CN105445156A - 运行室内通风技术设备的方法、传感器和室内通风技术设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行室内通风技术设备(10)的方法，在其中连续地和/或准连续地测量空气流中生物颗粒带来的污染、例如细菌、病毒、真菌、真菌孢子和/或花粉带来的污染。对生物颗粒带来的污染的测量以基于散射光的探测方式为基础。

Description

运行室内通风技术设备的方法、传感器和室内通风技术设备

技术领域

本发明涉及用于运行室内通风技术设备的方法、用于探测生物颗粒的传感器以及室内通风技术设备。

背景技术

室内通风技术设备(也称空调设备)用于产生或者维持所期望的室内气候。室内通风技术设备尤其用于实现换气以及设定室内所期望的湿度和温度。这种设备能够例如用在住房或办公室中，但也能够例如用在机房或计算中心中。在下文中，“室内通风技术设备”这一概念不仅理解为具有或没有加热功能的简单通风设备，而且也理解为除此之外还包括加湿功能、除湿功能和/或冷却功能的室内通风技术设备。

室内通风技术设备的不同组件尤其是过滤器、冷却调节器、液滴分离器和空气通道均为不同微生物的潜在滋生地。这会造成卫生健康方面的不利影响或者说污染(Belastung)，其中尤其是霉菌和军团杆菌在此起主导作用。在进入之后以及必要时在室内通风技术设备之内增殖之后，所述微生物可能通过循环空气以空气夹带、附着在颗粒上或者气溶胶形式散布。

为了保证室内通风技术设备的无污染运行，存在下述规范，其应确保定期的维护以及充分的设备卫生。在此以特定的间隔实施微生物检查，尤其是确定形成病菌的单元以及例如检测加湿系统中的军团杆菌侵害。室内通风技术设备缺乏维护和缺少卫生检查会导致大量染菌，染菌会对设备环境中的人造成显著的健康卫生方面的不利影响或者说污染。

以特定的维护时间间隔检查室内通风技术设备的卫生状况也会隐藏危险，即在某些情况下在识别到临界状况之前，室内通风技术设备就已经在受到显著的微生物的污染的情况下运行了一段时间。此外，一旦没有始终保持预先规定的维护时间间隔，就会由室内通风技术设备引起长期的损害健康的危险。

德国的公开文献DE102004048316A1描述了一种用于定性地确定开放式制冷空调设备中的染菌程度的在线方法，其中在设备的循环水中实施准连续的在线评估，其方式为在交替控制流量的微流量检测腔中评估动态的耗氧量。然而由此并不能确定循环空气中的病菌污染情况。

发明内容

与此相比，本发明的任务在于提供得到改善的、用于运行室内通风技术设备的方法以及避免了现有技术中上述缺点的、相应的室内通风技术设备。该任务通过按本发明的方法、传感器和室内通风技术设备来解决。其中优选的技术方案在下文中说明。

在按照本发明的、用于运行室内通风技术设备的方法中，连续地和/或准连续地测量或监测设备的空气流中的生物颗粒或微粒的污染。所述“生物颗粒”这一概念在此尤其是指会对人或动物造成健康卫生方面带来的污染的微生物或者其他生物颗粒。所述生物颗粒在此主要包括细菌、真菌、病毒以及真菌孢子和/或花粉等类似物质。利用根据本发明的方法不仅能够检测活体的微生物或其他生物颗粒而且也能够检测例如微生物的坏死的细胞成分。总的来说，根据本发明的方法适合用于在线监测室内通风技术设备的空气流中的生物颗粒。按照本发明，测量生物颗粒带来的污染以基于散射光的探测方式为基础。基于散射光的探测方式提供了成本极低的传感器的潜能，所述传感器能够整合在相应配置的设备之中并且借助该传感器能够以简单的方式确定生物颗粒的浓度。基于散射光的方式在此不仅适合用于测量气相中的生物颗粒而且也适合用于测量液相中的生物颗粒，从而使得利用这种方法仅以非常低的花费就能够检测空气流中生物颗粒带来的污染。有利的是，在此能够省去花费大的微生物学实验室分析法。基于散射光的、用于测量生物颗粒的方式能够特别有利于用在根据本发明的方法中，因为在室内通风技术设备的循环空气中一般来说预期只会有少量不同的细胞类型。在某些情况下单独利用光散射进行探测就已经能够区别预期的细胞类型。尤其能够根据尺寸大小和表面差异来区别不同的细胞类型。根据本发明的方法一方面允许半定量地确定生物颗粒的浓度。因此根据本发明的方法适合用于直接在室内通风技术设备的空气流中进行连续测量。另一方面作为替代方案或补充方案，也能够利用含水样品或者说溶液中的空气样品进行测量，为此例如将空气样品转移到水相之中然后进行测量，从而能够以此实施准连续的监测。

