Wärmezählerdaten überwachen und abgleichen

Die meisten Fehler bei Wärmezählerdaten sind keine Kommunikationsstörungen. Die Verbindung funktioniert, aber das System speichert das falsche Register: den zum letzten Stichtag gespeicherten Wert, ein Tarifregister oder einen Volumenstand mit der Einheit kWh. Ein solcher Stichtagswert kann alle 15 Minuten pünktlich eintreffen und bis zur nächsten Abrechnung als flache Linie erscheinen. Speichern Sie jeden Wert mit Zähleridentität, Register, Einheit und Zeit. Benennen Sie den gemessenen Kreis, bevor Sie Gebäude vergleichen oder Netzverluste schätzen.

Messgrenze

In einem Wärmenetz können Zähler im Energiezentrum, an Netzabzweigen, Gebäudeeingängen, Wohnungen oder Wohnungsübergabestationen (HIU) und in Trinkwarmwasserkreisen sitzen. Zeichnen Sie die hydraulische Messgrenze und benennen Sie für jeden Zähler den gemessenen Kreis, bevor Sie Summen vergleichen.

Die Erzeugung im Energiezentrum minus die Summe der nachgelagerten Zähler ist zunächst ein Restwert, noch kein Verlust. Erfasst der Zähler im Energiezentrum in einem Monat 1.000 MWh und summieren sich die Gebäudezähler auf 780 MWh, bleiben 220 MWh (22 %). Darin stecken Verteilverluste, aber auch Änderungen des Ladezustands eines Wärmespeichers, ungezählte Abzweige, Datenlücken und die Fehler aller Zähler in der Summe. Klären Sie diese Ursachen zuerst. Rohrwärmeverluste hängen vor allem von Rohrtemperatur und Dämmung ab und schwanken deshalb weit weniger als der Bedarf. Im Sommer machen sie einen größeren Anteil der gelieferten Wärme aus als im Winter. Der Restwert in einer Sommernacht ist ein erster Anhaltspunkt für den Grundverlust.

Eine hohe Rücklauftemperatur an einem Gebäude oder einer HIU hat häufig eine lokale Ursache: einen dauerhaft offenen Bypass oder Warmhaltekreis, ein defektes Regelventil oder einen schlecht abgeglichenen Sekundärkreis. Stellen Sie Durchfluss und Rücklauftemperatur dieses Zählers über Nacht gemeinsam dar. Ein stetiger Durchfluss bei einer Rücklauftemperatur nahe der Vorlauftemperatur weist auf Bypass oder offenes Ventil hin.

Was zu jedem Wert gehört

Beim kabelgebundenen M-Bus enthält das Dateninformationsfeld DIF eines Datensatzes Speichernummer, Funktion und Datentyp; seine Erweiterungen tragen den Tarif. Das Wertinformationsfeld VIF beschreibt Messgröße und Dezimalexponent (M-Bus-Anwendungsschicht, VIF-Tabelle). Zwei Energiedatensätze desselben Zählers können sich nur in diesen Bytes unterscheiden:

Ein Decoder, der die Speichernummer verwirft, speichert 44 06 als aktuelle Energie. Ignoriert er den Exponenten von VIF 07, erfasst er nur ein Zehntel der tatsächlichen Energie. Das Datum eines gespeicherten Werts liegt in einem getrennten Datumsdatensatz (VIF 6C) mit derselben Speichernummer. Welche Datensätze ein Zähler sendet und was seine Speichernummern bedeuten, hängt von Modell und Konfiguration ab.

Wenn eine ZHM-21-M-Bus-Schnittstelle einen Zähler ausliest, zeigt Edge dessen Primäradresse, Baudrate, Gerätekennung, Hersteller, Version und Medium an. Erfassen Sie die vom Zähler gelesene Gerätekennung. Sie ändert sich bei einem Zählertausch, selbst wenn die Primäradresse gleich bleibt.

