DE202020106081U1 - Gesundheitsgefahren-Ampel - CO2-Messung und -Anzeige zur Darstellung eines Gefahrenpotentials in Räumen und Gebäuden und zur Dokumentation in einem Cloudsystem - Google Patents

Gesundheitsgefahren-Ampel - CO2-Messung und -Anzeige zur Darstellung eines Gefahrenpotentials in Räumen und Gebäuden und zur Dokumentation in einem Cloudsystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein funkbasiertes Mess-, Analyse- und Melde- und Dokumentationssystem (1), im Folgendem als „Gesundheitsgefahren-Ampel“ mit vorzugsweise integrierter Sensorik (2), im Folgenden als „Gesundheitsgefahren-Ampel“ bezeichnet, zur Messung von Gasen und weiteren Umweltparametern, Auswertung der Messergebnisse und Anzeige der nach konfigurierbaren Vorgabewerten interpretierten Messergebnisse vorzugsweise in Ampelform und Übermittlung der Messwerte mittels einer Funkkommunikationseinheit (7) zu einer zentralen Stelle, vorzugsweise an ein Internet-basiertes-Cloudsystem (8).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein funkbasiertes Mess-, Analyse- und Melde- und Dokumentationssystem mit vorzugsweise integrierter Sensorik, im Folgenden als „Gesundheitsgefahren-Ampel“ bezeichnet, zur Messung von Gasen und weiteren Umweltparametern, Auswertung der Messergebnisse und Anzeige der nach konfigurierbaren Vorgabewerten interpretierten Messergebnisse vorzugsweise in Ampelform und Übermittlung der Messwerte mittels einer Funkkommunikationseinheit zu einer zentralen Stelle, vorzugsweise an ein Internetbasiertes-Cloudsystem.
  • Die Gesundheitsgefahren-Ampel besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren Gas- und / oder Klimasensoren, vorzugsweise mit einer unterstützenden aktiven, kontrollierten Raumluftentnahme in aktorischer Form (Lüfter, atmender Sensor), einer Auswertungs- und optischen Darstellungseinheit, welche sich nach vordefinierbaren Regeln verhält und welche die Auswertungsergebnisse bzgl. des jeweiligen Messergebnisses wahlweise optisch und / oder akustisch vor Ort vorzugsweise die Messwerte in Form einer Ampelsystematik darstellt, vorzugsweise einer Funkeinheit zur Übermittelung der Messergebnisse an einen lokalen Server oder einen vorzugsweise im Internet verfügbaren Server vorzugsweise per ISM Funkband, oder LAN-, WLAN-, Mobilfunkinternetanbindung, sowie der Übermittelung der Messergebnisse zum Zwecke der Weitergabe melderelevanter Informationen an vorab festgelegte Nutzer oder Endgeräte, vorzugsweise per E-Mail, SMS, Push-Notifikation, Audio, TTS (text-to-speech) in Verbindung mit einer App, einem Anruf oder einer entsprechenden Darstellung auf einem Datenverarbeitungsgerät. Die Erfindung wird vorzugsweise mit einem separaten sogenannten Steckernetzteil zur Spannungsversorgung oder mit einer Batterie bzw. einer Ladevorrichtung und einem Akku betrieben.
  • Eine wesentliche Komponente der Erfindung ist die vorzugsweise Nutzung eines geregelten Luftaustauschs von Raumluftumgebung und Sensorgehäuse (atmender Sensor). Durch die Verwendung des „atmenden Sensors“ wird eine zeitnahe Wahrnehmung von Zu- und Abnahmeänderung des CO2-Gehaltes erreicht. Dies lässt indirekt auf eine mehr oder weniger intensive Raumbelegungsdichte (Anzahl der Personen je Fläche) schließen.
  • Eine Besonderheit der Entwicklung ist die indirekt interpretierte Raumbelegung durch die Geschwindigkeitszunahme der CO2-Änderung. Die vorliegende Entwicklung ist vorzugsweise somit in der Lage, die Raumbelegung in die Gefährdungsbeurteilung einzubeziehen. Dies bedeutet, dass eine Gefährdungswarnung bei einer bemerkten höheren situativen Raumbelegung eher stattfindet, im Vergleich zu „gelernten“ (gespeicherten) vorhergehenden geringeren Raumbelegung. Das System ist somit in der Lage die Änderung der Raumbelegung festzustellen und eine entsprechende Warnung bzw. Anzeige ggf. frühzeitiger abzugeben. Dies wird insbesondere bei Epidemie oder Pandemiegefährdungssituationen wichtig.
