DE19700964A1

DE19700964A1 - Einrichtung zur Raumklimatisierung

Info

Publication number: DE19700964A1
Application number: DE19700964A
Authority: DE
Inventors: Max-Josef Probst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: DE19700964C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Raumklimatisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltparametern.

Gebäude und Wohnungen werden durch moderne Dämmstoffe und Fen ster- sowie Türtechnologien immer dichter in Bezug auf die Um gebungsluft und die Außengeräusche. Dies hat nicht nur Vortei le. Beispielsweise kann eine stark gesunkene Luftwechselrate Feuchtigkeitsprobleme und Stockflecken im Gebäude zur Folge haben. Auch der natürliche Geräuschpegel des Tagesverlaufs so wie natürliche Gerüche werden in der Wohnung nicht mehr wahr genommen. All dies hat zur Folge, daß die Befindlichkeit der Bewohner negativ beeinflußt werden kann und daß die Fähigkeit, auf die Umwelt ausgeglichen zu reagieren, eingeschränkt wird. Dies ruft verschiedene Unbehaglichkeitsbilder bis hin zu Krankheiten hervor - umgekehrt kann ein ungewollt starker Luftaustausch mit der Umgebung, z. B. in einer Wohnung an einer belebten Straße in der Stadt oder in der Kabine eines Kraftwa gens im Stau, zu einer erheblichen Belästigung oder gar Schädi gung der betroffenen Personen führen.

Aus diesen Gründen werden in öffentlichen Räumen und Büros, aber auch Wohnungen und in Fahrzeuginnenräumen Klimaanlagen mit entsprechenden Regelungen installiert.

Die für das Wohlbefinden des Menschen annähernd ideale Frisch luft besitzt eine Wasserdampfsättigung von 40 bis 100% und enthält etwa 21% Sauerstoff, 78% Stickstoff, 0,03% Kohlen dioxid und knapp 1% Edelgase. Die vom Menschen ausgeatmete Luft enthält etwa 14% Sauerstoff, 80% Stickstoff, 5% Koh lendioxid und 1% andere Gase bei einer Wasserdampfsättigung von annähernd 100%. Die Regulation des Atemvolumens erfolgt in der Natur mittels Messung durch Nervenzellen im vierten Ventrikel des verlängerten Rückenmarks des Atemzentrums unter Einbeziehung der Inspirations- und Expirationszentren der Atemmuskulatur. Die Ein- und Ausatempause wird zusätzlich durch die in der Lunge befindlichen Spannungssensoren des Lun genvaguses gesteuert. Bei starkem Absinken des Sauerstoffge haltes wird im Chemorezeptor der Halsschlagader und in der Aorta der Sauerstoffpartialdruck mit als Regelparameter heran gezogen.

Bei natürlicher Veränderung der Zusammensetzung der Atemluft schaltet sich erst vegetativ der Hypothalamus ein und infor miert zusätzlich die Hals- und Schultermuskeln, die die Atmung unterstützen. Bei sich weiter verschlechternder Atemluft schalten sich die Hirnrinde und der Thalamus ein und verstär ken die Atembewegungen und gegebenenfalls die Atemfrequenz. Hiermit signalisiert der Organismus zugleich eine beginnende Atemnot, die zu Schweißausbrüchen und Angstgefühlen führen kann.

Bei natürlichen Gegebenheiten reicht der vegetative Regelme chanismus meist aus. Steigt beispielsweise der Kohlendioxidge halt infolge schlechter Belüftung von 0,03% der Einatemluft auf 1,6% an, so steigt das Atemminutenvolumen von 5 bis 8 l/min auf 8 bis 10 l/min, bei 3,05% auf 13 bis 15 l/min an. Bei unnatürlicher Veränderung der Zusammensetzung der Atem luft, z. B. durch industrielle Verunreinigungen, Ausdünstungen - be sonders in Innenräumen -, durch Staub, chemische Substanzen oder Ozon kann sich die chemische Zusammensetzung der Atemluft so weit verschieben, daß der vegetative Regelmechanismus über fordert wird. Beispielsweise kann sich der PH-Wert des Blutes durch die Luftzusammensetzung so verändern, daß die Atemfunk tion nicht mehr verstärkt, sondern abgeschwächt wird. Diese Situation tritt bei einer prozentualen Reduzierung des Sauer stoffanteils in der Einatemluft ein. Die Atemfrequenz wird erst erhöht. Durch diese Beschleunigung der Atmung wird jedoch die Sauerstoffausnutzung der Atemluft schlechter. Es entsteht Kurzatmigkeit. Durch dieses Hyperventilieren kommt noch eine Alkalose mit weiterer Erhöhung des CO2-Anteils usw. hinzu. Die Auswirkungen sind nicht bewußt werdende Müdigkeit, Konzentra tionsschwächen und -lücken sowie nachlassende Sehschärfe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dem Natürlichen nachempfundenen Luftqualität, die dem betroffenen Menschen op timal angenehm ist, einschließlich eventueller, insgesamt zur sogenannten Behaglichkeit beitragenden Nebenfaktoren, wie Ge räusche, Gerüche und/oder Wärmestrahlung, durch Einstellen bzw. Zudosieren oder Abführen dieser einzelnen Umweltpara meter - gegebenenfalls nach einem vorgewählten Programm - einzustel len. Mit anderen Worten, es soll in dem jeweils zu kontrollie renden Raum ein für das physiologische Wohlbefinden des darin befindlichen Menschen angenehme Zusammensetzung der Umweltpa rameter, die dem Menschen das Klima insgesamt behaglich ma chen, erreicht werden.

