Verfahren zur Parametrierung eines Heizkostenverteilers
Die Erfindung betrifft gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Parametrierung eines Heizkostenverteilers. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines gemäss dem erfindungsgemäßen Verfahren parametrierten Heizkostenverteilers in einer Abrechnungseinheit zur Verbrauchswerterfassung.
Heizkostenverteiler sind registrierende Messgeräte, für die über die Zeit integrierte Temperatur. Die Temperatur dient zur Bestimmung der Wärmeabgabe der Raumflächen, an denen die Heizkostenverteiler beispielsweise montiert sind. Die Verbrauchswerterfassung erfolgt hierbei in einer Abrechnungseinheit. Die Norm DIN EN 834 definiert hierbei die Mindestanforderungen die an die Konstruktion, das Material, die Fertigung, den Einbau, die Funktion und auch an die Auswertung der von den Messgeräten erfassten Verbrauchswerte gestellt werden. Auch gibt die genannte Norm Prüfverfahren an, welche die Erfüllung der aufgestellten Anforderungen kontrollieren und legt auch Richtlinien für die Art und Umfang der Durchführung fest. Die Norm fordert hierbei auch die Einheitlichkeit der Heizkostenverteiler innerhalb einer Abrechnungseinheit. Dies bedeutet, dass nur Heizkostenverteiler desselben Fabrikates mit einheitlichem Bewertungssystem innerhalb einer Abrechnungseinheit zur Erfassung der Wärmeabgabe verwendet werden dürfen.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass zur Erfüllung der Einheitlichkeit der Bewertung innerhalb einer Abrechnungseinheit vom Hersteller immer gleiche Heizkostenverteiler im Falle des Ersatz z.B. eines defekten Heizkostenverteilers vorrätig gehalten werden müssen. Auch muss der Hersteller bei Wechsel des Gerätemodells, oder bei Auslauf eines Gerätemodells immer einen Allzeitbedarf an eventuellen Ersatzgeräten vorsehen. Die Planung dieses Bedarfes an Ersatzgeräten gestaltet sich jedoch schwierig und verursacht zudem zusätzliche Lagerkosten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Parametrierung eines Heizkostenverteilers vorzuschlagen, welches unter Vermeidung der genannten Nachteile des Standes der Technik, die Verwendung von Heizkostenverteilern unterschiedlicher Bauart in einer Abrechnungseinheit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
anderen Worten sieht das erfindungsgemäße Verfahren im Falle des Austausches beispielsweise eines defekten Altgerätes durch ein Neugerät in einer
Abrechnungseinheit eine Parametrierung des Neugerätes derart vor, dass die Arbeitsweise bzw. das Messverhalten des Neugerätes im wesentlichen mit dem des Altgerätes übereinstimmt. Dies bedeutet, dass die Arbeitsweise bzw. das Messverhalten zur Verbrauchswerterfassung des zu ersetzenden Altgerätes durch das Neugerät simuliert wird. Dieser Zusammenhang zwischen dem Alt- und dem Neugerät kann beispielsweise im Mikrokontroller des Heizkostenverteilers implementiert werden. Die Parameter bzw. Kenngrößen die die Arbeitsweise bzw. das Messverhalten zur Verbrauchswerterfassung, insbesondere den Zählbeginn und das Zählverhalten beeinflussen, werden beispielsweise im RAM des Mikrokontrollers des Heizkostenverteilers (Neugerät) als programmierbare Daten gespeichert. Der
Mikrokontroller des Neugerätes simuliert somit unter Verwendung der gespeicherten Kenndaten die Arbeitsweise bzw. das Messverhalten des Altgerätes. Anstelle eines Altgerätes kann auch ein ideales Gerät, welches beispielsweise lineare, temperaturunabhängige KC und KCHI aufweist, simuliert werden. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren jeder beliebige neue
Heizkostenverteiler, der ein altes oder ideales Gerät in einer Abrechnungseinheit ersetzen soll, verwendet werden. Das in der Bauart verschiedene Neugerät kann hierbei die Arbeitsweise bzw. das Verhalten des Altgerätes bzw. des idealen Gerätes unter Beachtung der normativen Anforderungen simulieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, dass im Falle des Austausches von Altgeräten in Liegenschaften diese mit neuen Geräten ausgerüstet werden können und dies unabhängig von der innerhalb einer Abrechnungseinheit vorhandenen Geräteausstattung. Dies hat den Vorteil, dass unter Beachtung der Norm DIN EN 834 durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sachgerechte Verwendung der Heizkostenverteiler in einer Abrechnungseinheit gewährleistet ist.