  • Zur Berechnung bzw. Feststellung eines Gefährdungsrisikos sei auf die vorliegende Berechnung verwiesen in „Risikobewertung von virenbeladenen Aerosolen anhand der CO2-Konzentration“, Hartmann, Kriegel (Quelle: DOI: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-10361).
  • Dies führt unter anderem zu der in der vorliegenden Entwicklung liegenden Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Messwertänderung mit in eine Gefährdungsbeurteilung einzubeziehen.
  • Weiterhin besteht die Erfindung im zugeordneten Dokumentationssystem der Messdaten, welches die zeitlich nachgelagerte Interpretation der entsprechenden Messergebnisse für interessierte Personen und auch für behördlich verantwortliche Personen und Instanzen sicherstellt.
  • Die wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht in der Integration einer darstellenden Komponente in Form einer Ampel, welche lokal die gemessenen Werte nach jeweils aktuellen WHO-Standard farblich unterscheidbar für alle anwesenden Personen anzeigt und somit optisch und auch bei Bedarf zusätzlich akustisch auf ein Gefährdung hinweist. Dieses Verfahren erhöht die Sicherheit bei der Beurteilung der aktuellen Situation in Räumen.
  • Die weitere Besonderheit der Erfindung liegt in der technischen Umsetzung der Messung der CO2-Konzentration und der daraus ableitbaren Risikobewertung von virenbeladenen Aerosolen. Insbesondere in der Veröffentlichung der Autoren Anne Hartmann und Martin Kriegel, Technische Universität Berlin, Hermann Rietschel-Institut (Quelle: DOI: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-10361, Zitatdatum: 03.08.2020) wird der CO2-Anteil der Raumluft als Indikator für eine wahrscheinliche, ggf. potentielle Anhäufung von Aerosolen mit einer möglicherweise Übertragung von Vieren, auch von Überträgern von SARS-CoV-2 zu sein.
  • Hinsichtlich des Bedarfs an einer zeitnahen Bewertung der Gefahrensituation eignet sich die Ableitung der lokalen CO2-Konzentration zu einer verlässlichen situativen Gefährdungsbeurteilung mit einhergehenden Handlungsempfehlungen. Die Autoren der Veröffentlichung kommen in ihrer Zusammenfassung zu dem Schluss: „Mit einem hohen Luftwechsel können sowohl niedrige CO2-Konzentrationen als auch niedrige Aerosolkonzentration erreicht werden.“, „Je niedriger die Aerosolkonzentration, umso niedriger ist auch die Dosis an Aerosolen, die eine im Raum befindliche Person einatmet und daher auch das Infektionsrisiko.“
  • Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt in der Dokumentation der jeweiligen Messergebnisse in digitaler Form, möglicherweise in einem angeschlossenen, lokalem Speichermedium, vorzugsweise allerdings auf einem internetbasierten Serversystem (loT).
  • Eine zusätzliche Besonderheit der Erfindung liegt in der Meldefunktionalität bei Überschreiten von festzulegenden Grenzwerten. Bei Messwerten unterhalb eines eingestellten Niveaus werden die Messwerte zyklisch zu einem Server gesendet, eine gebündelte Übersendung von mehreren Messdaten ist hierbei völlig ausreichend. Kommt es zu einer Grenzwertüberschreitung, kann direkt zum Server übertragen werden und eine nachgelagerte Meldung an alle zugeordneten Personen und Geräte erfolgen. Dieses Verfahren ermöglicht insbesondere die Nutzung von schmalbandigen Funksystemen, bei welchen der sogenannte Duty Cycle nach ISM-Band-Vorschriften einzuhalten ist.
  • Eine weitere Ausprägung der Erfindung stellt eine vorzugsweise ergänzende interne Spannungsversorgung in Form eines Akkus mit zusätzlicher Ladereglung dar, hiermit ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des einzelnen Gerätes inclusive einer gewissen Manipulationsresistenz gegeben, da eine Überdauerung eines Spannungsabfalls über einen längeren Zeitraum möglich wird.
  • Eine besondere Ausprägung der Erfindung stellt die Auswahl einer mehrpunktkalibrierten Sensorik, insbesondere der Gas Sensorik dar, die über einen langen Zeitraum eine gleichbleibende Messung gewährleistet. Hiermit kann auch nach längerer Zeit eine remote Kalibrierungsnachführung durch Anpassung der sensorischen Parameter erfolgen. Hierdurch ist auch nach längerer Zeit noch eine präzise Messung möglich, ohne das Geräte oder die Sensorik auszutauschen zu müssen, bzw. vor Ort nachkalibrieren zu müssen. Zudem besteht die Möglichkeit, eine Änderung der Schwellwerte z.B. nach WHO-Standard oder regionaler abweichender Beurteilung der Gefährdungssituation durch eine serverbasierte Rückkommunikation zu gewährleisten (z.B. Gefahrensituation nicht mehr mit CO2-Anteil bei 1550 ppm, sondern bereits bei 1400 ppm).
