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In vielen praktischen Anwendungen ist
es notwendig und wichtig, den genauen Volumenstrom
in Heizungs-, Kühl- und Solaranlagen zu kennen. Dies kann z.
B. mit einem Wasserzähler, Rotameter
und TopMeter durchgeführt werden. Für größere
Anlagen gibt es spezielle Messgeräte. Wenn aber in Bestandanlagen
(Sanierung großer Anlagen) kein Zähler vorhanden ist, dann
besteht die Möglichkeit, dies mit einem Ultraschallmessgerät
von außen durchzuführen.
Besonders wichtig ist eine Volumenstrommessung
und Volumenstromeinstellung für den hydraulischen
Abgleich. |
| Rotameter
Das einfachste Durchflussmessgerät ist ein Rotameter.
Es arbeitet mit einem Schwebekörper, der in einem
konisch geformten Rohr geführt wird. Das Messrohr
und der Schwebekörper muss für das jeweilige
Medium (Wasser [H2O], niedrigviskose Flüssigkeiten
[z. B. VE - vollentsalztes Wasser, Wasser-Glykol-Gemische], Luft, Ar,
N2, CO2, CO, H2, O2, He,
CH4, C3H8, N:3H, C4H10)
ausgelegt sein. Die Messgeräte können je
nach Bauart in einem Temperaturbereich
von -40 bis +300 °C und mit einem
Nenndruck bis PN 100 eingesetzt werden.
Wenn der Volumendurchfluss steigt, dann steigt auch der Schwebekörper.
Ein Rotameter kann aufgrund des Funktionsprinzips nur
in senkrechten Rohrleitungen installiert werden. Bei
dem durchfließen des Mediums durch das Messrohr stellt sich ein
Gleichgewicht zwischen den Widerstandskräften
des angeströmten Schwebekörpers und der Schwerkraft
ein. Die Position, die der Schwebekörper im Gleichgewichtszustand
annimmt, gibt das Durchflussvolumen an, der an der
Skala abzulesen ist.
Bei den Messrohren aus Glas oder transparentem
Kunststoff kann über die Position des Schwebekörpers
der Volumenstrom direkt abgelesen werden. Wenn das
Messrohr aus Metall besteht, wird die Position des Schwebekörpers
magnetisch nach außen auf eine Anzeige übertragen. Um eine
auf Dauer genaue Messung zu erhalten, muss das Medium gleichbleibend
und sauber sein. Dies
gilt besonders bei dem Einsatz in Heizungsanlagen.
Das mechanische Schwebekörperprinzip kommt ohne
Spannungsversorgung aus. Für viele Einsatzbereiche gibt
es auch eine elektronische Anzeige und Übertragung
der gemessenen Volumenströme. |
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Quelle:
VAF Fluid-Technik GmbH |
Schulungswand mit verschiedenen
Rotametern (Wasser, Heizung, Gas)
in der Beruflichen Schule des Kreises Nordfriesland in Husum
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Abgleichventile
Neben den üblichen voreinstellbaren
Thermostatventilen
(und Rücklaufverschraubungen)
können Verbraucher (Lüftungsgeräte [Wärmetauscher,
Kühler, Fan Coil Units], Puffer- und Trinkwasserspeicher) oder
größere Teilsysteme (Heizkörper- und
Flächenheizungskreise, Deckenpaneele,
Erdkollektorkreise, Trinkwassersysteme und
Teilbereiche einer Heizungs-, Solar- oder Kühlanlage) auch mit
Taco-Setter bzw. TacoSetter Tronic
oder TacoSetter Rondo und TopMeter
(auf den Vor- oder Rücklaufbalken der Verteiler von Fußboden-,
Wandflächen- oder Deckenheizungen) hydraulisch abgeglichen
werden.
Die berechneten Volumenströme, die dem jeweiligen
Nennwärmebedarf (Raumheizlast
nach DIN EN 12831) entsprechen, müssen auf die
Durchflusswerte (Rohrnetzberechnung)
begrenzt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige
und bedarfsgerechte Wärmeverteilung erreicht.