优选的是，将基于散射光的探测方式与基于荧光的探测方式和/或基于颜料的探测方式相结合。这提供了特别的优势：例如在对表面特征进行特殊染色之后，利用附加的荧光测量和/或颜料测量能够获得进一步的关于相应的生物颗粒的信息。尤其能够通过光学模式识别来实现对特定生物颗粒的分析式检验。通过将基于荧光的测量和/或根据表面特征的识别与基于颜料的方式相结合，能够在根据本发明测量生物颗粒时大大提高效力，从而导致能够以非常低的设备费用实现定性的和定量的测量。

优选的是，能够检测和/或信号通知或者说显示超过能够预先给定的生物颗粒污染阈值或者说生物颗粒浓度阈值。一旦超过了这样的阈值，这就能够让室内通风技术设备的用户看见，从而能够采取合适的措施，例如清洁设备的相关组件。这种对生物颗粒带来的污染的连续监测能够及时识别过高的浓度并且能够有针对性地防止微粒或生物颗粒进一步扩散。这特别有利于及时识别并且清除例如两次维护之间增多的病菌污染。从而保证在室内通风技术设备的整个运行期间、也就是也在两次维护之间可靠运行。即使当没有或者没有按期执行预先规定的维护工作时，仍然可保证设备可靠运行。相应的阈值能够根据相应的应用和/或根据地区性要求、例如按照法律规定或者相应的规范预先给定。

在根据本发明的方法的一种特别优选的实施方式中，在控制室内通风技术设备的时候考虑生物颗粒的所测定的污染或者所检测的浓度。例如能够将对生物颗粒浓度的检测与对室内通风技术设备的控制如此耦合，从而在控制循环和/或选择空气输送(内部/外部)的时候将所检测到的生物颗粒浓度结合进去。例如能够将对室内通风技术设备中的生物颗粒浓度的检测与系统的多个规定部位相互耦合起来，例如外部空气输送和内部空气通道，从而使得能够实现输送的空气与内部的循环的空气的平衡。

为了进一步改善定量和/或定性测量生物颗粒的说服力，在所述方法的一种特别优选的实施方式中规定，在测量生物颗粒之前准备空气样品。在此主要能够例如通过尺寸排除法去除样品中的干扰量。此外尤其考虑到生物颗粒的定性分析能够实施生物颗粒的富集。作为替代方案或者补充方案能够规定，将空气样品转移到液相、例如水相中并且/或者调整规定的测量条件。

总的来说，根据本发明的方法允许在线监测室内通风技术设备的空气流中的生物颗粒或微粒。因此根据本发明的方法能够替代迄今为止常见的用于微生物分析的抽样检查。能够连续地和/或准连续地测量生物颗粒的浓度并且还能够尤其通过所描述的光学模式识别分析式地检验特定的生物颗粒。

测量生物颗粒污染或浓度是指，一方面能够尤其以半定量的方式在空气流中直接或者间接地确定生物颗粒的总浓度。在间接确定时尤其规定，将空气样品转移到水相之中并且对该含水样品进行分析。这在一定程度上就是在室内通风技术设备的空气流方面进行准连续测量。此外也能够规定，鉴别生物颗粒的特定种类并且仅对其比浓度进行检测。就此而言，也能够检验特定种类确实存在。该检验结果在特定情况下能够与之前实施的相应种类的富集耦合起来。以这种方式例如能够检验仅在浓度很小的情况下就会危害健康危害的特定的有害病菌。

本发明还包括一种用于探测室内通风技术设备的空气流中的生物颗粒、尤其细菌、病毒、真菌、真菌孢子和/或花粉的传感器，其中所述传感器根据本发明设置用于基于散射光的探测。在优选的实施方式中，所述传感器还能够用于附加的基于荧光的探测和/或基于颜料的探测。利用该传感器能够直接在空气样品中测量生物颗粒或者间接地通过测量液态(含水)样品的方式确定空气流中的生物颗粒的浓度或污染。

