DE102023115322A1

DE102023115322A1 - Vorrichtung zur messung eines luftgüteparameters in innenräumen

Info

Publication number: DE102023115322A1
Application number: DE102023115322.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Frandl; Jürgen Leutgeb
Original assignee: Airesp GmbH
Current assignee: Airesp GmbH
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2023-06-13
Publication date: 2023-12-21
Also published as: AT526200A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur innovativen Ermittlung eines Luftgüteindikators beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Recheneinheit (50), sowie Sensoren (51, 52, 53) zur Messung von Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Konzentration, die mit der Recheneinheit (50) gekoppelt sind, auf. Die Recheneinheit (50) ist dazu ausgebildet ist, basierend auf Messwerten für Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Konzentration, einen (einzigen, aussagekräftigen) Luftgüteindikator zu berechnen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Gebiet der Luftgütemessung in Innenräumen.
HINTERGUND
Menschen verbringen durchschnittlich mehr als 90 Prozent ihrer Lebenszeit in Innenräumen, und folglich hat die Güte der Raumluft nicht nur objektive Auswirkungen auf das Wohlbefinden und die Gesundheit der Menschen, sondern es hängt auch die subjektiv von einer Person in einem Raum empfundene Behaglichkeit von der (objektiv messbaren) Raumluftgüte ab. Innenräume sind dabei nicht nur private Wohnräume, sondern auch Arbeitsräume, Schulen, Krankenhäuser, Sportstätten, etc.
Richtwerte für die Innenraumluft müssen anderen Anforderungen genügen als Grenzwerte für die Außenluft. In einzelnen Innenräumen sind vielfältige unterschiedliche Quellen für Schadstoffe möglich und entsprechend zahlreich sind auch die unterschiedlichen Schadstoffe, die möglicherweise im Innenraum von Bedeutung sein können, während für die Beurteilung der Qualität der Außenluft in aller Regel ein kleiner Satz von Indikator-Schadstoffen zur Beurteilung ausreicht. Grenzwerte für einen Arbeitsplatz beziehen sich auf eine zeitlich begrenzte Belastung von gesunden Personen, während Innenraum-Richtwerte auch vulnerable Personen, die sich eventuell (praktisch) den ganzen Tag im Innenraum aufhalten, im Blick haben müssen.
Bekannte Vorrichtungen sind in der Lage, verschiedene Umweltparameter wie z.B. Feuchtigkeit (relative Luftfeuchtigkeit), Temperatur, Sauerstoffkonzentration, Kohlendioxidkonzentration, Luftdruck oder auch Partikel wie z.B. flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) in Innenräumen zu messen. Die Publikation EP 3404633 A1 beschreibt eine Vorrichtung, bei der verschiedene Sensoren zur Messung der genannten Umweltparameter zusammen mit einem Rauchdetektor in einem Gerät integriert sind. Dieses Gerät dient also nicht nur der (Früh-) Erkennung von Bränden, sondern auch der Überwachung der Luftqualität in einem Raum.
Die heute kommerziell verfügbaren Geräte sind jedoch für den interessierten Verbraucher schwer zu handhaben. Um sich ein Bild der Luftgüte in einem Innenraum zu machen, muss der Benutzer eine Vielzahl von Messwerten auslesen und mit Referenzwerten vergleichen. Auch wenn der Vergleich mit Referenzwerten grundsätzlich automatisierbar ist, ändert das nichts an der grundsätzlichen Problematik, dass der Benutzer eine Vielzahl von Parametern im Blick behalten muss. Der Erfinder hat es sich zur Aufgabe gemacht, bekannte Konzepte und Geräte für die Bestimmung der Luftgüte in Innenräumen zu verbessern und ein Gerät für den Consumer-Elektronik-Markt zu entwickeln, das dem Benutzer die Möglichkeit gibt, die Güte der Raumluft praktisch „auf einem Blick“ zu erfassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. das Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Folgenden wird eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Luftgüteindikators beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung eine Recheneinheit sowie Sensoren zur Messung von Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Konzentration, die mit der Recheneinheit gekoppelt sind. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, basierend auf Messwerten für Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Konzentration, einen (einzigen, aussagekräftigen) Luftgüteindikator zu berechnen.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Luftgüteindikators beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren das Bestimmen eines ersten Parameters, der von gemessenen CO2-Konzentrationen abhängt, und das Abbilden des ersten Parameters auf einen normierten ersten Luftgütewert. Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen eines zweiten Parameters, der von gemessenen Wertepaaren aus Temperatur und Luftfeuchte abhängt, und das Abbilden des zweiten Parameters auf einen normierten zweiten Luftgütewert. Die beiden normierten Luftgütewerte werden zu einer einzigen Maßzahl, die als Luftgüteindikator dient, kombiniert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und Beschreibungen besser verstehen. Die in den Zeichnungen dargestellten Komponenten sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen wurde Wert darauf gelegt, die den Ausführungsbeispielen zugrunde liegenden Prinzipien zu veranschaulichen. Darüber hinaus bezeichnen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile.