Der Energiewert des Zählers ist maßgeblich

Wenn ein Zähler kumulierte Wärme- oder Kälteenergie bereitstellt, erfassen Sie diesen Wert. Sein Rechenwerk kombiniert das abgestimmte Temperatursensorpaar, den Durchflusssensor und das konfigurierte Medium. Nach Anhang VI (MI-004) der Messgeräterichtlinie ist ein Wärmezähler entweder ein vollständiges Gerät oder eine Kombination aus drei Teilgeräten: Durchflusssensor, Temperatursensorpaar und Rechenwerk (Richtlinie 2014/32/EU).

Der Anhang definiert die höchstzulässige Abweichung eines vollständigen Zählers als Summe dreier Anteile. Bei einem Zähler der Klasse 2 kann die Abweichung des Durchflusssensors (2 + 0,02 qp/q) % betragen, höchstens jedoch 5 %. Für das Temperatursensorpaar gilt (0,5 + 3 Δθmin/Δθ) %, für das Rechenwerk (0,5 + Δθmin/Δθ) %. Der Hersteller legt Δθmin mit 3 K, 5 K oder 10 K fest. Bei Klasse 2 und Δθmin = 3 K ergeben sich:

• bei Dauerdurchfluss qp und 20 K Temperaturdifferenz: 2,02 + 0,95 + 0,65 = 3,6 %;
• bei qp/10 und 5 K Temperaturdifferenz: 2,2 + 2,3 + 1,1 = 5,6 %.

Der zweite Fall entspricht in vielen Netzen einer Sommernacht. Eine kleine Temperaturdifferenz verstärkt auch Sensorabweichungen. Bei 3 K bedeutet ein Unterschied von 0,1 K zwischen Vorlauf- und Rücklaufsensor bereits 3,3 % Energieabweichung. Deshalb werden die Temperatursensoren als abgestimmtes Paar geliefert und ersetzt.

Am Zähler ist angegeben, ob sein Durchflusssensor im Vorlauf oder Rücklauf sitzt. Das Rechenwerk verwendet diese Position für die Wahl der Wasserdichte. Bei 70 °C im Vorlauf und 50 °C im Rücklauf unterscheidet sich die Dichte zwischen den Leitungen um etwa 1 %. Ein im falschen Rohr eingebauter Zähler liegt daher bereits ungefähr um diesen Betrag daneben, bevor weitere Fehler hinzukommen. BS EN 1434-6 behandelt Installation, Inbetriebnahme und laufende Prüfungen des vollständigen Zählers.

Zwischen 40 und 90 °C liegt die Dichte von Wasser bei 965 bis 992 kg/m³, seine spezifische Wärmekapazität bei 4,18 bis 4,21 kJ/kg·K. Eine schnelle Größenordnungs- und Richtungsprüfung lautet:

Wärmeleistung (kW) ≈ Dichte (kg/m³) × spez. Wärmekapazität (kJ/kg·K)
                     × Volumenstrom (m³/h) × Temperaturdifferenz (K) ÷ 3.600

Bei 10 m³/h Wasser mit 70 °C Vorlauf und 50 °C Rücklauf ergibt die Prüfung ungefähr 228 kW:

Die Prüfung findet Vorzeichen-, Einheiten- und Größenordnungsfehler; sie ist kein zweiter Zähler. Sie verwendet Wassereigenschaften und stimmt deshalb nicht mit einem Zähler in einem Glykolkreis überein. Eine 30-prozentige Propylenglykollösung hat eine spezifische Wärmekapazität von etwa 3,9 kJ/kg·K, rund 7 % unter Wasser (Engineering ToolBox). Prüfen Sie bei solch einem Kreis, ob der Zähler für dieses Medium konfiguriert ist. Ein kombinierter Wärme- und Kältezähler führt getrennte Energieregister. Ordnen Sie beide zu, aber addieren Sie sie nicht. Energie ist das Integral der Leistung über die Zeit; ein einzelner Leistungswert ergibt keine Intervallenergie.

