Bericht aus EuroHeat&Power 35. Jg (2006), Heft 7-8 von Reiner Schupp Dipl.-Ing. (TH) Reiner Schupp ist Geschäftsführer der MID-Cert GmbH

Wärmezähler bestehen aus den Basiskomponenten Volumenmessteil, Tempe­raturfühlerpaar und Rechenwerk.
Für jede dieser Komponenten müs­sen eine Vielzahl von Voraussetzun­gen erfüllt sein, damit die gelieferte Wärme vollständig und richtig erfasst werden kann.
In der Europanorm für Wärmezähler EN 1434 [1] und – speziell für Auswahl und Einbau von Temperaturfühlern – in dem AGFW-Arbeitsblatt FW 202 [2] sind umfangreiche und wichtige In­formationen über die entsprechen-den Anforderungen enthalten, de­ren Beachtung dringend empfohlen wird.
Die speziellen Anforderungen für die Montage von Wärmezähler­komponenten wird im Folgenden dargestellt.

Problembereich Volumenmessteil
Ein- und Auslaufstrecken
Leider gibt es (mit Ausnahme der Woltmanzähler) keine Vorgaben von den Behörden bezüglich der Ein- und Auslaufstrecken, obwohl durch Messreihen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), Berlin, des Bundesamtes für Eich-und Vermessungswesen (BEV), Wien/Österreich, und der Wärme­zähler-Service Gesellschaft mbH (WSG), Essen, eindeutig nachge­wiesen werden konnte, das bei allen Wärmezählern die Messgenauigkeit von Einbaustörungen beeinflusst wird [3].
Diese Einflüsse sind dabei abhängig vom Zähler-Typ und vom Hersteller des Wärmezählers sowie der Art der Einbaustörung (z.B. Krümmer, Drall, Regelventil).
Mess­wertverfälschungen von vielen Pro­zenten bis hin in den Prozentdeka­denbereich wurden nachgewiesen.
Da auch die Montagevorschriften der l lersteller oft keine oder nur un­zureichende Informationen über die erforderlichen Ein- und Aus­laufstrecken enthalten, wird drin­gend empfohlen, grundsätzlich eine ungestörte Einlaufstrecke von mindestens 5 x D und eine unge­störte Auslaufstrecke von mindes­tens 2 x D in den Stationen vorzuse­hen.
Trotz korrekt berücksichtigter Einlaufstrecken sollten jedoch Stör­körper in unmittelbarer Nähe vor der Messstrecke vermieden werden.
So sind beispielsweise Regelventile, halb geöffnete Kugelhähne, Krüm­mer, in den Querschnitt hineinra­gende Dichtungen, Temperaturfüh­ler und Mischstellen unbedingt zu vermeiden, denn sie verursachen sehr »langlebige« Strömungsstö­rungen, die zu nicht vorhersehba­ren Messwertverfälschungen füh­ren.


Einbaulage
Der Einbaulage von Volumenmess­teilen kommt eine besondere Be­deutung zu.
Bei Zählern mit rotie­renden Komponenten (Flügelräder) ist darauf zu achten, dass die Flügel­radachse zur Minimierung der Rei­bung stets senkrecht stehen sollte.
Dies bedeutet, dass Flügelradzähler und Woltmanzähler WS horizontal mit dem Messkopf nach oben zu montieren sind.
Bei Ultraschallzählern ist die Ein­baulage abhängig von der Konstruk­tion.
Die Tatsache, dass Ultraschall­zähler meist sowohl horizontal als auch vertikal eingebaut werden dür­fen, verleitet viele Monteure zu der falschen Annahme, dass es hierbei gar keine Restriktionen gibt.
Aber auch bei Ultraschallzählern existie­ren nicht erlaubte Einbaulagen. In vielen Fällen gibt der Hersteller in den Montagevorschriften Hinweise über Einbau und Einbaurestriktio­nen.
In einigen Fällen sind diese Hinweise jedoch nicht oder nur »versteckt« vorhanden.
Daher ist folgende Grundregel stets zu beach­ten: Ultraschallsensoren dürfen aus messtechnischen Gründen nie ei­nen Hochpunkt in der Leitungsfüh­rung darstellen.
Ausgasungen im Bereich der Ultraschallsensoren (z.B. im Sommer oder bei Schwachlast) führen ansonsten zu Fehlmes­sungen und Error-Meldungen.

