DE102020103273B3 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem Raum (8), die es ermöglichen, die Luftwechselrate im Raum (8) auf Basis einer direkt vor Ort vorgenommenen Messung zu bestimmen. Gemäß dem Verfahren wird in einem durchströmten, mit Aerosol (4) angereichten Raum (8) optisch die Änderung der Strahlungsleistung (Φ) eines über eine Messstrecke den Raum (8) durchlaufenden Lichtstrahls (3) ermittelt. Aus der Änderung der Strahlungsleistung (Φ) wird die Änderung der Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) berechnet und aus dieser wiederum die Luftwechselrate bestimmt. Das Verfahren und die Anordnung eignen sich insbesondere für einen Einsatz im Rahmen der Installation und Kontrolle klimatechnischer Anlagen oder der Optimierung der Raumbelüftung.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem Raum. Sie eignen sich insbesondere für den Einsatz im Rahmen der Installation und Kontrolle klimatechnischer Anlagen oder der Optimierung der Raumbelüftung.
• Bei der klimatechnischen Auslegung von Räumen und Gebäuden gewinnt die quantitative Erfassung des Luftaustauschs bzw. -wechsels zunehmend an Bedeutung. Ein zu schwacher Luftwechsel wirkt sich u. a. ungünstig auf das Wohlbefinden und die Gesundheit der Gebäudenutzer aus. Hohe Kohlendioxidkonzentrationen können beispielsweise zu Müdigkeit und Konzentrationsschwächen führen; dauerhaft hohe Luftfeuchte verursacht vielfach Schimmelbildung. Eine ebenfalls unangenehme Folge unzureichender Lüftung ist die Anreicherung von Schadstoffen oder Gerüchen. Andererseits sollten - insbesondere um Wärmeverluste einzudämmen - unnötig große Luftwechsel vermieden werden.
• Als Maß zur Beschreibung des Luftwechsels in einem Raum dient die Luftwechselrate. Die Luftwechselrate eines Raumes ist der als Frischluft zugeführte Luftvolumenstrom, bezogen auf das Luftvolumen des Raums.
• Aus hygienischen Gründen sollte die Luftwechselrate mindestens 0,3 h^-1 betragen, um eine ausreichende Frischluftzufuhr sicherzustellen und um Geruchsprobleme, Staub- und Mikroorganismenbelastung sowie zu hohe Radonkonzentrationen zu vermeiden.
• Die empfohlenen Luftwechselraten sind abhängig von der Art der Raumnutzung; so sollten Luftwechselraten in Büroräumen beispielsweise im Bereich von 3 h^-1 bis 6 h^-1, in Küchen sogar im Bereich von 20 h^-1 bis 30 h^-1 liegen.
• Um die Einhaltung solch empfohlener Luftwechselraten zu gewährleisten, ist es - insbesondere für die klimatechnische Raumplanung - erforderlich, die Luftwechselrate in einem Raum quantitativ zu erfassen.
• Diese quantitative Bestimmung der Luftwechselrate in einem Raum erfolgt nach dem Stand der Technik mittels Dotiergasen (oder auch Tracergasen). Die Dotiergase sind in der üblicherweise auftretenden Raumluft entweder nicht (zum Beispiel Schwefelhexafluorid) oder nur in geringer Konzentration (zum Beispiel Kohlendioxid) enthalten. Zur Bestimmung der Luftwechselrate wird das Dotiergas im unbelüfteten Raum freigesetzt und die Gaskonzentration des Dotiergases bestimmt. Anschließend wird der Raum belüftet, beispielsweise durch Aktivierung einer Lüftungs- oder Klimaanlage. Durch den Zustrom von Frischluft und das Abströmen der Raumluft sinkt die Konzentration des Dotiergases. Nach einer definierten Zeit wird die Gaskonzentration erneut bestimmt. Aus der Konzentrationsänderung kann die Luftwechselrate errechnet werden.
• Die Bestimmung der Gaskonzentration des Dotiergases erfolgt durch Entnahme von Luftproben in hermetisch verschlossenen Behältern. Die Proben werden im Anschluss labortechnisch - zum Beispiel mittels Gaschromatografie - analysiert, um die Gaskonzentration zu ermitteln. Diese Methode ist nicht nur zeit- und kostenintensiv; nachteilig ist zudem, dass die Dotiergase nicht sichtbar sind. Hierdurch sind insbesondere die Probennahme, da lokale Gaskonzentrationsunterschiede im Raum nicht wahrnehmbar sind, ebenso wie der Transport der Proben, wegen ebenfalls nicht wahrnehmbarer Gasverluste durch Undichtigkeiten der Probenbehälter, fehleranfällig, sodass aus Redundanzgründen üblicherweise mehrere Probennahmen erfolgen.