Somit ist es nicht mehr notwendig, bei Auslauf eines Gerätemodells einen Allzeitbedarf an Ersatzgeräten vorzusehen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit zu jedem Zeitpunkt ein Ersatz von beispielsweise defekten Altgeräten durch die derzeit verfügbaren Ersatzgeräte erfolgen. Dadurch kann der bisher bedingte logistische Aufwand für die Lagerung von entsprechenden Altgeräten entfallen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung und sind Gegenstand der Ansprüche.
Figur 1 zeigt ein System zur Verbrauchswerterfassung mit mehreren elektronischen Heizkostenverteilern.
Figur 2 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Parametrierung von elektronischen Heizkostenverteilern.
Figuren 3a bis 3c zeigen die Umschaltung von Zweifühlerbetrieb in Einfühlerbetrieb eines elektronischen Heizkostenverteilers.
Figur 4 zeigt das Startverhalten- und Zählverhalten eines elektronischen Heizkostenverteilers.
Figur 1 zeigt ein System zur Verbrauchswerterfassung mit beispielsweise zwei Nutzungseinheiten NEi und NE2. Unter Nutzeinheiten sind Wohnungs-, Büro-, Geschäfts-, Gewerbe- oder Industrieräumlichkeiten zu verstehen, deren Wärmeversorgung durch eine gemeinsame Zentralheizungsanlage oder über einen gemeinsamen Fernwärmeanschluss erfolgt. Die Gesamtheit der Nutzeinheiten bildet hierbei eine Abrechnungseinheit AE. Existieren in einer Abrechnungseinheit Nutzeinheiten mit typischen Unterschieden z.B. in Form technisch unterschiedlicher Heizsysteme oder im Verbrauchsverhalten z.B. Industrieräumlichkeiten gegenüber privaten Wohnungen, so kann eine entsprechende Unterteilung der
Abrechnungseinheit AE in hier nicht dargestellte Nutzergruppen erforderlich sein.
Die Nutzeinheiten Ei und NE2 umfassen jeweils eine bestimmte Anzahl von Heizkostenverteilern HKV, wobei die Anzahl der einer Nutzeinheit zugeordneten Heizkostenverteiler unterschiedlich sein kann. Mit den Heizkostenverteilern HKV kann jeweils die anteilige Wärmeabgabe der hier nicht dargestellten Heizflächen in den Nutzeinheiten bezogen auf den gesamten Wärmeverbrauch der Abrechnungseinheit AE bestimmt werden. Der Heizkostenverteiler HKV kann wie in der Norm DIN EN 834 angegeben ist, als Zweifühlergerät, Einfühlergerät mit Startfühler oder als Einfühlergerät eingesetzt werden. Der Betrieb als Einfühlergerät bzw. als Einfühlergerät mit Startfühler stellen hierbei Spezialfälle des Betriebes des Heizkostenverteilers als Zweifühlergeräte dar und werden durch das erfindungsgemäße Verfahren mitberücksichtigt.
Die durch Apostroph gekennzeichneten Heizkostenverteiler HKV, die strichliniert dargestellt sind, bezeichnen hierbei zur Ersetzung eines alten Heizkostenverteilers vorgesehene neue Heizkostenverteiler unterschiedlicher Bauart bzw. Fabrikat. Die neuen Heizkostenverteiler HKV werden durch das erfindungsgemäße Verfahren derart
parametriert, dass sie in ihrem Verhalten bzw. ihrer Arbeitsweise zur Verbrauchswerterfassung im wesentlichen mit den alten Heizkostenverteilern HKV übereinstimmen. Dies bedeutet, dass ein aufgrund unterschiedlicher Bauart bzw. Fabrikat bedingter Unterschied im Gerät in der Funktion bzw. der Arbeitsweise der Geräte für die Verbrauchswerterfassung nicht relevant ist. Dabei ist es nicht von Bedeutung, ob beispielsweise alle alten Heizkostenverteiler HKV durch neue Heizkostenverteiler HKV in einer Nutzeinheit NEi ersetzt werden oder wie dies bei der Nutzeinheit NE2 der Fall ist nur ein Heizkostenverteiler HKV durch ein neues Modell HKV ersetzt wird. Ein Austausch eines alten Heizkostenverteilers durch ein entsprechend neues Gerät kann beispielsweise im Fall eines defekten Altgerätes erfolgen, wie dies in der Nutzeinheit NE2 gezeigt ist. In der Nutzeinheit NEi werden im Unterschied hierzu sämtliche alten Heizkostenverteiler durch entsprechende neue Geräte (HKV) ersetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit an beliebiger Stelle innerhalb einer Abrechnungseinheit einen Austausch von alten durch neue Geräte vorzunehmen. Selbstverständlich gilt dies auch bei einer entsprechenden
Unterteilung einer Abrechnungseinheit in Nutzergruppen, die hier nicht dargestellt sind.