Dies gilt nicht nur z. B. für eine Heizungsanlage
in Verbindung mit einer richtig eingestellten Heizkurve,
sondern auch für Kühl-, Trinkwasser- und
Solaranlagen. Das Ergebnis ergibt dann eine ökologisch
und ökonomisch arbeitende Anlage. |
Einsatz - Abgleichventile
Quelle: Taconova GmbH
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TopMeter Supply
TopMeter Supply + Return
Quelle: Taconova GmbH
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TopMeter
Ein Topmeter wird als Abgleich-
und Absperrventil für den Hydraulischer
Abgleich, der Durchflussmessung
und Durchflusskontrolle auf dem Vor-
oder Rücklaufbalken der Verteiler
von Fußboden-, Wandflächen- oder Deckenheizungen
sowie Kühlkreisen
eingesetzt.
Das Topmeter wird direkt im Vorlauf- oder Rücklaufbalken des Verteilers eingebaut. Das Topmeter kann in senkrechter oder waagerechter Lage eingebaut werden. Für eine einwandfreie Funktion muss die Verteileradaption den Herstellervorgaben entsprechen.
Die Durchflussmessung
beruht auf dem Verdrängungsprinzip einer
Prallscheibe, die in einem Messrohr
geführt ist. Durch eine Schubstange, die die Prallscheibe
mit dem Anzeigekörper direkt verbindet, wird die Position
ins Sichtglas auf dem Anzeigekörper übertragen. Die
am Sichtglas aufgedruckte Skala zeigt die Durchflussmenge.
Durch das Drehen der schwarzen Spindel
wird der Öffnungsquerschnitt am Ventil
verändert und dadurch die gewünschte
Durchflussmenge (Voreinstellung) eingestellt.
Wenn die Spindel vollständiges eingedreht ist, ist der
Durchfluss abgesperrt.
Die Innenteile
des TopMeters bestehen aus rostfreiem Stahl,
Messing und Kunststoff. Das
Sichtglas aus wärmebeständigen (je
nach Ausführung bis 80 °C), schlagfesten
Kunststoff und ist für einen Betriebsdruck
6 bar zugelassen. |
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Durchflussmengenanzeiger
(Edelstahl)
Quelle: strawa WärmetechnikGmbH |
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Tacocontrol Flowmeter + Tacosetter
Inline 100/130
Tacosetter Bypass 100
Quelle: Taconova GmbH
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Taco-Setter
und Flowmeter
Die Tacosetter mit und ohne
Bypass werden hauptsächlich zum Abgleichen
(Hydraulischer
Abgleich) einzelner Heiz-, Kühl-
und Trinkwasserkreise, zur Durchflussmessung
und Durchflusskontrolle an Verbrauchern
(Lüftungsgeräte [Wärmetauscher,
Fan Coil Units], Puffer- und Trinkwasserspeicher) oder in
größeren Teilsystemen (Heizkörper-
und Flächenheizungskreise, Deckenpaneele,
Erdkollektorkreise, Trinkwassersysteme) eingesetzt. Sie haben
integrierte Absperrventile.
Ein Flowmeter hat keine Einstellmöglichkeit
und wird nur als Durchflussmesser
und zur Durchflusskontrolle direkt am Verbraucher
oder in einem Teilsystem eingesetzt.
Die Bauteile sind je nach Ausführung
für niedrigviskose Flüssigkeiten (z. B. Wasser-Glykol-Gemische
[Kühl- oder Sorlaranlagen]), Heizungs- und Trinkwasser
geeignet.
Alle Bauteile arbeiten mit dem
Verdrängungsprinzip eines Prallkörpers,
der in einem Messrohr mit Gegenfeder
geführt ist. Bei dem Setter mit Bypass
ist die Messeinrichtung parallel
zum Hauptvolumenstrom geführter, automatisch
absperrender Bypass mit Mess- und Anzeigeteil (Sichtglas
mit Skala in l/min) und wird nicht ständig durchströmt.
Bei Bedarf wird der Messkörper durch das Öffnen
von selbstschließenden Absperrventilen
zugeschaltet, indem der Bügel gedrückt
und gehalten wird. Hierbei hat das Zu- bzw. Wegschalten des
Messkörpers hat keinen Einfluss auf den Hauptvolumenstrom.
Die Bauteile bestehen
aus rostfreiem Stahl, Messing
und Kunststoff. Das Sichtglas
aus wärmebeständigen (je nach Ausführung
bis 185 °C, kurzzeitig 195 °C),
schlagfesten Kunststoff und sind für
einen Betriebsdruck (Je nach Ausführung)
bis 16 bar zugelassen. Die Einbaulage
ist in Durchflussrichtung beliebig (360°).
