Einrichtung zum Messen, Aufzeichnen oder Regeln von Abkühlungsgrössen. Der Begriff Klima umfasst mehrere Zu standsgrössen der uns umgebenden Luft, von denen die hauptsächlichsten die Lufttempe ratur, die Temperatur der den Menschen um gebenden ;Strahler, die Feuchtigkeit und die Geschwindigkeit der Luft sind. Bisher hat man daher beim sselbsttäti@gen Regeln eines Klimas diese Grössen oder die wichtigsten von ihnen einzeln gemessen und zum Ab leiten von Regelimpulsen verwendet.
Dies ist jedoch insofern nicht zweckmässig, als die das menschliche Wohlbefinden bestimmende Grösse nicht die Temperatur oder die Feuch tigkeit oder eine der andern angeführten Grössen ist, sondern eine verwickelte Funk tion aller dieser Einfluss:grössen, die so genannte Abkühlungsgrösse.
Die Abkühlungsgrösse ist die Wärme menge, die von oder Einheitsfläche der menschlichen Haut in der Zeiteinheit ab begeben wird. Sie ist allein massgebend für den Grad des Wohlbefindens des Menschen und sollte daher zum Regeln eines künst lichen Klimas verwendet werden. Das Ge fühl eines unangenehmen Klimas entsteht einfach durch .einen zu :grossen Wärmeentzug im Falle der Kälte, einer zu grossen Luft gesehwindigkeit oder zu grosser Trockenheit.
Das Gefühl der Schwüle entsteht dagegen durch zu hohe Temperatur, zu geringe Luft bewegung oder zu grosse Feuchtigkeit. In einem Koordinatensystem, in dem. die Tem- peratur,,der Wasserdampfdruck und die Ge- sehwindigkeit der Luft diedrei Koordinaten darstellen, kann man den Raum. in Zonen gleicher Behaglichkeit einteilen.
Es ent stehen Ellipsoide mit Mantelflächen gleicher Behaglichkeit, wobei ein mehr oder minder ausgedehntes Gebiet höchster Behaglichkeit vorhanden ist.
Wenn man nachdem bekann ten Verfahren die Temperatur und die Feuchtigkeit eines Raumes regelt, so ist es sehr leicht möglich, da.ss man von einem Zu stand höchster Beha.gliehkeit ausgehend eine Verminderung der Behaglichkeit durchführt, nur weil die Lufttemperatur infolge einer ebenfalls vorhandenen Abweichung der Feuchtigkeit oder der Luftbewegung vom Sollwert dem .Sollwert nicht entspricht.
Die Regelung wird demnach in Tätigkeit ge setzt, der geregelte Zustand unter Umstän den verstimmt, nur weil die Regelung nicht auf Grund der einzig interessierenden Mess- grösse, der Abkühlungsgrösse, erfolgt. Mit andern Worten, es kann die Temperatur ohne jede Einbusse an Behaglichkeit um gewisse Werte schwanken, wenn die Feuchtigkeit oder die Luftbewegung das Klima in der umgekehrten Richtung beeinflusst.
Beispiels weise kann durch erhöhte Feuchtigkeit eine gewöhnlich als zu kalt angesehene Luft den günstigsten Wert der Abkühlwugsgrösse dar stellen, so dass es im Falle einer selbsttätigen Regelung falsch wäre, durch Verstellen der Regelorgane das Klima ändern zu wollen.
Es ist an sich ganz selbstverständl.i.ch. da.ss die verwickelte Funktion des Klimas in der Empfindung des Menschen rein ska.lar, nämlich durch den Energieentzug der Haut.. dargestellt werden kann, denn dieser Energie entzug durch Leitung, Strahlung, Luftbewe gung, Luftdruck und Verdampfung von Wasser ist physiologisch die einzig entschei dende Grösse.
Der Mensch fühlt sich am wohlsten bei einem bestimmten Energieent zug, der einem bestimmten Wert der Ab kühlungsgrösse entspricht. Bei einem erhöh ten Wert der Abkühlungsgrösse empfindet er die Luft als zu kalt, zu trocken oder zu zugig, bei geringerem Wert der Abkühlungs- gTösse zu warm, zu feucht oder zu wenig be- @i eg t.