• Daneben sind Verfahren zur Bestimmung der Luftwechselrate bekannt, die im Raum selbst durchführbar sind. So beschreibt US 2016/0282220 eine System und ein Verfahren zur Erkennung und Messung der Luftbewegung und Luftverteilung, welches eine Tracer-Abgabevorrichtung und einen Photoionisationsdetektor umfasst. Dieses ermöglicht jedoch lediglich die Feststellung von Luftverschleppungen von einem zu einem anderen Ort. US 5 654 899 A offenbart ein System zur Bestimmung der Luftwechselrate, das einen Strahlungsdetektor mit α-Strahlen-Filter aufweist. Hierbei ist der verwendete Tracer radioaktives Radon oder eine andere Strahlungsquelle.
• Die Vorrichtung zur Bestimmung der Partikelgröße und/oder der Partikelform in einem Partikelstrom gemäß DE 20 2014 007 103 U1 nutzt zwei Kameraeinrichtungen, die unterschiedlich große Messbereiche mit unterschiedlicher Vergrößerung aufnehmen, um anhand der verschiedenen Aufnahmen die Partikelgröße und/oder die Partikelform im Partikelstrom an einer lokalen zu bestimmen. Die Ermittlung der Konzentrationsabnahme integral über einen Raum oder eine längere Distanz ist damit nicht möglich.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein Verfahren sowie eine Anordnung bereitzustellen, die es ermöglichen, die Luftwechselrate in einem Raum auf Basis einer direkt vor Ort im Raum vorgenommenen unempfindlichen, weite Raumbereiche erfassenden Messung zu bestimmen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Luftwechselrate mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 1 sowie eine Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate nach Anspruch 4 gelöst; zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 3 sowie 5 bis 11 aufgeführt.
• Nach Maßgabe der Erfindung wird das Verfahren zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem Raum entsprechend der folgend beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt.
• Zunächst wird in den Raum, dessen Luftwechselrate zu bestimmen ist, ein Aerosol, bestehend aus einer Vielzahl von Aerosolpartikeln, eingebracht, wobei sich das aerosolangereichte erste Medium ausbildet. Der Raum ist zu diesem Zeitpunkt undurchströmt, d. h., etwaige lüftungs- und klimatechnische Vorrichtungen sind deaktiviert. Das Aerosol wird anschließend durch erzwungene oder natürliche raum interne Konvektion bzw. infolge natürlicher Dissipation im Raum verteilt, bis sich eine homogene Konzentration der Aerosolpartikel einstellt.
• Mittels einer im Raum installierten Lichtquelle wird ein Lichtstrahl erzeugt, der auf ein ebenfalls im Raum befindliches Strahlungsmessgerät gerichtet ist und den Raum über eine vorgegeben Messstrecke durchstrahlt.
• Die am Strahlungsmessgerät vorliegende Strahlungsleistung wird zu einem ersten Zeitpunkt erfasst.
• Die Strahlungsleistung des Lichtstrahls wird beim Durchlaufen der Messstrecke durch die Absorption und Reflexion der Photonen an den Aerosolpartikeln geschwächt. Je höher die Konzentration der Aerosolpartikel, umso geringer ist die am Strahlungsmessgerät gemessene Strahlungsleistung des Lichtstrahls. Dieser Zusammenhang kann mathematisch vorbestimmt werden. Unter Zuhilfenahme dieses Zusammenhanges, wird die Konzentration der Aerosolpartikel im Raum zum ersten Zeitpunkt auf Basis der zu diesem Zeitpunkt gemessenen Strahlungsleistung berechnet.
• Im nächsten Schritt wird der Raum durchströmt, zum Beispiel durch Aktivierung vorhandener klimatechnischen Vorrichtungen, wobei ein aerosolarmes oder aerosolfreies zweites Medium in den Raum eingebracht wird. Gleichzeitig wird ein drittes Medium, welches durch Mischung des ersten und zweiten Mediums im Raum entsteht, aus dem Raum abgeführt. Zwangsläufig sinkt die Konzentration der Aerosolpartikel im Raum.
• Zu einem zweiten Zeitpunkt wird die Strahlungsleistung erneut erfasst und die Konzentration der Aerosolpartikel im Raum zu diesem Zeitpunkt auf Basis der gemessenen Strahlungsleistung berechnet.
• Schließlich wird die Luftwechselrate aus der Konzentration der Aerosolpartikel zum ersten Zeitpunkt und der Konzentration der Aerosolpartikel zum zweiten Zeitpunkt bestimmt. Diese Berechnung erfolgt gemäß der Formel: $$Luftwechselrate=\frac{\text{In }c\left(t1\right)-\text{In }c\left(t2\right)}{t2-t1}$$

