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Dokumentenidentifikation DE10306465A1 02.09.2004
Titel Verfahren zur Bestimmung des Zählfortschrittes in einem elektronischen Heizkostenverteiler, so dass die Möglichkeit des gemischten Einbaus von Heizkostenverteilern unterschiedlicher Bauart in einer Abrechnungseinheit (Mischverbau) besteht
Anmelder Siemens Building Technologies AG, Zürich, CH
Erfinder Leipold, Jörg, Dr., 99974 Mühlhausen, DE
Vertreter Berg, P., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 80339 München
DE-Anmeldedatum 14.02.2003
DE-Aktenzeichen 10306465
Offenlegungstag 02.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.09.2004
IPC-Hauptklasse G01K 17/00
Zusammenfassung Verfahren zur Parametrierung von registrierenden Messgeräten insbesondere von Heizkostenverteilern, die zur Bestimmung des anteiligen Wärmeverbrauchs in Nutzeinheiten, bezogen auf den gesamten Wärmeverbrauch in einer Abrechnungseinheit bzw. einer Nutzergruppe, verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zu parametrierender Heizkostenverteiler (HKV') zur Verwendung in der Abrechnungseinheit (AE) bereitgestellt wird und das die Parametrierung des bereitgestellten Heizkostenverteilers (HKV') in Abhängigkeit von dem innerhalb der Abrechnungseinheit für die Heizkostenverteilung verwendeten Bewertungssystem derart vorgenommen wird, dass der parametrierte Heizkostenverteiler (HKV') ein Messverhalten bzw. eine Arbeitsweise zur Verbrauchswertbestimmung aufweist, die mit dem Messverhalten bzw. der Arbeitsweise der bisher in der Abrechnungseinheit (AE) verwendeten Heizkostenverteiler (HKV') kompatibel ist und dass trotz Verwendung unterschiedlicher Fabrikate von Heizkostenverteilern in der Abrechnungseinheit ein im Wesentlichen einheitliches Bewertungssystem zur Verbrauchswerterfassung für die Abrechnungseinheit (AE) erhalten wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft gemäss den Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Parametrierung eines Heizkostenverteilers. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines gemäss den 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.

Mit 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 beispielse lineare, temperaturunabhängige KC und KCHI aufweist, simuliert werden.

Somit kann durch das erfindungsgemässe Verfahren jeder beliebige neue Heizkostenverteiler, der ein altes 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.

1 zeigt ein System zur Verbrauchswerterfassung mit mehreren elektronischen Heizkostenverteilern.

2 zeigt in einem Ablaufidagramm ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens zur Parametrierung von elektronischen Heizkostenverteilern.

3a bis 3c zeigen die Umschaltung von Zweifühlerbetrieb in Einfühlerbetrieb eines elektronischen Heizkostenverteilers.

4 zeigt das Startverhalten- und Zählverhalten eines elektronischen Heizkostenverteilers.

1 zeigt ein System zur Verbrauchswerterfassung mit beispielsweise zwei Nutzungseinheiten NE1 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 NE1 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 NE1 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 NE1 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.

2 zeigt in einem Ablaufdiagram das erfindungsgemässe Verfahren zur Parametrierung eines Heizkostenverteilers. Der Übersichtlichkeit wegen werden die einzelnen Blöcke 1080 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 TRF 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 TMm' 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 TI'' und Tm'' erhalten. In Block 50 werden beispielsweise aus den Fühlertemperaturen THF und TRF und den virtuellen Umgebungstemperaturen Tm' und TI' 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 TRF 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) &Dgr;T = THF – TRF (2) &Dgr;T' = A&Dgr;T + B&Dgr;T·&Dgr;T + C&Dgr;T·&Dgr;T2 (3) TRF' = THF' – &Dgr;T' (4)

Die gesuchten Größen AHF, BHF, CHF, A&Dgr;T, B&Dgr;T und C&Dgr;T 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 + BHF·THF(1) + CHF·THF(1)2 THF'(2) = AHF + BHF·THF(2) + CHF·THF(2)2 THF'(3) = AHF + BHF·THF(3) + CHF·THF(3)2 (5) Die Gleichungen für die virtuellen Temperaturdifferenzen &Dgr;T' zwischen angenommenem heizkörperseitigem und angenommenem raumseitigem Fühler erhält man aus Gleichung (3) wie folgt. &Dgr;T'(1) = A&Dgr;T + B&Dgr;T·&Dgr;T(1) + C&Dgr;T·&Dgr;T(1)2 &Dgr;T'(2) = A&Dgr;T + B&Dgr;T·&Dgr;T(2) + C&Dgr;T·&Dgr;T(2)2 &Dgr;T'(3) = A&Dgr;T + B&Dgr;T·&Dgr;T(3) + C&Dgr;T·&Dgr;T(3)2 (6)