根据本发明的传感器优选包括多个探测器，其中设置了至少一个用于前向散射光的探测器和至少一个用于侧向散射光的探测器。其中第一种探测器例如能够是硅光电二极管并且其中第二种探测器能够是光电倍增管。除此之外，还能够设置一个或者多个其他探测器，利用所述一个或者多个其他探测器能够检测颜料和/或荧光，从而例如能够探测特定生物颗粒的特殊染色的表面特征。如果将含有待测生物颗粒的样品暴露在光源下，就能够利用探测器检测特定的光学信号或者模式。这些信号允许推断出样品中生物颗粒的总浓度。此外也能够在此根据模式识别鉴别特定的生物颗粒并且确定其比浓度。

优选的是，所述传感器配备有至少一个用来准备空气样品的装置。准备样品具有以下优点：能够以最佳方式由传感器来识别样品中所含的微生物和其他颗粒、例如坏死的细胞成分。样品准备措施能够使分析更容易以及提高测量的说服力。在样品准备过程中能够实现规定的测量条件，以使得测量总体上稳定。所述样品准备能够在多个步骤中实施。所述样品能够以通过尺寸排除法部分或者完全去除干扰量的方式得到净化。尤其能够通过尺寸排除过滤来去除较大的颗粒。此外还能够设置将样品转移到液态介质、尤其含水介质之中的措施，并且/或者能够用其他方式调整规定的测量条件，其能够使分析更容易。还能够设置使得生物颗粒富集的措施、例如特定的亲和性固定基质，利用其能够使得特定的生物颗粒富集，以便即使在这些生物颗粒的绝对浓度很小的情况下也能进行检验。接着能够将准备好的、例如位于水相中的空气样品提供给传感器。有针对性地准备样品在此能够降低干扰的敏感性并且简化分析工作。在此有利的是，将用于样品准备的装置置于室内通风技术设备的以及传感器的接口处。总的来说，准备和/或预先净化样品的优点在于，能够进一步更好地辨别不同的生物颗粒种类的表征性的散射光特性。

最后，本发明包括一种室内通风技术设备，该室内通风技术设备根据本发明具有至少一个用于连续地和/或准连续地测量空气流中生物颗粒带来的污染的传感器。关于传感器的其他特征，可参照以上说明。所述传感器能够如此布置在设备之中，即使得循环的空气流经传感器。但也能够规定，如此布置传感器，使其设置用于测量液态样品或者含水样品。例如能够将空气样品转移到含水介质之中。使得含水样品靠近传感器，从而能够进行测量。对液态样品的测量在此准连续地实现，其中以能够预先给定的时间间隔相应地处理和测量新的空气样品。

本发明的其他特征和优点由下述结合附图对实施例的说明给出。在此各个特征能够相应地单独实现或者以相互组合的方式实现。

附图说明

图1示出根据本发明的、具有用于探测生物颗粒的传感器装置的室内通风技术设备的示意图；并且

图2示出根据本发明的、具有用于探测生物颗粒的、带有样品准备装置的传感器装置的室内通风技术设备的示意图。

具体实施方式

图1以示意的方式示出了根据本发明的室内通风技术设备10的一种示例的技术方案，所述室内通风技术设备具有用于连续地测量和检测空气流中生物颗粒带来的污染的传感装置130。通过两个管状元件11和12表示室内通风技术设备、尤其也就是空调设备。利用这些元件根据室内通风技术设备或者空调设备的传统功能处理循环空气，也就是尤其加湿或者除湿、净化和必要时调节温度。将测量室或者测量间13作为根据本发明的传感装置130的组成部分整合到室内通风技术设备10之中。在该示例中，测量室13由流过设备10的循环空气流过。按照本发明，在测量室13内连续地测量生物颗粒带来的污染。为此使用源自光源14的光照射测量室13。光源14例如能够由激光二极管构成。根据测量室13内的空气样品中生物颗粒的浓度和成分，通过照射产生特定的散射光特性。这种表征性的散射光特性借助探测器15和16来检测。能够如此设置探测器15和16，使得探测器15检测前向散射光并且探测器16检测侧向散射光。例如能够将硅光电二极管用作检测前向散射光的探测器15。例如能够将光电倍增管用作侧向散射光-探测器16。由于特定的生物颗粒种类会引起表征性的散射光特性，因此以这种方式一方面能够区别不同的生物颗粒种类。另一方面尤其能够以半定量方式确定特定的生物颗粒种类的浓度。

