Durchflussmessungen

In vielen praktischen Anwendungen ist es notwendig und wichtig, den genauen Volumenstrom in Heizungs-, Kühl- und Solaranlagen zu kennen. Dies kann mit einem Wasserzähler durchgeführt werden. Wenn aber in Bestandanlagen kein Zähler vorhanden ist, dann besteht die Möglichkeit, dies mit einem Ultraschallmessgerät von außen durchzuführen. Besonders wichtig kann das für den hydraulischen Abgleich bei der Sanierung großer Anlagen sein.

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

Dieses Messsytem 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.

Für die Differenzdruck-Durchflussmessungen gibt es verschiedene Arten. Am häufigsten werden das Messblenden-Prinzip und das Venturi-Düsen-Prinzip eingesetzt.


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.


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.

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.
Bei dem Einsatz eines Wasserzählers unterscheidet man zwischen

• Hauswasserzähler (z. B. Ringkolbenwasserzähler, Mehrstrahl-Flügelradzähler)
• Wohnungswasserzähler (z. B. Messkapsel-System, Einstrahl-Flügelrad-Prinzip)
• Großwasserzähler (z. B. Woltmannwasserzähler, Einstrahlwasserzähler, Verbundwasserzähler)

Um eine genaue Messung zu gewährleisten, muss der richtige Wasserzähler zu dem vorhanden Durchfluss (Belastung) ausgewählt werden. Der normale Hauswasserzähler Q_n 2,5* (2,5 m³/h, Klasse B hat eine Mindestbelastung Q_min von 50 l/h, eine Trenngrenze Q_trenn von 200 l/h und eine Maximalbelastung Q_max von 5000 l/h) ist für 1 bis 30 Wohneinheiten, der Q_n 6-Wasserzähler für 31 bis 200 Wohneinheiten und der Q_n 10-Wasserzähler ist für 200 bis 600 Wohneinheiten geeignet.

* Neuerdings werden immer häufiger Q_n 1,5-Wasserzähler eingebaut. Der Grund soll eine geringere Grundgebühr sein. Die Praxis zeigt, dass diese Zähler höhere Widerstände haben und bei einem zu geringen Versorgungsdruck oder der Druck, der am Druckminderer eingestellt ist, ist zu niedrig (<4 bar), dass es bei einer gleichzeitige Entnahme zweier Zapfstellen (z. B. Gartenbewässerung und Dusche) im Haus zu Problemen führt.