Es soll auch ein Gerät zum Herstellen eines solchen behagli chen Mikroklimas, beispielsweise für Innenräume von Gebäuden oder Fahrzeugen, geschaffen werden, das in der Lage ist, mit minimalen Energieaufwand alle Umweltparameter, die Einfluß auf das physiologische Wohlbefinden des Menschen haben, funktional heran zu ziehen, insbesondere zu messen. Schließlich soll ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung zur Raumklimatisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen der für die Behaglichkeit jeweils entscheidenden Umweltparameter entwickelt werden, welches es erlaubt, mit mi nimalem Energieaufwand in dem jeweilig kontrollierten Raum ein für die darin befindliche Menschen optimales Klima allgemeiner Art - also eines Klimas, das außer Luftzusammensetzung und Temperatur auch Geräusche und Düfte umfaßt - selbsttätig, ge gebenenfalls nach vorgewähltem Programm, einzustellen.

Für die Einrichtung eingangs genannter Art zur Raumklimatisie rung mit Hilfe von Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltparametern besteht die erfin dungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 darin, daß als Fühler ein mindestens zwei verschiedene Umweltparameter jeweils zugleich erfassender Multisensor vorgesehen ist. "Umweltparameter" sind die diversen mit der Einrichtung zu messenden und zu kontrol lierenden Werte bzw. Zustände, wie Gaskonzentrationen, Luft feuchte, Temperatur, Lichteinfall usw. Verbesserungen und wei tere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den übrigen An sprüchen beschrieben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäß vorgesehenen Multisensors, vor zugsweise durch dessen Einsatz und Verschaltung mit Fuzzy-Reg lern und Stellgliedern für eventuelle Klappen, Ventile, Lüf termotoren usw., kann die Luftzusammensetzung im jeweils kon trollierten Raum so eingestellt werden, daß sie der in dem Raum befindlichen Person behaglich erscheint. Vorzugsweise kann der Multisensor, insbesondere an einer Außenseite, diver se ionen- und/oder licht-selektive Membranen als Rezeptoren bzw. Rezeptorzellen aufweisen. Jede dieser Membranen soll mit einer bestimmten Substanz, z. B. Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid, reagieren. Die Rezeptoren und die zugeordneten Schaltungen bzw. Verstärker können vorzugsweise so ausgebildet werden, daß sie eine der Konzentration der jeweils zu messen den Substanz proportionales Signal liefern.

Je nach Art der Rezeptoren und der zugehörigen Schaltungen kann es sinnvoll sein, eine Vielzahl von Rezeptoren zum Erfas sen jeweils einer Substanzart vorzusehen. Mit der Zahl der Re zeptoren kann nämlich die Meßgenauigkeit steigen. In einem Ausführungsbeispiel wurden jeweils 120 Rezeptoren für jede zu messende Substanz, z. B. Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendi oxid, verwendet, welche auf einer einzigen Matrix - der soge nannten Sensormatrix - aufgebracht waren. Jeder Rezeptor kann einer Meßzelle zugeordnet werden.

Jede Meßzelle kann eine Arbeitselektrode und eine Ausleseelek tronik für einen potentiometrischen und einen amperometrischen Betrieb besitzen, derart, daß die Zelle von außen in verschie dene Betriebszustände geschaltet werden kann. Jede Zelle soll vorzugsweise eine Steuerlogik besitzen, die direkt an der Zel le sitzt und parasitäre Leckströme und Spannungsabfälle aus schließen soll. Vorzugsweise wird der Sensormatrix eine Refe renzelektrode zugeordnet werden, die von außen zu Simulations zwecken zugänglich sein soll.

Die beschriebene Sensormatrix kann als Mikrochip ausgebildet werden. In einem solchen Mikrochip von größenordnungsmäßig 10 mm im Quadrat lassen sich mehrere Hundert einzelne Rezeptoren und Sensoren unterbringen. Eine derart kleine Meßzelle bzw. Sensormatrix kann nur eine praktisch unmeßbar kleine Wirkung auf die kontrollierten Parameter des jeweiligen Raums haben. Man daher daher auch sagen, die erfindungsgemäße Messung sei ohne Einfluß auf die Meßstrecke.

Veränderungen der Umgebungstemperatur können vorzugsweise durch integrierte und direkte Heizung an den Zellwänden kom pensiert werden, so daß ein Temperaturkoeffizient vernachläs sigbar ist. Durch die dadurch gegebenenfalls verkleinerten Heizflächen im Gegensatz zur Vollflächenheizung herkömmlicher Sensoren, werden der Energieverbrauch reduziert und die Genau igkeit erheblich verbessert.