Umgebungstemperatur
Elektrische und/oder elektronische Komponenten des Volumenmess­teils sind empfindlich gegenüber hohen Temperaturen – je nach Zäh­lertyp sind diese der Reedkontakt oder die Batterie sowie die Elektro­nik oder die Sensorik. Deshalb darf der Messkopf eines Volumenmess­teils nie unter der Wärmedämmung montiert werden (Bild 1).
Eine un­kontrollierte und temporäre Unter­brechung der Impulsabgabe wäre die Folge, die zu unplausiblen Messergebnissen oder sogar zu ei­nem vorzeitigen Ausfall des Wärme­zählers führen würde.


Bild 1. Umgebungstemperatur Volumenmessteil; fehlerhafter Einbau

Auslegung des Volumenmessteils und Auslegungskontrolle
Normalerweise wird die Größe des Volumenmessteils (Qp) auf Basis ei­ner Wärmebedarfsberechnung be­stimmt.
Mit der dabei ermittelten benötigten Leistung in kW wird der maximale Durchfluss des Volumen­messteils in m3/h durch folgende Formel näherungsweise berechnet: Qp = 0,86 • Leistung / dT.
wobei dT die Nenntemperaturdiffe­renz des Fernwärmeversorgungs­systems in K ist.
Wenn nicht besondere Gründe dagegen sprechen, ist der so errech­nete Durchflusswert auf den darun­ter liegenden Normwert abzurun­den.
Das im Rohrleitungsbau übli­che Aufrunden aus Sicherheits­gründen ist hier kontraproduktiv und führt zu überdimensionierten Messgeräten.
Die meiste Zeit des Jahres arbeiten diese Messgeräte dann im Schwachlastbereich mit hohen Erfassungsverlusten.
Einmal jährlich sollte eine Ausle­gungskontrolle des Volumenmess­teils durchgeführt werden.
Fehlerhafte Wärrnebedarfsberechnungen oder eine Änderung des Verbrau­cherverhaltens können eine Anpas­sung des Volumenmessteils erforder­lich machen.
Die Auslegungskontrol­le erfolgt über die Volllaststunden t in h nach folgender Formel:

t = Jahresvolumen / Qp = 1 500 bis 2 500 h.

Dabei wird das während eines Jah­res erfasste Volumen in m3 dividiert durch das Qn (m3h) des Volumen­messteils. Die sich hierbei ergebenden Volllaststunden t sollten zwi­schen 1 500 und 2 500 h betragen (Erfahrungswert bei Raumhei­zung).
Zu geringe Werte deuten auf ein überdimensioniertes Volumen­messteil hin, zu große VoIllaststun­den auf ein zu kleines Volumen­messteil.
Werden nicht korrekt di­mensionierte Durchflussmessteile festgestellt, sollte ein Umbau der Anlage erfolgen.
Dies ist meist preiswerter als die Einbußen auf­grund dauerhafter Erfassungsver­luste.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei Leistungsreduzierungen ein Problem entstehen kann, falls die vom Kunden gezahlte Leistung nicht mehr gestellt werden kann (Leistungspreisanpassung).

Inbetriebnahme des Volumenmessteils Bei der Inbetriebnahme sind die Vorschriften der Norm EN 1434 Teil 6 unbedingt einzuhalten. Im Wesentlichen sind dies folgende Punkte:

die Sicherheitsvorschriften sind zu beachten, Neuanlagen sind vor dem Einbau des Volumenmessteils unbedingt ausgiebig zu spülen (Entfernung von Verunreinigungen, z.B. Ablage­rungen von den Rohrwänden, Schweißperlen), die Schmutzsiebe müssen gesäu­bert werden (Verstopfungsgefahr, hoher Druckverlust), ein Volumenmessteil darf nie rückwärts gefüllt werden (Eintrag von Verunreinigungen in die Mess­kammer), Absperrarmaturen sind langsam zu öffnen (Wasserschläge, Tempe­raturschock), die Anlage ist zu entlüften, das Volumenmessteil ist zu plom­bieren (Verhinderung von Manipu­lation), die ordnungsgemäße Funktion (Zählwerksfortschritt) ist eventuell gemeinsam mit dem Rechenwerk zu kontrollieren.