  
• Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem mit Aerosol angereicherten, durchströmten Raum bei zeitlich abnehmender Konzentration der Aerosolpartikel, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens einsetzbar ist bzw. eingesetzt wird, umfasst eine gerichtete Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls, ein Strahlungsmessgerät zur Messung der Strahlungsleistung sowie eine Datenerfassungs- und -auswerteeinheit zur Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der Strahlunasleistuna.
• Die Lichtquelle und das Strahlungsmessgerät sind so angeordnet, dass der auf das Strahlungsmessgerät gerichtete Lichtstrahl im Raum eine vorgegebene Messstrecke durchläuft. Die Lichtquelle ist hierbei so ausgebildet, dass die am Strahlungsmessgerät gemessene Strahlungsleistung des Lichtstrahls höher als die am Strahlungsmessgerät gemessene Strahlungsleistung des Umgebungslichtes ist.
• Die Datenerfassungs- und -auswerteeinheit ist eingerichtet, auf Basis der Berechnung der Konzentration der Aerosolpartikel aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Strahlungsleistung die Luftwechselrate im Raum zu bestimmen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung ermöglichen infolge der optischen Messwerterfassung eine direkte Bestimmung der Luftwechselrate vor Ort; die Ergebnisse liegen unmittelbar nach der Messung und der angeschlossenen Berechnung vor. Langwierige, nachträgliche Laboruntersuchungen, wie bei den Dotiergasmethoden, entfallen.
• Ein weiterer Vorteil ist die integrale Erfassung der Konzentration der Aerosolpartikel. Infolge der Durchströmung des Raumes können sich lokale Konzentrationsunterschiede der Aerosolpartikel im Raum bilden; diese lokalen Konzentrationsunterschiede führen bei Methoden, die nur lokal Messwerte im Raum erfassen zu unerwünschten Messwertschwankungen. Durch das vorgeschlagene Verfahren bzw. die Verwendung der vorgeschlagenen Anordnung werden dagegen alle Interaktionen des Lichtstrahls mit Aerosolpartikeln entlang der Messtrecke summarisch erfasst; die Abschwächung der Strahlungsleistung ist insofern unabhängig von der Verteilung der Aerosolpartikel entlang der Messstrecke. Die dem Verfahren zugrundliegende Messmethode ist damit weitestgehend unempfindlich gegenüber Konzentrationsschwankungen im Raum. Dieser Vorteil des Verfahrens bzw. der Anordnung ist umso stärker ausgeprägt, je länger die Messstrecke im Raum ist.
• Über diese Vorteile der unmittelbaren und gegenüber Umgebungseinflüssen weitgehend unempfindlichen Messwerterfassung hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Visualisierung der Strömung im Raum. Neben der eigentlichen Ermittlung der Luftwechselrate kann das Verfahren dazu genutzt werden, die Strömungen der Medien im Raum zu erkennen und diese - falls erforderlich - zu optimieren.
• Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann zudem die Lüftungseffektivität (engl. air exchange effectivity) der klimatechnischen Anlagen ermittelt werden, wenn der Zuluftvolumenstrom bekannt ist oder zusätzlich gemessen wird.
• Die Aerosolpartikel besitzen vorzugsweise eine niedrige Stokeszahl (<<1). Dies gewährleistet, dass die Aerosolpartikel der Strömung folgen und nur in geringem Maße sedimentieren. Um eine gute Lichtabsorption zu erreichen, sind die Aerosolpartikel ausreichend groß einzustellen bzw. auszuwählen. Aus dem gleichen Grunde sollten sie eine definierte, gleichmäßige und ausreichend hohe optische Dichte besitzen. Dagegen sollten sie das Licht nur in geringem Maße durch Reflexion, Beugung oder Brechung streuen. Als geeignet haben sich besonders Aerosole erwiesen, die mit herkömmlichen Nebelmaschinen erzeugt werden. Mittels solcher Nebelmaschinen werden Nebelfluide verdampft. Eine bekannte Form solcher Aerosole ist der sogenannte Bühnennebel. Das Aerosol kann desinfizierende Stoffe enthalten.
