uttrykkes ved In connection with the above-mentioned energy measurement methods for low-temperature heating systems, a closer look must now be given to certain basic terms and theoretical derivations of central importance in terms of the understanding of the present invention: a) Low-temperature heating systems with energy delivery regulated according to the invention In an ideal low-temperature heating system, the temperature of the water supplied to the user site, as low as possible. It follows from this that the volume flow should be as large as possible (greater than in conventional underfloor heating systems), and that the heat transfer from the heat-carrying water to the room is maximum. These idealized requirements can be approximated by the fact that the temperature difference for the water when passing the point of consumption is equal to zero, and that the temperature in the floor remains stable and approximately equal to the constant room temperature. Under these assumptions, added effect can be expressed by

der A er arealet til gulvet og UVg spesifikk varmeoverføringskoeffisient pr. arealenhet. where A is the area of the floor and UVg specific heat transfer coefficient per area unit.

For at dette skal gi riktig temperatur i rommet, må vanntemperaturen Tv om-hyggelig styres av det momentane effektbehovet. Dersom imidlertid varmekapasiteten til vannet i røret er neglisjerbar, kan energitilførselen reguleres med sirkulasjonstiden for vannet. Vi innfører en gangtidsparameter d (duty factor, intermittensfaktor) som angir hvor stor andel av et tidsintervall t vannet sirkulerer i varmesystemet. In order for this to provide the correct temperature in the room, the water temperature Tv must be carefully controlled by the instantaneous power demand. If, however, the heat capacity of the water in the pipe is negligible, the energy supply can be regulated with the circulation time for the water. We introduce a running time parameter d (duty factor, intermittence factor) which indicates how large a proportion of a time interval t the water circulates in the heating system.

Derved kan tilført energimengde pr. tidsintervall t styres ved å variere d. Tilsvarende vil avlevert energi kunne måles med samme parameter d og temperaturen Tv til vannet. Thereby, added amount of energy per time interval t is controlled by varying d. Correspondingly, delivered energy can be measured with the same parameter d and the temperature Tv of the water.

Disse ideelle krav kan vanskelig realiseres i praksis. Det er en varmemotstand mellom gulvet og rommet som gjør at gulv/temperaturen også varierer. Videre representerer vannet i røret en ikke neglisjerbar varmekapasitet, tilsvarende også for gulvet. Samlet fører disse effekter til at uttrykket (2) må modifiseres, og vi skal her se nærmere på hvordan de ulike effektene virker inn på energimålingen. These ideal requirements can hardly be realized in practice. There is a thermal resistance between the floor and the room, which means that the floor/temperature also varies. Furthermore, the water in the pipe represents a non-negligible heat capacity, correspondingly also for the floor. Collectively, these effects lead to expression (2) having to be modified, and here we will take a closer look at how the various effects affect the energy measurement.

b) Varmeovergangen fra vann til rom b) The heat transfer from water to room

Det har betydning for funksjonen hvor effektivt varmen kan ledes fra vannet i It is important for the function how efficiently the heat can be conducted from the water in

røret og ut i rommet. Situasjonen er beskrevet i figur 6, og vi skal her se nærmere på hvordan dette virker inn på energimålingen. I figuren er Tv, Tg og TR henholdsvis vanntemperatur, gulvtemperatur og romtemperatur. Varmeovergangstallene Uvg og Ugr gjelder for varmeovergang fra henholdsvis vann til gulv, og fra gulv til rom. Pi og P2 er effektstrømmene, og Cg er varmekapasiteten til gulvet. the tube and out into the room. The situation is described in Figure 6, and here we will take a closer look at how this affects the energy measurement. In the figure, Tv, Tg and TR are water temperature, floor temperature and room temperature respectively. The heat transfer figures Uvg and Ugr apply to heat transfer from water to floor and from floor to room, respectively. Pi and P2 are the power flows, and Cg is the heating capacity of the floor.

Varmeoverføringen fra vannet i røret og til gulvet er beskrevet ved hjelp av følgende differensiallikning, som kan løses eksakt. The heat transfer from the water in the pipe and to the floor is described using the following differential equation, which can be solved exactly.

For vårt formål er det nok å drøfte de ulike grensebetingelser. For our purposes, it is enough to discuss the various boundary conditions.