1 zeigt als Beispiel eine Tabelle zur Klassifizierung gemessener CO₂-Konzentrationen.
2 zeigt ein Diagramm zur Visualisierung eines behaglichen Raumklimas nach Leusden und Freymark.
3 illustriert ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines Luftgüte-Indikators.
4 und 5 illustrieren Beispiele für die Bestimmung eines von Temperatur und Luftfeuchte abhängigen Parameters, der in die Berechnung des Luftgüte-Indikators einfließt.
6 illustriert Tabellen zur exemplarischen Illustration der Normierung der gemessenen/berechneten Parameter, um die normierten partiellen Luftgütewerte zu ermitteln, die zu dem gesuchten Luftgüteindikator kombiniert werden.
7 zeigt exemplarisch ein vereinfachtes Blockschaltbild des Luftgüte-Messgeräts.
8 illustriert ein Beispiel des hier beschriebenen Geräts mit einsteckbarem Zusatzmodul.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen ein Konzept zur Bestimmung der Luftgüte in Innenräumen und der Verarbeitung mittels Messung verschiedener Umweltparameter, insbesondere Temperatur, Luftfeuchte und Kohlendioxidgehalt und die Verarbeitung der gemessenen Umweltparameter zu einer einzigen, die Luftgüte im Innenraum repräsentierenden Maßzahl (Luftgüteindikator), wodurch es einem Benutzer ermöglicht wird, das auf mehreren Einzelparametern beruhende Messergebnis „auf einem Blick“ zu erfassen. Der Indikator kann auch dazu verwendet werden, bestimmte Maßnahmen zur Verbesserung der Raumluft zu steuern.
Im Folgenden werden zunächst einzelne Umweltparameter und deren Relevanz für die Luftgüte diskutiert. Die Kohlendioxid- (CO₂-) Konzentration ist ein Indikator für die durch den Menschen selbst verursachte Beeinträchtigung der Raumluftgüte. Bei einer Konzentration von 0,1 % bezogen auf das Volumen (entspricht 1000 ppm) empfinden rund 20 Prozent der Menschen die Qualität der Raumluft als unbefriedigend. Bei weiter ansteigenden CO₂-Konzentrationen erhöht sich Prozentsatz. Die genannte Zahl von 1000 ppm ist auch als Pettenkofer-Zahl bekannt (benannt nach dem Chemiker und Hygieniker Max von Pettenkofer) und hat auch Einzug in staatliche Regulierungen betreffend die Luftgüte an Arbeitsplätzen gefunden. Erhöhte CO₂-Konzentrationen entstehen bei hoher Nutzungsintensität und unzureichender Belüftung eines Raums und wirken sich signifikant negativ auf die Konzentrations- und Leistungsfähigkeit aus. Bei zunehmender Konzentration an CO₂ steigt auch das Risiko, an Beschwerden des Sick-Building-Syndroms zu leiden.
Es gibt zwar keine eindeutigen Grenzen für jene CO₂-Konzentrationen, die das subjektive Wohlbefinden und die psychische und physische Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Untersuchungen haben aber gezeigt, dass sich bei steigender CO₂-Konzetration ab ca. 800 ppm die von Menschen empfundene Luftgüte sich kontinuierlich verschlechtert. 5000 ppm gelten als Grenzwert, ab dem ein Raum nicht mehr als eine Stunde pro Tag benutzt werden soll. In einer vom österreichischen Ministerium für Land und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (derzeit Klimaschutzministerium, BMK) herausgegebenen Richtlinie werden Klassen von CO₂-Belastungen gebildet, und davon abhängige Empfehlungen ausgesprochen. Die Klassen und die dazugehörigen CO₂-Konzentrationen sind in 1 dargestellt. Die angegebenen CO₂-Konzentrationen sind Mittelwerte, die über einen bestimmten Beobachtungszeitraum von z.B. einer Stunde ermittelt werden.
Weitere relevante Parameter sind die Luftfeuchte und die Temperatur des Innenraumes. Betreffend die Temperatur gibt es beispielsweise staatliche Regulierungen in Bezug auf Arbeitsstätten. So soll beispielsweise bei der Durchführung von Tätigkeiten die Temperatur in Innenräumen im Bereich von 19 bis 25°C. liegen. Des Weiteren gibt es Normen betreffend die Innenraumtemperatur wie z.B. EN ISO 7730.. Die Norm EN ISO 7730 vereint in der PMV/PPD-Index-Messung die Parameter Raumluft-/Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und relative Raumluftfeuchte (PMV = predicted mean vote, PPD = predicted percentage of dissatisfied).