Abgleichventile
+ TacoControl
FlowMeter - Taconova GmbH
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andere Hersteller |
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Die
Ablesemarke beim Tacosetter
ist die Unterkante des Schwimmerkörpers.
Bei anderen Herstellern ist die Ablesemarke unterschiedlich
(Afriso - Unterkante, Oventrop - Oberkante). |
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TacoSetter Tronic
Quelle: Taconova
GmbH |
TacoSetter
Tronic
Der TacoSetter Tronic ist
ein Abgleich- und digitales Durchflussmessventil
mit dem auch gleichzeitig die Temperatur
erfasst und ausgewertet
werden kann. Er wird in Heizungs-, Solar-, Kühl- und
Trinkwassersystemen zur Regelung und Überwachung
von Pumpen, Ventilen oder zur Wärmemengenzählung
eingesetzt.
Die Durchflussmessung erfolgt nach dem Vortex-Prinzip
(Wirbel-Prinzip). Die Wirbelablösung an dem in der Strömung
stehenden Staukörper erfolgt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit.
Die erzeugten Wirbel werden durch einen piezoelektrischen
Sensor detektiert und durch die integrierte Elektronik ausgewertet.
Das Bauteil besteht aus Messing, rostfreiem
Stahl und Kunststoff. Die Betriebstemperatur
darf je nach Bauart max. 120 °C und der
Betriebsdruck max. 10 bar betragen.
Der Messtemperaturbereich liegt zwischen
0 bis 100 °C
Die Einbaulage ist in Durchflussrichtung
beliebig (360°).
TacoSetter
Tronic - Taconova GmbH
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TacoSetter Rondo
Druck-Temperatur-Kennlinie
Quelle: Taconova
GmbH
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TacoSetter
Rondo
Der TacoSetter Rondo
ist ein Abgleich- und Durchflussmessventil,
das direkt am Verbraucher (Heizkörper,
Lüftungsgeräte
[Wärmetauscher, Fan Coil Units]) in Heizungs- und Kühlanlagen
eingesetzt wird. Das Ventil benötigt eine gerade Einlaufstrecke
in der selben Länge und Nennweite der verwendeten Armatur.
Die Einbaulage
ist in Durchflussrichtung beliebig (360°).
Der Durchfluss wird direkt
am Verbraucher einreguliert und an der am
Sichtglas aufgedruckten Skala (0,6 –
8 l/min) angezeigt. Durch das Drehen am Sichtglas wird der
Öffnungsquerschnitt am Ventil verändert und die
gewünschte Durchflussmenge eingestellt.
Die Durchflussmessung beruht auf dem Verdrängungsrinzip
einer Prallscheibe, die in einem Messrohr
geführt ist. Durch eine Mechanik wird die Prallscheibenbewegung
ins Sichtglas übertragen.
Das Gehäuse besteht aus vernickeltem
Messing, die Innenteile
aus Kunststoff und das Sichtglas
aus wärmebeständigen, schlagfesten Kunststoff.
Die max. Betriebstemperatur ist abhängig
vom Betriebsdruck (max. 10
bar) und ist einem Diagramm
zu entnehmen.
TacoSetter
Rondo - Taconova GmbH
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Ultraschalldurchflussmessung
- Laufzeitmessung |
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Quelle:
H. Hermann Ehlers GmbH |
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Quelle:
Flexim GmbH |
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Quelle:
H. Hermann Ehlers GmbH |
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Mobile
Ultraschallmessgeräte |
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Berechnung
des Wärmestroms |
Quelle:
Flexim GmbH |
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Bei dieser
Messung wird ein Schallsignal abwechselnd
mit und gegen die Fließrichtung gesendet, der Zeitunterschied
ist das Maß der mittleren Fließgeschwindigkeit.
Für die Messungen in Heizungs-, Kühl- und Solaranlagenist
die mobile Ultraschalldurchflussmessung besonders geeignet.
Mit diesem Gerät wird von außen am Rohr, ohne
Eingriff in das Rohr, die Menge, bzw. die Fließgeschwindigkeit
bestimmt. Der Einsatzbereich ist druckunabhängig und
funktioniert auf fast allen Rohrmaterialen und ist für
Rohrleitungen von DN 6 bis DN 6500 und in einem Temperaturbereich
zwischen -40 °C und 400 °C vorgesehen. |
Messprinzip |
Bei dem
Laufzeitdifferenzverfahrens werden Ultraschallsignale
verwendet, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in
einem Rohr messen. Diese Ultraschallsignale werden von einem
Sensor ausgesendet, der auf der Rohrleitung installiert
ist, auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres reflektiert
und von einem zweiten Sensor empfangen. Die Signale werden
abwechselnd in und entgegen der Flussrichtung gesendet.