In der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die das Altgerät (HKV) in der Arbeitsweise und Messverhalten charakterisierenden Kenngrößen durch das vorgestellte Attribut "virtuell" gekennzeichnet. Diese virtuellen Kenngrößen werden von dem Neugerät (HKV) simuliert und dienen der Anpassung der Arbeitsweise bzw. des Messverhaltens des Neugerätes an das Altgerät. Der aufgrund unterschiedlicher Bauart bzw. Fabrikat bedingte Unterschied zwischen Alt- und Neugerät ist somit im Hinblick auf die relevanten Kenngrößen für die Verbrauchswerterfassung nicht mehr vorhanden. Die in der nachfolgenden Beschreibung angegebenen Kenngrößen erhalten hierbei ein Apostroph als Kennzeichen dafür, dass sie die virtuellen Kenngrößen des zu simulierenden Altgerätes und nicht die z.B. bei der Initialisierung eines Neugerätes normalerweise ursprünglich verwendeten Größen bezeichnen.
Figur 2 zeigt in einem Ablaufdiagram das erfindungsgemäße Verfahren zur Parametrierung eines Heizkostenverteilers. Der Übersichtlichkeit wegen werden die einzelnen Blöcke 10 - 80 zunächst einmal kurz erläutert. Diese werden dann anschließend detailliert Block für Block beschrieben. In Block 10 erfolgt eine Abfrage, ob eine mathematische Transformation der Temperatur des heizkörperseitigen Fühlers THF und der Temperatur des raumseitigen Fühlers TR in die entsprechenden virtuellen Fühlertemperaturen THF' und TRF' erfolgen soll. Wenn dies der Fall ist, erfolgt in Block 20 die Berechnung der virtuellen Fühlertemperaturen THF' und TRF'. In Block 30 wird die
Berechnung der virtuellen Umgebungstemperaturen, d.h. der virtuellen Raumlufttemperatur Ti' und virtuellen mittleren Heizmediumstemperatur T m1 durchgeführt. In Block 40 erfolgt die Korrektur der in Block 30 berechneten virtuellen Umgebungstemperaturen unter Berücksichtigung des Überganges von Zweifühler- in Einfühlerbetrieb. Als Ergebnis der Korrektur werden die korrigierten virtuellen
Umgebungstemperaturen T" und Tm" erhalten. In Block 50 werden beispielsweise aus den Fühlertemperaturen THF und TRF und den virtuellen Umgebungstemperaturen Tm' und T\ die Startbedingungen generiert. Im Abfrageblock 60 wird überprüft, ob die entsprechend der vorgenommenen Parametrierung erhaltenen Startbedingungen erfüllt sind. Ist dies der Fall, so erfolgt die Energieberechnung innerhalb einer durch die Startbedingungen definierten Parameterebene für den Heizkostenverteiler. Dies ist als Block 70 dargestellt. Anschließend wird im Block 80 die berechnete Energie als aufsummierter Zählfortschritt als Anzeigewert ausgegeben.
Berechnung der virtuellen Fühlertemperaturen
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird die Parametrierung eines Heizkostenverteilers ausgehend von den Fühlertemperaturen THF und RF erläutert.
Die Berechung der virtuellen Fühlertemperaturen THF' und TRF' ist optional hat jedoch den Vorteil, dass die Fühlertemperaturen einfach messbar sind und zwischen den Fühlertemperaturen des Altgerätes (HKV) und des Neugerätes (HKV) ein einfacher Zusammenhang besteht, der zum Beispiel mathematisch einfach darstellbar ist. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise im Mikrocontroller des Neugerätes (HKV) wie folgt implementiert werden.
THF' = AHF + BHF * THF + CHF * THF 2 (1 )
ΔT = THF - TRF (2)
ΔT' = AΔT + BAT * ΔT + CΔT * ΔT2 (3)
TRF' = THF' - ΔT' (4)
Die gesuchten Größen AHF, BHF, CHF, AΔT, BΔT und CΔτ werden hierbei für Heizkörpergruppen als repräsentativ angenommen und dienen der Anpassung des Neugerätes an das Altgerät bzw. an ein ideales Gerät.