Die Gleichungen (5) und (6) werden nach den gesuchten Größen AHF, BHF, CHF, A&Dgr;T, B&Dgr;T und C&Dgr;T gelöst. Stehen mehr Messpunkte zur Verfügung , so kann auch eine Lösung dieser Gleichungen durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgen. A&Dgr;T, B&Dgr;T und C&Dgr;T 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 A&Dgr;T 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 &Dgr;T = Null erzwungen indem das A&Dgr;T 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 &Dgr;T' = &Dgr;T oder &Dgr;T = Null.

Berechnung der virtuellen Lufttemperatur TI' und der virtuellen mittleren Heizmediumtemperatur Tm'

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

Die Ankopplung beider Fühler THF und TRF an die Differenz zwischen mittlerer Heizmitteltemperatur und Raumtemperatur wird wie folgt definiert.

Aus Gleichung 8 erhält man Tm – TI = KCHF·(THF – TI) (11)

Aus Gleichung 10 erhält man Tm – TI = KC·(THF – TRF) (12) KC·(THF – TRF) = KCHF·(THF – TI) (13)

Aus Gleichung (13) erhält man unmittelbar die Gleichung

mit der man eine virtuelle Raumtemperatur TI' bestimmen kann. Die virtuelle mittlere Heizmediumstemperatur Tm' erhält man zu Tm' = KCHF·(THF – tI') + tI' (15)

Korrektur der virtuellen Raumtemperatur TI' und der mittleren Heizmediumstemperatur Tm'

Im folgenden wird die Korrektur der virtuellen Raumtemperatur TI' 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 TLmax, dann kann mit der Bezugs-Lufttemperatur gerechnet werden, d.h. es wird auf den Einfühlerbetrieb umgeschaltet.

Die maximale Raumtemperatur TLmax zur Absicherung gegen Manipulation bedingt eine Korrektur der virtuellen Raumtemperatur TI' als deren Ergebnis die korrigierte virtuelle Raumtemperatur TI'' erhalten wird. Diese wird der nachfolgend beschriebenen Energieberechnung zugrundegelegt.

Die Korrektur der virtuellen Raumtemperatur TI' kann jedoch nicht mit einem geschlossenen mathematischen Ausdruck beschrieben werden. Daher werden fallweise unterschiedliche Korrekturen vorgesehen. TI' <= TLmax TI'' = TI' (16)

Liegt die virtuelle Raumtemperatur unterhalb der maximalen Raumtemperatur, dann wird diese nicht korrigiert.

TLmax < TI' < TLmax + &Dgr;TLSW TI'' = TLmax + &Dgr;TLSW – TI' + TL (17)

Liegt die virtuelle Raumtemperatur im Bereich zwischen der maximalen Raumtemperatur und der um &Dgr;TLSW erhöhten maximalen Raumtemperatur, dann wird die korrigierte virtuelle Raumtemperatur TI'' so berechnet, dass sie beim Durchfahren dieses Bereiches linear von der maximalen Raumtemperatur auf die Bezugs-Lufttemperatur abfällt. TI' >= TLmax + &Dgr;TLSW TI'' = TL (18)

Liegt die virtuelle Raumtemperatur mehr als &Dgr;TLSW 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 – TI'') + TI'' (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 3a–3c dargestellte Verfahrensweisen sind möglich.

Bei der in 3a gezeigten Variante bleibt die korrigierte Raumlufttemperatur TI' konstant und bei dem in 3b dargestellten Beispiel wird die korrigierte Raumtemperatur auf die Bezugslufttemperatur von 20°C gesetzt.

Gemäss 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 TI 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 heizkörpersseitigen- bzw. raumseitigen Sensor die Raumtemperatur TI und die mittlere Heizmediumtemperatur Tm berechnet werden.

Die in 4 dargestellte Parameterebene zeigt die Arbeitsweise eines Heizkostenverteilers. Zur Darstellung werden beispielsweise die virtuelle Raumtemperatur TI' und die virtuelle Heizmitteltemperatur Tm' verwendet. Diese sind in erster Näherung identisch mit den entsprechenden Temperaturen TI und Tm eines Altgerätes und lassen sich wie folgt aus den Grössen Tm und TI ermitteln. Die in 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, TZ, TZMAX, Ti, TDELTA und TEPS definiert.