• Zur Erzeugung eines gerichteten Lichtstrahls kommen beispielsweise Laser als Lichtquellen zum Einsatz. Als Strahlungsmessgerät eignet sich eine handelsübliche Videokamera, zum Beispiel eine Webcam. Das mit der Videokamera aufgenommene Signal entspricht der Strahlungsleistung.
• Weiterhin kann vorgesehen sein, dass im Strahlengang des Lichtstrahls vor dem Strahlungsmessgerät ein transluzenter Schirm angeordnet ist. Mittels des Schirmes kann die auf das Strahlungsmessgerät auftreffende Strahlungsleistung in einer spezifischen Messsituation gezielt an den Empfindlichkeitsbereich des Strahlungsmessgerätes angepasst werden. Der transluzente Schirm kann beispielsweise ein Papier definierter Stärke oder ein Milchglas sein.
• Darüber hinaus kann bei Verwendung des transluzenten Schirmes die Strahlungsleistung des den Schirm transmittierenden Lichtstrahls in einem Messfenster erfasst werden, welches an die Größe der Abbildung des Lichtstrahls angepasst ist, die auf der dem einfallenden Lichtstrahl gegenüberliegenden Seite des Schirms entsteht. D. h., das Messfenster entspricht in seiner Größe im Wesentlichen dem Abbildungsfleck. Insbesondere kann hierbei die Strahlungsleistung auf Basis des Mittelwertes der Helligkeit im Messfenster erfasst werden.
• Um den störenden Einfluss des Umgebungslichtes zu mindern, kann das Strahlungsmessgerät innerhalb einer einseitig offenen, lichtundurchlässigen Umhüllung angeordnet sein. Die Öffnung der Umhüllung ermöglicht den gerichteten Einfall des Lichtstrahls auf das Strahlungsmessgerät; in der Öffnung kann der transluzente Schirm eingesetzt sein.
• Vorzugsweise ist die Lichtquelle so ausgebildet, dass die am Strahlungsmessgerät gemessene Strahlungsleistung des Lichtstrahls mindestens 2,5 mal so hoch ist wie die am Strahlungsmessgerät gemessene Strahlungsleistung des Umgebungslichtes. Hierdurch wird die durch das Umgebungslicht bedingte Messunsicherheit weitestgehend minimiert. Das Verhältnis aus der am Strahlungsmessgerät gemessenen Strahlungsleistung des Lichtstrahls und der Strahlungsleistung des Umgebungslichtes wird auch als Signal-Rausch-Verhältnis (engl. signal-to-noise ratio, kurz: SNR) bezeichnet. Vorzugsweise liegt Signal-Rausch-Verhältnis im Bereich von 4 dB bis 6 dB.
• Zudem kann durch eine stetige Messung der Strahlungsleistung des Umgebungslichtes mittels eines Zusatzstrahlungsmessgerätes der Fehlereinfluss des Umgebungslichtes gemindert werden, indem die am Strahlungsmessgerät erfasste Strahlungsleistung des Lichtstrahls um den am Zusatzstrahlungsmessgerät gemessenen Wert der Strahlungsleistung des Umgebungslichtes korrigiert wird.
• Alternativ kann die Strahlungsleistung des Umgebungslichtes mittels des Strahlungsmessgerätes selbst detektiert werden, indem der Lichtstrahl kurzzeitig unterbrochen wird. Hierzu besitzt die Anordnung eine Einrichtung zur temporären, kurzzeitigen Unterbrechung des Lichtstrahls.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung zur Ermittlung der Luftwechselrate in einem Raum sind die Lichtquelle und das Strahlungsmessgerät räumlich direkt nebeneinander angeordnet. Zusätzlich weist diese Anordnung einen Spiegel im Strahlengang des Lichtstrahls auf, der den von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahl beim Durchlaufen der Messstrecke auf das neben der Lichtquelle angeordnete Strahlungsmessgerät reflektiert. Der besondere Vorteil dieser Ausbildung der Anordnung ist, dass die Lichtquelle und das Strahlungsmessgerät an einer Stelle des Raumes gemeinsam aufgestellt werden können; dies vereinfacht insbesondere die Verkabelung. Durch die Umlenkung des Lichtstrahls im Raum mittels des Spiegels erhöht sich inhärent die Messstrecke, die der Lichtstrahl im Raum durchläuft, was wiederum infolge des integrierenden Effektes während der Strahlungsleistungsmessung die Unempfindlichkeit des Verfahrens gegenüber Konzentrationsschwankungen im Raum steigert. Der Spiegel wird vorteilhafterweise an einem von der Lichtquelle möglichst weit entfernten Raumpunkt angebracht.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu veranschaulichen:
