DE19835024A1 - Control of climatic conditions within a sauna cabin used by a variable number of people uses a fuzzy logic based technique - Google Patents
Control of climatic conditions within a sauna cabin used by a variable number of people uses a fuzzy logic based techniqueInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimasteuerung und/oder -regelung in einem ge schlossenen Raum. Insbesondere wenn dieser geschlossene Raum eine Saunakabine ist, werden zur Einstellung eines als erwünscht vorbestimmten Raumklimas verschiede ne Klimafaktoren und insbesondere Temperatur und Feuchte berücksichtigt. Je nach Saunabetriebsart werden unterschiedliche Temperatur- und Feuchtewerte eingestellt. Für eine sog. finnische oder Trockensauna sind die Temperaturwerte beispielsweise re lativ hoch und die Feuchtewerte sehr gering. Für eine Dampfsauna liegen die Tempera turwerte dagegen eher in einem mittleren Bereich, wie auch die Feuchtewerte. Dies gilt analog für weitere Saunabetriebsarten. Zur Einstellung des der jeweiligen Saunabe triebsart entsprechenden Raumklimas werden Ist-Werte zumindest für Temperatur und Feuchte ermittelt und mit vorgegebenen Soll-Werten für die jeweilige Saunabetriebsart verglichen. Soll- und Ist-Werte werden durch Steuerung und/oder Regelung einer Hei zeinrichtung und einer Verdampfereinrichtung aneinander angeglichen. Bei sogenann ten Aufgüssen innerhalb der Saunakabine kann auf ein Abgleichen, beispielsweise der dadurch ansteigenden Feuchtewerte im Hinblick auf vorgegebene Soll-Feuchtewerte zumindest für eine gewisse Zeit verzichtet werden.The invention relates to a method for climate control and / or regulation in a ge closed room. Especially if this closed room is a sauna room is different for setting a room climate predetermined as desired ne climate factors and especially temperature and humidity are taken into account. Depending on Sauna operating mode, different temperature and humidity values are set. For a so-called Finnish or dry sauna, the temperature values are, for example, right relatively high and the moisture values very low. The tempera is for a steam sauna However, the temperature values tend to be in a medium range, as are the moisture values. this applies analog for other sauna operating modes. For setting the respective sauna hub Room climate corresponding to the drive type are actual values at least for temperature and Moisture determined and with specified target values for the respective sauna operating mode compared. Setpoint and actual values are controlled and / or regulated by a heater zeinrichtung and an evaporator aligned. With so-called th infusions in the sauna cabin can be adjusted, for example thereby increasing moisture values with regard to predetermined target moisture values be dispensed with at least for a certain period of time.
Die beschriebene Klimasteuerung und/oder -regelung ist aus der Praxis, insbesondere für Saunakabinen, bekannt und stellt in der Regel ein relativ komplexes System dar. Bei dem zugehörigen Raumklima ist zu beachten, daß dies nicht exakt mathematisch be schreibbar oder durch ein entsprechendes Modell wiedergegeben werden kann. Damit ein Raumklima als angenehm für die Saunabenutzer empfunden wird, spielen eine Rei he subjektiver Empfindungen und individueller Gewohnheiten der Saunagäste eine Rolle. Dabei gibt es allerdings durchaus je nach Saunabetriebsart bestimmte Raumkli mata, die nahezu von allen Badegästen als angenehm empfunden werden. Ein solches als angenehm empfundenes Raumklima kann durchaus für einen bestimmten Tempera tur- und/oder Feuchtebereich vorliegen, so daß eine einfache Regel beispielsweise lau ten könnte: "Ist die Temperatur in einem höheren Bereich und die absolute Feuchte ge ring, dann ist das Raumklima angenehm." The described climate control and / or regulation is from practice, in particular for sauna cabins, known and usually represents a relatively complex system The associated indoor climate should be noted that this is not exactly mathematically can be written or reproduced by a corresponding model. In order to a room climate is perceived as pleasant for the sauna user, play a role he subjective feelings and individual habits of the sauna guests Role. However, there are certain room climates depending on the sauna operating mode mata that almost all bathers find pleasant. Such one a pleasant indoor climate can certainly be for a certain tempera ture and / or humidity range are present, so that a simple rule, for example, lukewarm could: "Is the temperature in a higher range and the absolute humidity ge ring, then the indoor climate is pleasant. "
Solchen subjektiven Empfindungen und individuellen Gewohnheiten der Saunagäste ist durch bekannte Klimasteuerungen und/oder -regelungen gar nicht oder nur in sehr be grenztem Umfang entsprechbar, da bestimmte Temperatur- und Feuchtewerte vorge geben und eingeregelt werden, wobei die Einregelung für jeden Klimafaktor einzeln und ohne Berücksichtigung des anderen Klimafaktors erfolgt. Dadurch wird stetig ein Raumklima eingeregelt, das durch einen bestimmten Temperatur und einen bestimmten Feuchtewert vorgegeben ist.Such subjective sensations and individual habits of the sauna guests through known climate controls and / or regulations not at all or only in very be limited extent accordingly, since certain temperature and humidity values are pre-set give and be regulated, the regulation for each climate factor individually and without considering the other climate factor. This will keep one Room climate regulated by a certain temperature and a certain Humidity value is specified.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Klimasteue rung und/oder -regelung bezüglich der Berücksichtigung des Zusammenspiels von zu mindest Temperatur und Feuchte zur Einstellung eines als angenehm empfunden be stimmten Raumklimas zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß im Zu sammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß eine Fuzzy-Logik Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Werten von fuzzifi zierten Klimafaktoren durch Abgabe von Signalen zur Steuerung und/oder Regelung der Heiz- und Verdampfereinrichtung zum Erhalt oder zur Einstellung eines vorbestimm ten, gegebenenfalls fuzzifizierten Raumklimas vermindert.The invention is therefore based on the object, the climate control mentioned above regulation and / or regulation regarding the consideration of the interplay of at least temperature and humidity to set a be perceived as pleasant agreed to improve indoor environments. This object is inventively in the To connection with the features of the preamble of claim 1 thereby solved that a fuzzy logic deviations between target and actual values of fuzzifi adorned climate factors by emitting signals for control and / or regulation the heating and evaporating device for obtaining or for setting a predetermined ten, possibly fuzzified indoor climate reduced.
