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Verfahren zur Ermittlung der Energiekosten von zentralen Warmwasserveersorgungsanlagen mit Solarunterstützung in Mietshäusern - Dokument DE10049038A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10049038A1 08.05.2002
Titel Verfahren zur Ermittlung der Energiekosten von zentralen Warmwasserveersorgungsanlagen mit Solarunterstützung in Mietshäusern
Anmelder Kellner, Steffen, 04565 Regis-Breitingen, DE;
Kellner, Dietmar, 04565 Regis-Breitingen, DE
Erfinder Kellner, Steffen, 04565 Regis-Breitingen, DE;
Kellner, Dietmar, 04565 Regis-Breitingen, DE
Vertreter Borchard, W., Dipl.-Ing. (FH), Pat.-Anw., 04357 Leipzig
DE-Anmeldedatum 28.10.2000
DE-Aktenzeichen 10049038
Offenlegungstag 08.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.2002
IPC-Hauptklasse G01K 17/00
Zusammenfassung Die Erfindung bezweckt mit einem nur geringfügig erhöhten konstruktiven Aufwand ein Verfahren zur Ermittlung der Heizkosten und eine individuelle Heizkostenabrechnung nach der Heizkostenverordnung von zentralen Warmwasserversorgungsanlgen mit Solarenergieunterstützung.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom des entnommenen Wassers durch einen Wasserzähler (24) vor einem Solarspeicher (1) für den Sammler (6) für Strahlungsenergie oder zwischen dem Solarspeicher (1) und dem Speicher zur konventionellen Nachheizung (3) gemessen und mit der Temperaturdifferenz jeweils vor und nach dem Solarspeicher (1) und dem Speicher zur konventionellen Nachheizung (3) multipliziert wird.
Das Anwendungsgebiet bezieht sich auf zentrale Warmwasserversorgungsanlagen mit Solarenergieunterstützung von Wohn- und Gewerbeeinheiten in Mehrfamilienhäusern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Energiekosten von zentralen Warmwasserversorgungsanlagen mit Solarenergieuntersützung zum Zwecke der Betriebskostenabrechnung von Wohn- und Gewerbeeinheiten in Mehrfamilienhäusern bei der Wärmemengenmessung und Berechnung der jeweils abgegebenen Wärmemenge eine Multiplikation des Volumenstromes mit der Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Ablauf vorgenommen wird. Ebenso bezieht sich die Erfindung auf eine Heizungsanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die Messung der Wärmemenge in einem Mehrfamilienhaus, bei dem den Mietern durch den Vermieter zum Teil durch Sonnenenergie erhitztes Warmwasser zur Verfügung gestellt und eine verbrauchsabhängige Abrechnung der Heizkosten erstellt wird, gewinnt immer mehr an Bedeutung. Im Unterschied zur einfachen Heizkostenverteilung erfordert eine solche Heizkostenberechnung eine Verrechnung aufgrund des tatsächlichen Energiebezuges durch den Vermieter. Nach der geltenden Heizkostenverordnung erfolgt die Ermittlung anhand der verteilungsfähigen Betriebskosten der Versorgung mit Wärme und Warmwasser von seiten der entstanden Kosten für den Energieverbrauch beziehungsweise Brennstoffverbrauch. Der Brennstoffverbrauch wird anhand des gemessenen Volumens des verbrauchten Warmwassers und der gemessenen mittleren Temperatur ermittelt oder nach anerkannten Regeln der Technischen Lieferbedingungen der Energieversorger gemessen.

Für die Messung des Durchflußes in bekannten Wärmemengen - Messgeräten werden im wesentlichen Flügelrad - oder Woltmanzähler, Ultraschall - Durchflußmesser oder magnetisch - induktive Durchflußmesser verwendet. Bei Wärmemengenzählern, beispielsweise Flügelradanemometer, welche die für den Meßvorgang benötigte Energie aus der kinetischen Energie des strömenden Mediums entnehmen, besteht der Nachteil, daß diese bei einer geringen Strömung häufig wegen der vorhanden Lagerreibung nicht anlaufen. Demgegenüber sind nichtmechanische Durchflußmesser kostenintensiver, weil sie eine eigene Energieversorgung erfordern. Der Anteil der Sonnenenergie am Wärmeverbrauch ist daher nicht einfach zu ermitteln.