M-Bus, Impuls oder Modbus

Der ZHM-21 liest einen kabelgebundenen M-Bus-Zähler mit 300 bis 9.600 Baud über bis zu 1.000 m Leitung und sendet dessen Datensätze über das Zigbee-Mesh an das ZGW-20 Gateway mit Edge. Ein Technikraum mit drei Wärmezählern benötigt drei Schnittstellen. Die Anleitung zur Inbetriebnahme des kabelgebundenen M-Bus behandelt Unit Loads, Adressierung und Datensatzzuordnung.

Viele neuere Wohnungswärmezähler verwenden stattdessen Wireless M-Bus (EN 13757-4, meist Modus T1 oder C1). Die Telegramme jedes Zählers sind mit einem eigenen AES-128-Schlüssel verschlüsselt. Der ZHM-21 liest nur kabelgebundenen M-Bus. Bietet der Hersteller für den Zähler ein kabelgebundenes M-Bus-Modul an, kann dieses eingebaut werden.

Modbus am Wärmezähler erfordert meist ein zusätzliches Kommunikationsmodul. Die ZMB-31-Modbus-Schnittstelle liest bis zu 30 Register von Zählern an einem RS-485-Bus. Ein 32-Bit-Zählerstand belegt zwei Register; die Wortreihenfolge steht in der Registertabelle des Moduls. Wird ein Gesamtwert von 12.345.678 (hexadezimal 00BC 614E) mit vertauschten Wörtern gelesen, entsteht 1.632.501.948.

Ein Impulsausgang überträgt normalerweise nur eine Messgröße. Ein Energieimpuls entspricht einer festen Menge der vom Zähler berechneten Energie. Ein Volumenimpuls liefert nur Volumen; ohne Temperaturen lässt sich daraus keine Wärmeenergie berechnen. Erfassen Sie, ob der Impulswert in kWh je Impuls oder Impulsen je kWh angegeben ist. Werden 10 Impulse/kWh als 10 kWh/Impuls eingegeben, ist die erfasste Energie um Faktor 100 zu hoch. Der ZPC-20 zählt bis 40 Hz und benötigt Netzstrom. Der batteriebetriebene ZPC-10 zählt bis 4 Hz. Verwenden Sie vor der Inbetriebnahme den Rechner zur Impulszählerskalierung.

Vier Zeitebenen

Eine Reihe von „15-Minuten-Werten“ kann vier unterschiedliche Intervalle enthalten:

Speichern Sie, falls vorhanden, die Zeit des Zählers (Datums- und Zeitdatensatz, VIF 6D), die Erfassungszeit und den UTC-Offset. Ein zwischen Zähleraktualisierungen wiederholter Wert ist korrekt; der kumulierte Zählerstand bleibt gültig.

Fehlende und unterbrochene Daten

Speichern Sie eine Lücke als null mit Qualitätsstatus. Eine Null in einer Intervalltabelle bedeutet „kein Verbrauch“ und senkt die Monatssumme fälschlich. Sinnvolle Zustände sind aktuell, veraltet, Zählerfehler, Kommunikationsausfall, Duplikat, Reset oder Zählertausch sowie ungeklärte Unterbrechung.

Im M-Bus-Statusbyte melden Bits 0 und 1 Anwendungsfehler, Bit 2 niedrige Versorgung, Bit 3 einen dauerhaften und Bit 4 einen vorübergehenden Fehler. Bits 5 bis 7 sind herstellerspezifisch (M-Bus-Anwendungsschicht). Herstellerfehlerdatensätze melden häufig offene oder kurzgeschlossene Temperatursensoren, Luft oder Wassermangel am Durchflusssensor und Rückfluss. Die Codes unterscheiden sich je Modell. Ein Zählerfehler bleibt bestehen, bis der Zähler ihn selbst aufhebt, auch wenn die Kommunikation wieder funktioniert.