Da die Flüssigkeit, in der sich der Ultraschall ausbreitet,
fließt, ist die Laufzeit der Ultraschallsignale in
Flussrichtung kürzer als entgegen der Flussrichtung.
Die Laufzeitdifferenz wird gemessen und erlaubt die Bestimmung
der mittleren Strömungsgeschwindigkeit auf dem von
Ultraschallsignalen durchlaufenen Pfad. Durch eine Profilkorrektur
kann das Flächenmittel der Strömungsgeschwindigkeit
errechnet werden, das proportional zum Volumenstrom ist.
Die empfangenen Ultraschallsignale werden auf Verwendbarkeit
für die Messung geprüft und ihre Verlässlichkeit
bewertet. Der gesamte Messzyklus wird durch die integrierten
Mikroprozessoren gesteuert. Störsignale werden eliminiert.
Quelle: Flexim GmbH |
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Laufzeitdifferenzverfahren |
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Bei dem
Laufzeitdifferenzverfahren werden Ultraschallsignale
verwendet, um mit Hilfe des Laufzeitdifferenzverfahrens
den Durchfluss eines Mediums durch ein Rohr zu messen. Ultraschallsignale
werden von einem Sensor ausgesendet, der auf der Rohrleitung
installiert ist, auf der gegenüberliegenden Seite des
Rohres reflektiert und von einem zweiten Sensor empfangen.
Die Signale werden abwechselnd in und entgegen der Flussrichtung
gesendet. |
Da das
Medium, in dem sich der Ultraschall ausbreitet, fließt,
ist die Laufzeit der Ultraschallsignale in Flussrichtung
kürzer als entgegen der Flussrichtung. |
Die Laufzeitdifferenz
wird gemessen und erlaubt die Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit
auf dem von Ultraschallsignalen durchlaufenen Pfad. Durch
eine Profilkorrektur kann das Flächenmittel der
Strömungsgeschwindigkeit errechnet werden, das proportional
zum Volumenstrom ist. |
Die empfangenen
Ultraschallsignale werden auf Verwendbarkeit für die
Messung geprüft und ihre Verlässlichkeit bewertet.
Der gesamte Messzyklus wird durch die integrierten Mikroprozessoren
gesteuert. Störsignale werden eliminiert. Quelle:
H. Hermann Ehlers GmbH |
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Wasser
hat eine kinematische Viskosität (Zähigkeit)
von 1 mm² /s bei 20 °C.
Den meisten Kühl- und Solaranlagen
werden dem Wasser Inhibitoren beigemischt. Diese Frost-
bzw. Korrosionsschutzmittel, meistens Propylenglykol,
sollen die Korrosion und/oder das Einfrieren dieser Anlagen verhindern.
Auch in behandelten Heizungsanlagen befinden sich zunehmend Inhibitoren,
um eine Korrosion und Verschlammung zu verhindern. |
Durch diesen
Beimischungen ergeben sich, je nach dem prozentualem Mischungsverhältnis,
andere physikalische Stoffwerte gebenüber dem
reinem Wasser. |
Die geänderten
Stoffwerte führen dazu, dass die angezeigte Durchflussmenge
in einem Volumstrommessgerät, z. B. bei taconova-Setter
(TopMeter), von der tatsächlichen Durchflussmenge abweicht.
Hier müssen Korrekturwerte für die kinematische
Viskosität des Wasser/Frostschutz-Gemisches für die
Bestimmung des tatsächlichen Durchflusses verwendet werden. Diese
Werte sind aus den Produktunterlagen
und Diagrammen der Hersteller von Inhibitoren zu entnehmen.
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Messung
mit Sensoren, montiert mit Anklemmschuhen und Messumformer,
befestigt mit einer QuickFix-Rohrbefestigung
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Immer
öfter wird eine Durchluss- oder/und
Wärmemengenmessung in vorhandenen Anlagen (Heizung,
Solar, Kühlung) gewünscht. Wenn kein Einbau
eines Messgerätes machbar bzw. gewünscht wird oder
nur eine vorübergehende Messung, z. B. für den hydraulischen
Abgleich, notwendig wird, dann bietet sich ein mobiles
Ultraschall Energie-Messgerät zum Aufschnallen
an.