Dersom varmeoverføringstallet Ugr mellom gulv og rom er vesentlig høyere enn tallet UVg, mellom rør og gulv, vil gulvtemperaturen ligge nær romtemperaturen, og temperaturdifferansen mellom rør og gulv vil variere i takt med vanntemperaturen. Dersom derimot varmeoverføringen mellom gulv og rom er dårligere enn mellom rør og gulv, vil førstnevnte representere en barriere som medfører at temperaturdifferansen mellom gulv og rør blir forholdsvis konstant, selv om vanntemperaturen varierer. If the heat transfer number Ugr between floor and room is significantly higher than the number UVg, between pipe and floor, the floor temperature will be close to the room temperature, and the temperature difference between pipe and floor will vary in line with the water temperature. If, on the other hand, the heat transfer between floor and room is worse than between pipe and floor, the former will represent a barrier which causes the temperature difference between floor and pipe to be relatively constant, even if the water temperature varies.

Virkningen av en varierende vanntemperatur vil avhenge av varmekapasiteten til gulvet. Stor varmekapasitet innebærer at gulvtemperaturen utjevner fluktuasjoner i vanntemperaturen, og temperaturdifferansen mellom vann og gulv varierer i takt med vanntemperaturen. The effect of a varying water temperature will depend on the heating capacity of the floor. Large heating capacity means that the floor temperature evens out fluctuations in the water temperature, and the temperature difference between water and floor varies in step with the water temperature.

c) Virkningen av periodevis sirkulasjon c) The effect of periodic circulation

Varmeoverføringen ved periodevis sirkulasjon kan uttrykkes som summen av The heat transfer by periodic circulation can be expressed as the sum of

den varmemengde som overføres under sirkulasjonstiden t0d, betegnet q<j, og den varmemengde som overføres som følge av at vannet står stille i røret, betegnet qsthe amount of heat that is transferred during the circulation time t0d, denoted q<j, and the amount of heat that is transferred as a result of the water standing still in the pipe, denoted qs

Første ledd svarer til likning (2), der vi har multiplisert med gangtiden tod. To effekter bidrar til andre ledd. Ved periodevis sirkulasjon blir varmt vann stående i gulvrørene og avgi varme. Under stillstanden vil dessuten temperaturen synke i gulv-massen som rørene vekselvirker med, siden gulvet avgir mer varme enn det får tilført gjennom røret. Følgen blir at når varmt vann igjen begynner å sirkulere i røret, vil gulvmassens temperatur en stund være lavere enn om sirkulasjonen foregikk kontinuerlig. The first term corresponds to equation (2), where we have multiplied by the walking time tod. Two effects contribute to the second term. With periodic circulation, hot water remains in the floor pipes and emits heat. During standstill, the temperature will also drop in the floor mass with which the pipes interact, since the floor emits more heat than is supplied through the pipe. The consequence is that when hot water starts to circulate in the pipe again, the temperature of the floor mass will be lower for a while than if the circulation took place continuously.

De to ovennevnte energibidragene til qs kan beregnes teoretisk. Det enkleste tilfelle er når gulvets varmekapasitet er tilstrekkelig stor til at vi kan se bort fra endringene i gulvmassens temperatur. The two above-mentioned energy contributions to qs can be calculated theoretically. The simplest case is when the floor's heat capacity is sufficiently large that we can ignore the changes in the temperature of the floor mass.

Avgitt effekt fra vannet under stillstand blir da Output power from the water during standstill is then

Setter vi Tv - Tg = T og antar Tg = konstant, vil dTv = dT. If we set Tv - Tg = T and assume Tg = constant, dTv = dT.

PA = - Cv dT/dt = UVgT med løsning PA = - Cv dT/dt = UVgT with solution

Ser vi på en syklus med varighet to og en intermittensfaktor (relativ gangtid) på d, blir tiden som varmeavgivelsen foregår i under stillstand, lik to(1-d). Vi innfører dette i uttrykket (6) og finner If we look at a cycle with a duration of two and an intermittence factor (relative running time) of d, the time during which the heat release takes place during standstill is equal to two(1-d). We introduce this into the expression (6) and find

Dersom gulvets varmekapasitet er slik at gulvmassens temperatur synker signifikant under stillstandsperioden, vil dette både øke den varmemengde som vannet i røret avgir under stillstanden og føre til en høyere varmeavgivelse når sirkulasjonen starter etter stillstanden. If the heat capacity of the floor is such that the temperature of the floor mass drops significantly during the standstill period, this will both increase the amount of heat that the water in the pipe emits during the standstill and lead to a higher heat output when the circulation starts after the standstill.

