Energiemanagement bei Planung und Betrieb von Gebäuden

7.4 Durchflussmessung

7.1 Grundlagen der Messtechnik
7.2 Messung elektrischer Grössen
7.3 Temperaturmessung
7.4 Durchflussmessung
7.5 Wärme/Kälte
7.6 Druckmessung
7.7 Luftgeschwindigkeit
7.8 Luftfeuchtigkeit
7.9 Luftqualität
7.10 Lichttechnische Messungen
7.11 Füllstandsmessung
7.12 Luftdichtheit, Blower-Door-Test
7.13 Infrarot-Thermografie
 

Bei der Durchflussmessung wird ein Volumenstrom gemessen, d.h. das Volumen, das in einem bestimmten Zeitabschnitt durch einen bestimmten Querschnitt fliesst. Das Formelzeichen ist Q oder V und die Angabe erfolgt oft in den Einheiten m³/s, m³/h oder l/min.

Bei der Durchflussmessung muss zwischen Flüssigkeiten und Gasen unterschieden werden. Es gibt Messverfahren, die sich nur für Gase oder nur für Flüssigkeiten eignen, aber auch Verfahren, die für beide gleichermassen zum Einsatz kommen. Drosselgeräte kommen zum Beispiel bei Flüssigkeiten und Gasen gleichermassen zum Einsatz, während das Induktionsverfahren bei Gasen wenig Sinn machen würde.

Im Folgenden werden verschiedene Verfahren zur Durchflussmessung kurz beschrieben.

7.4.1 Gaszähler

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Es werden zwei Typen von Gaszählern unterschieden: nasse und trockene Gaszähler.

Nasse Gaszähler besitzen in ihrem Inneren eine Trommel, die zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist und aus vier Kammern besteht. Durch den geringen, einseitigen Gasüberdruck dreht sich die Trommel langsam um ihre eigene Achse, während sich die Kammern füllen und wieder entleeren. Nasse Gaszähler sind sehr genau, jedoch wegen der Flüssigkeitsfüllung wartungsintensiv.

Trockene Gaszähler bestehen aus zwei Lederbälgen, die sich in einem Metallgehäuse befinden. Die Lederbälge dienen als Messräume und werden abwechselnd gefüllt und wieder entleert. Die entstehende Bewegung wird anschliessend auf ein Zählwerk übertragen [21].

7.4.2 Verdrängungszähler

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Verdrängungszähler, zu denen auch die Gaszähler gehören, besitzen eine bewegliche Messkammer, die durch das Strömungsmedium angetrieben wird. Sie eignen sich für Kraftstoffe, Gase, Warm- und Kaltwasserkondensate.

Es gibt verschiedene Typen von Verdrängungszählern mit unterschiedlichen Bauweisen: Hubkolbenzähler, Drehkolbenzähler, Ovalradzähler und Ringkolbenzähler [22].

7.4.3 Flügelradzähler

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Flügelradzähler dienen zur Messung von Flüssigkeitsmengen. Ein Flügelrad wird von einer Flüssigkeit tangential angeströmt und in Drehung versetzt. Die Bewegung wird dabei auf ein Zählwerk übertragen (Abb. 24).

Aufbau eines Flügelradzählers
Abb. 24: Aufbau eines Flügelradzählers
GWF MessSysteme AG

Woltmannzähler sind eine besondere Bauart von Flügelradzählern. Statt eines klassischen Flügelrades besitzen Woltmannzähler eine Turbine (Abb. 25). Sie erzeugen nur geringe Druckverluste und eignen sich für grössere Durchflüsse, wie bei Hauptwasserleitungen [22].

Woltmannzähler
Abb. 25: Woltmannzähler
GWF MessSysteme AG

7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Schwebekörper-Durchflussmesser bestehen aus einem sich nach oben erweiternden Rohr, in dem sich ein Schwebekörper befindet. Dabei ist der Hub des Schwebekörpers proportional zum Fluidstrom.

Sie sind für Gase und Flüssigkeiten geeignet, müssen jedoch für jeden Stoff separat kalibriert werden [22].

7.4.5 Drosselgeräte

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Bei einer Drosselstelle in einem Rohr entsteht vor und nach der Drosselstelle ein Druckunterschied, der für die Bestimmung des Volumenstroms ausgenutzt werden kann. Der Druckunterschied wird mit einem Differenzdruckmesser (Manometer) gemessen.

Drosselgeräte sind sehr genau und eignen sich sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase [23].

7.4.6 Ultraschallverfahren

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Das Ultraschallverfahren eignet sich zur Durchflussmessung bei Flüssigkeiten. Es wird die Phasen- oder Laufzeitdifferenz von Schallwellen mit und gegen die Strömungsrichtung gemessen. Die Laufzeit in Strömungsrichtung ist grösser als die Laufzeit gegen die Strömungsrichtung. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit bestimmen, aus der sich bei bekanntem Querschnitt der Volumenstrom ermitteln lässt (Abb. 26) [24].

Ultraschallverfahren zur Durchflussmessung
Abb. 26: Ultraschallverfahren zur Durchflussmessung

7.4.7 Induktionsverfahren

7.4.1 Gaszähler – 7.4.2 Verdrängungszähler – 7.4.3 Flügelradzähler – 7.4.4 Schwebekörper-Durchflussmesser – 7.4.5 Drosselgeräte – 7.4.6 Ultraschallverfahren – 7.4.7 Induktionsverfahren

Das Induktionsverfahren eignet sich für die Durchflussmessung bei Flüssigkeiten. Ein Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet, wird von einem Medium senkrecht durchströmt. Dabei wird im Leiter eine Spannung induziert, die proportional zum Durchfluss ist.

Das Rohr muss aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehen, und die Flüssigkeit muss eine bestimmte Mindestleitfähigkeit besitzen. Die Mindestleitfähigkeit wird von den meisten Flüssigkeiten erreicht, kann jedoch gerade im Fall von Heizwasser ungenügend sein.

Das Induktionsverfahren hat eine hohe Messgenauigkeit und verursacht kein Druckverlust im System [25].