In der US PS 4 332 164 wird eine BTU - Meßuhr für Wärmeenergie - Kollektoren, Absorber, Wärmetauscher und ähnliche Vorrichtungen beschrieben, mit der ein Gewinn oder Verlust der Wärmeenergie gemessen werden soll. Der Volumenstrom wird mit einem Meßgeber gemessen, der diesen Volumenstrom in Impulse pro Volumeneinheit umwandelt. Diese Impulse werden einer Schaltung zugeführt, die diesen Volumenstrom einer im Fluid gemessenen Temperatur zuordnet und daraus die geförderte absolute Wärmemenge oder die an einen Wärmetauscher zugeführte oder entnommene Wärmemenge bestimmt. Diese Wärmemengen werden über einen Zeitabschnitt addiert. Die Meßuhr umfaßt eine Pumpe zwischen dem Kollektor für die Sonnenenergie und einem Wärmetauscher, der mit einem Verbraucher verbunden ist. Hierbei wird die zu dem Verbraucher geführte Wärmemenge mit einem Wasserzähler gemessen, der alternativ in dem Zufluß zu dem Sammler für Strahlungsenergie angeordnet ist. In beiden Fällen sind hinter dem Abfluß und vor dem Zufluß Wärmefühler angeordnet, mit denen die Temperaturdifferenz entsprechend der absorbierten Energie gemessen wird.

Nachteilig ist, daß die im strömenden Medium geförderte und dem Wärmetauscher zugeführte oder entnommene Wärmemengen nur als Summe von Produkten eines Volumenstroms und einer Temperaturdifferenz gesehen wird, die nicht mit der spezifischen Wärmekapazität des Fluids gewichtet wird. Um Fehler bei der Wärmemengenmessung zu vermeiden ist es erforderlich, daß die aufgrund der Durchflußmessung und Temperaturdifferenzmessung laufend ermittelte und summierte Wärmemenge entsprechend des Wärmespeichervermögens und der Viskosität des Mediums korrigiert werden muß. Nach dem Stand der Technik sind daher beim Nachfüllen des Solarkreislaufes geeichte Flüssigkeiten erforderlich.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Verfahren zur Ermittlung der Heizkosten vorgeschlagen werden, das bei Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile geeignet ist, mit einem nur geringfügig erhöhten konstruktiven Aufwand eine individuelle Heizkostenabrechnung nach der Heizkostenverordnung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Meßverfahren gelöst, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Volumenstrom des entnommenen Wassers durch einen Wasserzähler vor einem Solarspeicher für den Sammler für Strahlungsenergie oder zwischen einem Solarspeicher und einem Speicher zur konventionellen Nachheizung gemessen und mit der Temperaturdifferenz jeweils vor und nach dem Solarspeicher und dem Speicher zur konventionellen Nachheizung multipliziert wird.

Die Eichung auf der Basis eines Wärmeträgermediums entfällt somit.

Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, daß mit einem vergleichsweise geringen konstruktiven Aufwand eine Abrechnung nach der Heizkostenverordnung und eine Differenzierung nach Solarenergie und konventioneller Energie möglich ist. Auf diese Weise wird eine Heizkostenberechnung aufgrund des tatsächlichen Energiebezuges gewährleistet. Gleichzeitig wird der Anreiz zur Verwendung der alternativen Energie erhöht und der Einsatz von Sonnenenergie gefördert, was insgesamt zu einem energiebewußten Verhalten bei der Heizung und Warmwasserbereitung führen kann.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Temperaturen durch Temperaturfühler gemessen, die herkömmlich und im Handel erhältlich sind. Die Temperatur des Kaltwassers wird am Kaltwasserzulauf, die Temperatur des Warmwassers wird durch einen Temperaturfühler am Ausgang des Speichers zur Nachheizung und der Temperaturgradient des solarerwärmten Wassers wird durch einen Temperaturfühler am Ablauf des Solarspeichers gemessen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Volumenstrom des Warmwassers durch einen Wasserzähler in einer Meßstrecke vor oder nach dem Solarspeicher gemessen wird. Die Berücksichtigung der Mediumdichte und deren Temperaturabhängigkeit im Solarkreislauf entfällt. Damit können im wesentlichen Flügelrad- oder Woltmanzähler eingesetzt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und aus den Unteransprüchen der Erfindung. In der Zeichnung im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel zeigt