• 1: das Verfahren zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem Raum;
• 2: den zeitlichen Verlauf der Konzentration der Aerosolpartikel und der Strahlungsleistung während der Durchführung des Verfahrens;
• 3: eine Ausführung der Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate in Schnittdarstellung; und
• 4: eine weitere Ausführung der Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate in Schnittdarstellung.
• Der Raum 8 gemäß der schematischen Darstellung nach der 1 besitzt zwei Öffnungen, über die Medien zu- bzw. abführbar sind; diese Öffnungen sind zunächst verschlossen, sodass keine Medienaustausch, also keine Belüftung, erfolgt.
• In einer Raumecke des Raumes 8 befindet sich die Lichtquelle 1, ein Laser, dessen Lichtstrahl 3 auf das in der gegenüberliegenden Raumecke angeordnete Strahlungsmessgerät 2 gerichtet ist. Das Strahlungsmessgerät 2 ist eine Webcam.
• Mittels einer Nebelmaschine wird in den geschlossenen Raum 8 das Aerosol 4, das eine Vielzahl von Aerosolpartikeln 4.1 umfasst, eingebracht und gleichmäßig verteilt; als Aerosol 4 wird Bühnennebel verwendet. Im geschlossenen Raum 8 befindet sich nun das das Aerosol 4 enthaltende erste Medium mit der Masse m₁ .
• Zur Luftwechselratenbestimmung wird über eine der beiden Öffnungen (1, links oben) das aerosolfreie zweite Medium, zum Beispiel Frischluft, mit einem Massenstrom ṁ₂ in den Raum 8 zugeführt. Im Raum vermischen sich das erste Medium und das zweite Medium. Während das zweite Medium in den Raum 8 zugeführt wird, erfolgt gleichzeitig über die andere Öffnung (1, rechts unten) das Abführen des aus dem ersten und zweiten Medium gebildeten dritten Mediums. Der Massenstrom ṁ₃ des aus dem Raum 8 abführten dritten Mediums entspricht dem Massenstrom ṁ₂ des zugeführten zweiten Mediums. Aufgrund der Durchströmung des Raums 8 kommt es zur stetigen Abnahme der Konzentration c der Aerosolpartikel 4.1 im Raum 8.
• Während dieser Konzentrationsabnahme wird mittels des Strahlungsmessgerätes 2 kontinuierlich die Strahlungsleistung Φ gemessen. Die Messdaten der Strahlungsleistung Φ werden mittels der (nicht dargestellten) Datenerfassungs- und -auswerteeinheit aufgezeichnet.
• Das Absinken der Konzentration c der Aerosolpartikel 4.1 und das gleichzeitige Ansteigen der gemessenen Strahlungsleistung Φ während des Durchströmens des Raumes 8 verdeutlicht die Diagrammdarstellung gemäß der 2. Zum Startzeitpunkt t₀ wird das Aerosol 4 im Raum 8 vernebelt. Bis zum ersten Zeitpunkt t₁ erfolgt eine schwache Abnahme der Konzentration c der Aerosolpartikel 4.1 durch Homogenisierungseffekte und geringe Spaltverluste. Zum ersten Zeitpunkt t₁ wird der Raum 8 geöffnet und durchströmt; die Strahlungsleistung Φ(t₁) wird erfasst und die entsprechend dieser Strahlungsleistung Φ(t₁) vorliegende Konzentration c(t₁) der Aerosolpartikel 4.1 berechnet. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne wird zum zweiten Zeitpunkt t₂ aus der zu diesem Zeitpunkt gemessenen Strahlungsleistung Φ(t₂) die entsprechende Konzentration c(t₂) der Aerosolpartikel 4.1 kalkuliert.
• Für die Berechnung der Konzentration c der Aerosolpartikel 4.1 aus der Strahlungsleistung Φ sind die Masse m₁ des ersten Mediums, der Zustrom des zweiten Mediums mit dem Massestrom ṁ₂ sowie die Durchmischung des ersten und zweiten Mediums unter Bildung des dritten Mediums zu berücksichtigen.
• Die Luftwechselrate im Raum wird gemäß der folgenden Formel berechnet: $$Luftwechselrate=\frac{\text{In }c\left(t1\right)-\text{In }c\left(t2\right)}{t2-t1}$$