Eine Fuzzy-Logik bzw. ein Fuzzy-Steuer- und -Regelwerk hat sich seit mehreren Jahren in der Automatisierungs- und Regelungstechnik etabliert. Insbesondere bei Ablaufen, die sich nur schwer mathematisch beschreiben lassen oder für die es oftmals kein ma thematisches Modell gibt, kommt die Fuzzy-Logik zum Einsatz. Durch Fuzzy-Logik las sen sich insbesondere Erfahrungswerte bei der Klimatisierung eines geschlossenen Raums, wie beispielsweise einer Saunakabine berücksichtigen, die auch als "Expertenwissen" bezeichnet werden. Dieses Expertenwissen kann beispielsweise durch Diagramme realisiert sein, die für jede Saunabetriebsart entsprechende Wertebe reiche für Temperatur und Feuchte für ein als angenehm empfundenes Raumklima wie dergeben. In diesen Erfahrungswerten spiegelt sich das subjektive Empfinden bzw. die individuellen Gewohnheiten der Saunagäste wieder, so daß diese bei der Klimasteue rung und/oder -regelung berücksichtigt werden. Da die Fuzzy-Logik mit unscharfen Mengen und gegebenenfalls auch unscharfen Variablen arbeitet, ergibt sich ein als an genehm empfundenes Raumklima, nicht nur bei einem bestimmten Feuchte- und/oder Temperaturwert, sondern für bestimmte miteinander zusammenhängende Temperatur- und Feuchtewerte. Fuzzy logic or a fuzzy control system has been around for several years established in automation and control technology. Especially when it comes to expiries, which are difficult to describe mathematically or for which there is often no ma fuzzy logic is used. Read through fuzzy logic In particular, experience with air conditioning a closed Space, such as a sauna room, which is also considered "Expert knowledge" are called. This expert knowledge can, for example can be realized by means of diagrams, the values corresponding to each sauna operating mode enough for temperature and humidity for a pleasant indoor climate like give. These empirical values reflect the subjective feeling or the individual habits of the sauna guests again, so that these with climate control tion and / or regulation are taken into account. Because the fuzzy logic is out of focus Sets and possibly also fuzzy variables, results in a pleasant perceived indoor climate, not only with a certain humidity and / or Temperature value, but for certain interrelated Temperature and humidity values.
Das Vorangehende spiegelt sich wider in z. B. der folgenden Regel:
"Wenn die Temperatur nicht zu hoch und die absolute Feuchte gering ist, dann ist das
Klima angenehm."The foregoing is reflected in e.g. B. the following rule:
"If the temperature is not too high and the absolute humidity is low, the climate is pleasant."
Dabei werden die sogenannten linguistischen Variablen, wie "Temperatur nicht zu hoch" oder "Feuchte gering" durch unscharfe Mengen wiedergegeben. Ob ein entsprechender Temperatur- oder Feuchtewert in seiner zugehörigen unscharfen Menge liegt, wird durch einen prozentual angegebenen Zugehörigkeitsgrad des entsprechenden Wertes zu dieser Menge wiedergegeben. Beispielsweise könnte ein Temperaturwert von 90°C zu 80% in der unscharfen Menge der nicht zu hohen Temperaturen liegen. Entspre chend könnte ein relativer Feuchtewert von 5%, beispielsweise zu 70% in der zugehöri gen unscharfen Menge der geringen Feuchte liegen. Entsprechend kann auch das Raumklima in sogenannter Weise fuzzifiziert sein, so daß auch ein als angenehm emp fundenes Raumklima durch eine unscharfe Menge wiedergegeben wird. Die vorgenann ten Werte für Temperatur und Feuchte können in diesem Zusammenhang beispielswei se einen Zugehörigkeitsgrad von 80% zur unscharfen Menge des angenehmen Raum klimas für eine finnische Saunabetriebsart aufweisen.The so-called linguistic variables, such as "temperature not too high" or "low humidity" represented by unsharp amounts. Whether a corresponding one Temperature or humidity value is in its associated unsharp amount by a percentage of the corresponding value reproduced to this amount. For example, a temperature value of 90 ° C 80% lies in the fuzzy amount of the not too high temperatures. Correspond A relative humidity value of 5%, e.g. 70% in the blurred amount of low moisture. Accordingly, this can also be done Indoor climate be fuzzified in a so-called manner, so that even a pleasant emp found indoor climate is represented by an unsharp amount. The above In this context, values for temperature and humidity can, for example se a degree of belonging of 80% to the fuzzy amount of the pleasant space have climates for a Finnish sauna mode.