Fig. 1. das Prinzipschema einer mit einer Solaranlage verbundenen Heizungsanlage für Warmwasser mit den erforderlichen Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine Heizungsanlage von Wohnungen oder Gebäudeeinheiten in Mietshäusern für die Warmwasserbereitung mit einem separaten Solarspeicher 1 für Warmwasser 2 und einem Speicher zur konvetionellen Nachheizung 3 für Heißwasser 4, der mit einem Heizungskreislauf 15 verbunden ist. Der Solarspeicher 1 ist mit einem Energietauscher 5 ausgestattet, der mit einem Sammler 6 für Strahlungsenergie beispielsweise einer Solaranlage verbunden ist. Die Erfindung soll jedoch auf eine Solarenergieanlage nicht beschränkt werden. Vielmehr kann der Energietauscher 5 mit einem Strahlungskollektor, einem Kollektor für die Verwendung von natürlicher Wärme, Erdwärme oder einer Abwärmequelle verbunden werden. Der Energietauscher 5 ist im unteren Bereich des Solarspeichers 1 angeordnet, wo sich der Eingang 7 für das Kaltwasser 8 mit dem Kaltwasserzulauf 9 befindet. Im oberen Bereich des Solarspeichers 1 ist der Ablauf 11 für das durch den Energietauscher 5 erwärmte Warmwasser 2 angeordnet. Der Ablauf 11 des Solarspeichers 1 mündet in eine Meßstrecke 12, die zu einem Zulauf 13 für das Warmwasser 2 in den Speicher zur konvertionellen Nachheizung 3 geführt wird, der sich an der Unterseite befindet. Die Erfindung soll eine Anordnung der Meßstrecke 12 vor dem Solarspeicher 1 einschliessen.

In dem Speicher zur Nachheizung 3 ist zum Erhitzen und Erzeugen des Heißwassers 4 ein Wärmetauscher 14 angeordnet, der seinerseits mit einem Heizungskreislauf 15 verbunden ist. Der Heizungskreislauf 15 für den Wärmetauscher 14 kann mit einer Heizvorrichtung mit elektrischen Heizelementen oder mit einer Heizung mit wenigstens einer durch einen Verbrennungsprozess aktivierbaren Wärmequelle verbunden werden. Der Heizungskreislauf 15 kann vorteilhaft auch von einer Feuerung abhängig sein, die für einen festen, gasförmigen oder flüssigen Brennstoff vorgesehen ist. Mit dem separaten Energietauscher 5 und dem Wärmetauscher 14 kann infolgedessen eine beliebiger Kombination von verschiedenen Energiequellen für die Bereitung von Heißwasser 4 eingesetzt werden.

Für das Heißwasser 4 kann eine Warmwasserverteilung 25 mit Zirkulationsleitung 16 und entsprechenden Entnahmestellen 17 vorgesehen werden, die jeweils zu einem nicht weiter dargestellten Verbraucher führen. Eine Zirkulationsleitung 16 ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend erforderlich. Durch die Zirkulation wird die Temperatur des Heißwassers 4 bei der Entnahme auf einem konstanten mittleren Wert gehalten, welcher der Temperaturschichtung im oberen Bereich im Heißwasserspeicher 3 entspricht und die Erfassung der Temperatur vereinfacht.

Zur Temperaturerfassung befindet sich am Ausgang 22 des Speichers zur Nachheizung 3 in der Warmwasserverteilung 25 vor den Entnahmestellen 17 ein Temperaturfühler 18, mit dem die Temperatur des Heißwassers 4 am Heißwasserabfluß 10 am Ausgang 22 des Speichers zur Nachheizung 3 gemessen wird. Ein zweiter Temperaturfühler 19 befindet sich am Kaltwasserzulauf 9 am Eingang 7 des Solarspeichers 1, mit dem die Temperatur des Kaltwassers 8 gemessen wird, wenn an einer der gegenüberliegenden Entnahmestellen 17 Heißwasser 4 entnommen wird. Ein dritter Temperaturfühler 20 ist am Ablauf 11 des Solarspeichers 1 angeordnet, mit dem der Temperaturgradient des Warmwassers 2 gemessen wird. Die Temperaturfühler 18, 19, 20 sind mit einer zentralen Recheneinheit 23 mit einem Microcontroller verbunden. Zur Bestimmung der Temperaturen können an sich bekannte Temperatursensoren verwendet werden, wie z. B. Platin-, Nickel- oder Halbleitersensoren.

