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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung des Raumklimas
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Zur
Messung des Raumklimas ist es notwendig, die physikalischen Randbedingungen
in einem Raum zu messen, welche die Wärmebilanz des Menschen beeinflussen.
Die hauptsächlich
zu messenden Größen sind
dabei die Temperatur der Luft, die Temperatur der den Menschen umgebenden
Oberflächen
(Umschließungsflächentemperatur
genannt), die Bewegung der Luft relativ zum Menschen (beschrieben
durch mittlere Luftgeschwindigkeit und Turbulenz ) sowie die Luftfeuchte.
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Neben
diesen vier Größen wird
die Wärmebilanz
wesentlich von der körperlichen
Aktivität
und der Bekleidung des Menschen beeinflußt.
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Aus
der
DE 43 15 113 A1 ist
ein als künstlich ausgebildete
Haut ausgebildeter Sensor bekannt, der die Messung des Raumklimas
angepaßt
an das physiologische Empfinden des Menschen erlaubt. Dieser Sensor
wird, um möglichst
realistische Messungen des Raumklimas zu ermöglichen, oft an sogenannten
Dummies angebracht, um beispielsweise das Raumklima unter ähnlichen
Umströmungsverhältnissen
zu messen, wie sie beim Menschen vorliegen. Dabei wird die Oberflächentemperatur
des Fühlers,
der eine beheizbare Fläche
aufweist, die mit konstanter Leistung beheizt wird, mittels eines
Temperaturfühlers
erfaßt.
Der Vergleich des Ausgangssignals des Temperaturfühlers mit
einem als Maß für die Behaglichkeit
ermittelten Sollwert bildet die Führungsgröße zur Regelung im Raum. Nachteilig
bei der beschriebenen Lösung
ist, daß sie
als Teil einer Regel- oder Meßein richtung
in klimatisierten Räumen
nur an begrenzten Stellen im Raum, am Körper einer Versuchsperson oder
eines Dummies einzusetzen ist. Ein weiterer Nachteil ist auch die
Größe dieser
Sensoren.
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Bekannt
ist aus der
DE 39 22
854 A1 auch eine Vorrichtung zur Messung der Behaglichkeit.
Dabei ist die Vorrichtung in Form und Größe eines menschlichen Körpers ausgebildet
und weist eine Heizeinrichtung auf, mittels derer der Träger (Körper) auf
die Oberflächentemperatur
des unbekleideten Menschen erwärmbar
ist. An diesem nachgebildeten menschlichen Körper werden dann nicht näher beschriebene
Sensoren für
die Messung der Lufttemperatur, der Luftgeschwindigkeit, von Gerüchen und
der physikalischen Strahlungsform angebracht, wobei in bestimmten
Bereichen eine doppelte Anordnung vorgesehen ist. Nachteilig ist,
daß der
künstliche
Körper nur
begrenzt einsetzbar ist und daß er
ein realistisches dem jeweils individuellen Empfinden eines Menschen
angepaßtes
Behaglichkeitsgefühl
nicht auszudrücken
vermag. Der menschliche Körper
hat an verschiedenen Körperstellen
auch unterschiedliche Oberflächentemperaturen,
die sich sowohl im Zustand thermischer Behaglichkeit als auch in
unbehaglichem Zustand einstellen. Diese am Körper vorhandenen in verschiedenen
Körperteilen
unterschiedlichen Temperaturen sind mit der Lösung nach
DE 39 22 854 A1 nicht simulierbar,
vielmehr wird der gesamte Meßkörper auf
eine konstante Oberflächentemperatur
erwärmt.
Die an künstlichen
Körpern
angebrachten Sensoren sind außerdem
in der Regel so groß,
daß ein
reeller Meßwert
nicht einer bestimmten Körper-
oder Hautpartie zugeordnet werden kann.
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In
einer Reihe von Fällen,
so z.B. beim Führen
eines Kraftfahrzeuges oder eines Flugzeuges, ist der Einsatz von
künstlichen
Körpern
für bestimmte Arten
von Messungen nicht möglich.
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Aus
dem Artikel "Messen
und Einstellen thermischer Behaglichkeit" von Erhard Mayer, erschienen in Spektrum
der Wissenschaft, November 1997 S. 108-110, wird ein Sensor vorgestellt,
der die Wärmebilanz,
trockener, nicht schwitzender Haut imitiert und damit die resultierende
Oberflächentemperatur ermittelt
(resultant surface temperature, RST) Es konnte ein Zusammenhang
mit den vom Sensor erhaltenen Messwerten und dem Behaglichkeitsempfinden
von Versuchspersonen festgestellt werden. Durch Anbringen des Sensors
an einem Dummy konnten Untersuchungen durchgeführt werden, um die Behaglichkeit
in Automobilen zu erhöhen.