Betreffend die relative Luftfeuchte gibt es offizielle Grenzwerte nur für klimatisierte Arbeitsplätze. In diesen Fällen muss die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 40% und 70% liegen, sofern dem nicht produktionstechnische Gründe entgegenstehen. Die relative Luftfeuchte ist ein wichtiger Parameter, weil davon unter anderem die Möglichkeit der Schimmelbildung abhängt. In der Norm EN ISO 13788 werden für Räume fünf Luftfeuchteklassen unterschieden.
Die vom Menschen subjektiv empfundene Behaglichkeit des Raumklimas wurde von P. Leusden und F. Freymark im Jahr 1951 untersucht, wobei Leusden und Freymark die Raumbehaglichkeit als Verortung (Messpunkt) in einem zweidimensionalen Parameterraum (mit den Dimensionen rel. Luftfeuchte und Temperatur) dargestellt wurde. Ein Beispiel ist in 2 dargestellt.
Gemäß 2 wird das Raumklima durch ein Paar (Tupel) von Messwerten für Temperatur und Luftfeuchte repräsentiert. Jedes Tupel kann durch einen Punkt in einem 2D-Diagramm dargestellt werden. Liegt dieser Punkt in dem inneren, kleineren Bereich (in 2 schattiert dargestellt und mit 10 bezeichnet), dann wird der Raum als „behaglich“ eingestuft. Liegt der Punkt außerhalb des inneren Bereichs, jedoch noch innerhalb des äußeren, größeren Bereichs (in 2 mit 20 bezeichnet), dann wird der Raum als akzeptabel („noch behaglich“) eingestuft. Liegt der Punkt außerhalb des äußeren, größeren Bereichs, dann wird der Raum als „unbehaglich“ eingestuft, wobei (Mess-) Punkte unten als „unbehaglich trocken“ und Punkte oben als „unbehaglich feucht“, Punkte links als „unbehaglich kühl“ und Punkte rechts als „unbehaglich warm“ beschrieben werden können.
Das Diagramm aus 2 erlaubt im Wesentlichen eine ja/nein-Entscheidung (behaglich/unbehaglich), aber nicht die Quantifizierung der Behaglichkeit auf einer Art „Behaglichkeits-Skala“. Des Weiteren werden nur zwei Umweltparameter berücksichtigt, nämlich Temperatur und Luftfeuchte. In der Praxis sind jedoch weitere Umweltparameter relevant, insbesondere die Kohlendioxidkonzentration.
Das hier beschriebenen Konzept soll es ermöglichen, mittels eines Messgeräts eine (einzige) aussagekräftige, objektive Maßzahl für die Luftgüte in einem Innenraum zu ermitteln, die es dem Anwender sozusagen „auf einem Blick“ ermöglicht, die Luftgüte zu beurteilen, ohne Vergleiche mit Referenzwerten anstellen zu müssen.
Gemäß den hier beschriebenen Beispielen ist das Messgerät modular aufgebaut und enthält in der „Minimalkonfiguration“ Sensoren zur Messung der relativen Luftfeuchte, der Temperatur und der CO₂-Konzentration. Die gemessen Werte fließen in der im Folgenden näher beschrieben in die Berechnung der erwähnten Maßzahl (Luftgüteindikator) ein. Durch Einstecken eines zusätzlichen Moduls können die Fähigkeiten des Messgeräts ergänzt werden. Das zusätzliche Modul kann einen oder mehrere Sensoren zur Messung weiterer Umweltparameter enthalten, wie z.B. einen Sensor zur Messung der RadonKonzentration (Radon-Sensor), einen Sensor zur Messung volatiler organischer Verbindungen (VOC-Sensor), ein Feinstaubsensor, einen Sensor zur Messung der Kohlenmonoxid-Konzentration (CO-Sensor), etc. Verschiedene Module können verschiedene Sensoren oder Kombinationen von Sensoren enthalten. Ein in dem Messgerät enthaltenen Controller (z.B. ein Mikrocontroller, ein Signalprozessor oder dgl.) erkennt das Vorhandensein eines eingesteckten Moduls und passt die Berechnung des Luftgüteindikators entsprechend der auf dem Modul vorhandenen Sensoren an.
Der erwähnte Controller des Messgeräts ist mit den Sensoren gekoppelt und in der Lage, die Messwerte zu empfangen. Die von dem Controller durchgeführte Berechnung des erwähnten Luftgüteindikators wird im Folgenden anhand des in 3 dargestellten Flussdiagrams erläutert.