对样品的分析通过检测光源14发射的光的散射来实现。通过两个探测器15和16并且必要时通过其他探测器检测前向和侧向的散射，其中通过前向散射光-探测器来检测相应的生物颗粒的大小，并且通过侧向散射光-探测器来检测生物颗粒的形态。这样即可检测每个生物颗粒的两个参量，从而能够通过相应的信号处理将相应的生物颗粒配属于特定的生物颗粒种类。例如以这种方式能够将霉菌孢子与细菌区分开来。这样就能将室内通风技术设备中空气夹带的生物颗粒相互区分开来或者配属于至少一个特定的组。室内通风技术设备中出现的生物颗粒按照其表征性的散射光模式互不相同，基于此能够基本上区别不同的生物颗粒。特定的生物颗粒的颗粒大小和表面特性会产生特殊的散射光模式，所述散射光模式能够通过前向散射光(大小)和侧向散射光(表面)读出。通过至少两个探测器能够检测不同生物颗粒种类或者生物种类组的唯一特性。

根据本发明的连续测量能够替代对病菌污染的周期性控制。能够通过直接或者间接地测量循环空气流中由空气夹带的病菌的方式立即识别严重的病菌侵害。因此，总的来说能够避免昂贵的实验室试验或者鉴定工作，从而能够降低室内通风技术设备的运行成本。为了定量分析并且根据大小和表面特性区别不同的病菌或者说生物颗粒，一种基本设备就足够。为了分析和区别相关的特性，能够在设备中例如以数据库的形式保存室内通风技术设备中可能出现的生物颗粒种类的不同参考特性。通过将当前检测的特性与已知的特性进行比较，就能回推出相应的生物颗粒种类。

在室内通风技术设备中起特殊作用的生物颗粒主要包括霉菌孢子、各种不同的细菌、病毒和花粉。尤其能够针对关于特定生物颗粒的监测情况，例如针对关于霉菌孢子带来的污染的监测情况调整根据本发明的设备，其方式为：相应地调整对传感器信号的分析以及必要时调整传感器本身。

霉菌孢子的平均大小在2到20μm的范围内。室内的平均霉菌孢子浓度的中位值为80CFU/m³(CFU＝ColonyFormingUnits/菌落形成单位)。平均室外浓度(中位值)为约500CFU/m³。单位CFU涉及一种用来进行微生物定量分析的标准实验室方法。在此例如将源自拓片样品的微生物在培养皿中进行培养并且对所形成的菌落进行计数。对于根据本发明的方法来说，空气中的微生物浓度起到主要作用。在此例如能够通过每m³空气的细菌数量表示浓度。但为了能够与其他说明进行比较，这里使用单位CFU，尽管这并不符合传感器的真正测量数据。例如能够针对对于所提到的、霉菌孢子的室内浓度值的监测情况调整根据本发明的室内通风技术设备。根据本发明，一旦检测到霉菌孢子浓度为80CFU/m³，则显示达到极限值，从而能够采取相应的措施。例如能够清洁或者更换室内通风技术设备的过滤器。为了指示超过极限值，能够整合报警功能。作为替代方案或补充方案，能够将根据本发明检测的值用于控制室内通风技术设备。例如能够根据测量到的病菌污染相应控制并且调整循环和/或对空气输送的选择(内部/外部)。通过按照本发明检测病菌污染，一方面能够由此检测室内通风技术设备的污染情况。另一方面也能够确定室内空气的病菌污染。因此根据本发明的方法一方面能够用来监测室内通风技术设备本身而另一方面也能够用来监测室内空气。

以相应的方式能够将根据本发明的室内通风设备用于监测花粉污染。花粉的平均大小在5到250μm的范围内。通常将每立方米空气的花粉浓度分为四种过敏污染等级。按照本发明，这些不同的花粉浓度能够在根据本发明的室内通风技术设备中连续地得到检测。如果超过相当于各种不同的过敏污染等级的浓度，就能够输出表明室内相应的花粉污染情况的相应信号。

为了提高对特定生物颗粒种类的识别的可能性，根据本发明的室内通风技术设备10能够包括用于探测颜料和/或荧光的另一探测器17。处于测量室13中的生物颗粒、例如细菌能够在样品准备的过程中例如借助特定的颜料或者荧光物质来处理，其中为此通常需要将样品转移到水相或者溶液之中。种类特异性染色，例如通过表面分子，能够利用探测器17进行识别，从而能够通过种类特异性染色区别那些大小和表面特性非常相似的细胞类型。

图2以示意的方式示出室内通风技术设备20的另一种实施方式。实现了室内通风技术设备的传统功能的组件21和22仅仅示意地示出。设备20包括根据本发明的生物颗粒传感器230。该传感装置230包括测量室23，待检的样品被引导穿过该测量室。用光照射该样品，为此采用了光源24。利用能够包括多个探测器的探测器装置25检测所产生的散射光特性并且在必要时还可检测其他表征特定的生物颗粒的特征的信号。

