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Vor-Ort-Kalibrierung von Durchflussmessgeräten in der Fernwärme

EnEff:Wärme - Forschung für energieeffiziente Wärme- und Kältenetze

LDV-Messgerät zur Vor-Ort-Kalibrierung von Durchflussmessungen

© TÜV Rheinland/ILA/Optolution

Projektsteckbrief

Projektstatus Projektstatus: Phase 3Realisierung
Standort Berliner Fernwärmenetz
Projektfahrplan Ziel des Projekts ist die Effizienzsteigerung von Fernwärmeerzeugung und -transport. Dazu ist eine genauere Bilanzierung der Netzverluste erforderlich, die u.a. durch eine Verminderung der Messunsicherheiten bei der Wärmemengenmessung zu erreichen ist. Dieses Ziel soll durch die Weiterentwicklung eines laseroptischen Verfahrens zur Vor-Ort-Kalibrierung von großen Durchflussmessgeräten für praxisrelevante gestörte Einlaufbedingungen erreicht werden. Dazu wird nach Recherche der typischen Vorstörungen im Berliner Fernwärmenetz ein Versuchsstand an der TU Berlin zur strömungstechnischen Untersuchung von Vorstörungen aufgebaut. In Zusammenarbeit zwischen der TU Berlin, der PTB Berlin und den beiden Firmen ILA GmbH und Optolution Messtechnik GmbH erfolgt durch Kombination laseroptischer und numerischer Verfahren die Entwicklung einer Methode zur laseroptischen Vor-Ort-Kalibrierung auch bei gestörten Zuströmbedingungen. Die Messunsicherheit dieses neuen Verfahrens wird in Zusammenarbeit mit der PTB Berlin durch Vergleichsmessungen am nationalen Normal für die Wärmemengenmessungen detailliert untersucht. Daran schließt sich die Prüfung auf die Möglichkeit der Rückführung des Verfahrens auf das nationale Normal an. Begleitend dazu erfolgt die Verfahrenserprobung an typischen Messstellen im Berliner Fernwärmenetz gemeinsam mit dem Partner Vattenfall Europe Wärme AG.
Träger ILA GmbH
Projektthemen

Projektbeschreibung

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht darin, einen Beitrag zur energetischen Optimierung von Fernwärmenetzen zu leisten. Dazu ist eine genauere Bilanzierung der Netzverluste erforderlich, die unter anderem durch eine Verminderung der Messunsicherheiten bei der Wärmemengenmessung zu erreichen ist. Durch die Kopplung von laseroptischen und numerischen Methoden soll ein praxistaugliches und wenn möglich rückführbares Verfahren entwickelt werden, das eine Vor-Ort-Kalibrierung von vorhandenen Durchfluss-Sensoren (im Folgenden: DFS) mit einem Durchmesser von ca. 150 bis ca. 1.000 mm im laufenden Fernwärmenetzbetrieb erlaubt. Die Reduzierung der Messabweichungen und Messunsicherheiten an den wichtigsten Durchflussmessstellen ermöglicht eine genauere Netzbilanzierung. Erst durch diese Maßnahmen ist der Nachweis einer effizienten Verteilung und Nutzung der im KWK-Prozess umgewandelten Wärmeenergie möglich. Damit ist eine deutliche Steigerung der Effizienz im gesamten Prozess der Energieerzeugung und Verteilung, folglich somit eine deutliche Reduzierung des Einsatzes von Ressourcen zu erwarten.

Konzeption, Arbeitsprogramm

In dem beantragten Forschungsvorhaben soll ein Verfahren entwickelt werden, das durch Kombination von numerischen und messtechnischen Methoden die Bestimmung und Reduzierung der Messunsicherheit der Vor-Ort-Kalibrierung auch bei typischen gestörten Zuströmbedingungen gestattet. Damit wird der Anwendungsbereich des zur Zeit verfügbaren laseroptischen Verfahrens zur Vor-Ort-Kalibrierung von Durchflussmessgeräten von rotationssymmetrischen Strömungen auf typische gestörte Zuströmbedingungen ausgeweitet und damit den Erfordernissen der Praxis angepasst. Um eine laseroptische Vor-Ort-Kalibrierung großer Durchflussmessgeräte auch bei gestörten Zuströmbedingungen zu ermöglichen, soll das mit Hilfe der LDV (Laser Doppler Velozimetrie) gemessene Geschwindigkeitsprofil mit der auf der Grundlage der CFD-Berechnungen (Computational Fluid Dynamics) ermittelten und durch z.B. Einbauten deformierten Geschwindigkeitsverteilung kombiniert werden. Die CFD-Daten bieten dabei die Grundlage für die Bestimmung des bisher unbekannten Beitrages zur Messunsicherheit aufgrund von Vorstörungseffekten. 

Die geplante Vorgehensweise lässt sich in folgende Arbeitsschritte abstufen:

  • Verbesserung der laseroptischen Messtechnik,
  • Reduzierung systematischer Messunsicherheiten der LDV-Messung,
  • Simulation von praxisrelevanten Vorstörungen am Versuchsstand,
  • Messung von gestörten Geschwindigkeitsverteilungen am Versuchstand,
  • CFD-Berechnung der gestörten Geschwindigkeitsverteilungen am Versuchsstand,
  • Verfahrensentwicklung zur Kalibrierung der CFD-Ergebnisse mit gemessenen Geschwindigkeitsverteilungen,
  • Verfahrensentwicklung zur Bestimmung von Messunsicherheiten auf der Grundlage von CFD-Geschwindigkeitsfeldern,
  • Entwicklung eines Messunsicherheitsbugets für das Gesamtverfahren,
  • Up-scaling-Vergleich durch Messungen in der PTB Berlin,
  • Rückführung des Gesamtverfahrens am Großwärmeprüfstand der PTB Berlin,
  • Feld-Erprobung des Gesamtverfahrens im Berliner Fernwärmenetz,
  • Untersuchung von Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung durch optimierte Betriebsführung des Netzes und der Erzeuger.