Diese Parameter, welche die Startbedingungen festlegen, formen beispielsweise einen Polygonzug in der Parameterebene, wie dies in 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' – TI' 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 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' – TI' > Ti und Tm' > TZmin (20) oder Tm' > TZmax (21) oder Tm' > Tz und Tm' – TI' > 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' – TI' > 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' – TI'), korrigierte virtuelle Heizmediumstemperatur minus korrigierte virtuelle Raumlufttemperatur (Tm'' – TI''), virtuelle Heizmediumstemperatur minus korrigierte virtuelle Raumlufttemperatur (Tm' – TI''), virtuelle Heizmediumstemperatur minus Bezugs-Lufttemperatur (Tm' – TL), 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 4 dargestellten schraffierten Arbeitsbereich kann die Heizkörperleistung für einen Zweifühlerbetrieb nach folgender Formel bestimmt werden. P = KQ·KA·(Tm'' – TI'')^EXP (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)^EXP (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)^EXP (28) oder als alternativer Zählfortschritt P = K·(THF – TL)^EXP (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 TZ 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 KCHFbew 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 TI 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

Damit kann man bei Messwerten aus zwei Arbeitspunkten die Raumlufttemperatur wie folgt berechnet werden.

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) (3)

Dann ist TI bekannt. KC/KCHF wird dann durch GI. 28 berechenbar. Die Temperaturdifferenz zwischen heizkörperseitigem und raumseitigem Temperaturfühler ist dabei ein Maß für die Steuerung des Schätzalgorithmus. Ist THF – TRF < TEPS, dann wird das THF = TI als letzte bekannte Raumlufttemperatur gespeichert. Wenn für mindestens 4 aufeinanderfolgende Messungen gilt THF – TRF < TEPS und dann für 4 aufeinanderfolgende Messungen THF – TRF > TEPS erfüllt ist und für die letzte Messung auch gilt THF – TRF > 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.

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 KCHFest vorgeben.