Es ist bekannt, dass man die Abküh lungsgrösse in der Weise bestimmen kann, dass :die von einem Flüssigkeitsthermometer in einer gewissen Zeit abgegebene Wärme menge gemessen wird, indem man dieses mit tels eines elektrischen Stromes auf eine gleichbleibende Temperatur aufheizt.- Zu diesem Zweck kann z. B. mittels eines Wa.tt- stundenzählere die in der betreffenden Zeit von dem Heizstrom gelieferte Arbeit gemes sen werden, die der durch die Heizvorrich- tung aufgenommenen Wärmemenge ent spricht.
Unter der Voraussetzung einer gleichbleibenden Anschlussspannung kann statt eines Wattstundenzählers auch ein Amperestundenzähler zum Messen der Ar beit bezw. der Wärmemenge benutzt werden. Dabei erhält man Werte, die der Abküh lungsgrösse entsprechen, wenn man den Stand des Zählers jeweils in gleichbleiben den Zeiträumen abliest.
Demgegenüber betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Messen, Aufzeichnen oder Regeln einer Abkühlungs grösse mit einem Probekörper, dessen Tempe ratur durch aufeinanderfolgendes Ein- und Ausschalten eines Heizstromes praktisch konstant gehalten wird, und die Erfindung besteht in der Verwendung eines Messgerätes, dem eine der Heizleistung verhältnisgleiche Leistung zugeführt wird,
und das im Ver gleich zu dem Probekörper und im Verhält nis zur Frequenz der Ein- und Ausschaltun gen eine so grosse Trägheit infolge seiner Masse aufweist, dass es auf besagtes Ein und Ausschalten :des Heizstromes nicht an spricht, sondern den Mittelwert :der dem Probekörper zugeführten Heizleistung er fasst.
Im folgenden werden Ausführungsbei- spiele der Erfindung erläutert. In Fig. 1 ist, ein Probekörper dargestellt. 1 ist ein Hohl zylinder, der mit einer verdampfenden Flüs sigkeit 2 gefüllt ist. Innerhalb des Hohl zylinders befindet sich ein Rohr 3, in dem eine Heizwicklung 4 untergebracht ist. Die Zuleitung der Heizwicklung geht über einen Schalter 5, der von einer Membrandose: 6 ge steuert wird.
Ist :die Temperatur des Zylin ders unterhalb eines gewünschten Wertes. , beispielsweise unterhalb der Temperatur der menschlichen Haut, so ist der Stromkreis der Heizvorrichtung geschlossen, und der die verdampfende Flüssigkeit enthaltende Zylin der erwärmt sich.
Infolge des zunehmenden , Dampfdruckes der Flüssigkeit 2 auf die Druckmembran 6 wird beim Überschreiten der gewünschten Temperatur die Heiz leistwng über den Sehalter 5 ausgeschaltet.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist nun in Reihe mit :der Heizeinrichtung des Zylinders 1 eine Heizwicklung 7 angeordnet, die einen Körper 8 erwärmt. Gibt man dem Körper 8 eine gewisse Wärmeträgheit, so nimmt er eine Übertemperatur an, die den verhältnis mässig schnellen ,Schwankungen der Ein- und Ausschaltzeiten der Heizleistung nicht folgt,
sondern einen Mittelwert bildet. Damit die Übertemperatur des derartig aufgeheizten wärmeträgen Körpers -8 ein wirkliches Mass für die .aufgewendete Leistung ist, unbeein- flusst von den Wärmeübergangsbedingungen, denen der Körper ausgesetzt ist, wird vor- zugsweisse die Anordnung so getroffen,
dass der Wärmeaustausch des aufgeheizten Kör pers 8 mit der Umgebung vorwiegend nur durch Wärmeleitung entsteht, nicht aber durch Konvektion, @da die Grösse dieses Energieaustausches vom atmosphärischen Druck abhängig wäre.
Benutzt man Flüssigkeiten oder Gase als wärmeleitende Verbindungen zwischen dem aufzuheizenden, wärmeträgheitsbehafte- ten Körper 8 und einem Mantel 9, so muss man durch genügend enge Ausbildung der Zwischenräume und senkrechte Lagerung des Gerätes dafür sorgen, dass die Konvek tion .gegenüber der Wärmeleitung von u nter- geordneter Bedeutung ist.
