Wärmemengenzähler (Funktion)

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Schema mit den 3 benötigten Werten zur Wärmemengenzählung.

Die Funktion Wärmemengenzähler liefert eine Möglichkeit zur Berechnung von thermischer Leistung und Zählung thermischer Energie über die Temperaturdifferenz T.Vorlauf - T.Rücklauf und den Volumenstrom unter Berücksichtigung des Frostschutzanteils des Wärmeträgers.

Eingangsvariablen

Freigabe Generelle Freigabe der Funktion (digitaler Wert EIN/AUS)
Vorlauftemperatur Analoges Eingangssignal für die Vorlauftemperatur
Rücklauftemperatur Analoges Eingangssignal für die Rücklauftemperatur
Durchfluss Analoges Eingangssignal für den Durchfluss (Volumenstrom)
Zählerrücksetzung Digitales Impuls-Eingangssignal EIN/AUS zur Zählerrücksetzung
Spezifische Wärmekapazität Optional: Analoger Wert für die Wärmekapazität der Flüssigkeit im gemessenen System
Preis/Einheit Eingabe eines Preises für die kWh für die Berechnung des Ertrags
  • Für die Temperaturmessung eignen sich besonders die Fühler BFPT1000 5x60MM, eingebaut im Kugelhahn KH der Technische Alternative. Für die Kalibrierung können die Fühler ohne großen Aufwand ausgebaut werden.
  • Als Vorlauffühler kann bei einer Solaranlage auch der Kollektorfühler verwendet werden. Dazu muss er unbedingt mittels Tauchhülse am Vorlaufaustritt der Kollektor-Sammelschiene montiert sein. Die gemessene Wärmemenge enthält dann aber auch die Verluste der Solar-Vorlaufleitung.
  • Mit Quelle Benutzer in der Eingangsvariablen “Durchfluss” kann an Stelle des Volumenstromsensors auch ein fester Wert als Durchfluss vorgegeben werden.
  • Die Zählerrücksetzung erfolgt über einen digitalen EIN-Impuls oder manuell im Parametermenü. Es werden alle Zählerstände, also auch die der Vorperioden gelöscht. Solange diese Eingangsvariable auf EIN steht, ist der Zähler blockiert. Die Zählerrücksetzung funktioniert auch bei Freigabe = Aus.
  • Spezifische Wärmekapazität: Die optionale Eingabe muss als Vielfaches der Einheit 0,01kJ/l*K als dimensionslose Zahl erfolgen. Beispiel: Reines Wasser hat bei 20°C eine Wärmekapazität von ca. 4,18 kJ/l*K, es müsste daher für diese Wärmekapazität (bei 20°C) ein dimensionsloser Wert von 418 eingegeben werden.

Zu beachten: Die Wärmekapazität von Flüssigkeiten ist temperaturabhängig. Daher sollte ein veränderlicher Wert eingegeben werden, der von der Temperatur abhängt (z.B. von der Kennlinienfunktion).

Parameter

Frostschutz Angabe des Frostschutzanteils in % (Anzeige nur, wenn die Eingangsvariable „spezifische Wärmekapazität“ unbenutzt ist)
Rücklaufsperre Auswahl: Ja / Nein
Status
Kalibrierwert
Anzeige: unkalibriert oder kalibriert
Anzeige der beim Kalibiervorgang gemessenen Differenz T.Vorlauf – T.Rücklauf (im Status „unkalibriert“ muss dieser Wert 0,0 K sein)
Kalibrierung starten Start der Kalibrierung (Abschnitt „Kalibriervorgang“ beachten!)
Kalibrierwerte löschen Die Kalibrierung kann hierdurch rückgängig gemacht werden, der Kalibrierwert wird auf 0 gesetzt.
Zähler löschen Schaltfläche zum Löschen aller Zählerstände
  • Frostschutzanteil: Aus den Produktangaben aller namhaften Hersteller wurde ein Durchschnitt errechnet und in Abhängigkeit des Mischverhältnisses als Tabelle implementiert. Diese Methode ergibt in typischen Verhältnissen einen zusätzlichen maximalen Fehler von einem Prozent.
  • Rücklaufsperre: Bei Eingabe „Nein“ wird eine Negativzählung ermöglicht, bei Eingabe „Ja“ kann der Wärmemengenzähler nur positive Werte zählen.
  • Bei der Berechnung der Differenztemperatur treten durch die Toleranz der Sensoren und des Messteils teilweise zu große Fehler auf. Das Gerät besitzt zum Ausgleich dieser Fehler ein Kalibrierverfahren.
  • Wählt man „Kalibrierung starten“ erfolgt eine weitere Sicherheitsabfrage. Wurde die Kalibrierung irrtümlich oder falsch durchgeführt, kann das Ergebnis durch „Kalibrierwerte löschen“ rückgängig gemacht und / oder durch neuerliche Kalibrierung richtiggestellt werden.