Til første orden vil korreksjonen herfra i forhold til uttrykket i likning (7) være av formen 2ATqCg, der ATq er temperaturfallet i gulvet under stillstandsperioden og Cg er den effektive varmekapasiteten til gulvet. Konsekvensen av dette er at virkningen av å redusere gangtiden vil variere med gulvkonstruksjonen. To first order, the correction from here in relation to the expression in equation (7) will be of the form 2ATqCg, where ATq is the temperature drop in the floor during the standstill period and Cg is the effective heat capacity of the floor. The consequence of this is that the effect of reducing walking time will vary with the floor construction.

I praksis vil størrelsene Uvg og Cg være bestemt av anleggets utførelse, og må bestemmes eksperimentelt. Den matematiske form er imidlertid riktig beskrevet, og det er denne som er avgjørende når det gjelder å foreta relative energimålinger. In practice, the sizes Uvg and Cg will be determined by the design of the plant, and must be determined experimentally. However, the mathematical form is correctly described, and it is this that is decisive when it comes to making relative energy measurements.

Tabell 2 viser resultater for henholdsvis qa og qs med verdier beregnet i tabell 1. Tabellen gjelder for gulv med relativt høy varmekapasitet slik at likning (7) er en god approksimasjon. Table 2 shows results for qa and qs, respectively, with values calculated in table 1. The table applies to floors with a relatively high heat capacity so that equation (7) is a good approximation.

Det fremgår av tabell 2 at virkningen av periodevis drift er en forhøyet varmeavgivelse, som ved små intermittensfaktorer blir av relativt stor betydning. Varmeavgivelsen ved minimal gangtid (d < 5 %) er gjerne 15-20 % av varmeavgivelsen ved kontinuerlig drift. Både av hensyn til temperaturstyringen og energimålingen må denne effekten kompenseres. It appears from table 2 that the effect of periodic operation is an increased heat release, which becomes of relatively great importance with small intermittency factors. The heat release with minimal running time (d < 5%) is usually 15-20% of the heat release during continuous operation. For both temperature control and energy measurement reasons, this effect must be compensated for.

Kompenseringen som er valgt, er at syklustiden øker når relativ gangtid blir mindre enn 10 eller 20 %. The compensation chosen is that the cycle time increases when relative walking time becomes less than 10 or 20%.

d) Tilpasset funksjon for energimåling d) Adapted function for energy measurement

Analysen i de foregående avsnitt viser at likning (2) må modifiseres for å gi et The analysis in the previous sections shows that equation (2) must be modified to give a

pålitelig bilde av energioverføringen i gulvvarmeanlegg. reliable picture of the energy transfer in underfloor heating systems.

En for ulike typer gulvkonstruksjoner hensiktsmessig representasjon oppnås ved å ta utgangspunkt i de temperaturer som er målbare eller relativt konstante, nemlig vanntemperaturen til turvannet i sirkulasjonsanlegget Tv og romtemperaturen TR.. Under stasjonære forhold, dvs. konstant temperatur over tid og kontinuerlig sirkulasjon, kan effektoverføringen uttrykkes ved A suitable representation for different types of floor constructions is achieved by starting from the temperatures that are measurable or relatively constant, namely the water temperature of the tap water in the circulation system Tv and the room temperature TR.. Under stationary conditions, i.e. constant temperature over time and continuous circulation, the power transfer can is expressed by

Overgangstallet UVr er kjent for ulike gulvkonstruksjoner. For gulvrør innstøpt i betonggulv med keramiske fliser ligger varmeovergangstallet UVr i området 6 til 9 W/m<2> grad. For tregulv der gulvrørene må utstyres med varmespredere i aluminium, er Uvr i området 2 til 3 W/m<2> grad, avhengig av tykkelsen og beskaffenheten til gulvdekket. The transition figure UVr is known for various floor constructions. For floor pipes embedded in concrete floors with ceramic tiles, the heat transfer figure UVr is in the range 6 to 9 W/m<2> degrees. For wooden floors where the floor pipes must be equipped with aluminum heat spreaders, Uvr is in the range of 2 to 3 W/m<2> degrees, depending on the thickness and nature of the floor covering.