  • Eine zusätzliche Ausprägung stellt die „keep-alive“-Technik dar, bei welcher zyklisch in kürzeren Abständen ein Lebenszeichen von der Gesundheitsgefahren-Ampel an den Server versendet wird, dies ermöglicht eine kurzfristige Mitteilung bei Geräteausfall (Zerstörung, Spannungsausfall, etc.) an relevante Personen zur Behebung. Eine weitere wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht in der Möglichkeit der Integration einer Quittierungstaste zur Dokumentation einer Pause bzw. zur Dokumentation des Verlassens des Raums. Die Wirkung der Quittierungstaste kann bei der Verwendung eines RFID-Chips bzw. eines NFC-Chips sichergestellt werden, welcher nur verantwortlichen Personen (z.B. Lehren) zur Verfügung steht.
  • Eine weitere besondere Ausprägung der Erfindung stellt die Ergänzung einer kabelgebundenen bzw. funkbasierten Schnittstelle zur automatischen Ansteuerung eines Lüftungsbetriebs incl. Zustandsdokumentation dar. Durch eine entsprechende Voreinstellung eines Schwellwertes kann bei Erreichen dieser Schwelle automatisch eine Raumlüftung in Form eines Fensteröffners oder einer Lüftungsanlage aktiviert werden.
  • Eine weitere Ausprägung der Erfindung ist die optionale Ergänzung der Messung von Gasen, die bei der Reinigung von Räumen frei werden. Hier sind vorwiegend alkoholhaltige Reinigungsmittel zu detektieren.
  • Eine zusätzliche Ausprägung kann darin bestehen, bei bestimmten Gefahrensituationen (z.B. Covid19) eine Steuerung der Luftbeimischung von gezielten Desinfektionsmitteln bzw. Gegenmitteln zu initiieren.
  • Die Idee einer CO2-Ampel bzw. einer CO2-Anzeige ist im deutschsprachigen Raum sowie im englischsprachigen Raum seit längerem bekannt. Sowohl im automobilen Bereich: ( EP 2 157 003 A1 , DE 10 2008 041 396 A1 , DE 10 2009 048 680 A1 , EP 2 157 003 B1 ) als auch im medizinischen Bereich wurden ab 2009 EP 3 334 340 A1 , EP 3 511 043 A1 , EP 3 510 924 A1 und EP 3 643 229 A1 , Entwicklungen angemeldet und auch veröffentlicht. Die Idee der ausschließlichen Messung und der lokalen Anzeige des Raum-CO2-Gehaltes wurde auch bereits vielfach in den vergangenen Jahren vorgestellt.
  • Die Idee der Darstellung der Gefährdungsschwellen der CO2-Konzentration in Form einer bekannten Ampel mit den unterschiedlichen Farben (vorwiegend grün, gelb, rot) ist gleichfalls mannigfaltig bekannt und genutzt. Die Suche über eine internetbasierte Suchmaschine liefert hier eine Vielzahl von Ergebnissen. Entsprechend vernetzte Mess- und Anzeigegeräte mit einer nachfolgenden Benachrichtigung sind bisweilen nicht bekannt.
  • Allerdings unterscheidet sich die vorliegende Erfindung unter anderem durch Kommunikation mit einem webbasiertem Dokumentations- und Warnsystem bzw. der remoten Konfigurationsmöglichkeit und sie unterscheidet sich weiterhin wesentlich durch die Verwendung eines „atmenden Sensors“ sowie der Lernfähigkeit der bisherigen Raumluft-CO2-Zunahme und entsprechender Ableitung der „üblichen“ Raumbelegung. Erst hierdurch wird ein höheres Gefährdungsrisiko zum Beispiel durch Coronaviren feststellbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Mess-, Analyse-, Anzeige und Kommunikationssystem
    2.
    Sensoren
    3.
    Monitor zur Messwertedarstellung
    4.
    Datenkommunikationsendgeräte
    5.
    Datenverarbeitungsgerät
    6.
    Internetbasiertes Speichermedium
    7.
    Router oder Funkempfänger mit Internetverbindung
    8.
    Lüftungseinheit bzw. eine Lüftungssystem
    9.