Aus den Messungen zum Beispiel für drei Arbeitspunkte des Neugerätes, z. B. bei 10K, 30K und 60K Übertemperatur können die virtuellen Fühlertemperaturen für das zu simulierende Altgerät wie folgt hergeleitet werden.
THF'(1) = AHF + BH * THF(1) + CHF * THF(1 )2 THF'(2) = AHF + BHF * THF(2) + CHF * THF(2)2 (5)
THF'(3) = AHF + BHF * THF(3) + CHF * THF(3)2
Die Gleichungen für die virtuellen Temperaturdifferenzen ΔT' zwischen angenommenem heizkörperseitigem und angenommenem raumseitigem Fühler erhält man aus Gleichung (3) wie folgt.
ΔT'(1 ) = AΔT + BΔT * ΔT(1 ) + CΔT * ΔT(1 f
ΔT'(2) = AΔT + BΔT * ΔT(2) + CΔT * ΔT(2)2 (6)
ΔT'(3) = AΔT + BΔT * ΔT(3) + CΔT * ΔT(3)2
Die Gleichungen (5) und (6) werden nach den gesuchten Größen AHF, BHF» CHF, AΔT, BΔτ und CΔτ gelöst. Stehen mehr Messpunkte zur Verfügung , so kann auch eine Lösung dieser Gleichungen durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgen. AΔτ, BAT und CΔτ beschreiben ein nichtlineares KC, AHF, BHF und CHF stehen für KCHF wenn z.B. die Raumlufttemperatur als näherungsweise konstant angenommen wird. Die Nichtlinearität der C-Werte kann im Falle eines idealen Gerätes bzw. einer idealen Kombination Heizkostenverteiler - Heizkörper eliminiert werden, so dass die Berechnung mit temperaturunabhängigen C-Werten erfolgen kann, was zu geringeren Fehlern bei der Berechnung führt.
Damit wird ein Austausch von nachfolgenden Gerätegenerationen noch einfacher möglich. Dadurch werden keine unterschiedlichen Geräteeigenschaften mehr
existieren. Somit kann unabhängig von dem Fabrikat bzw. von der Bauart des Heizkostenverteilers ein ideales Gerät simuliert werden, das einfach austauschbar ist.
Im allgemeinen wird ein Polynom für die Korrektur der Temperaturdifferenz ein AΔτ kleiner/größer Null haben, d.h. eine gemessene Temperaturdifferenz von Null wird zu einer berechneten virtuellen Temperaturdifferenz ungleich Null. Aus diesem Grund wird die Temperaturdifferenz in zwei Teilbereiche zerlegt. Für beide Teilbereiche kann z. B. ein eigenes Polynom zur Transformation der realen Fühlertemperaturen in virtuelle Fühlertemperaturen benutzt werden. Im Teilbereich, in dem die Temperaturdifferenz Null enthalten ist, wird eine Nullstelle bei ΔT= Null erzwungen indem das AΔτ dieses Teilbereiches auf Null gesetzt wird.
Negative Temperaturdifferenzen treten im Heizkostenverteiler im allgemeinen nicht auf. Für negative Temperaturdifferenzen zwischen den Fühlern werden zwei Vereinfachungen für die Berechnung der virtuellen Fühlertemperaturen vorgenommen ΔT -ΔT oder ΔT= Null.
Berechnung der virtuellen Lufttemperatur T|" und der virtuellen mittleren Heizmediumtemperatur Tm 1
Die folgende Berechnung der virtuellen Lufttemperatur und der virtuellen mittleren Heizmediumtemperatur werden hier z.B. mit den Fühlertemperaturen THF und TRF durchgeführt. An Stelle dieser Größen können aber auch die virtuellen Fühlertemperaturen THF' und TRF' verwendet werden.
Für die Berechnung der virtuellen Raumtemperatur wird die Ankopplung des heizkörperseitigen Fühlers THF an die mittlere Heizmitteltemperatur wie folgt definiert
THF - T,
CHF = 1 (7) τm - τ,
1 τm - τ,
KCHF = = (8)
1 - CHF HF - T|
Die Ankopplung beider Fühler THF und TRF an die Differenz zwischen mittlerer Heizmitteltemperatur und Raumtemperatur wird wie folgt definiert.
THF - RF
C = 1 (9) τm - τ,
1 τm -τ.