Erfindungsgemaß ist es möglich, wenigstens Temperatur und Feuchte so einzuregeln, daß bezüglich eines fuzzifizierten Raumklimas beispielsweise zumindest zu 80% ein als angenehm vorgegebenes Raumklima eingestellt wird. Dabei ergibt sich ein gewisser Spielraum zum Einstellen von Temperatur und Feuchte, so daß beispielsweise ein "angenehmes" Raumklima sowohl bei 93°C und 5% relativer Feuchte als auch 92°C und 7% relativer Feuchte vorliegen könnte. Eine Regelung der Temperatur- und Feuchtewerte erfolgt daher nicht unbedingt bis zum Erreichen vorgegebener Soll-Werte für diese Klimafaktoren.According to the invention, it is possible to regulate at least temperature and humidity in such a way that with regard to a fuzzified indoor climate, for example, at least 80% as pleasantly predetermined indoor climate is set. This results in a certain Scope for adjusting temperature and humidity, so that for example a "pleasant" room climate both at 93 ° C and 5% relative humidity and 92 ° C and could be 7% relative humidity. A regulation of temperature and Moisture values therefore do not necessarily occur until predetermined target values are reached for these climate factors.
Allerdings ist es ebenfalls aufgrund der Fuzzy-Logik möglich, vorgegebene Soll-Werte für beispielsweise Temperatur und Feuchte einzuregeln, was bekannterweise gegen über anderen Regelungsarten schneller und im wesentlichen hysteresefrei erfolgt. So kann beispielsweise das fuzzifizierte Raumklima durch die fuzzifizierten Klimafaktoren bestimmt sein und das als angenehm vorbestimmte Raumklima sich durch Einregeln auf die vorgegebenen Soll-Werte der Klimafaktoren ergeben. However, due to the fuzzy logic, it is also possible to have predetermined target values for example for regulating temperature and humidity, which is known to counter over other types of control faster and essentially free of hysteresis. So can, for example, the fuzzified indoor climate due to the fuzzified climate factors be determined and the pleasantly predetermined room climate by regulating itself to the specified target values of the climate factors.
Um festzulegen, was nahezu alle Saunagäste oder wenigstens die Mehrheit der Bade gäste als subjektiv angenehm empfinden oder um deren individuelle Gewohnheiten beim Saunen festzustellen, können die einzuregelnden Soll-Werte der Klimafaktoren zur Einstellung des Raumklimas durch statistische Erhebungen über subjektives Empfinden und individuelle Gewohnheiten einer Vielzahl von Saunabesuchern ermittelt werden.To determine what almost all sauna guests or at least the majority of bathers guests feel subjectively pleasant or for their individual habits determine during saunas, the target values of the climate factors to be regulated Adjustment of the indoor climate through statistical surveys of subjective feelings and individual habits of a large number of sauna visitors can be determined.
Zusätzlich kann es eine Einstellmöglichkeit geben, welche zwischen unterschiedlichen Badegasttypen unterscheidet. Diese Typen von Badegästen können ebenfalls stati stisch ermittelt werden. Dabei fällt z. B. unter "normal" jene Gruppe von Badegästen, welche z. B. 90% der Fläche unter der Gaußschen Normalverteilungskurve (Glockenkurve) als statistische Verteilung in beiden Richtungen aufweist.In addition, there can be a setting option, which can be between different Different types of bathers. These types of bathers can also stati be determined stisch. It falls z. B. under "normal" that group of bathers, which z. B. 90% of the area under the Gaussian normal distribution curve (Bell curve) as a statistical distribution in both directions.
Die Einstellmöglichkeiten können dabei beispielsweise folgendermaßen für drei ver
schiedene Typen von Badegästen ausgebildet sein:
"soft" Diese Gruppe von Badegästen entspricht dem linken Randbereich der
Gaußschen Normalverteilungskurve, welche z. B. 5% der Gesamtfläche
einschließt, wobei diese Badegäste ein extrem mildes Klima bevorzugen;
"normal" Diese Gruppe von Badegästen entspricht 90% der Fläche unter der
Gaußschen Normalverteilungskurve, ausgehend von der Mitte in beide
Richtungen, also jenen Werten mit der höchsten Anzahl mit den als
angenehm bezeichneten Klimawerten;
"extrem" Diese Gruppe von Badegästen entspricht dem rechten Randbereich der
Gaußschen Normalverteilungskurve, welche z. B. 5% der Gesamtfläche
einschließt, wobei diese Badegäste ein extrem heißes Klima bevorzugen,
z. B. 110°C Sauna mit Aufguß.The setting options can be designed, for example, as follows for three different types of swimmers:
"soft" This group of bathers corresponds to the left edge area of the Gaussian normal distribution curve, which z. B. includes 5% of the total area, these bathers prefer an extremely mild climate;
"normal" This group of bathers corresponds to 90% of the area under the Gaussian normal distribution curve, starting from the center in both directions, ie those values with the highest number with the climate values designated as pleasant;
"extreme" This group of bathers corresponds to the right edge of the Gaussian normal distribution curve, which z. B. 5% of the total area, these bathers prefer an extremely hot climate, e.g. B. 110 ° C sauna with infusion.