Das in 3 visualisierte Verfahren umfasst das regelmäßige / kontinuierliche Messen der CO₂-Konzentration (siehe 3, Block 10) und das Bestimmen eines ersten Parameters, der den gleitenden Mittelwert der CO₂-Konzentration repräsentiert (siehe 3, Block 11). Das Verfahren umfasst weiter das Messen der Temperatur (siehe 3, Block 20a) und der relativen Luftfeuchtigkeit (siehe 3, Block 20b), sowie das Bestimmen eines zweiten Parameters, der von den gemessenen Wertepaaren (Temperatur und relative Luftfeuchte) abhängt (siehe 3, Block 21). Der zweite Parameter hängt also von Temperatur und Luftfeuchte ab. Der erste und der zweite Parameter sind beide Skalare.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel repräsentiert der zweite Parameter eine relative Häufigkeit, mit der Messwertepaare in einem vordefinierten zweidimensionalen Bereich liegen. Dabei fließen in die Ermittlung des zweiten Parameters jene Messwertepaare ein, die in regelmäßigen Abständen über einen bestimmten Beobachtungszeitraum (z.B. eine Stunde) gemessen wurden. Dieser Beobachtungszeitraum kann gleitend sein, d.h. es werden immer die Messwertepaare betrachtet, die z.B. in der letzten Stunde gemessen wurden. Wenn beispielsweise pro Sekunde ein Messwertepaar aufgenommen wird, können in dem erwähnten Beispiel immer die letzten (aktuellsten) 3600 Messwertepaare für die Berechnung des zweiten Parameters verwendet werden.
4 illustriert ein Beispiel des oben beschriebenen Konzepts zur Bestimmung des von Luftfeuchte und Temperatur abhängigen zweiten Parameters, der für die Berechnung des Luftgüte-Indikators benötigt wird. Wie erwähnt wird der gesuchte zweite Parameter als relative Häufigkeit definiert, mit der über einen bestimmten Zeitraum gemessene Wertepaare (Luftfeuchte und Temperatur) in einem definierten zweidimensionalen Bereich liegen. Dieser Bereich kann an das Behaglichkeitsdiagramm von Leusden und Freymark angelehnt sein. Gemäß dem - vereinfachten - Beispiel aus 4 liegen von 20 Messpunkten 16 Messpunkte innerhalb des Bereichs 10 und 4 Messpunkte außerhalb des Bereichs 10, wobei jedes Wertepaar aus Temperatur und Luftfeuchte einen Messpunkt festlegt. In dem dargestellten Beispiel ist die relative Häufigkeit 16/20 = 0,8 (entspricht 80%).
Es können auch mehrere Bereiche definiert werden, wobei insbesondere jeder Bereich eine Teilmenge des nächstgrößeren sein kann. In dem Beispiel aus 5 ist der zentrale Bereich 10 eine Teilmenge des größeren Bereichs 20. In diesem Fall kann der zweite Parameter als Tupel umfassend zwei relative Häufigkeiten definiert werden. Eine erste relative Häufigkeit beschreibt die Häufigkeit, mit der die Messpunkte in dem zentralen Bereich 10 liegen, und eine zweite relative Häufigkeit beschreibt die Häufigkeit, mit der die Messpunkte in dem größeren Bereich 20 liegen. In dem in 5 dargestellten Beispiel ist der zweite Parameter (0,2; 0,9). Das heißt, 20% der Messpunkte befinden sich im zentralen Bereich 10 und 90% der Messpunkte befinden sich im größeren Bereich 20.
Zurück zu 3: Nachdem der erste Parameter (gleitender Mittelwert der CO₂-Konzentration über ein Zeitfenster) und der zweite Parameter (relative Häufigkeit(en) von Messpunkten, die innerhalb eines Zeitfensters gemessen wurden) berechnet wurden, werden die beiden Parameter auf eine normierte Skala abgebildet. Diese Skala kann ein Wert zwischen 0 und 1 (oder 100) sein. Jedoch ist auch eine Abbildung auf andere normierte Intervalle wie z.B. 1 bis 5 (Schulnotensystem) möglich. Diese Normierung wird in 3 durch die Blöcke 12 und 22 repräsentiert. Die normierten Werte werden im Folgenden auch als (partielle) Luftgütewerte bezeichnet.