KC - (10)
1 - C THF - RF
Aus Gleichung (8) erhält man
Tm - T, = KCHF * (THF - T,) (11)
Aus Gleichung (10) erhält man
Tm - T, = KC * (THF - TRF) (12)
KC * (THF - TRF) = KCHF * (THF - T,) (13)
Aus Gleichung (13) erhält man unmittelbar die Gleichung
KC
T|' = THF * (THF - TRF) , (14) KCHF
mit der man eine virtuelle Raumtemperatur T|" bestimmen kann.
Die virtuelle mittlere Heizmediumstemperatur Tm' erhält man zu
= KCHF * (THF - tι') + t,' (15)
Korrektur der virtuellen Raumtemperatur Tι' und der mittleren Heizmediumstemperatur Tm'
Im folgenden wird die Korrektur der virtuellen Raumtemperatur T|' und der mittleren Heizmediumstemperatur Tm' erläutert. Bei sehr kleiner Temperatur des raumseitigen Messwertaufnehmers, sehr großer Temperatur des heizkörperseitigen Messwertaufnehmers und schwacher Ankopplung des raumseitigen
Messwertaufnehmers kann es trotz positiver Fühlertemperaturen dazu kommen, dass eine negative virtuelle Raumtemperatur vom Mikrocontroller berechnet wird. Für diesen Fall wird z. B. eine virtuelle Raumtemperatur von Null angenommen. Das führt zwar zu einer Abweichung der vom Mikrocontroller berechneten Werte von den Sollwerten jedoch nur in einem Bereich, der praktisch nicht durchfahren wird und damit für die weitere Berechnung nicht relevant ist.
Eine Manipulation des Heizkostenverteilers beispielsweise durch einen Wärmestau könnte zur Erhöhung der virtuellen Raumtemperatur führen. Damit verbunden wäre eine Minderanzeige. Um die Forderungen der DIN EN 834 dennoch zu erfüllen, wird z.B. eine maximale Raumtemperatur
TLmax = TL + 5K festgelegt.
Überschreitet die virtuelle Raumtemperatur die maximale Raumtemperatur Tι_max, dann kann mit der Bezugs-Lufttemperatur gerechnet werden, d.h. es wird auf den Einfühlerbetrieb umgeschaltet.
Die maximale Raumtemperatur Tι_max zur Absicherung gegen Manipulation bedingt eine Korrektur der virtuellen Raumtemperatur T|' als deren Ergebnis die korrigierte virtuelle Raumtemperatur Tι" erhalten wird. Diese wird der nachfolgend beschriebenen Energieberechnung zugrundegelegt.
Die Korrektur der virtuellen Raumtemperatur Tι' kann jedoch nicht mit einem geschlossenen mathematischen Ausdruck beschrieben werden. Daher werden fallweise unterschiedliche Korrekturen vorgesehen.
Tf <= TLmax (16)
T," = T,'
Liegt die virtuelle Raumtemperatur unterhalb der maximalen Raumtemperatur, dann wird diese nicht korrigiert.
Tl_max T|' < T|_max + ΔTLSW (1 )
T|" = TLmax + ΔTLSW " T|' + TL
Liegt die virtuelle Raumtemperatur im Bereich zwischen der maximalen Raumtemperatur und der um ΔTLSW erhöhten maximalen Raumtemperatur, dann wird die korrigierte virtuelle Raumtemperatur T" so berechnet, dass sie beim Durchfahren dieses Bereiches linear von der maximalen Raumtemperatur auf die Bezugs- Lufttemperatur abfällt.
Tι' >= TLmax + ΔTLSW (18)
Tι" = TL
Liegt die virtuelle Raumtemperatur mehr als ΔTLSW über der maximalen Raumtemperatur, dann wird die korrigierte virtuelle Raumtemperatur mit dem Wert der Bezugs-Lufttemperatur gefüllt.
Die korrigierte virtuelle mittlere Heizmitteltemperatur Tm' erhält man aus der Gleichung
Tm" = KCHF * (THF - T,") + T," (19)
Umschaltung von Zweifühlerbetrieb in Einfühlerbetrieb
Im folgenden wird die Umschaltung von Zweifühlerbetrieb in Einfühlerbetrieb bei unterschiedlichen Bedingungen der Raumlufttemperatur beschrieben.
Die Geräte sollen gemäss der Norm oberhalb der maximalen Raumtemperatur TLmax z. B. bei 25°C vom Zweifühlerbetrieb in den Einfühlerbetrieb umschalten. Folgende in den Fig. 3a-3c dargestellte Verfahrensweisen sind möglich.
Bei der in Fig. 3a gezeigten Variante bleibt die korrigierte Raumlufttemperatur T|' konstant und bei dem in Fig 3b dargestellten Beispiel wird die korrigierte Raumtemperatur auf die Bezugslufttemperatur von 20°C gesetzt.