Effektovefrøringen ved periodevis sirkulasjon kan uttrykkes ved The effect of periodic circulation can be expressed by

Her er a(d) en attenuasjonsfaktor (svekkelsesfaktor) som uttrykker hvor mye varmeoverføringen reduseres med som følge av begrenset gangtid t0d. Here, a(d) is an attenuation factor (weakening factor) which expresses how much the heat transfer is reduced by as a result of limited running time t0d.

God temperaturstyring innebærer at gangtiden tod varieres slik med vanntemperaturen Tv, at effektoverføringen er uavhengig av vanntemperaturen, når de ytre variable som bestemmer behovet for oppvarming er konstante. På grunnlag av ønsket temperaturnivå bestemmer brukeren sammenhengen mellom intermit-tensfaktoren d og vanntemperaturen. Matematisk kan denne sammenhengen uttrykkes som en eksponentialfunksjon Good temperature control means that the running time tod is varied with the water temperature Tv in such a way that the power transfer is independent of the water temperature, when the external variables that determine the need for heating are constant. On the basis of the desired temperature level, the user determines the relationship between the intermittence factor d and the water temperature. Mathematically, this relationship can be expressed as an exponential function

der Tvo velges ut fra ønsket romtemperatur. Et empirisk uttrykk for k(Tvo) som gir god fleksibilitet når det gjelder å tilpasse ulike gulvkonstruksjoner, er k(Tvo) = a - b(TVo-25), der a og b er valgbare koeffisienter, a velges mellom 0 og 1, og b mellom 0 og 0.1. where Tvo is selected based on the desired room temperature. An empirical expression for k(Tvo) which gives good flexibility when it comes to adapting different floor constructions, is k(Tvo) = a - b(TVo-25), where a and b are selectable coefficients, a is chosen between 0 and 1, and b between 0 and 0.1.

Energimålingen tar utgangspunkt i at attenuasjonsfaktoren a(d) absorberer de ulike mekanismer som gir redusert effektoverføring ved redusert gangtid. I praksis bestemmes a(d) ut fra målinger på ulike gulvtyper. Slike målinger har vist at a(d) kan uttrykkes som en tilnærmet lineær funksjon av d så lenge periodelengden t0 er konstant. Denne funksjonssammenhengen kan så benyttes til å summere energiforbruket q for hver periode to systemet er i funksjon. The energy measurement is based on the fact that the attenuation factor a(d) absorbs the various mechanisms that provide reduced power transmission with reduced running time. In practice, a(d) is determined from measurements on different floor types. Such measurements have shown that a(d) can be expressed as an approximately linear function of d as long as the period length t0 is constant. This functional relationship can then be used to sum up the energy consumption q for each period the system is in operation.

der A er gulvarealet, Tr er romtemperaturen og K en parameter bestemt av varme-overgangskoeffisienten for hele gulvkonstruksjonen. Parameteren K har betydning dersom metoden skal benyttes til absolutte energimålinger. where A is the floor area, Tr is the room temperature and K is a parameter determined by the heat transfer coefficient for the entire floor construction. The parameter K is important if the method is to be used for absolute energy measurements.

Avslutningsvis oppsummeres avgjørende trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse: Ved bruk av oppfinnelsen bere<g>ner man energi- eller varmebehov for et gitt, valgbart tidsrom, på basis av målbare parametere, og man sørger for at den riktige energimengde avleveres til brukerstedet ved å styre sirkulasjonstid eller -mengde, ved intermitterende påslipp, for det varmebærende medium i henhold til den temperatur mediet holder. Den beregnede energimengde som behøves pr. valgt tidsrom, summeres i et register. Dersom flere brukere er tilknyttet et felles varmesystem, kan det relative energiforbruket hos hver enkelt bruker beregnes greit. In conclusion, the decisive features and advantages of the present invention are summarized: When using the invention, energy or heat demand is calculated for a given, selectable period of time, on the basis of measurable parameters, and it is ensured that the correct amount of energy is delivered to the user site by control the circulation time or amount, in case of intermittent discharge, for the heat-carrying medium according to the temperature the medium maintains. The calculated amount of energy needed per selected time period, is summed up in a register. If several users are connected to a common heating system, the relative energy consumption of each individual user can be easily calculated.