Auf diese Weise gelingt es, die Übertemperatur des wärme trägen Innenkörpers :gegenüber der äussern Umhüllung alo unmittelbares Mass für die mittlere Heizenergie und damit auch der Heizenergie des Gebers gemäss Fig. 1 zu benutzen. Die Übertemperatur,
des Innenköm- pers ist also ein Mass für die Abkühlunbgs- gröss.e. Da die ,die Wärmeleitfähigkeit im all gemeinen in irgendeiner Weise von der Tem peratur abhängt, so ist die Übertemperatur noch mit einem Fehler behaftet.
Dieser lässt sich leicht dadurch beheben, dass der gesamte Wärmefluss von dem Innenkörper zum Aussenkörper über mindestens zwei verschie dene Stoffe erfolgt, deren Wärmeleitfähig- keit verschieden temperaturabhängig ist, und zwar derart, dass der Wärmeübergangdurch den einen: Stoff mit steigender Temperatur steigt"du rech ,den andern mit steigender Tem peratur fällt.
Die Einriehtug wird zweck mässig derart .getroffen, dass der Gesamt wärmeübergangswiderstand vom Innenkör per zum Aussenkörper unabhängig von der Aussentemperatur ist und die Übertempera tur daher ein strenges Mass für die aufge nommene Leistung bildet. Praktisch ver wirklicht man dies dadurch, dass man z. B.
Luft als den einen Wärmeträger längs der Zylinderfläche des Innenkörpers benutzt und zum Befestigendes Innenkörpers am Aussen körper einen Stoff mit negativer Abhängig keit .der Leitfähigkeit von der Temperatur wählt, beispielsweise Sinterkorund. In der Fig. 2 ist dieser Wärmeleitwiderstand mit 10 bezeichnet.
Besteht die Aufgabe in,der Anzeige oder Registrierung der Abkühlungsgrösse, so wird vorzugsweise mit Thermoelementen - der Temperaturunterschied zwischen Innen- und. Aussenkörper 8 und 9 gemessen.
Wird da gegen nie Regelung einer Zustandsgrösse nach der Abkühlungsgrösse gewünscht, so kann man vorzugsweise den Unterschied der Wärmeausdehnung der beiden konzentri- sehen-Körper unmittelbar zum mechanischen Betätigen elektrischer Kontakte, vorzugs weise Vakuumkontakte, benutzen.
Man er hält damit die Möglichkeit, :grosse 'Schalt leistungen, wie sie zum Schalten elektrischer Heizungen oder zum Verstellen von Klappen- :getrieben benötigt werden, unmittelbar über diesen ;Schalter zu steuern.
Eine andere Aussführungsform cdes Emp fängers ist in Fig. 3 näher dargestellt. Die Bedeutung der Bezeichnungen 7 bis 10 ist bereits in der Beschreibung zu Fsg. 2 er klärt worden.
15 ist ein Thermoelem,ent,,des- sen eine Lötstelle in dem Innenkörper und dessen andere Lötstelle in dem Anguss 16 des Aussenkörpers 9 angeordnet isst. In dem Kopf des Gerätes ist ein Vakuumschalter 17 vorgesehen,
der von den sich ve@rsohieden ausdehnenden Rohren 8 und 9 nach Mass- gabe ihrer Temperaturdifferenz über den Hebel 18 geschaltet wird. Der Schalter wird beispielsweise derart veränderbar angeord net, dass die Schaltung bei einer wählbaren Temperaturdifferenz erfolgt.
Ausserdem sind in dem Kopf des Gerätes die nicht dargestellten Klemmen für das Thermoelement zum Anschluss des Emp- fangsmessgerätes und für die Heizwicklung zum Anschluss an ein Leitungsnetz bezw. den Geber nach Fig. 1 untergebracht. Dabei verwendet man zweckmässig Mehrfach-Ther- moelemente. Der Empfänger wird zweck mässig nahe dem Empfa.ngsmessgerät auf gestellt.
Seine Entfernung vom Geber geht ebenso wie die Höhe der Heizspannung nicht in nie Messung ein, da diese auf einem Yer- gleich der Energien im Geber und Empfän- g o er beruht.
Eine andere Ausführungsform des Emp- fänger3 besteht in der Anwendung eines üb lichen Wattstundenzählers, der die Leistung über eine Zeit integriert, die möglichst viele Schaltperioden des Gebers umfasst.
Ver gleicht man die Drehzahl dieses Zählers mit der Drehzahl einer spannungsunabhängig stets die gleiche Geschwindigkeit aufweisen den Zählerscheibe eines sogenannten Zeit zählers, indem man sie beispielsweise über ein Differentialgetriebe gegeneinander wir ken lä.sst, so ist die Drehzahl der Differen tialwelle nur von der Abweichung der Ab kühlungsgrösse vom Sollwert abhängig.