Die erwähnte Normierung ermöglicht es, die einzelnen partiellen Luftgütewerte zu kombinieren. Beispielsweise kommt ein gewichteter Mittelwert in Betracht, um die beiden Luftgütewerte zu kombinieren (siehe 3, Block 30). Ein gewichtetes Mittel liefert jedoch nur solange einen aussagekräftigen Luftgüteindikator, solange die einzelnen partiellen Luftgütewerte keine allzu schlechte Luftqualität zu signalisieren. Die Kombination der einzelnen Luftgütewerte mittels gewichteter Mittelung kann dazu führen, dass ein sehr schlechter (inakzeptable schlechter) partieller Luftgütewert (z.B. aufgrund einer sehr hohen CO₂-Konzentration) immer noch einen relativ guten Luftgüteindikator zur Folge hat, weil der andere partielle Luftgütewert (z.B. aufgrund einer optimalen Kombination von Feuchte und Temperatur) gute Werte liefert. Um diesem Problem begegnen, wird in einem Ausführungsbeispiel ein gewichteter Mittelwert berechnet, wobei die Gewichtungsfaktoren von den zugehörigen partiellen Luftgütewerten abhängen. In diesem Fall wird die gewichtete Mittelung nichtlinear, wobei „schlechte“ Einzelwerte stärker gewichtet werden.
6 illustriert anhand von Tabellen die Abbildung der ermittelten Parameter (z.B. CO₂-Konzentration und die oben diskutierten relative Häufigkeiten) auf eine zugehörige normierte Skala. Die linke Tabelle in 6 betrifft den ersten Parameter, der von der CO₂-Konzetnration abhängt, und die rechte Tabelle in 6 betrifft den zweiten Parameter, der von Luftfeuchte und der Temperatur abhängt. In dem dargestellten Beispiel ist die Abbildung eine Stufenfunktion, sodass jeweils ein bestimmter Bereich von Parametern auf einen bestimmten normierten Wert (partieller Luftgütewert) abgebildet wird. Die Abbildungen gemäß 6 können auch als Zuordnung der (ersten und zweiten) Parameter zu Klassen angesehen werden.
Gemäß dem Beispiel aus 6 wird eine CO₂-Konzentration von 800 ppm oder weniger auf den normierten Wert 100 abgebildet. Eine CO₂-Konzentration von mehr als 800 ppm bis höchstens 1000 ppm wird auf den normierten Wert 85 abgebildet. Eine CO₂-Konzentration von mehr als 1000 ppm bis höchstens 1400 ppm wird auf den normierten Wert 75 abgebildet. Eine CO₂-Konzentration von mehr als 1400 ppm bis höchstens 2000 ppm wird auf den normierten Wert 50 abgebildet. Eine CO₂-Konzentration von mehr als 2000 ppm bis höchstens 5000 ppm wird auf den normierten Wert 25 abgebildet. Eine CO₂-Konzentration von mehr als 5000 ppm führt zu einem normierten Wert von null. Die Anzahl der Stufen und die zugehörigen Bereichsgrenzen sind natürlich nur ein Beispiel und können auch anders gewählt werden.
Bei den relativen Häufigkeiten der Position der Messpunkte Temperatur/relative Luftfeuchte kann ähnlich vorgegangen werden, um die relativen Häufigkeiten zu normieren. Die rechte Tabelle aus 6 bezieht sich auf das Diagramm in 5, gemäß dem zwei Bereiche 10 und 20 verwendet werden. Demnach wird eine relative Häufigkeit der Messpunkte im inneren Bereich 10 von 0,9 oder mehr auf einen normierten Wert von 100 abgebildet. Die Anzahl der Messpunkte im größeren Bereich 20 ist in dieser Situation irrelevant (d.c. = don't care). Ist die relative Häufigkeit für den inneren Bereich 10 kleiner als 0,9, jedoch größer oder gleich 0,5 und ist die relative Häufigkeit für den größeren Bereich 20 0,9 oder mehr, dann wird der normierte Wert auf 75 gesetzt. Ist die relative Häufigkeit für den inneren Bereich 10 kleiner als 0,5 und ist die relative Häufigkeit für den äußeren Bereich 20 zumindest 0,5, dann wird der normierte Wert auf 50 gesetzt. Ist die relative Häufigkeit für den äußeren Bereich 20 kleiner als 0,5, zumindest jedoch 0,3, dann wird der normierte Wert auf 25 gesetzt. Ist die relative Häufigkeit für den äußeren Bereich 20 kleiner als 0,3, ist der normierte Wert null. Auch in diesem Fall sind die Anzahl der Stufen und die zugehörigen Bereichsgrenzen lediglich als Beispiel zu verstehen. In anderem Ausführungsbeispielen kann auch nur ein Bereich 10 und die zugehörige relative Häufigkeit betrachtet werden. Auch ist die Ermittlung von relativen Häufigkeiten für mehr als zwei Bereiche möglich.