Solche zusätzlichen Einstellmöglichkeiten sind vor allen Dingen auch für den privaten Bereich wichtig, um den Badegästen Rechnung zu tragen, die nicht unter den als stati stisch ermittelten "normalen" Bereich fallen. Such additional setting options are primarily for private use Area important to take into account the bathers who are not among the stati statistically determined "normal" range fall.
Durch die Fuzzy-Logik sind auch weitere Faktoren, die zusätzlich für die Regelung oder die Steuerung des Raumklimas entscheidend sein können oder dieses zumindest be einflussen, zu berücksichtigen. Solche Faktoren sind beispielsweise die Leistung einer Heizeinrichtung, die Leistung einer Verdampfereinrichtung, die Größe des Raumes, die Anzahl von in dem Raum befindlichen Personen, ein Luftwechsel innerhalb des Rau mes, ein Luftdruck innerhalb des Raumes, eine Beleuchtungsstärke einer Beleuch tungseinrichtung innerhalb des Raumes, gegebenenfalls die Farbe der Beleuchtungs einrichtung, der prozentuale Anteil von Sauerstoff O2 und/oder Stickstoff N2 und/oder Kohlendioxid CO2 der Luft oder dergleichen. Als Beispiel sei angeführt, daß in einer klei nen und beengenden Saunakabine als Raum die ansonsten selben Werte der Klimafak toren zu einem subjektiv empfundenen "erdrückenden und belastenden" Klima im Ge gensatz zu einer größeren Saunakabine, beispielsweise mit einem hohen Luftwechsel, führen können. Ebenso können bestimmte Temperatur- und Feuchtewerte bei einer vollbesetzten Saunakabine subjektiv zu einem unangenehmen Raumklima führen, wäh rend dieselben Werten bei einer nur wenig besetzten Saunakabine als angenehm empfunden werden. All diese weiteren Klimafaktoren, können von der Fuzzy-Logik zur Einstellung eines als angenehm ermittelten Raumklimas berücksichtigt werden.The fuzzy logic also takes into account other factors that may additionally be decisive for the regulation or control of the room climate or at least influence it. Such factors are, for example, the performance of a heating device, the performance of an evaporator device, the size of the room, the number of people in the room, an air change within the room, an air pressure within the room, an illuminance of a lighting device within the room, optionally the color of the lighting device, the percentage of oxygen O 2 and / or nitrogen N 2 and / or carbon dioxide CO 2 of the air or the like. As an example, it should be mentioned that in a small and constricting sauna cabin as a room the otherwise identical values of the climate factors can lead to a subjectively perceived "oppressive and stressful" climate as opposed to a larger sauna cabin, for example with a high air exchange. Likewise, certain temperature and humidity values can subjectively lead to an unpleasant room climate in a fully occupied sauna cabin, while the same values are perceived as pleasant in a sauna cabin that is only sparsely occupied. All these other climate factors can be taken into account by the fuzzy logic for setting a room climate that has been found to be pleasant.
Weiterhin gibt es bestimmte Werte für die Klimafaktoren, die beispielsweise das Herz- Kreislaufsystem belasten oder zumindest als gesundheitsschädlich eingestuft werden können. Die Fuzzy-Logik bietet als weiteren Vorteil, daß auch ein entsprechendes me dizinisches Fachwissen über Raumklima und Gesundheit und insbesondere Herz- Kreislaufsystem berücksichtigt werden kann, indem beispielsweise als gesund oder ge sundheitsfördernd erkannte, vorbestimmte Klimafaktoren eingestellt werden. Dies kann beispielsweise über folgende Regel erfolgen: "Wenn Temperatur und absolute Feuchte hoch, der Luftwechsel gering und der Luftdruck sehr hoch ist, dann ist das Raumklima unangenehm und belastet das Herz-Kreislaufsystem."Furthermore, there are certain values for the climate factors that, for example, the heart Stress the circulatory system or at least be classified as harmful to health can. The fuzzy logic offers another advantage that a corresponding me medical expertise on indoor climate and health and especially cardiac Circulatory system can be considered, for example, as healthy or ge predetermined climate factors recognized to promote health. This can For example, use the following rule: "If temperature and absolute humidity high, the air exchange is low and the air pressure is very high, then the indoor climate uncomfortable and stressful to the cardiovascular system. "
Um beispielsweise den Luftdruck, den Luftwechsel, die Gerüche innerhalb der Sauna kabine oder auch die Beleuchtungsstärke oder Beleuchtungsfarbe innerhalb der Saunakabine zu ändern, kann die Fuzzy-Logik über entsprechende Signale eine Venti lationseinrichtung und/oder eine Geruchsabgabeeinrichtung und/oder eine Beleuch tungseinrichtung steuern. Die entsprechenden Steuersignale ergeben sich als Aus gangsgrößen der Fuzzy-Logik über eine entsprechende Defuzzifizierung der in der Fuz zy-Logik verarbeiteten Variablen bzw. Klimafaktoren unter Berücksichtigung der ent sprechenden Verarbeitungsregeln dieser Klimafaktoren.For example, the air pressure, the air change, the smells inside the sauna cabin or also the illuminance or illuminating color within the To change the sauna cabin, the fuzzy logic can be used to activate a venti lationseinrichtung and / or an odor emission device and / or a lighting control device. The corresponding control signals result as off output variables of the fuzzy logic via a corresponding defuzzification of those in the fuz zy logic processed variables or climate factors taking into account the ent speaking processing rules of these climate factors.