Der Volumenstrom des Warmwassers 2 bei der Entnahme wird im Ausführungsbeispiel durch einen Wasserzähler 24 in der Meßstrecke 12 zwischen dem Ablauf 11 des Solarspeichers 1 und dem Zulauf 13 des Speichers zur Nachheizung 3 gemessen, wobei der Wasserzähler 24 ebenfalls mit der Recheneinheit 23 verbunden ist. Ebenso wäre eine Anordnung des Wasserzählers 24 im Kaltwasserzulauf 9 möglich. Als Wasserzähler 24 können für die Messung des Durchflußes in bekannten Weise im wesentlichen Flügelrad - oder Woltmanzähler, Ultraschall-Durchflußmesser oder magnetisch-induktive Durchflußmesser verwendet werden.

Zur Ermittlung der Heizkosten werden in der zentralen Recheneinheit 23 die Temperaturgradienten von Warmwasser 2 und Heißwasser 4 als Differenz der jeweiligen Zu- und Ablauftemperaturen ermittelt. Die dadurch erhaltenen Werte stellen die Eingangsgröße für die Berechnung der Energieverbräuche dar, die sich aus der Multiplikation mit dem Volumenstrom ergeben. In der zentralen Recheneinheit 23 wird die Wärmemenge aufgrund der Durchfluß- und Temperaturdifferenzmessung fortlaufend ermittelt und summiert. Dadurch ergibt sich, daß die Berücksichtigung der Dichte und deren Temperaturabhängigkeit im Solarkreislauf entfällt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Ermittlung der Energiekosten von zentralen Warmwasserversorgungsanlagen mit Solarenergienutzung zum Zwecke der Betriebskostenabrechnung von Wohn- und Gewerbeeinheiten in Mehrfamilienhäusern bei der zur Wärmemengenmessung und Berechnung der jeweils abgegebenen Wärmemenge eine Multiplikation des Volumenstromes mit der Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Ablauf vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet ist, daß der Volumenstrom des entnommenen Wassers durch einen Wasserzähler (24) vor einem Solarspeicher (1) für den Sammler (6) für Strahlungsenergie oder zwischen dem Solarspeicher (1) und dem Speicher zur konventionellen Nachheizung (3) gemessen und mit der Temperaturdifferenz jeweils vor und nach dem Solarspeicher (1) und dem Speicher zur konventionellen Nachheizung(3) multipliziert wird
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Kaltwassers (8) durch einen Temperaturfühler (19) am Kaltwasserzulauf (9) am Eingang (7) des Solarspeichers (1) gemessen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Heißwassers (4) durch einen Temperaturfühler (18) am Heißwasserabfluß (10) am Ausgang (22) des Speichers zur Nachheizung (3) gemessen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgradient des Warmwassers (2) durch einen Temperaturfühler (20) am Ablauf (11) des Solarspeichers (1) gemessen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen beziehungsweise ermittelten Werte über eine Meßwerterfassung einer Recheneinheit (23) zugeführt werden, wobei der Gesamtverbrauch an Energie für den Heizungskreislauf (15) nach einem entsprechenden Rechenprogramm aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Kaltwasser (8) und dem Heißwasser (4), dem Temperaturgradienten und den Durchflußwerten des Warmwassers (2) ermittelt wird.
  6. 6. Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 mit einem Heizungskreislauf für Heißwasser und einem mit einen Energietauscher verbundenen Warmwasserspeicher, der mit einer Solaranlage verbunden ist, für die Warmwasserbereitung von Wohnungen oder Gebäudeeinheiten in Mietshäusern, dadurch gekennzeichnet, daß ein separater von dem Speicher zur Nachheizung (3) getrennter Solarspeicher (1) vorgesehen ist, der am Kaltwasserzu- (9) oder Ablauf (11) über eine Meßstrecke (12) mit einem Wasserzähler (24) mit einem Zulauf (13) in dem Speicher zur Nachheizung (3) verbunden ist.
  7. 7. Heizungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwasserzulauf (9) mit dem Eingang (7) des Solarspeichers (1) und der Heißwasserabfluß (10) für Heißwasser (4) mit dem Ausgang (22) des Speichers zur Nachheizung (3) verbunden ist.
  8. 8. Heizungsanlage nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energietauscher (5) mit einem Strahlungskollektor, einem Wärmetauscher für die Verwendung von natürlicher Wärme oder einer Abwärmequelle verbunden ist.
  9. 9. Heizungsanlage nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungskreislauf (15) für den Speicher zur Nachheizung (3) mit einer Heizvorrichtung mit elektrischen Heizelementen, mit einer Heizung mit wenigstens einer durch einen Verbrennungsprozess aktivierbaren Wärmequelle oder mit einer Feuerung für einen festen, gasförmigen oder flüssigen Brennstoff verbunden ist.






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