Direkt an den Ausgang jeder Zelle kann sich ein Impedanzwand ler anschließen, so daß das jeweilige Signal ohne Verluste an einen Signalbus anzuschließen ist. Eine digitale Steuerelek tronik aus zwei antiparallelen Schieberregistermodulen soll die Ansteuerung und Auslesung der Einzelzellen der jeweiligen Matrix bei Betrieb und Eigentest übernehmen.

Bei Anwendung ruft jede zu registrierende Substanz in einem bestimmten (dieser Substanz zugeordneten) Membranrezeptor, insbesondere ionen-licht-selektiv, eine chemische Reaktion und dadurch Ladungsveränderungen an einer Arbeitselektrode hervor. Die Ladungsveränderung erzeugt jeweils ein elektrisches Si gnal, das unmittelbar an der Arbeitselektrode verstärkt werden kann.

Eine solche, bevorzugte Anordnung der vielen Meßzellen in ei ner Sensormatrix liefert auf Anhieb eine für die Weiterverar beitung, z. B. in einer nachgeschalteten Steuerung, völlig be friedigende bzw. redundante Konzentrationsbestimmung der Luft zusammensetzung. Wenn jeder Fühler nur einen einzelnen Sensor für einen einzigen Umweltparameter besäße, müßten mehrere Mes sungen nacheinander oder in mehreren verschiedenen Geräten ausgeführt werden. Das würde entweder zu erheblichen Meßfeh lern (wenn Messungen nur sequentiell nacheinander ablaufen können) oder zu einem großen Aufwand führen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß eine hohe Meßtoleranz, eine hochreversible Messung, geringer Stromverbrauch und Selbstkalibrierung zugleich vorliegen kön nen. Die Meßstrecke wird durch den Fühler oder Sensor nicht gestört. Veränderungen des mechanischen Aufbaus, z. B. eine Al terung, werden selbsttätig und fortlaufend durch Steuerlogik (kompensiert und) adaptiert.

Gemäß weiterer Erfindung wird eine Einrichtung zur Raumklima tisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Re geln bzw. Einstellen von Umweltparametern vorgeschlagen, in der als Fühler ein mindestens zwei verschiedene Umweltparame ter jeweils zugleich umfassender Multisensor vorgesehen wird. Hierbei wird vorgesehen, daß der Multisensor an der Längsseite eines Kanals angeordnet ist, dessen dem Sensor gegenüberlie gende andere Längsseite durch eine Heizplatte zum Erzeugen bzw. Verstärken einer Luftkonvektion durch den Kanal gebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die zu kontrollierende Raum luft durch Naturkonvektion auf den Multisensor zu richten ist und demgemäß wegen der ständig vorbeistreichenden Luft ein permanenter Luftaustausch im Bereich des Multisensors sicher gestellt wird. Die Meßanordnung befindet sich also einerseits nicht in einem "luftstillen" Winkel, sondern es wird durch die im Kanal erzeugte Konvektion ständig neue Luft aus der Umge bung herangefördert. Andererseits bleiben - wegen der minima len Größe des Multisensors, wie oben angegeben - das Kanalvo lumen und das Volumen des bewegten Gases so gering, daß diese Messung keinen störenden oder auch nur merklichen Einfluß auf das kontrollierte Raumklima haben kann.

Gemäß weiterer Erfindung kann die beschriebene Naturkonvektion sogar ohne gesonderten Energieaufwand aufrechterhalten werden, wenn als Heizplatte eine Metallplatte, z. B. aus gesintertem Aluminium, vorgesehen wird, die auf der Außenfläche, speziell auf der Außenseite des Kanals, mit einer schwarzen Schicht be deckt ist, so daß die Platte bereits durch das Tageslicht in geringerem Maße wärmer als ihre Umgebung wird. Vorzugsweise kann die Heizplatte zugleich mit einem Temperaturfühler kombi niert werden, der seine Signale an die Regelteile der erfin dungsgemäßen Raumklimatisierung weiterleitet.

Gemäß noch weiterer Erfindung wird als Kanal zwischen Multi sensor und Heizplatte ein sich in Richtung auf den Multisensor verjüngender Trichter vorgesehen, dessen Lufteinlaß bzw. -ein gang bei annähernd vertikal positionierter Heizplatte - der Richtung der Konvektion entsprechend - an der Unterkante der Heizplatte und dessen Luftauslaß bzw. -ausgang an der Oberkan te der Heizplatte vorgesehen wird. Vorzugsweise kann die Heiz platte die große Öffnung des Trichters annähernd überdecken. Während hiernach die Heizplatte vor der großen Öffnung des Trichters steht, soll der Multisensor oder dergleichen vor der kleinen Trichteröffnung angeordnet werden. Hierbei ist es vor teilhaft, wenn zwischen der zum Multisensor hin gewandten kleinen Trichteröffnung und dem Sensor selbst ein Spalt frei gehalten, durch den ein Teil der durch den Trichter durch Kon vektion zuströmender Luft ausströmen und dem Multisensor - be vorzugt verwirbelt -umspülen kann.