Die entsprechenden Ist-Werte für die zu berücksichtigenden Klimafaktoren können durch zugeordnete Sensoren bestimmt und der Fuzzy-Logik zugeführt werden. Ebenso können direkt Differenzwerte zwischen Soll- und Ist-Werten zugeführt werden. Dies gilt insbesondere für die Temperatur- und Feuchtewerte.The corresponding actual values for the climate factors to be taken into account can determined by assigned sensors and fed to the fuzzy logic. As well difference values between target and actual values can be fed directly. this applies especially for the temperature and humidity values.
Weiterhin ist es möglich, die Eingangs- und Ausgangsgrößen sowohl in digitaler als auch analoger Form durch die Fuzzy-Logik zu verarbeiten, bzw. von dieser abzugeben. Ebenfalls möglich ist, daß einige Eingangsgrößen digital und andere analog eingegeben werden und entsprechend einige Ausgangsgrößen digital und andere analog ausgege ben werden. Die entsprechenden Ausgangsgrößen werden dann durch intelligente Steuerungen weiterverarbeitet. Eine Ausgangsgröße kann beispielsweise eine analoge Soll-Drehzahlvorgabe für einen Lüfter einer Ventilationseinrichtung mit integrierter Dreh zahlregelung sein. Eine weitere Ausgangsgröße kann ein digitales Signal zum Einschal ten von Phasen einer Heizeinrichtung in Sternschaltung sein. Ein anderes analoges Ausgangssignal kann zur Ansteuerung einer Heizeinrichtung mit eigener Regeleinheit dienen.It is also possible to input and output variables in digital as well also to process analog form by the fuzzy logic, or to emit from it. It is also possible that some input variables are entered digitally and others analog and some output variables are output digitally and others analogue be. The corresponding output variables are then determined by intelligent Controls processed. An output variable can, for example, be an analog one Target speed specification for a fan of a ventilation device with integrated rotation be a payment scheme. Another output variable can be a digital signal for switching th of phases of a heater in star connection. Another analog Output signal can be used to control a heating device with its own control unit serve.
Die Feuchte innerhalb der Saunakabine kann als relative oder absolute Feuchte durch eine entsprechende Sensoreinrichtung bestimmt werden und der zugehörige Meßwert kann in analoger oder digitaler Form der Fuzzy-Logik zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.The humidity inside the sauna cabin can be measured as relative or absolute humidity a corresponding sensor device can be determined and the associated measured value can be fed to the fuzzy logic for further processing in analog or digital form become.
Um bei Vorliegen von unangenehmen oder gesundheitsschädlichen Klimafaktoren oder entsprechendem Raumklima die Saunagäste zu warnen, kann eine Alarmeinrichtung von der Fuzzy-Logik in einem solchen Fall angesteuert werden. Eine solche Alarmein richtung kann ein Summer, eine Signalleuchte oder dergleichen sein.To in the presence of unpleasant or unhealthy climate factors or an alarm can be used to warn sauna guests in accordance with the appropriate indoor climate can be controlled by the fuzzy logic in such a case. Such an alarm direction can be a buzzer, a signal lamp or the like.
Um die Fuzzy-Logik mit Werten der entsprechenden Klimafaktoren zu versorgen, kann sie über einen Speicherbereich bzw. eine entsprechende Speichereinrichtung verfügen. Beispielsweise Klimafaktoren, die feste Parameter sind, wie Raumgröße, Leistung der Heizeinrichtung, Anordnung der Heizeinrichtung im Raum, Leistung der Verdampferein richtung, Anordnung der Verdampfereinrichtung im Raum oder dergleichen werden ins besondere bei der Initialisierung der Fuzzy-Logik eingegeben und abgespeichert. Wei terhin kann die Fuzzy-Logik mit einer entsprechenden Auswahleinrichtung zur Auswahl einer Saunabetriebsart verbunden sein.To supply the fuzzy logic with values of the corresponding climate factors, they have a memory area or a corresponding memory device. For example, climate factors that are fixed parameters, such as room size, performance of the Heating device, arrangement of the heating device in the room, power of the evaporators direction, arrangement of the evaporator device in the room or the like are ins especially entered and saved during the initialization of the fuzzy logic. Wei Furthermore, the fuzzy logic can be selected with a corresponding selection device be connected to a sauna mode.