Gemäss Figur 3c wird die korrigierte Raumtemperatur nach den Regeln der Fuzzylogik innerhalb eines Übergangsbereiches zum Umschalten zwischen Zweifühler- und Einfühlerbetrieb gleitend auf die Bezugs Lufttemperatur von 20°C gesetzt.
Dadurch wird vermieden, dass die Rechnung für den Einfühlerbetrieb und für den Zweifühlerbetrieb an der Nahtstelle unterschiedliche Ergebnisse bringt. Beispielsweise könnte eine sehr kleine Parameteränderung zu einer großen Differenz im
Zählfortschritt und damit in der Energieberechung führen. Um dies zu vermeiden wird ein weicher Übergang zwischen der Zweifühler- und der Einfühlerberechnung vorgesehen.
Indem das Verhalten auch im Übergangsbereich Zweifühler- zu Einfühlerbetrieb parametrierbar gemacht wird, ist es möglich, das Verhalten aller Geräte zu simulieren.
Generierung der Startbedingungen
Die Anforderungen an die Arbeitsweise des Heizkostenverteilers werden gemäss der Norm DIN EN 834 beispielsweise in Abhängigkeit von der mittleren Heizmitteltemperatur Tm und der Raumtemperatur T| definiert, wobei der C-Wert als Ausdruck für den Grad der thermischen Ankopplung der Temperatursensoren an die zu erfassenden Temperaturen dient. Bei Kenntnis des C-Wertes der
Messwertaufnehmer kann ausgehend von den gemessenen Temperaturen für den heizkörperseitigen- bzw. raumseitigen Sensor die Raumtemperatur T| und die mittlere Heizmediumtemperatur Tm berechnet werden.
Die in Figur 4 dargestellte Parameterebene zeigt die Arbeitsweise eines Heizkostenverteilers. Zur Darstellung werden beispielsweise die virtuelle Raumtemperatur Tι' und die virtuelle Heizmitteltemperatur Tm' verwendet. Diese sind in erster Näherung identisch mit den entsprechenden Temperaturen T| und Tm eines Altgerätes und lassen sich wie folgt aus den Größen Tm und T| ermitteln. Die in Figur 4 gewählte Darstellung der Charakteristik eines elektronischen Heizkostenverteilers erlaubt auch eine Abbildung für verschiedene Heizkörpertypen und Montagearten des Heizkostenverteilers.
Das Start- und Zählverhalten eines elektronischen Heizkostenverteilers wird beispielsweise durch die auch in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Parameter
TZMIN, T2, TZ AX, Tι, TDELTA und TEps definiert.
Diese Parameter, welche die Startbedingungen festlegen, formen beispielsweise einen Polygonzug in der Parameterebene, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Die Y-Achse wird z.B. durch die virtuelle mittlere Heizmitteltemperatur Tm" und die X-Achse wird als Temperaturdifferenz der virtuellen mittleren Heizmitteltemperatur und der virtuellen Raumtemperatur Tm' - T|' gebildet.
Durch das Einsetzen von Extremwerten z.B. 0° oder sehr hoher Temperaturwerte z.B. 120° kann die Wirksamkeit einiger Parameter so gestaltet werden, dass die damit gesteuerte Startbedingung immer oder nie wahr wird. Damit ist es möglich, die Startbedingungen aller bekannten Altgeräte durch die Neugeräte zu simulieren. Der Zusammenhang zwischen dem Altgerät und dem Neugerät kann beispielsweise im Mikrokontroller des Heizkostenverteilers, z.B. in einem programmierbaren Speicher implementiert werden.
In dem schraffierten Bereich der Figur 4 wird die Energie berechnet und aufsummiert. Die Begrenzung dieses Arbeitsbereiches erfolgt durch die nachfolgenden Startbedingungen. Das Gerät berechnet beispielsweise die Energie wenn mindestens eine der folgenden Startbedingungen erfüllt ist.
Tm' - T|' > Ti und Tm' > Tzmin (20) oder
Tm' > Tzmax (21 )
oder
Tm" > Tz und Tm' - T|' > TDELTA + (Tm * - Tz)/(TZmax - Tz) * (TDELTA - TEPS) (22)
Die Startbedingungen für den Zählbeginn können alternativ auch von den virtuellen Fühlertemperaturen, z.B. von THF" erhalten werden. Das Gerät berechnet in diesem Fall die Energie wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist.