Tabelle der verwendeten Formelzeichen und Symbole

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Parametrierung von registrierenden Messgeräten insbesondere von Heizkostenverteilern, die zur Bestimmung des anteiligen Wärmeverbrauchs in Nutzeinheiten bezogen auf den gesamten Wärmeverbrauch in einer Abrechnungseinheit bzw. einer Nutzergruppe verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zu parametrierender Heizkostenverteiler (HKV') zur Verwendung in der Abrechnungseinheit (AE) bereitgestellt wird und das die Parametrierung des bereitgestellten Heizkostenverteilers (HKV') in Abhängigkeit von dem innerhalb der Abrechnungseinheit für die Heizkostenverteilung verwendeten Bewertungssystem derart vorgenommen wird, dass der parametrierte Heizkostenverteiler (HKV') ein Messverhalten bzw. eine Arbeitsweise zur Verbrauchswertbestimmung aufweist, die mit dem Messverhalten bzw. der Arbeitsweise der bisher in der Abrechnungseinheit (AE) verwendeten Heizkostenverteilern (HKV) kompatibel ist und dass trotz Verwendung unterschiedlicher Fabrikate von Heizkostenverteilern in der Abrechnungseinheit ein im wesentlichen einheitliches Bewertungssystem zur Verbrauchswerterfassung für die Abrechnungseinheit (AE) erhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrierung des Heizkostenverteilers (HKV') der ein unterschiedliches Fabrikat gegenüber den bisher verwendeten Heizkostenverteilern (HKV) aufweist, dadurch erhalten wird, dass in Abhängigkeit von dem zu ersetzenden Heizkostenverteiler (HKV) die diesen in der Arbeitsweise bzw. Verhalten zur Verbrauchswerterfassung charakterisierenden Grössen dem neuen Heizkostenverteiler (HKV') als Kenngrössen für die Verbrauchswerterfassung der Abrechnungseinheit zugrundegelegt und gespeichert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrierung des Heizkostenverteilers (HKV') dadurch erhalten wird, dass in Abhängigkeit von einem idealen Heizkostenverteiler (HKV) die diesen in der Arbeitsweise bzw. Messverhalten zur Verbrauchswerterfassung charakterisierenden Grössen dem neuen Heizkostenverteiler (HKV') als Kenngrössen für die Verbrauchswerterfassung der Abrechnungseinheit zugrundegelegt und gespeichert werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsgrössen für den zu parametrierenden Heizkostenverteiler (HKV') wenigstens eine virtuelle Fühlertemperatur (THF', TRF') und/oder wenigstens eine virtuelle Umgebungstemperatur (TI', Tm') verwendet wird und das zur Bestimmung dieser Zustandsgrössen die gespeicherten Kenngrössen (AHF, BHF , CHF , A&Dgr;T, B&Dgr;T, C&Dgr;T, KC und KCHF) verwendet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als virtuelle Fühlertemperatur die Temperatur eines angenommenen heizkörperseitigen Fühlers (THF') oder eines angenommenen raumseitigen Fühlers (TRF') berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als virtuelle Umgebungstemperatur die virtuelle Raumlufttemperatur (TI') oder die virtuelle mittlere Heizmediumstemperatur (Tm') berechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Raumlufttemperatur (TI') und/oder die virtuelle mittlere Heizmediumstemperatur (Tm') bei einer Umschaltung von Zweifühler- auf Einfühlerbetrieb des Heizkostenverteilers (HKV') korrigiert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen Zweifühler- auf Einfühlerbetrieb des Heizkostenverteilers in Abhängigkeit von der maximalen Raumtemperatur TLmax vorgenommen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrekturgrössen für die virtuellen Umgebungstemperaturen die Bezugs-Lufttemperatur (TL) und/oder die maximale Bezugs-Lufttemperatur TLmax und/oder ein Temperaturübergangsbereich (&Dgr;TLSW) zwischen Zweifühler- und Einfühlerbetrieb des Heizkostenverteilers verwendet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Zustandsgrössen (THF' , TRF' , TI' , Tm') und/oder den Kenngrössen die Startbedingungen für den Zählbeginn des Heizkostenverteilers (HKV') hergeleitet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Startbedingungen unter Berücksichtigung der minimalen Zählbeginntemperatur (Tzmin), und/oder der Zählbeginntemperatur (Tz), und/oder der maximalen Zählbeginntemperatur (Tzmax), und/oder der Zählbeginn-Temperaturdifferenz (TI) und/oder der Temperaturdifferenz (TDELTA) und/oder der Epsilonumgebung (TEPS) hergeleitet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter, welche die Startbedingungen festlegen in einer aus den virtuellen Umgebungstemperaturen (Tm', TI') oder der virtuellen Fühlertemperaturen (THF', TRF') für den Heizkostenverteiler (HKV') gebildeten Parameterebene einen Polygonzug formen, der den Arbeitsbereich für die Energieberechnung bzw. zur Bestimmung des Zählfortschrittes durch den Heizkostenverteiler (HKV') definiert.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Startbedingungen für den Zählbeginn erfüllt sind für die Berechnung der Energie bzw. des Zählfortschrittes eine Temperaturdifferenz, beispielsweise virtuelle Heizmediumstemperatur minus virtuelle Raumlufttemperatur (Tm' – TI'), korrigierte virtuelle Heizmediumstemperatur minus korrigierte virtuelle Raumlufttemperatur (Tm'' – TI''), virtuelle Heizmediumstemperatur minus korrigierte virtuelle Raumlufttemperatur (Tm' – TI''), virtuelle Heizmediumstemperatur minus Bezugs-Lufttemperatur (Tm' – TL), Temperatur des heizkörperseitigen Fühlers minus Temperatur des raumseitigen Fühlers (THF – TRF) oder Temperatur des heizkörperseitigen Fühlers minus Bezugs-Lufttemperatur (THF – TL) verwendet wird.
  14. Vorrichtung insbesondere Heizkostenverteiler, der zur Bestimmung des anteiligen Wärmeverbrauchs in Nutzeinheiten bezogen auf den gesamten Wärmeverbrauch in einer Abrechungseinheit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkostenverteiler gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 parametriert ist und dass die durch die Parametrierung erhaltenen Kenngrössen in einem Speicher des Heizkostenverteilers gespeichert sind und dass der Heizkostenverteiler unter Verwendung dieser Kenngrössen die Arbeitsweise bzw. das Messverhalten eines Heizkostenverteilers unterschiedlichen Fabrikates oder eines idealen Heizkostenverteilers simuliert.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkostenverteiler eine programmierbare Logik oder einen Mikrocontroller aufweist, der unter Verwendung der gespeicherten Kenngrössen die Arbeitsweise bzw. das Messverhalten des Heizkostenverteilers unterschiedlichen Fabrikates oder des idealen Heizkostenverteilers simuliert.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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