Vorzugsweise soll im vorstehenden Fall der Trichter in einer zur Heizplatte hin im wesentlichen offenen Dose so angeordnet werden, daß die Trichterspitze in die Dose weist und (mit Ab stand) vor dem, insbesondere am Dosenboden befestigten, Mul tisensor endet, kann es vorteilhaft sein, zwischen dem der Heizplatte zugewandten Trichterrand und der jeweils angrenzen den Umfangswand der Dose im Bereich von konvektivem Lufteinlaß und Luftauslaß der Anordnung einen Spalt zum Durchtritt der durch die Trichterspitze in Richtung Multisensor ausgetretenen Luftteile vorgesehen wird.

Eine weitere Verbesserung der Anordnung kann dadurch erreicht werden, daß man dem Trichter eine tragflächenartige Innenform gibt, derart, daß in den Trichter einströmende Luft in Rich tung auf die Trichterspitze und damit in Richtung auf den Mul tisensor gelenkt wird. Hierbei können die Trichterflächen bei annähernd vertikaler Anordnung der Heizplatte derart unsymme trisch ausgebildet werden, daß sie die von unten zuströmende Luft tragflächenartig zunächst in Richtung auf die Trichter spitze und dann die (dort z. B. reflektierte) Luft tragfläche nartig zum oberen Spalt zwischen Heizplatte und Trichter lei ten.

Gemäß noch weiterer Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung zur Raumklimatisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltpa rametern vorgeschlagen, bei dem eine dem Idealzustand nachemp fundene Luftqualität einschließlich der ganzheitlichen Neben faktoren der Behaglichkeit, wie Geräusche und Gerüche sowie Wärmestrahlung, durch Zudosieren eines Sauerstoff-Duftgemi sches, insbesondere in Verbindung mit Heizungs-, Klima- und/oder Lüftungsanlage, eingestellt wird. Auf diese Weise lassen sich in Abhängigkeit von der Luftqualität des jeweils zu kontrollierenden Innenraums und eines Behaglichkeits-Pro gramms dem kontrollierten Raum Außenluft oder Umluft unter Zu dosierung von Sauerstoff oder dergleichen sowie bestimmter Duftstoffe und sogenannter Umweltgeräusche zuführen. Je nach Programm können die Duftstoffe oder dergleichen logisch mit Umweltgeräuschen kombiniert werden, so daß sich beispielsweise die Illusion eines taufrischen Morgens mit Vogelgezwitscher ergibt.

Vorzugsweise kann nach dem beschriebenen Verfahren in Abhän gigkeit von der gemessenen Luftqualität und dem physiologi schen Befinden der Personen im jeweilig kontrollierten Raum eine Raumklimatisierung der beschriebenen Art sogar durch Bildsignale und/oder durch Zuführung von gefiltertem Licht er gänzen. Es ist hierdurch beispielsweise möglich, mittels eines Synthesizer und eines Videosystems ein über einen Wahlschalter ausgewähltes Programm sowie gegebenenfalls mittels eines Anwe senheitssensors nachempfundene bzw. aufgezeichnete Szenen des menschlichen Lebens - simuliert mittels Lautsprecher- sowie Monitorsystems wieder zu geben. Ein Anwesenheitssensor erlaubt es, die Raumklimatisierung in Abhängigkeit von der Anzahl der kontrollierten im Raum anwesenden Personen zu regeln bzw. de ren Vorlieben entsprechend zu simulieren, wobei die Personen über ein selektives Identifikationssystem - z. B. über Chipkar te und Fernleser, durch Transponder-System oder dergleichen - einzeln erkannt werden können.

Schließlich können bei Verwendung des mindestens zwei ver schiedene Umweltparameter jeweils zugleich erfassenden Multi sensors als Fühler durch den Multisensor mit nachgeschalteter Fuzzyregelung und entsprechenden Algorithmen eine vorgegebene Raumluftkonzentration sowie eine angemessene, wählbare Luft ionisierung und/oder Wasserdampfsättigung eingestellt und dadurch beispielsweise einer negativen Veränderung des Blut-pH-Wer tes und einer Konzentrationsschwäche begegnet werden.

Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung werden Einzel heiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 1a ein Blockbild eines Multisensors mit Schaltung;

Fig. 2 eine Sensormatrix in der Draufsicht;

Fig. 3 der schematische Aufbau eines Multisensors;

Fig. 4 der Funktionsaufbau eines Multisensors;

Fig. 5 ein Blockbild einer Gesamteinrichtung zur Raum klimatisierung; und

Fig. 6 eine im wesentlichen senkrecht verlaufenden Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Meß dose mit Multisensor.

Fig. 1 und 1a zeigen in Blockdarstellung ein erfindungsgemäßes Lösungsprinzip. Ein Fuzzyregler 1, welcher mittels vorgegebe ner Algorithmen eine Nachbildung der die Umwelt betreffenden menschlichen Regelstrecke, z. B. "Nervenzellen im vierten Ven trikel - Lungenvagus - Halsschlagader - Aorta - Lungenspan nungssensoren", erlaubt, wird selbsttätig am Dateneingang 2 mit Daten aus dem kontrollierten Raum und am Datenausgang 3 mit Daten aus dem Außenraum (außerhalb des kontrollierten Raums) versorgt. Außerdem besitzt der Fuzzyregler 1 einen Da teneingang 4 für eine manuelle Einstellung, Programmwahl, Prioritätenveränderung oder dergleichen. Die Daten aus dem kontrollierten Raum werden mit Hilfe eines Multisensors 5, der Angaben über die Luftzusammensetzung und eventuell über die Innentemperatur (Ti) liefert, sowie von einem Anwesenheitssen sor 6, der Angaben zur Zahl der im kontrollierten Raum befind lichen Personen macht, ermittelt. Bei den Daten aus dem Außen raum handelt es sich beispielsweise um die Außentemperatur (Ta) und die relative Luftfeuchte (F) und die Windgeschwindig keit. Außerdem kann hierzu die Tageszeit gehören.