Kalibriervorgang

Durch die gleichzeitige Messung beider Sensoren bei gleicher Temperatur wird die Abweichung der Sensoren zueinander berechnet und in Zukunft als Korrekturfaktor in die Berechnung mit einbezogen.
Die Kalibrierung hat nur Einfluss auf die Sensorwerte in der Funktion „Wärmemengenzähler“ und wird in anderen Funktionen nicht berücksichtigt.
Während des Kalibriervorganges ist es sehr wichtig, dass beide Sensoren (Vor- und Rücklauf) gleiche Temperaturen messen. Dazu werden beide Sensorspitzen mit einem Stück Klebeband oder Draht zusammengebunden. Weiters sollten beide Sensoren bereits mit den späteren Leitungsverlängerungen ausgestattet sein, um die elektrischen Widerstände der Leitungen zu berücksichtigen. Bei der Verwendung des Kollektorfühlers ist die erforderliche Leitungslänge abzuschätzen und einzubinden. Die Sensoren müssen an den beiden parametrierten Eingängen für Vor- und Rücklauf angeschlossen werden und werden gemeinsam in ein heißes Wasserbad getaucht (beide haben also die gleichen Temperaturen).
Kalibriervorgang:

  1. Eintauchen der Sensoren in das Wasserbad.
  2. Starten des Kalibriervorganges und Bestätigen der Sicherheitsabfrage, Statusanzeige: „kalibriert“.
  3. Der Kalibrierwert wird in den Parametern angezeigt und die korrigierte Rücklauftemperatur wird in den Ausgangsvariabeln ausgegeben.


Hinweise zur Genauigkeit
Die Präzision aller erfassten Energien und Energieflüsse hängt von vielen Faktoren ab und soll hier einer näheren Betrachtung unterzogen werden.

  • PT1000-Temperatursensoren der Klasse B haben eine Genauigkeit von +/- 0,55K (bei 50°C).
  • Der Fehler der Temperaturerfassung des x2-Geräts beträgt pro Kanal typ. +/- 0,4K.

Bei einer angenommenen Spreizung von 10K ergeben diese beiden Messfehler zwischen Vor- und Rücklauf einen maximalen Messfehler von +/- 1,90K = +/- 19,0% bei Klasse B und +/-13,0% bei Klasse A.

  • Bei geringerer Spreizung erhöht sich der prozentuelle Messfehler
  • Die Genauigkeit des Volumenstromsensors FTS 4-50DL beträgt ca. +/- 1,5%

Der maximale Gesamtmessfehler für die Wärmemengenzählung beträgt daher im ungünstigsten Fall:

1,19 x 1,015 = 1,208

Das bedeutet eine Genauigkeit der Wärmemengenzählung im ungünstigsten Fall von +/- 20,8% (bei 10K Spreizung, ohne Kalibrierung der Temperatursensoren), wobei dabei alle Messfehler das Messergebnis in die gleiche Richtung verfälschen müssten.
Erfahrungsgemäß tritt ein solcher Fall niemals ein und es darf im ungünstigen Fall mit der Hälfte gerechnet werden. Allerdings sind auch 10,4% noch nicht vertretbar.

Nach Kalibrierung der Temperatursensoren (siehe oben) reduziert sich der Messfehler der gesamten Temperaturerfassung zusammen auf maximal 0,3K. Bezogen auf die oben angenommene Spreizung von 10K bedeutet das einen Messfehler von 3 %.
Der maximale Gesamtmessfehler für die Wärmemengenzählung beträgt daher:

1,03 x 1,015 = 1,045

Bei 10K Spreizung und mit Kalibrierung der Temperatursensoren verbessert sich also die Genauigkeit der Wärmemengenzählung im ungünstigsten Fall auf +/- 4,5 %.

Ausgangsvariablen

Leistung Anzeige der aktuellen Leistung in kW (2 Nachkommastellen)
Korrigierte Rücklauftemperatur Anzeige der durch den Kalibriervorgang korrigierten Rücklauftemperatur
Differenz (TV–TR. korr.) Anzeige der aktuellen, für den Wärmemengenzähler maßgeblichen, Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und korrigierter Rücklauftemperatur
Tageszählerstand Zählerstandanzeigen
Vortageszählerstand
Wochenzählerstand
Vorwochenzählerstand
Monatszählerstand
Vormonatszählerstand
Jahreszählerstand
Vorjahreszählerstand
Kilowattstunden gesamt
Tagesbetrag Anzeige des Ertrages in der eingestellten Währung
Vortagesbetrag
Wochenbetrag
Vorwochenbetrag
Monatsbetrag
Vormonatsbetrag
Jahresbetrag
Vorjahresbetrag
Gesamtbetrag
  • Zu Beachten: Die Zählerstände des Funktionsmoduls Wärmemengenzähler werden jede Stunde in den internen Speicher geschrieben. Bei einem Stromausfall kann daher die Zählung von maximal 1 Stunde verlorengehen.
  • Beim Laden von Funktionsdaten wird abgefragt, ob die gespeicherten Zählerstände übernommen werden sollen (siehe Anleitung „Programmierung Teil 1: Allgemeine Hinweise“).
  • Ist die Vorlauftemperatur niedriger als die Rücklauftemperatur, wird mit negativer Energie gezählt, wenn die Rücklaufsperre auf „Nein“ steht. Der Zählerstand verringert sich dadurch.
  • Die Umschaltung des Wochenzählers erfolgt am Sonntag um 24:00 Uhr.

Siehe auch