Problembereich Temperaturfühler Planung der Einbauorte Vielfach ist nicht hinreichend be­kannt, dass falsch oder ungeschickt angeordnete Temperaturfühler gra­vierendere Auswirkungen auf das Messergebnis haben können als falsch ausgelegte Volumenmessteile. Der Planung der Einbauorte der Temperaturfühler kommt deshalb eine besondere Bedeutung zu. Grundsätzlich ist darauf zu ach­ten, dass ein Temperaturfühler nie hinter einer Beimischstelle einge­baut werden darf. Üblicherweise sind die Temperaturniveaus in den Beimischsträngen unterschiedlich, wodurch »Temperatursträhnen« im Wasser entstehen. Diese Strähnen führen zu einer schwankenden Temperaturmessung und damit zu einer fehlerhaften Energieerfas­sung. Auch der Einbau eines Tem­peraturfühlers in oder unmittelbar vor der Einlaufstrecke eines Volu­menmessteils ist nicht zulässig, da der in die Strömung eintauchende Schaft des Fühlers das Strömungs­profil unzulässig beeinflusst. Die Anordnung der Vor- und Rücklauftemperaturfühler muss schon bei der Anlagenplanung be­rücksichtigt werden. Speziell bei größeren Übergabestationen ist zu beachten, dass die zulässigen Ka­bellängen zwischen Temperatur­fühler und Rechenwerk durch Vorgaben der PTB begrenzt sind. Die jeweils zulässigen maximalen An­schlusslängen sind in den Bauart­zulassungen der Rechenwerke angegeben und betragen bei 2-Leiter­anschluss selten mehr als 6 bis 12 m und bei 4-Leiteranschluss rd. 15 bis 20 m. Weitere Einschränkungen gibt es bei der Verwendung bestimmter Kabeltypen und -querschnitte nach EN 1434 bzw. FW 202 (siehe »Verka­belung mit dem Rechenwerk«). Ein häufig festgestellter Fehler ist die Anordnung der Temperaturfüh­lerpaare – in Verbindung mit dem Volumenmessteil – in unterschied­lichen Bilanzkreisen. Die dabei erfasste Energiemenge hat reinen Zu­fallscharakter und entspricht kei­nesfalls der gelieferten Wärmemenge (Bild 2 und 3).

Bild 2. Beispiel für richtigen Einbau des Wärmezählers (identischer Bilanzkreis)

Bild 3. Beispiel für flschen Einbau des Wärmezählers (verschiedene Bilanzkreise)

Einbauprinzip Zur Vermeidung von Erfassungsver­lusten sollte der Einbau der Tempe­raturfühler nach den in Tafel 1 dargestellten Grundregeln vorgenom­men werden. Bauformen der Temperaturfühler Aus Gründen der Austauschbarkeit und zur Einhaltung der Normen-Vorgaben sollten nur die in Tafel 2 dargestellten Bauformen mit den angegebenen Eigenschaften ver­wendet werden. Für die Typen DL und PL sind auf­grund der unterschiedlich an-schließbaren Anschlussleitungen Versionen mit Anschlusskopf emp­fehlenswert. Die ebenfalls erhält­lichen Typen mit fest angeschlosse­nem »Kabelschwanz« haben bei dem verwendeten Leitungsquerschnitt von 0,22 mm2 lediglich eine Leitungslänge von maximal 2,5 m. Eine Verlängerung, wie sie von ver­schiedenen Herstellern empfohlen wird, ist unzulässig (siehe hierzu EN 1434 Teil 6, Seite 5). Dies gilt auch für die Verlängerung eines 4-Leiter­anschlusses. Die geeichte »Lüsterklemme« gibt es nun mal nicht!

Tafel 1. Grundregeln für den Einbau von Temperaturfühlern

Tafel 2. Empfohlene Fühlerbauformen

Einbauvarianten
Je nach Größe der Rohrleitungen werden unterschiedliche Einbauva­rianten empfohlen. Diese sind in Tafel 3 dargestellt.
Es ist darauf zu achten, dass die gewählte Einbau­variante beim Vor- und Rücklauf­fühler identisch sein muss.


Tafel 3. Empfohlene Einbauvarinten

Verkabelung mit dem Rechenwerk
Die Verkabelung der Temperatur­fühler muss eine fehlerfreie Über­tragung der erfassten Signale (Tem­peraturen) zum Rechenwerk sicherstellen.
Die hierfür erforderlichen Randbedingungen sind in den fol­genden »10 Geboten« aufgelistet:
es sind nur genormte Kabel zu verwenden (Tafel 4),
es dürfen nur Silikonkabel venven­det werden (Isolierung alternativ aus FEP nach DIN 60751); oft venvende­tes PVC-isoliertes Kabel altert und führt zu Messwertverfälschungen,
Litzenadern müssen mit gasdicht gequetschten Kabelendhülsen ver­sehen sein (keine Verlötung),
es darf keine elektrische Verbin­dung zwischen Kabelabschirmung und Fernwärmerohr bestehen (Po­tenzialverschleppung, Brummschleifen),
Fühlerkabel sind ohne Verbin­dungsstellen anzuschließen,
beim 2-Leiteranschluss müssen die Kabel immer gleich lang sein und den gleichen Querschnitt ha­ben,
keine Kabelverlegung auf Kabel­pritschen zusammen mit NS-Kabel (keine Parallelführung, EMV-Prob­lematik),
Fühlerkabel (bei Fühlern mit An­schlusskopf) möglichst in Stahl­panzerrohr (Stapa-Rohr) verlegen,
beim Anschließen der Kabelen­den ist auf gute Kontaktierung zu achten (schlechte Kontakte führen speziell in feucht-warmer Umge­bung zu variablen Übergangswiderständen und zur Elementbildung),
die Plausibilität der Temperaturanzeige auf dem Rechenwerk ist zu prüfen.