Eine Alternative dazu ist, dass mittels einer Berechnung des durchschnittlichen Normal-Abstand aller Messpunkte zu den jeweiligen Bereichsgrenzen ein zweiter Parameter bzw. in der Folge ein partieller Luftgütewert berechnet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die beiden (normierten) Luftgütewerte gleich gewichtet. Das heißt, die Gewichtungsfaktoren sind jeweils 0,5 (entspricht 50%). Um das oben erwähnte Problem zu lösen, dass unakzeptabel schlechte Einzelwerte von einem guten anderen Werten kompensiert werden, können die Gewichtungsfaktoren modifiziert werden, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt werden. Beispielsweise kann ein erster partieller Luftgütewert von 0 (mehr als 5000ppm CO₂) dazu führen, dass dieser Wert mit dem Faktor 1 (entspricht 100%) gewichtet wird (und der andere Wert entsprechend mit 0), was dazu führt, dass der resultierende Luftgüteindikator insgesamt null wird. Ähnliches gilt, wenn der zweite partielle Luftgütewert 0 ist (weniger als 30% der Messpunkte liegen im äußeren Bereich 20). In diesem Fall kann der zugehörige Gewichtungsfaktor auf 1 gesetzt werden, was dazu führt, dass der resultierende Luftgüteindikator insgesamt null wird. Auch das Umschalten des Gewichtungsfaktors von 0,5 auf 1 ist lediglich ein Beispiel dafür, sehr schlechte partielle Luftgütewerte höher zu gewichten.
Wie erwähnt kann das Luftgüte-Messgerät modular aufgebaut sein, d.h. es kann um mindestens ein Modul ergänzt werden, das weitere Sensoren beinhaltet. Diese können z.B. Parameter wie Feinstaubkonzentration (in µg/m³), volatile organische Verbindungen (in µg/m³) und/oder die Radonkonzentration (in Bq pro m³). Diese Faktoren werden hier als sekundäre Faktoren bezeichnet, und können auf ähnliche Weise in die Berechnung des Luftgüteindikators einfließen wie die CO₂-Konzentration. In einem Bespiel enthält das Zusatzmodul einen optischen Feinstaubsensor, wobei die gemessene Feinstaubkonzentration analog zu der CO₂-Konzentration auf ein Intervall von 0 bis 100 abgebildet werden kann. Für die Gewichtung bei der Mittelwertbildung können beispielsweise die Werte 0,2 (Feinstaub), 0,4 (CO₂) und 0,4 (Temperatur/Feuchte), verwendet werden, wobei bei sehr schlechten Einzelwerten, die Gewichtung entsprechend modifiziert werden kann. Analog kann man bei anderen Parametern wie Radonkonzentration oder VOC-Konzentration vorgehen.
Sekundäre Einflussfaktoren (beispielsweise Radonkonzentration, VOC-Konzentration oder Feinstaubkonzentration) können, sofern das Zusatzmodul entsprechende Sensoren aufweist, auch in Form von sogenannten Cut-Off-Schwellenwerten (cut-off thresholds) berücksichtigt werden. Das heißt, die jeweiligen Faktoren haben keinen Einfluss auf den Luftgüteindikator, sofern die jeweiligen Cut-Off-Schwellenwerte nicht überschritten werden. Sofern jedoch ein Cut-Off-Schwellenwert überschritten (z.B. Feinstaubkonzentration liegt über dem Schwellenwert), dann wird dadurch der Luftgüteindikator insgesamt auf null gesetzt. Optional kann auch beim Überschreiten einer maximalen Luftfeuchte der Luftgüteindikator insgesamt auf null gesetzt werden, weil in diesem Fall das Raumklima eine Schimmelbildung begünstigt.
7 zeigt anhand eines vereinfachten Blockschaltbilds ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Luftgüteindikators. Demnach umfasst das Gerät eine Hauptplatine 5 sowie ein austauschbares Zusatzmodul 6, das eine weitere Platine aufweisen kann. Hauptplatine 5 und Zusatzmodul 6 können über einen Steckverbinder 4 verbunden sein. Das heißt, das Gerät ist so gestaltet, dass das Zusatzmodul 6 in die Hauptplatine 5 eingesteckt werden kann. Das Zusatzmodul 6 ist optional. Wird kein Zusatzmodul verwendet, kann an dessen Stelle eine Gehäuseabdeckung oder ein Dummy-Modul ohne Funktion angeordnet sein. Unterschiedliche Zusatzmodule können unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen.
In dem dargestellten Beispiel weist die Hauptplatine eine Recheneinheit 50 auf, die z.B. als Mikrocontroller oder Signalprozessor ausgebildet sein kann. Unter Recheneinheit wird dabei jede Entität verstanden, welche die hier beschriebenen Funktionen ausführen kann. Die Recheneinheit kann eine Kombination von Prozessor, Speicher und Software sein, sowie auch festverdrahtete und einmal-programmierbare Logikschaltungen und Peripherieelektronik aufweisen. Die Hauptplatine kann auch eine Kommunikationsschnittstelle 55 aufweisen, die mit der Recheneinheit / dem Controller 50 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Kommunikationsschnittstelle 55 eine Schnittstelle für die drahtlose Kommunikation wie z.B. eine Bluetooth- oder eine WLAN- (wireless local area network) Interface. Mit der Recheneinheit 50 (Controller) sind auch Sensoren 51, 52, 53 verbunden, die die primären Einflussfaktoren Temperatur, Luftfeuchte und CO₂- Konzentration messen.