Am Dateneingang 4 können die Prioritäten der Einzelwerte der Dateneingänge 2 und 3 eingestellt bzw. verändert werden. Au ßerdem und vor allem können am Dateneingang 4 bestimmte Pro gramme, auch tageszeitabhängig, eingestellt werden, z. B.: Mor genandacht, Vormittagshektik, auf dem Markt, Lunchtime, Kaffee-/Teatime, Nachhausegehweg, geruhsamer Abend in der Kneipe usw. In die Programme können auch lokale Faktoren einbezogen wer den, z. B.: Bergsee, Wasserfall, Seegeräusche, Stadt, Dorf, Italien, Kanada, China usw. Die Programme können nicht nur Ge räusche, sondern auch Duftstoffe und Bilder umfassen. Geräu sche, Duftstoffe und Bilder können logisch kombiniert werden. In den Programmen kann die Möglichkeit vorgesehen werden, die Stimmungen im Tagesablauf wiederzugeben. Eigene Aufzeichnungen von Geräuschen und/oder Bildern können manuell oder automa tisch in die Programmwahl eingegeben werden.

Alle diese Einflußgrößen an den Dateneingängen 2 bis 4 werden im Fuzzyregler 1 unter Einsatz der jeweiligen Algorithmen ver arbeitet und über einen Datenausgang 7 auf die jeweiligen Stellglieder, Antriebe usw. weitergeleitet, so daß sich in dem Raum ein Klima nach Wahl - gemeint ist ein Klima im allgemein sten Sinne, das nicht nur Luftzusammensetzung und Temperatur sowie Feuchtigkeit, sondern auch Geräusche und Bilder sowie Düfte umfassen kann - eingestellt wird.

Fig. 1a weist in diesem Zusammenhang hin auf Regelkreise 8 mit Stellgliedern, eine Regelstrecke 9 mit Algorithmen der Regel strecke "Mensch" und auf Vorgaben 10, z. B. betreffend Ti (In nentemperatur), F (relative Luftfeuchte), O₂ (Sauerstoffge halt), N₂ (Stickstoffgehalt) und CO₂ (Kohlendioxidgehalt).

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer insgesamt mit 11 bezeichneten Sensormatrix, die aus einer Vielzahl von Rezep torzellen 12 besteht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die für unterschiedliche Gase empfindlichen Rezeptor zellen 12 mit unterschiedlichen Symbolen 13 für Sauerstoff, 14 für Stickstoff und 15 für CO₂ bezeichnet. Die Sensormatrix 11 weist an ihrer dem zu prüfenden Gas zugewandten Außenseite 16 (Fig. 3) entsprechend verschiedene ionen-selektive Membranen als Rezeptoren 13 bis 15 auf. Jede der Membranen reagiert auf ein bestimmtes Gas.

In einem Ausführungsbeispiel wurden jeweils 120 Rezeptoren 13, 14 bzw. 15 für Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid verwen det, welche in der Sensormatrix 11 vereinigt wurden. Jeder dieser Rezeptorzellen wird eine Meßzelle 17 (Fig. 4) zugeord net. Jede der Meßzellen 17 besitzt eine Arbeitselektrode 18 und einen Ausleseelektronik für den potentiometrischen und den amperometrischen Bereich, so daß die Zelle von außen in ver schiedene Betriebszustände geschaltet werden kann. Der Sensor matrix 11 wird nach Fig. 4 eine Referenzelektrode 20 zugeord net, die von außen zu Simulationszwecken zugänglich ist. Un mittelbar an der Matrix bzw. an jeder Zeile und Spalte von de ren Zellen befindet sich eine Steuerlogik 21, 22. Veränderun gen der Umgebungstemperatur können durch eine integrierte, di rekte Heizung 23 an den Wänden der jeweiligen Meßzelle 17 kom pensiert werden. Direkt am Ausgang jeder Meßzelle 17 befindet sich ein Impedanzwandler 24, so daß die nachgeschaltete Steu erlogik 21, 22 ohne Verluste an einen Signalbus 25 angeschlos sen werden kann.

Eine Gesamtanlage zur Erzeugung eines Mikroklimas kann nach der Erfindung aus den in Fig. 5 angegebenen Komponenten beste hen. Hiernach werden auf den Fuzzyregler 1 ein Multisensor 5, ein Anwesenheitssensor 6, ein Programmwahlschalter 31, eine Schaltuhr 32, ein Innen- und Außenmikrofon 33, ein Lautspre chersystem 34, ein Duftspender 35 (im Gebäude/Raum) und eine Videokamera 36 sowie ein Videorecorder 37 mit Monitor 38 zugeordnet. Der Datenausgang 7 des Fuzzyreglers kann über einen Audio/Synthesizer und ein Schaltmodul 40 zur Ansteuerung der diversen Stellglieder 41 bzw. Motoren vorgesehen werden. Zu diesen Stellgliedern gehören Klappen, Sauerstoffspender, Ventilatoren, Beleuchtung, Heizung, Klima und Lüftung usw.

Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines bereits in Fig. 3 angedeuteten Kanals 51, der zwischen einem aus Sen sormatrix 11, Meßzellen 52 und Steuerelektronik 21, 22 beste henden Multisensor 5 und einer Heizplatte 53 aufgespannt wird und durch den ein Luftstrom 54 mit den diversen, zu kontrol lierenden Substanzen fließt, die wie in Fig. 2 mit den Symbo len 13 bis 15 bezeichnet werden. Nach Fig. 6 kann der Kanal 51 zwischen Multisensor 5 und Heizplatte 53 als Trichter 55 aus gebildet werden, der sich von der Heizplatte 53 in Richtung auf den Multisensor 5 verjüngt, derart, daß die Öffnung 56 an der Trichterspitze 57 mit geringem Abstand a vor dem Multisen sor 5 liegt. Der Abstand a wird so groß gemacht, daß nur ein Teil, z. B. größenordnungsmäßig 1/4 bis 3/4 des in den Trichter gerichteten Luftstroms 54, innerhalb des Trichters und der Rest der Luft außerhalb des Trichters weiterfließt.

An der Unterkante 58 der Heizplatte 53 wird ein Eingangs schlitz 59 für den Luftstrom 54 sowie an der Oberkante 60 der Heizplatte 53 ein Auslaßschlitz 61 für die aus dem Kanal 51 bzw. Trichter 55 abströmende Luft 62 freigehalten.

Im Ausführungsbeispiel wird außerdem zwischen dem der Heiz platte 53 zugewendeten größten Trichterumfang 63 am oberen Trichterrand (maximalen Trichterdurchmesser, Trichtereinlaß) je ein Durchgang 64 (unten) und 65 (oben) frei gelassen, der es erlaubt, daß die in den Trichter 55 eingeströmte Luft durch die Trichterspitze 57 auf den Multisensor 5 strömen und sich dort verwirbeln kann und dann auf einem Weg 66 außerhalb des Trichters 55 entweder zum unteren Durchlaß 64 oder zum oberen Durchlaß 65 fließen kann. Diese Wege 66 außerhalb des Trich ters sind besonders dann von Bedeutung, wenn der Trichter 55 und der sich vor dessen Spitze 57 befindliche Multisensor 5 in einer Meßdose 67, nach Art einer Unterputzdose der Elektroin stallation, in einer Wand 68 angeordnet sind.

Um zu erreichen, daß ein Luftstrom 54 nennenswerten Volumens pro Zeiteinheit durch Naturkonvektion durch den Trichter 55 strömt, wird die vor dem Trichter befindliche Heizplatte 53 auf ihrer Außenfläche mit einer schwarzen Schicht 69 ausge stattet. Auch die Innenfläche der Heizplatte 53 und die Innen flächen des Trichters 55 können geschwärzt werden, damit in nerhalb des Trichters eine störende Lichtreflexion unterdrückt wird. Alternativ kann es auch günstig sein, diese Innenflä chen, insbesondere die Innenfläche der Heizplatte 53, zur Re flexion von Licht durch die Meßluft 54 zu verspiegeln.

Um den in den Kanal 51 bzw. den Trichter 55 gerichteten Luft strom 54 möglichst in Richtung auf die Trichterspitze 57, also auf den Multisensor 5 zu leiten, ist es vorteilhaft, wenn die Trichterwandung eine entsprechende Tragflächenform besitzt. Die Tragflächenform auf der unteren, dem Eingangsschlitz 59 benachbarten Trichterseite kann dabei in geringem Maße anders als die Tragflächenform des Trichters auf seiner dem Auslaß schlitz 61 zugewandten Seite sein, um zu erreichen, daß die Luft zunächst in Richtung Multisensor 5 umgelenkt und - inso weit sie im Trichter selbst zurückfließt - längs der Trichter wandung nach oben geleitet wird.

In einem Ausführungsbeispiel war die Heizplatte 53 etwa qua dratisch, wie ein Schalter der Elektroinstallation, geformt. Unter der Heizplatte 53 befand sich eine runde Meßdose 67, in der der Trichter 55 mit Multisensor 5 positioniert war. In Bü ro- oder Tagungsräumen bzw. in Wohnungen soll das Meßgerät nach Fig. 6 bevorzugt in einer Höhe von etwa 160 bis 180 cm über Boden angebracht werden. In Fahrzeugen bzw. Flugzeugen kann ein äquivalentes Meßgerät am/im Armaturenbrett bzw. in der Nähe des Fahrzeug- bzw. Flugzeugführers angebracht werden.

Es wird eine Einrichtung zur Raumklimatisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltparametern beschrieben. Um zu erreichen, daß zu jedem Zeitpunkt eine dem Natürlichen nachempfundene Luftqualität in einem kontrollierten Raum einschließlich der ganzheitlichen Nebenfaktoren der Behaglichkeit, wie Geräusche und Gerüche so wie Wärmestrahlung ohne wesentlichen Energieaufwand und mög lichst verzögerungsfrei erreicht werden, wird als Fühler ein mindestens zwei verschiedene der zu regelnden Umweltparameter jeweils zugleich erfassender Multisensor vorgesehen.

