Erfassung der Energiewerte von Wasser und Dampf

Wärme und Kälte genau abgerechnet

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Das Messen der Wärmemengen von Wasser und Dampf ist in vielen Bereichen weit verbreitet. Obwohl diese Messungen in Betrieben Standard sind, stellt sich oft die Frage, worauf bei Erneuerung oder Neuanschaffung einer Messstelle zu achten ist, um die höchste Messgenauigkeit zu erhalten.

Der Autor: Thomas Knapp Produktmanager Komponenten, Registriertechnik und E-direct, Endress+Hauser

Eine gut installierte Dampfmengenmessung bringt in der Praxis eine Genauigkeit von ca. 2 %. Wasserwärmemengenmessungen können bei optimaler Installation und abhängig von der Temperaturdifferenz Genauigkeiten von 1 % erreichen. Aber wie kann man diese Genauigkeit erreichen? Die Optimierungsmöglichkeiten hängen vom Energieträger ab.
Bei Dampfmessungen kommt der größte Fehler von der Durchflussmessung. Für genaue Messungen sind Wirbeldurchflussmessgeräte zu empfehlen. Weit verbreitet sind jedoch Durchflussmessungen mit Blenden. Wird hier die Berechnung des Durchflusses über das Radizieren des Differenzdrucksignals realisiert, ist diese Messung nur am Auslegungspunkt der Blende genau. Selbst bei kleinen Schwankungen von Temperatur und Druck können Fehler von bis zu 10 % allein bei der Durchflussmessung entstehen. Besser ist es, die Durchflussberechnung aufgrund des Differenzdrucks, der aktuellen Temperatur und des momentanen Drucks durchzuführen. Dann wird der Auslegungspunkt auf die aktuellen Bedingungen nachgeführt und die Messung bleibt auch bei Schwankungen immer bei einer Genauigkeit <1 %. Bei Sattdampf kann zudem die Gefahr bestehen, dass sich der Dampf in Nassdampf verwandelt, was einen Fehler von bis zu 80 % zur Folge haben kann. Hier ist der Einsatz von Druck- und Temperaturmessung immer sinnvoll, um die Anlage vor Wasserschlägen zu schützen. Für Sattdampfanwendungen oder für Anwendungen mit überhitztem Dampf hat Endress+Hauser EngyCal RS33 entwickelt. Der Dampfrechner rechnet nach dem internationalen Standard IAPWS-IF97 und meldet zudem, wenn sich der Dampf in Nassdampf verwandelt.
Beliebig gepaarte Sensoren
Bei Wasser und anderen Flüssigkeiten ist die Temperaturdifferenz ein wichtiger Parameter. Ist die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf größer als 20 °C, so hat die Durchflussmessung den größten Einfluss auf den Fehler. Bei Temperaturdifferenzen kleiner 20 °C, ist die Abweichung der Temperatursensoren zueinander entscheidend für die Genauigkeit. Bei solchen Anwendungen müssen gepaarte Sensoren eingesetzt werden. Hier bietet der Energiemanager EngyCal RH33 eine optimale Lösung. Durch Eingabe der Callendar-Van-Dusen-Koeffizienten lassen sich zwei beliebige Sensoren elektronisch paaren. Diese Paarung ist genauer als die Sensorpaarung über ausgewählte Sensoren. Außerdem muss bei Ausfall eines Sensors nur dieser getauscht werden und nicht beide Sensoren, was Zeit und Kostenersparnis mit sich bringt. Der Callendar-van-Dusen-Koeffizient beschreibt das reale Verhältnis zwischen Widerstand und Temperatur bei PT100-Sensoren.
Messwerte vor Ort aufgezeichnet
Bei den Energiemanagern EngyCal wurden Kundenanforderungen konsequent umgesetzt. Der kombinierte Wärme- und Kältezähler EngyCal RH33 und der Dampfrechner EngyCal RS33 ermöglichen eine genaue Erfassung und Berechnung der Energiewerte sowie die Abrechnung von Wärme und Kälte. Das Modell RH33 wird für Wasser, Wasser-Glykol-Gemische und andere Flüssigkeiten wie Thermoöle eingesetzt und das Modell RS33 für Dampf. Das Gehäuse kann sowohl als Feld, Schalttafeleinbau oder als Hutschienengehäuse verwendet werden. Die Inbetriebnahme ist schnell und einfach durchzuführen, da die Eingänge für Durchfluss, Druck und Temperatur vordefiniert sind. Ein großes hinterleuchtetes Display stellt gut ablesbar alle benötigten Werte dar. Es lassen sich bis zu vier Darstellungsgruppen definieren, die sich alternierend darstellen lassen. Im Standard ist bereits die Datenaufzeichnung im Gerät enthalten, sodass sich Lastverläufe sowie alle Messwerte vor Ort manipulationssicher aufzeichnen lassen.
Die Berechnung von Wasser und Dampf erfolgt nach dem internationalen Standard IAPWS-IF97. Andere Flüssigkeiten wie Thermoöle werden über Wärmekapazitätstabellen berechnet. Auch wurde die Anwendungsfreiheit bei den Engycal RH33 und RS33 erhöht. So lassen sich bidirektionale Messungen oder Messungen in verschiedene Tarifzähler sehr einfach realisieren. Beim Engycal RS33 wurde die Möglichkeit integriert, den Durchfluss im Kondensat zu messen und damit die Dampfwärmemengendifferenz zu berechnen. Beide EngyCal-Modelle beinhalten die Möglichkeit der elektronischen Paarung von Temperatursensoren über den Callendar-van Dusen-Koeffizienten, sodass die Berechnung der Wärmemenge bei kleinen Temperaturdifferenzen sehr genau wird. Für eichfähige Wärmemengenmessung von Flüssigkeiten ist der EngyCal RH33 nach MID004 zertifiziert. Zur Kommunikation stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Als Bussysteme lassen sich direkt M-Bus, Modbus RTU und Modbus TCP auswählen. Weiterhin steht zum Auslesen der Daten oder zur Anbindung der Geräte an ein Leitsystem über OPC-Server eine Ethernet-Schnittstelle zur Verfügung. Die Inbetriebnahme erfolgt über die integrierte USB-Schnittstelle.
Optimierung der Energiemessstellen
Der Applicator Sizing Energy auf der Applicator-Seite des Endress+Hauser-Internetauftritts (www.de.endress/applicator) hilft bei der Optimierung von Energiemessstellen. Er ermöglicht, schnell zu entscheiden, welche Änderung den größten Effekt auf die Genauigkeit einer Messung hat. Nach Eingabe der erwarteten Betriebsbedingungen und der Genauigkeit der eingesetzten Messgeräte berechnet der Applicator die Wärmemenge und die erwartete Genauigkeit bei optimaler Installation der Messtechnik.
Bei der Berechnung werden alle Fehler der gesamten Messkette und die Auswirkungen durch die Berechnung nach dem IAPWS-IF97-Standard berücksichtigt. Verändert man die Genauigkeit eines Messgerätes, so sieht man direkt die Auswirkung auf die Gesamtgenauigkeit. Beispielsweise lässt sich bei Änderung der Messgenauigkeit eines Druckmessumformers von 0,5 % auf 0,08 % bei einer Dampfmessung der Fehler von 3,19 auf 1,17 % verringern.
prozesstechnik-online.de/cav1211401
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