For øvrig kan også energiforbruket bestemmes ved å måle den faktiske sirkulasjonstiden, stillstandstiden og temperaturen på tilført varmebærer. Siden sirkulasjonen gjerne besørges av en sentral pumpe, kan sirkulasjonen hos hver enkelt bruker reguleres ved at styreren virker på en motorstyrt eller termisk styrt ventil som enten er åpen eller lukket. Temperaturen til det varmebærende medium er den samme ved levering til hver enkelt bruker. Sirkulasjonstiden hos hver enkelt bruker, energi avlevert ved stillstand, og arealet på heteflaten (oppvarmet gulvareal) gir da informasjon om det relative forbruk hos hver enkelt bruker. Denne informasjon kan benyttes til å dele den samlede energikostnad i henhold til faktisk forbruk hos hver enkelt bruker. Furthermore, the energy consumption can also be determined by measuring the actual circulation time, the standstill time and the temperature of the supplied heat carrier. Since the circulation is usually provided by a central pump, the circulation for each individual user can be regulated by the controller acting on a motor-controlled or thermally controlled valve which is either open or closed. The temperature of the heat-carrying medium is the same when delivered to each individual user. The circulation time for each individual user, energy delivered at standstill, and the area on the hot surface (heated floor area) then provide information on the relative consumption by each individual user. This information can be used to divide the overall energy cost according to the actual consumption of each individual user.

Dersom varmeavgivelsen for den aktuelle konstruksjon til distribusjonssystemet er kalibrert, kan sistnevnte metode også benyttes til absolutt bestemmelse av den avleverte energimengde. If the heat release for the construction in question to the distribution system is calibrated, the latter method can also be used for absolute determination of the amount of energy delivered.

Metoden kan forøvrig benyttes til å måle temperaturvariasjonen til det varmebærende medium når det returnerer fra distribusjonssystemet, og på grunnlag av sirkulasjonstiden og temperaturvariasjonen innenfor tidsrommet som angir varigheten av hver enkelt energipuls, bestemme den avleverte energimengde. The method can also be used to measure the temperature variation of the heat-carrying medium when it returns from the distribution system, and on the basis of the circulation time and the temperature variation within the time period that indicates the duration of each individual energy pulse, determine the amount of energy delivered.

Dersom sirkulasjonshastighetene i distribusjonssystemet i de enkelte leilighe-ter er forskjellige, eller varierer over tid, kan målingen beskrevet over suppleres ved at det installeres en væskestrømsmengdemåler i distribusjonssystemet. Sirkulert mengde og korresponderende væsketemperatur gir ytterligere informasjon om energiforbruket. If the circulation speeds in the distribution system in the individual flats are different, or vary over time, the measurement described above can be supplemented by installing a liquid flow quantity meter in the distribution system. Circulated quantity and corresponding liquid temperature provide additional information on energy consumption.

Dersom varmebehovet i de ulike deler av bygningen eller anlegget er forskjellig, eller avhenger på forskjellig måte av de eksterne parametere (for eksempel ved at en del av en bygning er sydvendt og har stort solinnfall gjennom vinduene), kan anlegget inndeles i ulike soner som styres på forskjellig måte uavhengig av hverandre. Energiforbruket registreres da for hver enkelt sone og summeres. If the heat demand in the various parts of the building or facility is different, or depends in different ways on the external parameters (for example, by part of a building facing south and having a lot of sunlight through the windows), the facility can be divided into different zones that are controlled in different ways independently of each other. The energy consumption is then recorded for each individual zone and added up.

Registeret(ene) som viser energibruken, kan avleses eksternt ved at hver enkelt enhet (for eksempel leilighet) er koplet til et utlesningsnettverk (databuss). The register(s) that show the energy use can be read externally by connecting each individual unit (e.g. apartment) to a reading network (data bus).