  
• Eine erste Ausführung der Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate gemäß der 3 umfasst neben der als Laser ausgebildeten Lichtquelle 1 und dem Strahlungsmessgerät 2 den vor dem Strahlungsmessgerät 2 angeordneten transluzenten Schirm 5. Der das Aerosol 4 durchlaufende Lichtstrahl 3 (Laserstrahl) trifft auf den Schirm 5. Bei der Transmission des Lichtstrahls 3 wird dieser abgeschwächt und teilweise gestreut, sodass ein diffuseres Licht in Form eines im Vergleich zum Lichtstrahldurchmesser größeren Abbildungsflecks auf der dem einfallenden Lichtstrahl 3 gegenüberliegenden Seite des Schirms 5 vom Strahlungsmessgerät 2, einer Videokamera, erfasst wird. Um den störenden Einfluss des Umgebungslichtes zu mindern, befindet sich das Strahlungsmessgerät 2 innerhalb der lichtundurchlässigen Umhüllung 6.
• Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate, dargestellt in 4, sind die Lichtquelle 1 (Laser) und das Strahlungsmessgerät 2 (Videokamera) direkt nebeneinander angeordnet. Beide werden gemeinsam, beispielsweise an einer Raumseite oder in einer Raumecke, platziert. Der Spiegel 7 ist an einer möglichst weit entfernten Raumposition angeordnet und so ausgerichtet, dass der von der Lichtquelle 1 ausgehende Lichtstrahl 3 zurück zum Strahlungsmessgerät 2 reflektiert wird. Der Lichtstrahl 3 durchläuft folglich eine besonders lange Messstrecke durch das im Raum 8 verteilte Aerosol 4.
• Bezugszeichenliste