Bezugszeichenliste

1

Fuzzyregler

2

Dateneingang aus dem kontrollierten Raum

3

Dateneingang aus dem Außenraum

4

Dateneingang einer manuellen Einstellung

5

Multisensor

6

Anwesenheitssensor

7

Ausgang von (

1

)

11

Sensormatrix

12

Rezeptorzelle (

11

)

13

Sauerstoffrezeptor

14

Stickstoffrezeptor

15

Kohlendioxidrezeptor

16

Außenseite (

11

)

17

Meßzelle

18

Arbeitselektrode

20

Referenzelektrode

21,

22

Steuerelektronik

23

Heizung

24

Impedanzwandler

25

Signalbus

31

Programmwahlschalter

32

Schaltuhr

33

Innen- und Außenmikrofon

34

Lautsprechersystem

35

Duftspender

36

Videokamera

37

Videorecorder

38

Monitor

39

Audio-Synthesizer

40

Schaltmodul

41

Stellglieder

51

Kanal

52

Meßzellenmatrix

53

Heizplatte

54

Luftstrom

55

Trichter

56

Öffnung (

57

)

57

Trichterspitze

58

Unterkante (

53

)

59

Einlaßschlitz

60

Oberkante (

53

)

61

Auslaßschlitz

62

abströmende Luft

63

größter Trichterumfang

64

unterer Schlitz

65

oberer Schlitz

66

äußerer Luftstrom

67

Meßdose

68

Wand

69

schwarze Schicht

Claims

1. Einrichtung zur Raumklimatisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltparame tern, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler ein mindestens zwei verschiedene Umweltparame ter jeweils zugleich erfassender Multisensor (5) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multisensor (5) eine Sensormatrix (11) mit ionen- und/oder licht-selektiven Rezeptorzellen für mindestens zwei verschiedene zu messende Umweltparameter, wie Temperatur, Luftfeuchte, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlendioxid (13, 14, 15), insbesondere ohne Einfluß auf die Meßstrecke, umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multisensor (5) eine Vielzahl von Rezeptorzellen (12) für jeden zu kontrollierenden Umweltparameter umfaßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Multisensor (5) ein Fuzzyregler (1) nachgeschaltet ist und daß zwischen Multisensor (5) und Fuzzyregler (1) eine je der Rezeptorzelle (12) des Multisensors zugeordnete Verstär kerschaltung (24), insbesondere um vagabundierende Ströme und Spannungsabfälle zu vermeiden, und eine Arbeitselektrode (18) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fuzzyregler (1) vorgesehen ist, welcher mittels Algo rithmen eine Nachbildung der menschlichen Regelstrecke von Nervenzellen im vierten Ventrikel - Lungenvagus, Halsschlag ader, Aorta, Lungenspannungssensoren - erlaubt, derart, daß zu jedem Zeitpunkt eine für den Menschen optimale Verteilung der Umweltparameter bzw. Luftqualität einzustellen ist.

6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch abhängig von einem gewählten Programm (4) wirksame Mittel zum Zudosieren von Duftstoffen und/oder Geräuschen und/oder Bil dern.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen Anwesenheitssensor (6) zum Ermitteln der Anzahl der Per sonen, welche sich im Raum bzw. im Einflußbereich der Raumkli matisierung befinden und/oder zur Identifikation der Person nach deren Vorlieben und Verhaltensweisen mittels einen Iden tifizierungssystems beispielsweise per Chipkarte mit Fernaus löser oder per Transponder-System.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Multisensor (5) außer aus der aus ionen-licht selektiven Rezeptorzellen (12) gebildeten Sensormatrix (11) und einer Meßzellenmatrix (52) mit jeder Rezeptorzelle (12) zugeordneter Meßzelle einer Steuerlogik (21, 22) besteht.

9. Einrichtung zur Raumklimatisierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltparame tern, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines mindestens zwei verschiedene Umwelt parameter jeweils zugleich erfassenden Multisensors (5) als Fühler der Multisensor an einer Längsseite eines Kanals (51) angeordnet ist, dessen dem Sensor (5) gegenüberliegende andere Längsseite durch eine Heizplatte (53) zum Erzeugen bzw. Verstärken einer Luftkonvektion (54) durch den Kanal (51) begrenzt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizplatte (53) eine Metallplatte, z. B. aus gesinter tem Aluminium, vorgesehen ist, die auf der vom Kanalinnern ab gewandten Außenfläche mit einer schwarzen Schicht (69) verse hen ist, so daß die Platte durch Lichtstrahlung erwärmt wird, vorzugsweise mit Verspiegelung der Heizplatte (53) auf der Ka nalinnenseite.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizplatte (53) ein Temperaturfühler mit Verbindung zum Regler (1) zugeordnet ist.

12. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kanal (51) zwischen Multisensor (5) und Heizplatte (53) ein sich in Richtung auf den Multisensor verjüngender Trichter (55) vorgesehen ist und daß ein dessen Lufteinlaß schlitz (59) des Trichters (53) bei annähernd vertikal posi tionierter Heizplatte, der Konvektion entsprechend - an der Unterkante (58) der Heizplatte (53) und ein Luftauslaßschlitz (61) des Trichters an der Oberkante (60) der Heizplatte, je weils mit einem Luftdurchlaßspalt jeweils an einem Spalt zwi schen Heizplatte (53) und größtem Trichterumfang (63), vorge sehen sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zum Multisensor (5) hin gewandten kleinsten Trichteröffnung (56) und dem Sensor (5) selbst ein Spalt (a) vorgesehen ist, durch den ein Teil (66) der in den Trichter (55) durch Konvektion zuströmenden Luft (54), vorzugsweise am Sensor (5) verwirbelt, ausströmt.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter (55) in einer zur Heizplatte (53) hin im we sentlichen offenen Meßdose (67) mit der Trichterspitze (57) mit Abstand (a) zugeordnetem Multisensor (52) angeordnet ist und daß zwischen dem der Heizplatte (53) zugewandten größten Trichterumfang (63) und der jeweils angrenzenden Umfangswand der Dose (67) im Bereich des Lufteinlaßschlitzes (59) und des Luftauslaßschlitzes (61) der Anordnung je ein Schlitz (64, 65) zum Durchtritt der durch die Trichterspitze (57) ausgetretenen Luftteile (66) vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter (55) eine tragflächenartige Innenform be sitzt, derart, daß der in den Trichter gerichtete Luftstrom (54) in Richtung auf die Trichterspitze (57) und damit auf den Multisensor (5) zu leiten ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichterflächen bei annähernd vertikaler Anordnung der Heizplatte (53) derart unsymmetrisch ausgebildet sind, daß sie die von unten zuströmende Luft (54) tragflächenartig auf die Trichterspitze (57) und dabei auf den Multisensor (5) lenken und die im Trichter nach oben abströmende Luft (62) tragflächenartig auf den oberen Schlitz (61) zwischen Heizplatte (53) und Trichter (55) lenken.

17. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur die von dem Multisensor (5) abgewandte Außenfläche der Heizplatte (53), sondern auch die dem Multisensor (5) zugewendete Fläche der Heizplatte und/oder die Innenfläche des Trichters (55) mit einer schwarzen Schicht bedeckt sind.

18. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die den Multisensor (5) mit Trichter (55) unter davor liegender Heizplatte (53) aufnehmende Meßdose (67) nach Art einer von der Elektroinstallation her bekannten zylindrischen Unterputzdose ausgebildet ist.

19. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdose (67) in einer annähernd vertikalen Wand (68) eines zu klimatisierenden Raums installiert ist und daß die Heizplatte (53) etwa wie der Schalter einer Elektroinstallati on, insbesondere rechteckig oder quadratisch, mit Abstand über der Dose liegt, so daß zwischen der Unterkante (58) der Heizplatte (53) die zu prüfende Luft in den Trichter (55) einfließt und zwischen Oberkante (60) der Heizplatte und angrenzender Wand (68) wieder austritt.

20. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung zur Raumklimati sierung mit Fühlern, Reglern und Dosierern zum Messen, Regeln bzw. Einstellen von Umweltparametern, insbesondere nach minde stens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Idealzustand für den Menschen nachempfundene Luftqualität einschließlich der ganzheitlichen Nebenfaktoren der Behaglichkeit, wie Geräusche und Gerüche sowie Wärmestrah lung durch Zudosieren eines Sauerstoff-Duftgemisches, insbe sondere in Verbindung mit einer Heizungs-, Klima- und/oder Lüftungsanlage, eingestellt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Luftqualität und dem physiolo gischen Wohlbefinden im jeweilig kontrollierten Raum eine Raumklimatisierung durch gesteuerten Außenlufteintritt, durch Mischung der Außen- und Innenluft, durch Zuführung von Sauer stoff, Duftstoff sowie von Geräuschen bzw. Bildszenen und/oder durch Zuführung von gefiltertem Licht, einstellt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Synthesizer (39) und eines Videosystems (36 bis 38) ein über einen Programmschalter (4) ausgewähltes Pro gramm sowie gegebenenfalls mittels eines Anwesenheitssensors (6) Szenen des menschlichen Lebens - simuliert z. B. mittels Lautsprecher- sowie Monitorsystems - nachempfundene bzw. auf gezeichnete Szenen wiedergegeben werden.

23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines mindestens zwei verschiedene Umwelt parameter jeweils zugleich erfassenden Multisensors (5) als Fühler durch den Multisensor mit nachgeschalteter Fuzzyrege lung (1) und entsprechenden Algorithmen eine vorgegebene Raum luftkonzentration sowie eine angemessene, wählbare Luftioni sierung und/oder Wasserdampfsättigung eingestellt werden und dadurch einer negativen Veränderung des Blut-PH-Wertes und ei ner Konzentrationsschwäche begegnet wird.

24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumklimatisierung auch in Abhängigkeit von der Anzahl der im kontrollierten Raum anwesenden Personen und deren Zu ordnung zu vorgegebenen Behaglichkeitsparametern geregelt wird.