Um beispielsweise nicht stetig die entsprechenden Klimafaktoren zu regeln bzw. zu steuern, kann die Fuzzy-Logik eine Zeittaktschaltung von zumindest Tempera tur- und/oder Feuchte steuern. Auf diese Weise kann unter anderem in Abhängigkeit von einem Personenwechsel innerhalb der Saunakabine, einem Öffnen der Saunakabine, einem Aufguß innerhalb der Kabine oder dergleichen, die Regelung von zumindest Temperatur und/oder Feuchte zeitweise ausgesetzt oder zu bestimmten Zeitpunkten eingeschaltet werden.For example, in order not to constantly regulate or close the corresponding climate factors control, the fuzzy logic can a timing circuit of at least tempera control the temperature and / or humidity. In this way, among other things, depending on a change of person inside the sauna cabin, an opening of the sauna cabin, an infusion inside the cabin or the like, the regulation of at least Temporary exposure to temperature and / or humidity or at certain times be switched on.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren nä her erläutert und beschrieben.In the following the invention is based on the figures enclosed in the drawing forth explained and described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Klimasteuerung und/oder -regelung mit Fuzzy- Logik; Fig. 1 is a schematic illustration of a climate control and / or regulation using fuzzy logic;
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung einer Fuzzy-Logik mit zwei Eingangsgrößen, und Fig. 2 is a diagram showing a fuzzy logic with two input variables, and
Fig. 3 unscharfe Mengen für Temperatur als einer Eingangsgröße der Fuzzy-Logik. Fig. 3 fuzzy sets for temperature as an input to the fuzzy logic.
In Fig. 1 ist prinzipiell ein Fuzzy-Steuer- und -Regelwerk als Fuzzy-Logik 1 dargestellt. Dies weist eine Reihe von Eingängen zur Eingabe von Eingangsgrößen 2 bis 11 auf. Weiterhin weist die Fuzzy-Logik 1 eine Reihe von Ausgängen zur Abgabe von Aus gangsgrößen 12 bis 17 auf. Weitere Eingänge bzw. Ausgänge sind möglich und teilwei se angedeutet.In principle, a fuzzy control and regulation system is shown in FIG. 1 as fuzzy logic 1 . This has a series of inputs for input variables 2 to 11 . Furthermore, the fuzzy logic 1 has a series of outputs for outputting output variables 12 to 17 . Further inputs or outputs are possible and partially indicated.
Die erste Eingangsgröße 2 ist eine Soll-Temperatur für eine Saunakabine, in der ein Raumklima gesteuert und geregelt werden soll. Im Zusammenhang mit der ersten Ein gangsgröße steht die zweite Eingangsgröße 3, die eine Ist-Temperatur oder eine Diffe renz zwischen Soll- und Ist-Temperatur ist.The first input variable 2 is a target temperature for a sauna cabin in which a room climate is to be controlled and regulated. In connection with the first input variable is the second input variable 3 , which is an actual temperature or a difference between the setpoint and actual temperature.
Die nächsten Eingangsgrößen sind in analoger Weise eine Soll-Feuchte 4 und eine Ist- Feuchte 5 bzw. die Differenz aus Soll- und Ist-Feuchte.In an analogous manner, the next input variables are a target humidity 4 and an actual humidity 5 or the difference between the target and actual humidity.
Die nächste Ausgangsgröße 6 kennzeichnet einen Luftwechsel in der Saunakabine und als weitere Eingangsgröße 7 wird ein in der Saunakabine gemessener Luftdruck, der Fuzzy-Logik 1 zugeführt.The next output variable 6 identifies an air change in the sauna cabin and as an additional input variable 7 an air pressure measured in the sauna cabin is fed to the fuzzy logic 1 .
Weitere Eingangsgrößen sind Kabinengröße 8, Leistung 9 einer Heizeinrichtung, Lei stung 10 einer Verdampfereinrichtung und Leistung 11 einer Ventilationseinrichtung.Other input variables are cabin size 8 , power 9 of a heating device, power 10 of an evaporator device and power 11 of a ventilation device.
Bezüglich der verschiedenen Eingangsgrößen und insbesondere im Hinblick auf die Temperatur- und Feuchtewerte sind in der Fuzzy-Logik 1 unscharfe Mengen definiert, siehe beispielsweise Fig. 2 und 3. Diese sind je nach Ausgestaltung der Fuzzy-Logik durch Dreiecke bzw. Trapeze bei linearisierten unscharfen Mengen dargestellt. Ebenso ist es möglich, daß statt der Dreieckseiten ein S-förmiger Verlauf zur Begrenzung der unscharfen Mengen verwendet wird.With regard to the various input variables and in particular with regard to the temperature and humidity values, unsharp quantities are defined in fuzzy logic 1 , see for example FIGS. 2 and 3. Depending on the design of the fuzzy logic, these are represented by triangles or trapezoids in the case of linearized unsharp ones Quantities shown. It is also possible that an S-shaped course is used to limit the unsharp amounts instead of the triangular sides.
Die unscharfen Mengen ergeben sich aus Erfahrungswerten, siehe beispielsweise Fig. 3, wobei eine erste unscharfe Menge 18, beispielsweise als Menge der für einen Saunabetrieb zu niedrigen Temperaturwerte bezeichnet werden kann. Die zweite un scharfe Menge 19 kann als Menge der für einen Biosaunabetrieb mehr oder weniger geeigneten Temperaturwerte und die dritte unscharfe Menge 20 als die Menge der für einen Trockensaunabetrieb als mehr oder weniger angenehmen Temperaturwerte an gesehen werden. Die vierte unscharfe Menge 21 kann in diesem Fall die für einen Saunabetrieb zu hohen Temperaturwerte umfassen.The unsharp quantities result from empirical values, see for example FIG. 3, a first unsharp quantity 18 , for example as the quantity of the temperature values which are too low for a sauna operation. The second unsharp amount 19 can be seen as the amount of the temperature values more or less suitable for an organic sauna operation and the third unsharp amount 20 as the amount of the temperature values as more or less pleasant for a dry sauna operation. In this case, the fourth unsharp quantity 21 can include the temperature values that are too high for a sauna operation.