Die Platine des Zusatzmoduls kann eine Schnittstelle 60 für die Kommunikation mit der Recheneinheit 50 aufweisen. Die Schnittstelle 60 kann ebenfalls einen Mikrocontroller aufweisen, was aber nicht unbedingt der Fall sein muss. Die Kommunikation mit der Recheneinheit 50 kann z.B. mittels eines an sich bekanntes digitales Bussystem erfolgen wie z.B. SPI (Serial Peripheral Interface) oder I²C (Inter-Intergrated Circuit). Die Schnittstelle 60 ermöglicht auch die Ankopplung weiterer Sensoren 62, 63 an die Recheneinheit 50. Die Recheneinheit 50 kann dazu ausgebildet sein, zu detektieren, welche Funktionen oder Fähigkeiten das Zusatzmodul aufweist, und abhängig von den detektierten Funktionen bzw. Fähigkeiten den Algorithmus zur Berechnung des Luftgüteindikators zu verändern, z.B. indem die oben diskutierten Gewichtungsfaktoren angepasst werden, und/oder indem ein zusätzlicher Parameter (der z.B. abhängig von den Sensorsignalen der Sensoren 62 oder 63 ist) in den resultierenden Luftgüteindikator einfließt. Im dargestellten Beispiel ist der Sensor 62 ein VOC-Sensor und der Sensor 63 ein Radon-Sensor und der Algorithmus wird bei Detektion des Vorhandenseins der beiden Sensoren dahingehend modifiziert, dass der resultierende Luftgüteindikator auf null gesetzt wird, wenn definierte Grenzwerte (Cut-Off-Schwellenwerte) für die VOC- oder Radonkonzentration überschritten werden,
Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Zusatzmodul 6 auch eine weitere Kommunikationsschnittstelle aufweisen. So kann beispielsweise die Kommunikationsschnittstelle 55 ein Bluetooth-Interface sein, wohingegen die auf dem Zusatzmodul 6 befindliche Kommunikationsschnittstelle ein WLAN-Interface ist. Mittels der Kommunikationsschnittstelle 55 (oder der weiteren Kommunikationsschnittstelle auf dem Zusatzmodul) kann das Gerät mit einem anderen Gerät wie z.B. einem Smart-Phone oder einem Tablet-PC kommunizieren, auf dem der berechnete Luftgüteindikator visualisiert wird. Auch eine Warnung des Benutzers mittels Push-Nachrichten wird auf diese Weise möglich, beispielsweise wenn die Luftgüte unter einen einstellbaren Schwellenwert sinkt. Mittels der Kommunikationsschnittstelle kann das Gerät auch an eine Smart-Home-Steuerung angeschlossen werden, die dann abhängig von dem ermittelten Luftgüteindikator bestimmte andere Geräte steuert. Beispielsweise kann, wenn der Luftgüteindikator unter einen einstellbaren Wert sinkt, die Einstellung einer Lüftung oder Klimaanlage verändert werden oder es kann automatisch ein Fenster geöffnet werden.
8 illustriert ein Beispiel der hier beschriebenen Vorrichtung mit einsteckbarem Zusatzmodul in einer Art Explosionsdarstellung. 8 zeigt das Gehäuse 1, in der die Hauptplatine 50 und die Sensoren 50-53 untergebracht sind (vgl. 7). Das Gehäuse 1 ist teilweise offen und weist einen Steckplatz auf, in den das Zusatzmodul 6 mit einer zusätzlichen Sensorplatine eingesteckt werden kann. Das Zusatzmodul 6 umfasst einen Gehäuseteil, der das Gehäuse abdeckt, wenn das Zusatzmodul 6 eingesteckt ist. Die Einsteckrichtung ist in 8 durch einen Pfeil und gestrichelte Linien dargestellt.
Auch wenn keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden, ist dennoch ein Dummy-Zusatzmodul notwendig, welches in diesem Fall im Wesentlichen nur aus dem Gehäuseteil besteht, welches einen Deckel für die Öffnung im Gehäuse 1 bildet. Der als Gehäusedeckel dienende Gehäuseteil des Zusatzmoduls 6 kann Öffnungen 65 und 64 aufweisen, die eine Luftströmung durch das Gehäuse (hin zu den darin angeordneten Sensoren) ermöglichen. Die Öffnungen 64 und 65 können durch in 8 nicht dargestellte Gitter abgedeckt sein, um z.B. das Eindringen von größeren Schmutzpartikeln oder Insekten zu verhindern.