Claims

1. Procedure for measuring, controlling and recording the supplied amount of energy when delivering energy to a consumer via a heat-carrying circulation medium, using a circulation network for transporting the medium round trip in a closed path between an energy supplier and the consumer, where the control is carried out by to regulate an intermittence factor by intermittent circulation of the medium to the consumer, as a function of measured variable parameters at the consumer, characterized by the fact that an amount of energy to be delivered adapted to the consumer's needs for a subsequent period of time in the case of low-temperature circulation, i.e. circulation with a small difference between inlet and outlet temperature, is calculated on the basis of the measured values of the parameters as well as a known inlet temperature to the consumer for the medium, and the calculation result is used both for the intermittence management and for the registration of the amount of energy supplied.

2. Method according to claim 1, characterized in that the measured parameters are parameters from a first group which include indoor temperature, outdoor air temperature, intensity of solar radiation through a consumer's windows, wind speed and wind direction.

3. Method according to claim 1, characterized in that said intermittency factor for the circulation of the medium is achieved by processor-controlled starting and stopping of a pump device.

4. Method according to claim 1, characterized in that said intermittency factor for the circulation of the medium is achieved by processor-controlled opening and closing of a discharge valve on an inlet of an individual consumer in a circulation network with parallel consumers, one pump device being operated jointly for the entire circulation network.

5. Method according to claim 1, characterized in that the amount of energy to be delivered to a consumer over a certain period of time is calculated with a processor on the basis of a determined intermittency factor for the period, i.e. on the basis of a total determined running time for the circulation.

6. Method according to claims 4 and 5, characterized by the fact that the total determined travel time for the circulation is used as the only variable element when calculating a consumer's energy consumption in a circulation network with parallel consumers, as relative travel times indicate fractions of a known total consumption.

7. Method according to claim 6, characterized in that, in addition, actual circulation time and actual inlet temperature of the medium are measured for each consumer, for correction and improvement of the calculation basis for energy consumption.

8. Method according to claim 1, where the consumer is possibly one of several parallel consumers connected to a circulation network, characterized in that, in addition, temperature variation is measured in the medium in a position on the outlet side of the circulation network, as the temperature variation there will be related to the energy release by the consumer or consumers.

9. Method according to claim 1, characterized in that the regulation of said intermittence factor is also carried out as a function of registered individual fixed or adjustable parameters at the consumer.

10. Method according to claim 9, characterized in that the registered individual fixed or adjustable parameters are taken from a second group which includes location, building/room structure, window/wall materials, room size, desired temperature.

11. Device for measuring, managing and recording the supplied amount of energy when delivering energy to a consumer via a heat-carrying circulation medium, which device is connected to a circulation network for transporting the medium round trip in a closed path between an energy supplier and the consumer, and includes a control device designed to regulate an intermittence factor by intermittent circulation of the medium to the consumer, as well as measuring devices for measuring variable parameters at the consumer, which measuring devices are associated with a process device included in the control device for processing the measured parameters, characterized in that the process device is designed to calculate an amount of energy to be delivered adapted to the consumer's needs for a subsequent period of time in the case of low-temperature circulation, i.e. circulation with a small difference between inlet and outlet temperature, on the basis of a known inlet temperature to the consumer for the medium, and which function of the measured values of the parameters, the regulation device being further arranged for regulation on the basis of the performed calculation of the amount of energy for the following time period, and for recording the supplied amount of energy.

12. Device according to claim 11, characterized in that the processor device is arranged to calculate the aforementioned amount of energy also as a function of registered individual fixed or adjustable parameters of the consumer.

13. Device according to claim 12, characterized in that the measured parameters are parameters for a first group that includes indoor temperature, air temperature outside, intensity of solar radiation through a consumer's windows, wind speed and wind direction, while the fixed or adjustable parameters are parameters from a second group that includes location, building/room structure , window/wall materials, room size and desired temperature.

14. Device according to claim 11, characterized in that the regulation device comprises a pump device in the circulation network, which pump device can be started and stopped under control of the processor device.

15. Device according to claim 11, characterized in that the control device comprises respective discharge valves in the inlet to individual consumers in a circulation network with parallel consumers, which discharge valves can be opened and closed under the control of the processor device, as well as a pump device that is common to the entire circulation network.

16. Device according to claim 15, characterized by additional measuring devices for measuring actual circulation travel time and actual inlet temperature of the medium for each consumer, for correcting and improving the calculation basis for energy consumption.

17. Device according to claim 15, characterized by additional measuring devices for measuring temperature variation in the medium in a position on the outlet side of the circulation network, which temperature variation will be related to the energy release by the consumers.