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Aus
der
DE 32 05 704 A1 ist
eine Vorrichtung zur Beurteilung des Raumklimas bekannt. Diese weist
ein Temperaturfühlelement
mit einer im Infraroten maximal absorbierenden Meßseite auf.
Das Temperaturfühlelement
dient zugleich als Heizelement, welches eine konstante Heizleistung
zuführt.
Die sich einstellende Temperatur am Temperaturfühlelement ist ein Maß für die thermische
Behaglichkeit. In der Umgebung des Temperaturfühlelements werden weitere Heizelemente
angebracht, die auf die Temperatur des Temperaturfühlelements
gebracht werden. Damit werden Umgebungsstörungen minimiert. Durch ein
Temperaturfühlelement,
das zugleich als Heizelement ausgebildet ist, wird eine Vorrichtung mit
niedriger Wärmekapazität und damit
kurzer Reaktionszeit geschaffen.
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Aus
der
DE 42 41 334 ist
eine Vorrichtung zur Halterung und/oder Fixierung von medizinischen Geräten und
Zubehörteilen
am Körper
einer Behandlungsperson bekannt.
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Dabei
kann es sich insbesondere um einen Overall handeln. Dieser Overall
weist Halterungen zur Aufnahme von Geräten und Zubehörteilen
auf. Die Halterungen sind einander so zugeordnet an dem Overall
befestigt, dass sie der funktionellen Zugehörigkeit der Geräte und Zubehörteile zueinander
entsprechen. Der Overall ist beispielsweise für einen Tierarzt geeignet,
der die zur Behandlung der Tiere notwendigen Instrumente im Overall
griffbereit mitführen
kann.
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In
der
DE 42 14 263 A1 wird
ein Bekleidungsteil zur Bedeckung menschlicher oder tierischer Körperpartien
vorgestellt. Dieses Bekleidungsteil wird mit Verschlusselementen
zusammengehalten. Daran sind Sensoren angeordnet, welche mit bestimmten Körperstellen
verbunden werden können.
Damit können
an der Hautoberfläche
abgreifbare biophysikalische Funktionswerte aufgenommen und weitergeleitet
werden. Ferner können
Messwerte aufgenommen und weitergeleitet werden, die durch Einwirkung
von Körperfunktionen
oder Körperbetatätigungen
erzeugt werden. Das Bekleidungsteil gestattet auch eine kontinuierliche
Messdatenaufnahme und steht mit einem Speicherelement bzw. einem
Aufzeichnungsgerät
in Verbindung.
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Aus
der
US 5,592,401 ist
bekannt an der Bekleidung einer Person an mehreren Stellen eine
Vielzahl von Sensoren anzubringen, um die Bewegung der Person zu
ermitteln.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anordnung und eine Vorrichtung zu entwickeln,
die es ermöglicht,
Messungen zur Beurteilung des Raumklimas durchzuführen, die
auch solche Faktoren bei diesen Messungen berücksichtigen, die mittels der bekannten
Vorrichtungen nicht erfaßbar
sind. Insbesondere sollen bessere Ergebnisse dadurch erzielt werden,
daß die
jeweilige Körpergeometrie
und unterschiedliche Körperteiltemperaturen
sowie weitere individuelle Bedürfnisse
Berücksichtigung
finden und damit eine realistischere Einschätzung des Raumklimas erlauben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
indem zur Beurteilung des Raumklimas insbesondere der individuellen
Behaglichkeit eine Klimasummengröße in Form
der Äquvivalenttemperatur
verwendet wird. Die Meßwerte
werden an verschiedenen Punkten einer Versuchsperson oder eines
künstlichen
Körpers
abgenommen. Die Geometrie des jeweiligen Körpers beeinflußt die Meßgröße RST und
führt zu
unterschiedlichen Meßwerten
an unterschiedlichen Körperstellen.
Alternativ ist es möglich,
die unterschiedlichen Physiologie des Körpers derart zu berücksichtigen,
indem eine unterschiedliche Beaufschlagung des vorgegebenen Wärmestromes
der an den unterschiedlichen Punkten angeordneten Sensoren erfolgt.
Die unterschiedlichen Werte werden durch eine Steuer- und Auswerteeinheit
erfaßt
und durch Berechnung mittels einer Wärmebilanzgleichung in Abhängigkeit
vom konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten
ausgewertet, an einem Bildschirm oder in anderer geeigneter Form dargestellt
und/oder bilden die Führungsgröße zur Regelung
im Raum.
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Es
wird dabei von der Überlegung
ausgegangen, daß Messungen
zur Beurteilung des Raumklimas und der Behaglichkeit am günstigsten
mittels einer Klimasummengröße, der Äquvivalenttemperatur durchzuführen sind.