THF'>Tzmin und Tm' - Tr > Ti (23) oder THF'>Tzmax (24)
Damit ist es möglich, die Startbedingungen verschiedener Geräte zu simulieren.
Berechnung der Energie bzw. des Zählfortschritts
Im folgenden wird die Energieberechnung beschrieben, wobei für die Berechnung der Energie bzw. des Zählfortschrittes eine Temperaturdifferenz als Grundlage angenommen wird. Die Temperaturdifferenz kann beispielsweise sein: virtuelle Heizmediumstemperatur minus virtuelle Raumlufttemperatur (Tm' - Tι'), korrigierte virtuelle Heizmediumstemperatur minus korrigierte virtuelle
Raumlufttemperatur(Tm" - Tι"), virtuelle Heizmediumstemperatur minus korrigierte virtuelle Raumlufttemperatur (Tm' - T"), virtuelle Heizmediumstemperatur minus Bezugs-Lufttemperatur (Tm' - T ), Temperatur des heizkörperseitigen Fühlers minus Temperatur des raumseitigen Fühlers (THF - TRF) oder Temperatur des heizkörperseitigen Fühlers minus Bezugs-Lufttemperatur (THF - TL).
Der K-Wert wird dann hierbei unterschiedlich interpretiert z. B. als Heizkörpernennleistung oder als eine mit alternativer Montage-Bewertung korrigierte Heizkörpernennleistung oder als Gesamtbewertungsfaktor.
Wie aus der nachfolgenden Berechnung der Heizkörperleistung ersichtlich ist, wird die Heizkörperleistung aus der Temperaturdifferenz hoch Exponent berechnet. Der Exponent liegt z.B. zwischen 1 und 1 ,5. Üblicherweise wird diese Rechnung in einem Heizkostenverteiler durch ein Table-look-up-Verfahren durchgeführt. Damit wäre jedoch nur ein fester Exponent möglich. Durch Benutzung des CORDIC-Algorithmus ist
es jedoch möglich, eine Exponentialfunktion mit beliebigen Exponenten zu berechnen, ohne den numerischen Aufwand gegenüber der Interpolation in einer Tabelle wesentlich zu erhöhen.
Durch die freie Wahl des Exponenten und der Temperaturdifferenz ist es möglich, alle bekannten Zählfortschrittsberechnungen nachzubilden.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten schraffierten Arbeitsbereich kann die Heizkörperleistung für einen Zweifühlerbetrieb nach folgender Formel bestimmt werden.
P = KQ * KA *(Tm" - T,")ΛEXP (25)
Im unschraffierten Bereich verhält sich der elektronische Heizkostenverteiler passiv.
Um Kompatibilität zu anderen Herstellern zu erreichen, kann z.B. alternativ folgende Formel zur Energieberechnung verwendet werden.
P = K * (THF - TRF)ΛEXP (26)
Der Gesamtbewertungsfaktor K beinhaltet z. B. die Heizkörpernennleistung, den KC-Wert und eventuell erforderliche weitere Korrekturen.
Die Berechnung der Energie erfolgt nach folgender Formel:
E = t * P (27)
Die Energie E wird z.B. in kWh erhalten, wobei die Anzeige z.B. jede kWh um einen Anzeigeschritt höher schaltet.
Bei der Arbeitsweise als Einfühlergerät mit Startfühler erhält man die Heizkörperleistung wie folgt.
P = KQ * KA * (Tm' - TL)ΛEXP (28)
oder als alternativer Zählfortschritt
P = K * (THF - TL)ΛEXP (29)
Bei der Temperaturdifferenz wird die Bezugs-Lufttemperatur einbezogen und nicht die korrigierte virtuelle Raumtemperatur wie beim Zweifühlerbetrieb.
Aufgrund des Wegfalls von einem Messwertaufnehmer und der größeren möglichen Toleranzen kann ein Einfühlergerät auch preiswerter produziert werden als ein Zweifühlergerät.
Die Berechnung der Energie beim Einfühlergerät ohne Startfühler ist stark vereinfacht. Aus den Werten des heizkörperseitigen Messwertaufnehmers wird die virtuelle mittlere Heizmediumstemperatur bestimmt.
Tm' = KCHF * (THF - TL) + TL (30)
Als Startbedingung wird getestet, ob die virtuelle mittlere Heizmitteltemperatur größer oder gleich der Zählbeginntemperatur ist. Im Fall Einfühlergerät wird T∑ z. B. auf 30°C festgelegt. Die Leistung wird aus den Gleichungen 28 oder Gleichungen 29 erhalten.