1

Lichtquelle

2

Strahlungsmessgerät

3

Lichtstrahl

4

Aerosol

4.1

Aerosolpartikel

5

Schirm

6

Umhüllung

7

Spiegel

8

Raum

c

Konzentration der Aerosolpartikel

m

Masse

m₁

Masse des ersten Mediums

m

Massenstrom

ṁ₂

Massenstrom des zweiten Mediums

ṁ₃

Massenstrom des dritten Mediums

t

Zeit

t₀

Startzeitpunkt

t₁

erster Zeitpunkt

t₂

zweiter Zeitpunkt

Φ

Strahlungsleistung

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem Raum (8), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Einbringen eines Aerosols (4) in den undurchströmten Raum (8) unter Ausbildung eines ersten Mediums; b) Verteilen des Aerosols (4) im undurchströmten Raum (8) bis sich eine homogene Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) einstellt; c) Durchstrahlen des Raumes (8) mittels eines von einer Lichtquelle (1) ausgehenden, auf ein Strahlungsmessgerät (2) gerichteten Lichtstrahls (3) über eine vorgegebene Messstrecke im Raum (8), wobei die Lichtquelle (1) so ausgebildet ist, dass die am Strahlungsmessgerät (2) gemessene Strahlungsleistung (Φ) des Lichtstrahls (3) höher als die am Strahlungsmessgerät (2) gemessene Strahlungsleistung (Φ) des Umgebungslichtes ist; d) Erfassen der Strahlungsleistung (Φ) des auf das Strahlungsmessgerät (2) gerichteten Lichtstrahls (3) zu einem ersten Zeitpunkt (t₁) und Berechnung der Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) im Raum (8) zum ersten Zeitpunkt (t₁) auf Basis der Strahlungsleistung (Φ) zum ersten Zeitpunkt (t₁); e) Durchströmen des Raums (8) durch Einbringen eines zweiten, aerosolarmen Mediums in den Raum (8) und gleichzeitiges Abführen eines durch Mischung des ersten und zweiten Medium im Raum (8) gebildeten dritten Mediums aus dem Raum (8); f) Erfassen der Strahlungsleistung (Φ) des auf das Strahlungsmessgerät (2) gerichteten Lichtstrahls (3) zu einem zweiten Zeitpunkt (t₂) und Berechnung der Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) im Raum (8) zum zweiten Zeitpunkt (t₂) auf Basis der Strahlungsleistung (Φ) zum zweiten Zeitpunkt (t₂); g) Bestimmung der Luftwechselrate im Raum (8) aus der Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) zum ersten Zeitpunkt (t₁) und der Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) zum zweiten Zeitpunkt (t₂).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (4) in den Raum (8) durch Verdampfen eines Nebelfluides mittels einer Nebelmaschine eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des Lichtstrahls (3) vor dem Strahlungsmessgerät (2) ein transluzenter Schirm (5) angeordnet wird, wobei die Strahlungsleistung (Φ) des den Schirm (5) transmittierenden Lichtstrahls (3) in einem Messfenster erfasst wird, welches an die Größe der entstehenden Abbildung des Lichtstrahl (3) auf der dem einfallenden Lichtstrahl (3) gegenüberliegenden Seite des Schirms (5) angepasst ist.
4. Anordnung zur Bestimmung der Luftwechselrate in einem mit Aerosol (4) angereicherten, durchströmten Raum (8) bei zeitlich abnehmender Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1), umfassend eine gerichtete Lichtquelle (1) zur Erzeugung eines Lichtstrahls (3), ein Strahlungsmessgerät (2) zur Messung der Strahlungsleistung (Φ) sowie eine Datenerfassungs- und -auswerteeinheit zur Aufzeichnung des zeitlichen Verlaufs der Strahlungsleistung (Φ), dadurch gekennzeichnet, dass der von der Lichtquelle (1) erzeugte, auf das Strahlungsmessgerät (2) gerichtete Lichtstrahl (3) im Raum (8) eine vorgegebene Messstrecke durchläuft, wobei die Lichtquelle (1) so ausgebildet ist, dass die am Strahlungsmessgerät (2) gemessene Strahlungsleistung (Φ) des Lichtstrahls (3) höher als die am Strahlungsmessgerät (2) gemessene Strahlungsleistung (Φ) des Umgebungslichtes ist, und wobei die Datenerfassungs- und -auswerteeinheit eingerichtet ist, auf Basis der Berechnung der Konzentration (c) der Aerosolpartikel (4.1) aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Strahlungsleistung (Φ) die Luftwechselrate im Raum (8) zu bestimmen.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) so ausgebildet ist, dass die am Strahlungsmessgerät (2) gemessene Strahlungsleistung (Φ) des Lichtstrahls (3) mindestens 2,5 mal so hoch ist wie die am Strahlungsmessgerät (2) gemessene Strahlungsleistung (Φ) des Umgebungslichtes.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) ein Laser ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) und das Strahlungsmessgerät (2) räumlich direkt nebeneinander angeordnet sind, wobei die Anordnung zusätzlich einen Spiegel (7) im Strahlengang des Lichtstrahls (3) aufweist, der den von der Lichtquelle (1) ausgehenden Lichtstrahl (3) beim Durchlaufen der Messstrecke auf das neben der Lichtquelle (1) angeordnete Strahlungsmessgerät (2) reflektiert.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des Lichtstrahls (3) vor dem Strahlungsmessgerät (2) ein transluzenter Schirm (5) angeordnet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Strahlungsmessgerät (2) innerhalb einer einseitig offenen, lichtundurchlässigen Umhüllung (6) befindet, in deren Öffnung der transluzente Schirm (5) angeordnet ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, ferner umfassend ein Zusatzstrahlungsmessgerät zur stetigen Messung der Strahlungsleistung (Φ) des Umgebungslichts.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, ferner umfassend eine Einrichtung zum temporären Unterbrechen des Lichtstrahles (3) zur Bestimmung der Strahlungsleistung (Φ) des Umgebungslichtes mittels des Strahlungsmessgerätes (2).

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