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Wirbeldurchfluss-Messsystem |
Dieses
Messsytem (Vortex-Prinzip) wird zur Durchflussmessung
von Gas, Dampf und Flüssigkeiten eingesetzt. Die
Wirbelzähler arbeiten nach dem Prinzip
der Kármán’schen Wirbelstraße.
Dabei bilden sich hinter einem angeströmten Staukörper
abwechselnd beidseitig Wirbel mit entgegengesetztem Drehsinn.
Durch die Wirbel entsteht jeweils ein lokaler Unterdruck.
In einem Messaufnehmer werden die Druckschwankungen erfasst
und in elektrische Impulse umgewandelt. Die Wirbel bilden
sich innerhalb der zulässigen Einsatzgrenzen des
Messgerätes sehr regelmäßig aus. Die Frequenz
der Wirbelablösung verhält sich daher proportional
zum Volumendurchfluss. |
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Quelle:
Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG |
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Differenzdruck-Durchflussmessung |
Quelle:
Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG |
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Venturi-Düse-Differenzdruckmesser |
Quelle:
KOBOLD Messring GmbH |
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Differenzdruck-Durchflussmessung |
| Messblenden-Prinzip |
Die Strömungsgeschwindigkeit
in einer Blende ist größer als im durchströmten
Rohr. Nach der Bernoulli-Gleichung führt
dies zu einer Verringerung des statischen Drucks . Die entstehende
Druckdifferenz der statischen Drücke
(Ruhedruck) vor und hinter der Blende wird mit einem Differenzdrucktransmitter
gemessen. Der Wert des entstehenden Differenzdruckes ist
sehr stark abhängig vom Durchmesserverhältnis
der Innendurchmesser der Blendenöffnung und des Rohres.
Die Blende wird daher auch als Wirkdruckgeber bezeichnet.
Der Zusammenhang zwischen Durchfluss und Differenzdruck
folgt einer wurzelförmigen Kennlinie. Hinter der Blende
steigt der Druck wieder an. Es bleibt nur ein kleiner Druckverlust.
Die Durchflussmessung mittels Blenden (und anderen Drosselgeräten)
ist weltweit nach ISO 5167 genormt |
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| Venturi-Düsen-Messprinzip |
Das Gerät
arbeitet nach dem Prinzip der Venturi-Düse. Durch das
strömende Medium wird an einer im Gerätegehäuse
befindlichen Querschnittsverengung (Düse)
ein geringer Druckunterschied erzeugt, der proportional
der Durchflussmenge ist. |
Wenn eine
Flüssigkeit durch eine Venturidüse strömt,
dann entsteht an der engsten Stelle des Rohres der dynamische
Druck (Staudruck) und der statische
Druck (Ruhedruck). Die Geschwindigkeit
des fließenden Flüssigkeit steigt im Verhältnis
der Querschnitte beim Durchströmen des eingeschnürten
Teils an, weil überall dieselbe Menge durchfließt.
Gleichzeitig sinkt der Druck im Abnahmerohr, das genau im
engen Teil sitzt. Damit entsteht ein Differenzdruck, der
dann im Messgerät umgesetzt wird. |
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Wasserzähler
Die Durchflussmenge in einer Trinkwasserleitung
wird mit einem Wasserzähler (allgemein auch
"Wasseruhr"
genannt) gemessen. In jedem Hauswasseranschluss muss
ein Wasserzähler eingebaut sein, der vom Versorgungsunternehmen
(Wasserbeschaffungsverband, Stadtwerke) als Vertragspartner der Wasserlieferung
(Wasserlieferungsvertrag nach der Verordnung über Allgemeinen
Bedingungen für die Versorgung mit Wasser [AVBWasserV])
eingesetzt wird. Diese Wasserzähler müssen geeicht
sein (Mess-
und Eichgesetz
[MessEG]) und werden regelmäßig ausgetauscht.
Die Wasserzähler sind spannungsfrei
einzubauen. Deshalb ist ein Zähleranschlussbügel
bzw. eine Wasserzähleranschlussgarnitur mit
längenveränderlichen Anschlussstücken, ein- und ausgangsseitigen
Absperrarmaturen und einer Rückflusssicherung bauseits vorzuhalten.
> mehr
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Quelle: ZENNER International GmbH
& Co. KG
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