Hat ein Zähler einen dokumentierten Modulus M und ist genau ein Überlauf bestätigt, ergibt sich die Differenz als (M − previous) + current. Ein fallender Gesamtwert kann aber auch Zählertausch, Reset, ein anderes Register oder beschädigte Daten bedeuten. Schließen Sie daher nicht allein aus der Rechnung auf einen Überlauf. Verwerfen Sie ein Intervall, wenn sich mehrere Überläufe oder ein Zählertausch nicht ausschließen lassen.

• 12,345.6 → 12,349.1 kWh in genau 15 Minuten ergeben 3.5 kWh und eine mittlere Leistung von 14 kW in diesem Zeitraum, keinen Momentanleistungswert.
• 0.1 kWh/pulse × 37 pulses ergeben 3.7 kWh. Wenige Impulse lassen kurze Intervallwerte stufenförmig wirken, selbst wenn der physische Durchfluss stetig ist.
• 9,998 → 3 bei bekanntem Modulus 10,000 und genau einem bestätigten Überlauf ergeben 5 Zählschritte. Nach einem Zählertausch gehören dieselben Werte zu zwei Geräten; die Überlaufrechnung gilt nicht.

Mit dem Zähler abgleichen

Vergleichen Sie denselben Zähler, dasselbe Register, dieselbe Einheit, denselben Tarif und dieselbe Richtung. Lesen Sie das Display zu Beginn und Ende eines Zeitraums von mindestens 24 Stunden ab und vergleichen Sie dessen Differenz mit der Differenz der gespeicherten Gesamtwerte. Akzeptieren Sie höchstens eine Displaystelle Abweichung, bei einem Impulseingang zuzüglich eines Impulswerts. Ein einzelner Vergleich zu einem Zeitpunkt kann scheinbar scheitern, weil Display, M-Bus-Daten und gespeicherter Wert nicht gleichzeitig aktualisiert werden.

Eine Übereinstimmung belegt den Datenweg, nicht die Messrichtigkeit des Zählers. Die Verwendung zur Abrechnung hängt von der Zulassung des Zählers nach MI-004, korrektem Einbau und nationalen Regeln ab.

Ausfall, Wiederherstellung und Zählertausch

Prüfen Sie vor der Übergabe die Fehlerbehandlung:

1. Stellen Sie fest, dass jeder Zähler mindestens zwei Meldeintervalle lang Werte liefert.
2. Trennen Sie die M-Bus-Leitung oder den Impulseingang eines Zählers für mehr als zwei Meldeintervalle.
3. Prüfen Sie, dass für diesen Zähler keine neuen Werte erscheinen und er namentlich als ausgefallen markiert wird.
4. Prüfen Sie, dass die anderen Zähler weiter melden.
5. Schließen Sie den Zähler wieder an. Der erste neue Gesamtwert muss an den letzten gespeicherten anschließen; kein Wert darf doppelt gespeichert werden.
6. Starten Sie das Gateway neu und prüfen Sie die Kontinuität der Gesamtwerte.
7. Prüfen Sie, dass für die Lücke keine Intervallwerte erfunden wurden. Die während des Ausfalls verbrauchte Energie ist nur als ein Gesamtwert für die ganze Lücke bekannt.

Nach einem Zählertausch beginnen eine neue Identität und ein neuer Ausgangswert. Führen Sie den neuen Zählerstand nicht als Fortsetzung des alten. Halten Sie im Austauschprotokoll fest:

• Gerätekennung des alten Zählers, letzte Energie- und Volumenstände sowie Datum und Uhrzeit;
• Gerätekennung des neuen Zählers, Anfangsstände sowie Datum und Uhrzeit;
• verwendete Datensätze samt Einheiten und Exponenten oder den Impulswert;
• die ausführende Person.

Die Anwendungsanleitung für kabelgebundenen M-Bus nennt die Hardware für mehrere Zähler; die Anleitung zur Impulserfassung behandelt Zähler mit Impulsausgang. Der System Builder übernimmt Zählerliste und Messgrenzen der Kreise.