Das Gehäuse 1 hat eine annähernd kegelstumpf-, zylinderförmige oder scheibenförmige Form, wobei das Gerät an einer annähernd kreisrunden Deckfläche an einer Wand oder einer Zimmerdecke montiert werden kann. Die gegenüber liegende Deckfläche weist die zentrale Öffnung 65 auf. Die Öffnung 64 befindet sich an einer Seitenfläche des Zusatzmoduls 6.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3404633 A1 [0004]

Claims

Eine Vorrichtung die aufweist: eine Recheneinheit (50), Sensoren (51, 52, 53) zur Messung von Temperatur, Luftfeuchte und CO₂-Konzentration, die mit der Recheneinheit (50) gekoppelt sind, wobei die Recheneinheit (50) dazu ausgebildet ist, basierend auf Messwerten für Temperatur, Luftfeuchte und CO₂-Konzentration, einen Luftgüteindikator zu berechnen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Luftgüteindikator eine Maßzahl innerhalb eines definierten Wertebereichs ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiter aufweist: ein in die Vorrichtung einsteckbares Zusatzmodul (6), welches zumindest einen weiteren Sensor (62, 63) für die Messung mindestens eines weiteren Umweltparameters aufweist, wobei die Recheneinheit (50) dazu ausgebildet ist, das Vorhandensein des Zusatzmoduls (6) zu detektieren und, falls das Zusatzmodul (6) vorhanden ist, den mindestens einen weiteren Umweltparameter (62, 63) bei der Berechnung des Luftgüteindikators zu berücksichtigen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Recheneinheit weiter dazu ausgebildet ist: einen ersten Parameter zu berechnen, der von der CO₂-Konzentration abhängt, einen zweiten Parameter zu berechnen, der sowohl von der Temperatur als auch von der Luftfeuchte abhängt, den ersten Parameter und den zweiten Parameter jeweils auf eine normierte Skala abzubilden, um einen ersten bzw. zweiten Luftgütewert zu erhalten, und den ersten und den zweiten Luftgütewert zu einer einzigen kombinierten Maßzahl zu kombinieren, die den Luftgüteindikator darstellt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei für die Berechnung des ersten Parameters die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, regelmäßig einen Messwert der CO₂-Konzentration aufzunehmen und zu speichern und einen gleitenden Mittelwert über eine bestimmte Zahl von Messwerten zu berechnen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei für die Berechnung des zweiten Parameters die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, regelmäßig Messpunkte aufzunehmen, die jeweils durch ein Wertepaar aus Temperatur und Luftfeuchtigkeit gegeben sind, und eine relative Häufigkeit zu bestimmen, mit der die Messpunkte in einem zweidimensionalen Bereich liegen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei für die Berechnung des zweiten Parameters die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, regelmäßig Messpunkte aufzunehmen, die jeweils durch ein Wertepaar aus Temperatur und Luftfeuchtigkeit gegeben sind, und die durchschnittlichen Normalabstände der Messunkte zu den Grenzen eines vordefinierten zweidimensionalen Bereichs zu berechnen, wobei der zweite Parameter aus den berechneten Normalabständen folgt.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei für das Kombinieren des ersten und des zweiten Luftgütewerts die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, einen gewichteten Mittelwert des ersten und den zweiten Luftgütewerts zu berechnen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Gewichtsfaktoren für die Berechnung des gewichteten Mittelwerts von den zu gewichtenden Luftgütewerten abhängen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, soweit rückbezogen auf Anspruch 3, wobei der zumindest ein weiterer Umweltparameter bei der Berechnung des Luftgüteindikators insofern berücksichtigt wird, als der Luftgüteindikator auf null gesetzt wird, wenn der jeweilige Umweltparameter einen zugehörigen Grenzwert erreicht oder übersteigt.
Ein Verfahren, das folgendes umfasst: Bestimmen eines ersten Parameters, der von gemessenen CO₂-Konzentrationen abhängt; Abbilden des ersten Parameters auf einen normierten ersten Luftgütewert; Bestimmen eines zweiten Parameters, der von gemessenen Wertepaaren aus Temperatur und Luftfeuchte abhängt; Abbilden des zweiten Parameters auf einen normierten zweiten Luftgütewert; und Kombinieren des ersten normierten Luftgütewerts und des zweiten normierten Luftgütewerts zu einer einzigen Maßzahl, die als Luftgüteindikator dient.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, das weiter aufweist: Detektieren des Vorhandenseins eines Zusatzmoduls mit mindestens einem weiteren Sensor zur Messung mindestens eines weiteren Umweltparameters, und Berücksichtigen von Messwerten des mindestens einen weiteren Umweltparameters bei der Berechnung der Maßzahl, wenn das Zusatzmodul vorhanden ist.