Durch eine Fuzzifizierung der Fuzzy-Logik 1 wird dann ein zugeführter Temperaturwert einer oder mehrerer dieser unscharfen Mengen zugeordnet und ein entsprechender Zugehörigkeitsgrad ermittelt. By fuzzifying the fuzzy logic 1 , a supplied temperature value is then assigned to one or more of these unsharp quantities and a corresponding degree of membership is determined.
Da sich die in Fig. 3 dargestellten unscharfen Mengen paarweise zumindest teilweise überlappen, kann ein Temperaturwert beispielsweise zu 70% der zweiten unscharfen Menge 19 und zu 30% der dritten unscharfen Menge 20 angehören. Durch die Fuzzy- Logik 1 sind dann entsprechende Verknüpfungsvorschriften zwischen den verschiede nen zugeführten Werten bzw. Variablen abzuarbeiten, wie beispielsweise eine Verknüp fungsvorschrift zwischen Temperatur und Feuchte, nach Fig. 2. Es sei angemerkt, daß für jede der der Fuzzy-Logik 1 zugeführten Eingangsgrößen unscharfe Mengen gemäß entsprechender linguistischer Variablen definiert werden können. Beispielsweise wären entsprechende unscharfe Mengen bzw. linguistische Variablen für einen Luftdruck "Luftdruck niedrig", "Luftdruck angenehm", "Luftdruck hoch". Auch die weiteren, zum Teil fest vorgegebenen Eingangsgrößen, wie beispielsweise die Leistungen der verschiede nen Einrichtungen, können durch die Fuzzy-Logik 1 durch entsprechende Verknüp fungsvorschriften mit den übrigen Eingangsgrößen zur Einstellung eines angenehmen Raumklimas berücksichtigt werden.Since the unsharp amounts shown in FIG. 3 overlap at least partially in pairs, a temperature value may belong to 70% of the second unsharp amount 19 and 30% of the third unsharp amount 20 , for example. The fuzzy logic 1 then has to be used to process corresponding linking rules between the various values or variables supplied, such as, for example, a linking rule between temperature and humidity, according to FIG. 2. It should be noted that for each of the fuzzy logic 1 supplied Input quantities of unsharp quantities can be defined according to corresponding linguistic variables. For example, corresponding unsharp quantities or linguistic variables for an air pressure would be “air pressure low”, “air pressure pleasant”, “air pressure high”. The fuzzy logic 1 can also take into account the other, in some cases predetermined, input variables, such as the performance of the various facilities, by means of corresponding linkage regulations with the other input variables for setting a pleasant indoor climate.
Eine mögliche "UND"-Verknüpfung zwischen Temperatur T und Feuchte F ist in Fig. 2 dargestellt. Durch die Verknüpfung ergibt sich eine pyramidenförmige unscharfe Menge, die einem als angenehm bezeichneten Raumklima entspricht. Weitere als unangenehm festgestellte unscharfe Raumklimamengen sind zur Vereinfachung mit den zugehörigen T- und F-Bereichen nicht dargestellt. Setzt sich das Raumklima aus entsprechend mehr Eingangsgrößen oder Parametern zusammen, ergibt sich analog eine mehrdimensiona le unscharfe Menge bzw. Mengen für das Raumklima, wobei je nach Zugehörigkeit zu einer der Mengen des durch die entsprechenden Eingangsgrößen bzw. Parameter be stimmten Punktes das Klima beispielsweise als zu 65% als angenehm, zu 5% als unan genehm kalt und zu 30% als unangenehm heiß bewertet würde. Durch entsprechende Änderungen einer oder mehrerer der Eingangsgrößen bzw. Parameter durch die Fuzzy- Logik kann der Zugehörigkeitsgrad beispielsweise zur unscharfen Menge des als ange nehm bezeichneten Raumklimas erhöht oder auch vermindert werden. Für jede Sauna betriebsart können in diesem Zusammenhang entsprechende unscharfe Mengen für das Raumklima vorbestimmt und in der Fuzzy-Logik 1 abgespeichert sein.A possible "AND" link between temperature T and humidity F is shown in FIG. 2. The combination results in a pyramid-shaped, fuzzy amount that corresponds to a pleasant indoor climate. For the sake of simplicity, further unsettled amounts of indoor climate determined to be unclear are not shown with the associated T and F areas. If the indoor climate is made up of correspondingly more input variables or parameters, there is analogously a multidimensional unsharp quantity or quantities for the indoor climate, depending on the membership of one of the quantities of the point determined by the corresponding input variables or parameters, the climate, for example, as 65% would be rated as pleasant, 5% as unpleasantly cold and 30% as unpleasantly hot. Corresponding changes to one or more of the input variables or parameters by the fuzzy logic can increase or decrease the degree of membership, for example, to the fuzzy amount of the room climate designated as pleasant. Corresponding unsharp quantities for the room climate can be predetermined for each sauna operating mode and stored in fuzzy logic 1 .