Der Mittelwert der Heizleistung wird auch bei dieser Ausführungsfarm des Erfin dungsgegenstandes .durch ein Messgerät er <B>21</B> dessen Masse mit einer solchen Träg heit behaftet ist, dass es den schnellen stufen weisen Änderungen der Heizleistung nicht folgt, da die Massenträgheit der Zähler scheibe bei der üblichen Ausführung der Wattstundenzähler einschliesslich der Ge triebeteile .stets genügend gross ist.
Dabei wird die, Abweichwng der Heizleistung vom Sollwert durch die Bewegung des Differen tialgliedes des Differentialgetriebes erfasst.
Man kann nun die Drehzahl des Zeit zählers durch Anordnung von Widerständen einstellbar machen, wobei man jedem einzu stellenden Wert der Abkühlungsgrösse einen bestimmten Widenstan.dswert zuordnet. Jeder Einstellung entspricht also ein bestimmter Wert der Abkühlungsgrösse, bei dem die Differentialwelle die Geschwindigkeit Null aufweist. Beim Unter- oder Überschreiten des gewünschten Wertes der Abkühlungs- grösse ;
gegenüber ihrem Sollwert dreht sich die Differentialwelle in der einen oder andern Richtung und betätigt dadurch an ihr angebrachte Kontakte, die durch entspre ehende Regelung den gewünschten Zustand der Atmosphäre wieder herstellen.
Einen besonderen Vorteil erlangt die Re gelung der Abkühlungsgrösse und insbeson dere die Regelung mit dem beschriebenen Gerät dann, wenn, wie gewöhnlich, das Klima eines Raumes nicht einheitlich ist, sondern von der Lage des Messpunktes im Raum abhängt. Während man bisher bei der Temperaturregelung von Räumen oft mit der Schwierigkeit zu rechnen hatte, dass das mehr oder minder willkürlich in den Raum gesetzte Regelgerät die Raumregelung un befriedigend ausführt, wenn die Abweichung des Klimas an den einzelnen Punkten des Raumes besonders gross wird, z.
B. durch Offnen eines Fenstens in der Nähe des Reg lers, man jedoch nicht nach dem Mittelwert mehrerer Regler regeln konnte, ist dies bei Anwendung des neuen Gerätes möglich. Man schaltet mehrere Geräte nach Fig. 4 derart, da.ss eine beliebige Anzahl von Gebern die für ihre Temperaturkonstanz erforderliche Heizleistung zu gleichen Anteilen auf das die Temperaturdifferenz messende Gerät übertragen.
Dessen innerer Zylinder 8 erhält .5o viele Wicklungen 11 gleichen Widerstan des, als Geber 12 vorhanden sind. Die Methode ist auch geeignet, für ein ganzes Gebäude ein Mischklima herzustellen. Bisher , konnte man die Zentralheizung eines Gebäu des selbsttätig nur nach der Temperatur in einem einzigen Zimmer regeln.
Nach ,der be schriebenen Methode kann man ein beliebig bezogenes Mischklima ermitteln durch An- , ordnung der Geber in beliebig vielen Räu- men. Man kann auch durch umgleiche Wider standswicklungen dem einen oder andern Geber ein grosses, z. B. das doppelte Ge wicht bei :der Mittelwertbildung zuerteilen. Ferner kann man verschiedene Geber auf denselben Heizwiderstand im Temperatur- äifferenzmessgerät 8 umschaltbar anordnen.
Man erhält auf diese Weise ein,den verschie densten Umständen ,gerecht werdendes Misch klima.
Die Regelung der Abkühlungsgrösse ist insofern von grosser Wichtigkeit, als damit die einzelnen Komponenten wesentlich ein facher erfasst werden können als, die .ge trennte Messung der Lufttemperatur, der Strahlung der Begrenzungswände, der rela tiven Feuchtigkeit und,der Luftgeschwindig keit.
Da beispielsweise ,die, relative Feuchtig keit in das Raumklima nur in einem Masse eingeht, wie es mit ,genügender- Genauigkeit und ohne zusätzlichen Aufwand durch ein fache Benetzung des sogenannten Kata-Ther- mometers erfasst wird, so vermeidet man die Nachteile, die sonst ;genauen Psychometern dadurch anhaften, !dass der Einfluss' der Luft- geschwindigkeit und insbesondere der Tem peratur in umständlicher Weise ausgeglichen werden muss.