Die Kenngrößen oder Zustandsgrößen, die das Startverhalten und die Berechnung des Zählfortschrittes beeinflussen werden z. B. im RAM des Mikrocontrollers des Heizkostenverteilers als programmierbare Daten gespeichert. Dabei können verschiedene Startbedingungen für Sommer und Winter vorgesehen werden. In der nachfolgenden Tabelle werden beispielhaft Wertebereiche angegeben. Die Einstellung hängt z.B. vom Heizkörper und den Einsatzbedingungen ab. Besondere Beachtung wird hierbei auf die Programmierung der Startbedingungen gelegt. Die Bedingungen der DIN EN 834 sollen hierbei erfüllt werden.
Abschätzung der C-Werte für eine Bestimmung des Startverhaltens unbewerteter Geräte
Nachfolgend wird die Abschätzung der C-Werte für eine Bestimmung des Startverhaltens unbewerteter Geräte beschrieben.
Ein unbewertetes Gerät ist nicht in der Lage, nur aus seinen Fühlertemperaturen die genauen Raumluft- und Mediumstemperaturen zu berechnen, um die Startbedingungen auch für kleine Auslegungsmediumstemperaturen und einem großen Bereich der C-Wert Variation einzuhalten, wenn es die eingestellten Standard-C-Werte zur Extrapolation der Fühlertemperaturen auf Raumluft- und Mediumstemperatur benutzt.
Ausschließlich für die Abschätzung der Startbedingungen ist es möglich, die geschätzten Werte KCest und KCHFest zu vergleichen. Der Zählfortschritt wird jedoch immer von den im Gerät fest eingestellten Werten KCunb und KChFunb oder KCbew und CHFbe abhängen.
Eine Schwierigkeit bei der Abschätzung der C-Werte besteht, dass aus nur zwei
Fühlertemperaturen THF und TRF die unbekannten Größen, KC, KCHF, Tm und Tι bestimmt werden müssen.
Unter der Annahme, dass bei unterschiedlichen Betriebszuständen die
Raumlufttemperatur nicht allzu stark variiert, kann man aus den für zwei Arbeitspunkte erhaltenen Messwerten auf die gesuchten Größen schließen.
Aus Gleichung 13 folgt
KC THF - T, = (28)
KCHF THF - RF
Damit kann man bei Messwerten aus zwei Arbeitspunkten die Raumlufttemperatur wie folgt berechnet werden.
THF(1 ) THF(2) 1 = [ ] * (29)
THF(1 ) - TRF(1 ) THF(2) - TRF(2) 1 1
THF(1 ) - TRF(1 ) THF(2) - TRF(2)
Dieser Zusammenhang ist jedoch für die Implementierung im Mikrocontroller nur bedingt geeignet. Daher wird als Spezialfall vorzugsweise der kalte Heizkörper in der Anheizphase betrachtet.
THF(1 ) = TRF(1 ) = TI(1 ) (30)
Dann ist T| bekannt. KC/KCHF wird dann durch Gl. 28 berechenbar. Die Temperaturdifferenz zwischen heizkörperseitigem und raumseitigem Temperaturfühler ist dabei ein Maß für die Steuerung des Schätzalgorithmus. Ist THF - RF < TEPS, dann wird das THF = T| als letzte bekannte Raumlufttemperatur gespeichert. Wenn für mindestens 4 aufeinanderfolgende Messungen gilt THF - RF < TEPS und dann für 4 aufeinanderfolgende Messungen THF - TRF > TEPS erfüllt ist und für die letzte Messung auch gilt THF - RF > TDELTA, dann kann ein neues KC/KCHF mit Hilfe des T| als letzte bekannte gespeicherte Raumlufttemperatur berechnet werden. Der Schätzwert KC/KCHF wird vorzugsweise als gleitender Mittelwert weitergeführt.
KC 3 KC 1 KC round = — * old + — * calc (31 ) KCHF 4 KCHF 4 KCHF
Die Behandlung des Schätzwertes KC/KCHF als gleitender Mittelwert hat den Vorteil, dass Messfehler ausgeglichen werden können.
Wird ein unbewertetes Gerät während der Montage auf dem Heizkörper doch mit einer „Vorbewertung" versehen, indem man das montierte Gerät einer beliebigen
Heizkörpergruppe z. B. flache Heizplatte zuordnet, dann kann man relativ eng tolerierte Werte für KCπFest vorgeben.
KC KCest = round * KCHFest (32)
KCHF
Tabelle der verwendeten Formelzeichen und Symbole