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Die Äquivalenttemperatur
ist die Innenoberflächentemperatur
eines gedachten Raumes mit gleichen Innenoberflächen und Lufttemperaturen und
ruhender Luft, mit dem z.B. ein auf 34 °C beheizter Körper dieselbe
Wärmemänge durch
Strahlung und Konvektion austauscht wie der tatsächliche Raum. Dabei ist die Äquivalenttemperatur
aus der RST mit einer linearen Beziehung zu errechnen.
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Die
Messungen erfolgen mittels sogenannter RST-Meter-Meßfühler, die
die resultierende Oberflächentemperatur
(RST – Resultant
Surface Temperature) ermitteln. Unter RST ist, wie bereits erwähnt, die resultierende
Oberflächentemperatur
definiert. Es ist hierunter die Temperatur zu verstehen, die sich
auf der Oberfläche
einer mit einer konstanten elektrischen Leistung beheizten z.B.
2 cm2 großen Scheibe einstellt, wobei
Wärmeverluste
mittels einer Rand- und Gegenheizung ausgeglichen werden. Das Gerät simuliert
den trockenen Wärmeaustausch
der Haut mit der Umgebung bei vorgegebener körperlicher Tätigkeit,
wobei die Fühler
richtungsempfindlich und unter Berücksichtigung der für eine Person
in einem Raum gegebenen Winkelverhältnisse in Bezug zum gegenüberliegenden
Halbraum arbeiten. Die geringe Größe der Meßfühler ermöglicht einen Einsatz an wesentlich
mehr Meßstellen
eines Körpers.
Weiterhin sind die unterschiedlichen Temperatur- und Strömungsverhältnisse
der jeweiligen Körperpartie
mittels einer unterschiedlichen vorgegebenen Größe des Wärmestromes einstellbar. Ein
weiterer Vorteil ist die geringere thermische Trägheit der Meßfühler.
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Die
Meßgröße RST wird
auch beeinflußt
von der Geometrie des jeweiligen Körpers, indem durch die Geometrie
des menschlichen Körpers
die thermischen Verhältnisse
am Menschen beeinflußt
werden. Deshalb hat es sich bei bestimmtem Arten der Messungen als
vorteilhaft erwiesen, diese Messungen am konkreten Körper des
Menschen durchzuführen, da
sie hier wirklichkeitsgetreu simuliert werden können. Die erzielten Meßergeb nisse
sind dann auch besser mit den individuellen Eindrücken der
Versuchspersonen zu vergleichen. Ausgehend davon wurde ein Kleidungsstück in Art
eines Ganzkörper-Overalls
in verschiedenen Konfektionsgrößen entwickelt,
das zum einen vollständig
aus einem Material besteht, auf dessen Außenseite die zuvor beschriebenen
Meßfühler mittels
sogenannter Klettverschlüsse,
die auf der Rückseite
der Meßfühler angebracht
sind, an jeder beliebigen Stelle befestigt werden können und
das zum anderen jedoch auf der Innenseite derart ausgeführt ist,
wie ein normales Kleidungsstück
mit angenehmen Trageeigenschaften. Dieses Kleidungsstück in Art
eines Overalls kann eine Versuchsperson anziehen, es kann aber auch einer
künstlichen
Vorrichtung mit der Form eines menschlichen Körpers angezogen werden.
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An
diesem Overall können
die Meßfühler an jeder
beliebigen Stelle angebracht werden, womit, wie bereits beschrieben,
die tatsächlichen
Verhältnisse
wirklichkeitsgetreu simuliert werden. Durch die kleineren Meßflächen der
Meßfühler ergeben
sich weitere Möglichkeiten,
wie konzentriertes Anbringen mehrerer Meßfühler an bestimmten Körperregionen, sogenannten
typischen Meßstellen
wie z.B. Schulter, Brust. Das Kleidungsstück kann eine Steuer- und Auswerteeinheit
sowie eine zentrale Energieversorgungsquelle, wie eine Batterie,
einen Akkumulator oder dergleichen aufnehmen. Bevorzugt ist es jedoch,
wenn der oder die Sensoren über
Sender und die Steuer- und Auswerteeinheit über Empfänger verfügen, um eine kabellose Kommunikation
zu ermöglichen.
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Die
RST wird also entweder mittels fester Datenleitungen oder auch mittels
Funkübertragung zu
einer Steuer- und Auswerteeinheit geführt, die diese Daten erfaßt, speichert
und auf einem Bildschirm darstellt und/oder die Führungsgröße zur Regelung des
Klimas bzw. der Belüftung
im Raum bilden.
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Die
Erfindung ist vorhergehenden Abschnitt so ausführlich beschrieben, daß der auf
dem Gebiet tätige
Fachmann sie auch ohne Zeichnungen und die Angabe von Bezugszeichen
nacharbeiten kann.