Die Abhängigkeit der psychro- metrischen Temperaturdifferenz von der Luftgeschwindigkeit und von der Tempera tur sollgerade in die Messung eingehen, da die Wärmeabgabe der menschlichen Haut durch diese Einflussgrössen ebenfalls beejn- flusst wird, und zwar bestimmungsgemäss in demselben Masse wie die Abkühlungsgrösse.
Nun beobachtet man, dass die mensch liche Haut eine psychrometrische Differenz aufweist, die wesentlich geringer ist als die eines .gewöhnlichen Psychrometers. Man be nutzt daher als feuchtigkeitsabgebende Hülle des Thermometers zweckmässig einender- artigen Stoff, der,die gleiche Waeserabgabe aufweist wie die menschliche Haut.
Die zur Verdampfung kommende Wassermenge darf daher nicht widerstandslos an der Oberfläche der feuchtigkeitsabgebenden Schicht aus treten, sondern muss Diffusionswiderstände überwinden, so .dass von der Gesamtober- fläche nur ein verhältnismässig kleiner Bruchteil benetzt ist, und daher auch nur ein entsprechender Bruchteil Wasser ver dampfen kann.
Die Oberfläche der mensch lichen Haut auf dem Kata-Thermometer wird z. B. dadurch nachgeahmt, @dass man über den gut saugfähigen Psychrometer- docht eine Hülle eines weniger durchlässigen ,Stoffes, beispielsweise Leder, setzt.
Die Eigenschaft dieses .Stoffes kann auch da durch nachgeahmt werden, dass man statt ,dessen eine undurchlässige Haut aus Gummi oder dergl. anwendet, in cler Löcher in dem Masse angebracht sind, dass die Verdamp fung. des Wassers der Wasserabgabe der menschlichen Haut unter sonst gleichen Um ständen entspricht.
Das Kata-Thermometer nach Fig. 1 ist mit einer die Luftfeuchtigkeit berücksichti- genden Zusatzeinrichtung versehen, ,die aus einem Docht 13 ,besteht, der den temperatur empfindlichen Hohlzylinder 1 umgibt und noch mit einer weiteren, die Verdampfung herabsetzenden Hülle umgeben sein kann.
Der Docht taucht mit seinem untern Ende in ein Wassergefäss 14, das gleichzeitig als Träger,des ganzen Gerätes dienen kann.
Es hat sich ergeben, @dass Kata-Thermo- meter auch bei Luftaufbereitun,gsanlagen Verwendung finden könnten, die nicht hygienischen Zwecken dienen. Ungefähr die selben Verhältnisse herrschen z. B. auf dem Gebiet der Lagerung von Lebensmitteln, und man kann mit dem Begriff der Behaglich keit die Regelung derartiger Luftaufberei- tungsanlagen verbessern in derselben Weise wie für hygienische Zwecke.
Die Anwendung des Reglers geschieht beispielsweise dadurch, dass er selbs @ttätig nur eine der das Klima bedingenden Verän derlichen nach einem Bestwert der Abküh lungsgrösse hin verändert, vorzugsweise die im Betrieb billigste. Hat diese Grösse einen sonsüwie bestimmten Grenzwert erlangt, so wird durch vorgesehene Grenzwertregler -die Regelung umgeschaltet auf eine weitere der das Klima bedingenden Veränderlichen, vorzugsweise die zweitbilligste im Betriebe.
Im Sommer wird man z. I3. die Luft geschwindigkeit eines Raumes, die am billig sten zu verändern ist, bis zur Grenze .des Möglichen erhöhen, um den Wert der Ab kühlungsgrösse zu vergrössern, d. h. auf seinen Sollwert zu bringen. Erst dann wird entweder die Feuchtigkeit oder die Tempera tur durch besondere Massnahmen, z. B. durch Einschalten und Regeln der betreffenden Maschinen mittels des Regelkontaktes 17, vermindert.
Die Abschaltung der betreffenden, den Wert der Abkühlungsgrösse vermindernden Klimatieierungseinrichtung erfolgt selbst tätig, sobald die Abkühlungsgrösse ihren Soll wert aufweist. Dadurch ergibt sieh der denk bar billigste Betrieb von Klimatisierungsein- richtungen.