Tafel 4. Genormte Kabelmaße für Temperatur-Anschlussleitungen


Problembereich Rechenwerk
Bei der Auswahl der Rechenwerke sind neben den gewünschten Leis­tungsmerkmalen (z.B. M-Bus-Schnittstellen) die im Folgenden dargestellten Faktoren von Bedeutung.

Übereinstimmung elektrischer Größen
In der Wärmemesstechnik haben sich Widerstandstemperaturfühler mit zwei verschiedenen Wider­standsgrundwerten für den An­schluss an Rechenwerke etabliert.
In der Fernwärme üblich sind Pt100-Temperaturfühler, in der Haustechnik sind dies Pt500-Tem­peraturfühler.
Entscheidend ist, dass es nicht zu einer Verwechslung dieser Grundwerte kommt. Es emp­fiehlt sich deshalb, möglichst nur eine Variante zu verwenden.
Weiterhin muss die Impulswertig­keit von Rechenwerk und Volumen­messteil übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, kommt es zu Fehl­messungen (z.B. Faktor 4, 10, 100).
Wesentlich für eine korrekte Wär­memessung ist der Arbeits-Tempe­raturbereich des Rechenwerkes (und der Temperaturfühler).
Es ist deshalb darauf zu achten, dass die Geräte für den vorgesehenen Tem­peraturbereich (Tv, Tr, dT) der Sta­tion zugelassenen sind.
Beim überschreiten des Temperaturbereichs können Fehlmessungen durch Be­grenzung oder Nichtliniarität des Messsignals auftreten.
In Abhängigkeit vom Einbauort desVolumenmessteils (Vorlauf oder Rücklauf) ist die Parametrierung des Rechenwerkes anzupassen.
Aufgrund der unterschiedlichen Wasserdichten sind hier unterschiedliche k-Faktor-Tabellen zu verwenden.

Montage
Bei der Montage des Rechenwerkes ist darauf zu achten, dass die Elektro­nik und Batterien temperatur- und feuchteempfindlich sind.
Ein ent­sprechender Abstand zu Wärmequellen (Rohrleitungen) ist daher einzuhalten, die Montage unterhalb von Rohrleitungsverschrau­bungen ist zu vermeiden (Tropfge­fahr).
Wegen der Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern darf ein Rechenwerk nicht in der Nähe von Geräten montiert werden, die diese Felder erzeugen (z.B. Kraftmaschinen und Wechsel­richter).
Rechenwerke sind gegen Witterungseinflüsse zu schützen.
Bei Verwendung im Außenbereich ist ein Schutzgehäuse vorzusehen (Frostwächter erforderlich).
Aus Gründen des Personenschut­zes dürfen eventuelle Netzan­schlüsse erst nach Abschluss der Montagearbeiten erfolgen.
Auch das Rechenwerk zu ver­plomben, um unbefugten Zugriff zu verhindern.

Zusammenfassung
Aufgrund der Komplexität einer Wärmemessung kann die fachge­rechte Montage von Wärmezählern nur von geschultem Personal durchgeführt werden.
Oft verfügen jedoch Konstrukteure und Monteure nicht über die erforderlichen Kenntnisse für eine fachgerechte Messung unter Berücksichtigung der Randbedingungen der einzelnen Wärmezähler­komponenten.
Die Kritik richtet sich jedoch nicht an die Akteure, denn die Besonderheiten für den Umgang mit Wärmezählerkomponenten sind nicht Gegenstand von Lehrausbil­dung oder Studium.
Umso mehr ist eine betriebliche Schulung des für die Wärmezähler verantwortlichen Personals erforderlich.
Die sachge­rechte Montage vermittelt sich nicht von selbst. Fehlerhafter Einbau führt jedoch fast immer zu Erfassungsver­lusten und beeinflusst damit die Wirtschaftlichkeit der Fernwärme­versorgung.


Schrifttum
[1] DIN EN 1434 Wärmezähler Teil 1 bis Teil 6, 1997 und 2002.
[2] AGFW-Arbeitsblatt FW 202: Ausführung und Einbau von Temperaturfühlern, Mai 2000.
[3] Adunka, F.;  Lederer, Th.: Einfluss von Einbaustörungen auf die Messgenauigkeit. EuroHeat&Power, 10/2005.