Das Abarbeiten der verschiedenen Verknüpfungsvorschriften der Eingangsgrößen der Fuzzy-Logik bezeichnet man als Interferenz, wobei verschiedene Verarbeitungsregeln zur Realisierung der Verknüpfungsvorschriften möglich sind, wie die MAX/MIN-Methode, MAX/PROD-Methode oder dergleichen. Diese sind für die Fuzzy-Logik an sich bekannt womit hierauf verwiesen wird.The processing of the various linking rules for the input variables of the Fuzzy logic is called interference, with different processing rules are possible to implement the linking rules, such as the MAX / MIN method, MAX / PROD method or the like. These are known per se for fuzzy logic which refers to this.
Weitere aus der Fuzzy-Logik bekannte Operatoren oder Verfahren sind ebenfalls an wendbar, wie beispielsweise kompensatorische Operatoren, Modifizierer, die Verwen dung unscharfer Zahlen als Eingangsgrößen zur Ermittlung eines entsprechenden Zu gehörigkeitsgrads zu einer entsprechenden unscharfen Menge usw.Other operators or methods known from fuzzy logic are also on reversible, such as compensatory operators, modifiers that use use of fuzzy numbers as input variables to determine a corresponding Zu degree of belonging to a corresponding fuzzy set, etc.
Um entsprechende Ausgangsgrößen durch die Fuzzy-Logik 1 zu erhalten, die bei spielsweise entsprechenden Stellgrößen 12 bis 14 zur Steuerung einer Heizeinrichtung, eine Stellgröße 15 zur Steuerung einer Verdampfereinrichtung, einer Stellgröße 16 zur Steuerung einer Ventilationseinrichtung, einer Stellgröße 17 zur Betätigung einer Alar meinrichtung oder dergleichen entsprechen, wird eine Defuzzifizierung durchgeführt, um aus den Eingangsgrößen und deren Verknüpfungen einen exakten Wert für eine ent sprechende Ausgangsgröße zu erhalten. Für die Defuzzifizierung sind ebenfalls aus der Fuzzy-Logik bekannte Verfahren anwendbar, wie beispielsweise der "beste Kompromiß" nach dem Flächenschwerpunktverfahren oder die "plausibelste Lösung" nach dem ME- AN-OFF-MAXIMUM-Verfahren.In order to obtain corresponding output variables by the fuzzy logic 1 , the control variables 12 to 14, for example, for controlling a heating device, a control variable 15 for controlling an evaporator device, a control variable 16 for controlling a ventilation device, a control variable 17 for actuating an alarm device or Corresponding to the same, a defuzzification is carried out in order to obtain an exact value for a corresponding output variable from the input variables and their links. Methods known from fuzzy logic can also be used for the defuzzification, such as, for example, the “best compromise” using the area center of gravity method or the “most plausible solution” using the MEAN-OFF-MAXIMUM method.
Es ist selbstverständlich, daß andere linguistische Variablen zur Bestimmung unscharfer Mengen herangezogen werden können, wie beispielsweise "niedrig", "mittel", "hoch" im Zusammenhang mit Temperatur oder auch Feuchte sowie "gesundheitsfördernd" und "gesundheitsgefährdend" im Zusammenhang mit einer die Belastung des Herz- Kreislaufsystems der Saunabenutzer beschreibenden Variable.It goes without saying that other linguistic variables are more vague to determine Quantities can be used, such as "low", "medium", "high" in Connection with temperature or humidity as well as "health-promoting" and "hazardous to health" in connection with a cardiac stress Circulatory system of the variable describing the sauna user.
Erfindungsgemäß wird durch die Klimasteuerung und/oder -regelung mit Fuzzy-Logik eine verbesserte Regelung, beispielsweise von Temperatur und Feuchte, ermöglicht, indem eine Hysterese bei der Regelung bzw. die Ausregelzeit vermindert werden, und gleichzeitig ergibt sich die Möglichkeit, Erfahrungswerte über subjektives Wohlbefinden bzw. individuelle Gewohnheiten der Saunabesucher bei der Einstellung des Raumkli mas zu berücksichtigen.According to the invention, the climate control and / or regulation with fuzzy logic enables improved control, for example of temperature and humidity, by reducing a hysteresis in the regulation or the settling time, and at the same time, there is the possibility of experience based on subjective well-being or individual habits of sauna visitors when setting the room climate mas to take into account.
Erfindungsgemäß wird durch die Fuzzy-Logik Temperatur und beispielsweise absolute oder relative Feuchte gleichzeitig geregelt. Es wäre auch möglich, nur Temperatur oder Feuchte mittels Fuzzy-Logik zu regeln. Weiterhin kann neben der Regelung von Tempe ratur und Feuchte die Fuzzy-Logik eine Zeittaktschaltung von Temperatur und/oder Feuchte steuern. Entsprechende Regler für die Fuzzy-Logik können Fuzzy-P-, -PI-, -PID- und -PD-Regler sein.According to the invention, the fuzzy logic means temperature and, for example, absolute or controlled relative humidity at the same time. It would also be possible to just temperature or Control humidity using fuzzy logic. In addition to the regulation of Tempe rature and humidity, the fuzzy logic is a time switching circuit of temperature and / or Control humidity. Corresponding controllers for the fuzzy logic can fuzzy-P-, -PI-, -PID and -PD controllers.
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