在上述设备20中设置多个用于准备空气样品的装置。在此首先为样品准备设置尺寸排除过滤器28，以便将干扰性颗粒与待分析的生物颗粒分开。通过具有适当空隙尺寸的过滤器能够实现规定的尺寸排除。所述空隙尺寸能够根据应用情况来调整。当例如要分析的基本上是霉菌孢子时，则能够选择例如大约为25μm的空隙尺寸，使得只有平均大小为2到20μm的较小的霉菌孢子能够通过过滤器。从空气流中去除较大的颗粒，从而使得传感器能够更好地识别目标分析物、本示例中是霉菌孢子。

此外还为样品准备设置了转移单元29，利用该转移单元将空气样品转移到水相之中。根据所用的探测系统能够有利的是，将样品转移到水相之中，因为在水相中能更好地进行各种不同的特殊检验反应。此外，在水相中还能够更好地调节测量条件，例如调整浓度和体积。例如当规定给样品染色的时候，在水相中比较有利于进行染色。对表面分子染色尤其适合用来区别那些尺寸大小和表面特性非常相似的细胞类型。例如能够直接通过表面分子染色实现染色反应。作为替代方案也能够借助与特定的表面成分特殊结合的颜料耦合抗体进行间接检验。

在本示例中，设置用于使样品中的生物颗粒富集的装置30作为样品准备过程中的另一个元件。能够利用特殊的结合分子使得样品中的分析物(生物颗粒)富集。这不仅在水相中能够实现，而且在气相中也能够实现。由此能使得分析物增浓，必要时能够分离分析物。尤其通过有针对性的固定实现富集(Anreicherung)。通过样品的富集能够使得待分析的生物颗粒达到更高的浓度。此外还能够特殊地分离干扰性颗粒。在富集时优选使用与特定的细胞类型特殊结合的结合分子。在此所涉及的例如能够是抗体。按照应用情况，能够或多或少地特殊地进行富集。通过选择合适的结合分子就能够相应地调整特异性。例如能够使用通常会引起真菌孢子富集的结合分子。但另一方面也能够使用例如仅仅与霉菌孢子结合的非常特殊的接合分子。

为转移装置29和富集装置30例如能够设置可更换的卡匣式系统。对于过滤装置28能够选择各种不同的、与待分析的生物颗粒的大小相匹配的过滤器。

Claims (14)

1.用于运行室内通风技术设备(10；20)的方法，其特征在于，在空气流中连续地和/或准连续地测量生物颗粒带来的污染、尤其是细菌、病毒、真菌、真菌孢子和/或花粉带来的污染，其中使用基于散射光的探测方式来测量生物颗粒带来的污染。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将基于散射光的探测方式与基于荧光的探测方式和/或基于颜料的探测方式相结合。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，通过光学模式识别来实现对特定的生物颗粒的分析式检验。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检测和/或信号通知超过能够预先给定的、生物颗粒浓度的阈值。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在控制所述室内通风技术设备时考虑生物颗粒带来的污染的测量值。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在测量生物颗粒带来的污染之前准备空气样品，其中优选尤其通过尺寸排除法去除样品中的干扰量，并且/或者使得生物颗粒富集，并且/或者将空气样品转移到液相之中，并且/或者调整规定的测量条件。

7.用于探测室内通风技术设备(10；20)中空气流中的生物颗粒、尤其是细菌、病毒、真菌、真菌孢子和/或花粉的传感器(130；230)，其特征在于，所述传感器构造用于进行基于散射光的探测。

8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，用于实施基于散射光的探测的传感器包括至少一个用于前向散射光的探测器(15)、尤其至少一个硅光电二极管，并且包括至少一个用于侧向散射光的探测器(16)、尤其至少一个光电倍增器。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述传感器还设置用于基于荧光的探测和/或基于颜料的探测。

10.根据权利要求7到9中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器设置用于光学模式识别。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器配备有至少一个用于准备空气样品的装置(28、29、30)。

12.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，用于准备空气样品的装置包括至少一个尺寸排除过滤器(28)和/或用来将样品转移到液体介质之中的措施(29)和/或用来使得生物颗粒富集的措施(30)、尤其用于亲和性固定生物颗粒的措施。

13.室内通风技术设备(10；20)，其特征在于，所述室内通风技术设备具有按权利要求7到12中至少一项所述的至少一个传感器(130；230)。

14.根据权利要求13所述的室内通风技术设备，其特征在于，所述传感器(130)如此布置在所述室内通风技术设备中，即使得循环空气能够流经所述传感器。