Warmtemeting – hoe werkt dat?

 

De hoeveelheid warmte die een vloeistof afstaat kan worden gemeten door de massa van de vloeistof te bepalen en de verandering van de temperatuur van de vloeistof. De hoeveelheid afgestane energie is gelijk aan:

E [J] = massa [kg] * temperatuurverschil [K] * soortelijke warmte [J/kg*K]

In de praktijk wordt van een vloeistof meestal de flow gemeten. De flow wordt uitgedrukt in een volume per tijdseenheid (b.v. 600 liter per uur). De flow moet derhalve worden omgerekend naar de massa van de vloeistof. De relatie tussen de massa en het volume (de soortelijk massa) van een vloeistof is doorgaans bekend. Voor water is dit Rho = 0.998 kg per liter bij kamertemperatuur.

De factor Rho is temperatuurafhankelijk. Dit betekent dat bij de omrekening van de gemeten flow naar de getransporteerde massa rekening gehouden moet worden met de temperatuur van de vloeistof.  Het verband tussen Rho en de temperatuur is niet lineair. Iedere vloeistof heeft specifieke eigenschappen. Het rekenwerk van de warmtemeter is bedoeld voor water. Wanneer er sprake is van een andere vloeistof (b.v. water met een vorstwerend middel), moet de juiste grafiek voor Rho als functie van de temperatuur in het rekenwerk geladen worden.

De flowmeter kan aan de kant van het systeem zitten waar de temperatuur van de vloeistof het laagst is, de ‘koude’ kant, of aan de kant van het systeem waar de temperatuur van de vloeistof het hoogst is, de ‘warme’ kant. Het rekenwerk in de warmtemeter moet weten aan welke kant de flowmeter zich bevindt, anders kan de massa van het water niet uit de gemeten flow worden berekend. Er bevindt zich op het warmtemeter board een schakelaar waarmee kan worden ingesteld of de flowmeter aan de koude of aan de warme kant zit. De temperatuur wordt zowel aan de koude als aan de warme kant gemeten dus de hoeveelheid getransporteerde massa kan altijd worden berekend.

In de warmtemeter wordt de massa uitgerekend aan de hand van het gemeten volume en een tweede orde benadering voor Rho bij de gemeten temperatuur bij de flowmeter.

Wanneer de massa van het water bekend is, en het temperatuurverschil tussen koude en warme kant, is uitsluitend nog de soortelijke warmte van de vloeistof nodig om de energie uit te kunnen rekenen. De soortelijke warmte is voor de meeste vloeistoffen bekend uit tabellen. De soortelijke warmte van water bedraagt 4.18 [J/gK] bij kamertemperatuur. De soortelijke warmte van water is temperatuurafhankelijk en wordt in de warmtemeter met een tweede orde benaderingsformule berekend aan de hand van de gemeten temperaturen. Ook hier geldt dat voor andere vloeistoffen de juiste tabel geladen moet worden in het rekenwerk.

De totale maximale fout in de benadering voor Rho en de soortelijke warmte bedraagt 0.4% van de meetwaarde.

De temperaturen worden gemeten met Pt-100 sensoren. De meting van de temperatuur heeft een nauwkeurigheid die valt binnen klasse A van IEC 571. Dit betekent dat de gemeten temperatuur van 0.15 oC bij 0 oC, tot 0.3 oC bij 100 oC kan afwijken. De sensoren onderling kunnen derhalve 0.3 tot 0.6oC afwijken. Voor systemen met kleine temperatuurverschillen kan dit een te grote fout in de meting geven. De temperatuur meetwaarden kunnen daarom worden gecorrigeerd. De sensoren worden hiertoe in een bad op gelijke temperatuur gebracht en sensoren die een gelijke aanwijzing hebben worden bij elkaar gezocht (‘gematcht). In de praktijk zijn de bij elkaar gezochte sensoren binnen enkele honderdsten van een graad aan elkaar gelijk.

De flow wordt gemeten met een watermeter. Dit kan een gewone vleugelrad meter zijn. Vooral wanneer de flow redelijk constant en telkens op een ongeveer gelijk niveau is, geeft dit uitstekende resultaten. Voor andere omstandigheden kunnen ook andere flowmeters worden toegepast mits er een pulsuitgang met 0.1, 1 of 10 pulsen per liter beschikbaar is.

De nauwkeurigheid van de warmtemeting hangt sterk af van de nauwkeurigheid van de flow meting. De standaard meegeleverde flowmeters zijn voor drie verschillende flows beschikbaar, te weten 600 l/h, 1500 l/h en 2500 l/h. Naarmate de flow toeneemt is er sprake van een toenemende drukval over de flowmeter. Zie onderstaande grafiek.

De meetnauwkeurigheid van de flowmeters hangt af van de grootte en van het karakter van de flow. Een sterk wisselende of regelmatig onderbroken flow wordt onnauwkeuriger gemeten dan een constante flow. De grootte van de flow is ook belangrijk.

De warmtemeter doet een berekening van de hoeveelheid warmte op het moment dat er een puls van de flowmeter binnenkomt. De berekende hoeveelheid wordt aan het totaal toegevoegd. Het totaal blijft altijd bewaard, ook bij spanningsuitval.

Warmte (positief resultaat van de berekening) en koude (negatief resultaat van de berekening) worden uitgesplitst in aparte tellers. Voor beide tellers is een pulsuitgang beschikbaar.

De warmtemeter heeft geen ondergrens voor het temperatuurverschil waarbij de warmte wordt berekend (dit is bij de meeste warmtemeters minimaal 3K) waardoor de warmtemeter bij uitstek geschikt is voor metingen aan installaties die met kleine temperatuurverschillen werken (warmtepompen. balansventilatie, warmteterugwinning, etc.).

 

 Gepubliceerd door om 08:40