    Raumbenutzer
    10.
    an Messwerten interessierte Personen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102009048680 A1 [0019]
    • EP 2157003 B1 [0019]
    • EP 3334340 A1 [0019]
    • EP 3511043 A1 [0019]
    • EP 3510924 A1 [0019]
    • EP 3643229 A1 [0019]

Claims (24)

  1. Die Erfindung betrifft ein funkbasiertes Mess-, Analyse- und Melde- und Dokumentationssystem (1), im Folgendem als „Gesundheitsgefahren-Ampel“ mit vorzugsweise integrierter Sensorik (2), im Folgenden als „Gesundheitsgefahren-Ampel“ bezeichnet, zur Messung von Gasen und weiteren Umweltparametern, Auswertung der Messergebnisse und Anzeige der nach konfigurierbaren Vorgabewerten interpretierten Messergebnisse vorzugsweise in Ampelform und Übermittlung der Messwerte mittels einer Funkkommunikationseinheit (7) zu einer zentralen Stelle, vorzugsweise an ein Internet-basiertes-Cloudsystem (8).
  2. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Gas- und / oder Klimasensoren einzeln oder auch kombiniert ausgewertet werden.
  3. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertungs- und Darstellungseinheit in Ampel oder Zifferndarstellung, welche sich nach vordefinierbaren Regeln verhält und welche die Auswertungsergebnisse bzgl. des jeweiligen Messergebnisses wahlweise optisch und / oder akustisch vor Ort darstellt.
  4. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass eine Funkeinheit bzw. ein Gateway oder Router (7) die Messergebnisse an einen lokalen Server oder einen vorzugsweise im Internet verfügbaren Server (8) per ISM-Funkband, oder LAN-, WLAN- oder Mobilfunkinternetanbindung übermittelt.
  5. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 und 9 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittelung der Messergebnisse zum Zwecke der Weitergabe melderelevanter Informationen an vorab festgelegte Nutzer (10) oder Endgeräte (3,4), vorzugsweise per E-Mail, SMS, Push Notifikation, Audio, TTS (text-to-speech) in Verbindung mit einer App, einem Anruf oder einer entsprechenden Darstellung auf einem Datenverarbeitungsgerät erfolgt.
  6. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrieb des Gerätes mit einem separaten Steckernetzteil zur Spannungsversorgung oder mit einer Batterie bzw. einer Ladevorrichtung und einem Akku ermöglicht wird und bei Spannungsverlust / Stromversorgungsausfall (230V Gebäudeversorgung) ein hinreichend langer Gerätebetrieb gewährleistet ist.
  7. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (11) mit einer unterstützenden aktiven, kontrollierten Raumluftentnahme Messwerte schneller und gleichmäßiger verfügbar machen kann (atmender Sensor).
  8. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 und 7 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass ein Algorithmus den Luftaustausch der Raumluftumgebung und des Sensorgehäuse regelt und eine zeitnahe Wahrnehmung von Zu- und Abnahmeänderung des CO2-Gehaltes erreicht wird. Dies lässt indirekt auf eine mehr oder weniger intensive Raumbelegungsdichte (Anzahl der Personen je Fläche) schließen.
  9. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1, 7 und 8 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass ein Algorithmus vorab gemessene Werte in die jeweils aktuelle Bewertung einbezieht und somit die indirekt interpretierte Raumbelegung durch die Geschwindigkeitszunahme der CO2-Änderung ermöglicht. (machine-learning-Mechanismus).
  10. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1, 7, 8 und 9 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass algorithmisch im Gerät die Raumbelegung in die Gefährdungsbeurteilung einbezogen wird.
  11. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass in einem zugeordneten Dokumentationssystem (6) die Messdaten zeitlich nachgelagert interpretiert werden können und für interessierte Personen und auch für behördlich verantwortliche Personen und Instanzen sichergestellt werden können.
  12. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass die Integration einer lokal darstellenden Komponente in Form einer Ampel, die gemessenen Werte nach jeweils aktuellen WHO-Standard farblich unterscheidbar für anwesende Personen anzeigt und somit optisch und auch bei Bedarf zusätzlich akustisch auf eine Gefährdung hingewiesen werden kann.
  13. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 und 12 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwertvorgaben zur Ampelsignalisierung bzw. zur akustischen Signalisierung nach jeweils aktuellen WHO-Standard vom Cloudserver (8) nach Bedarf aktuell geladen werden können.
  14. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der technischen Umsetzung der Messung der CO2-Konzentration eine daraus abgeleitete Risikobewertung zu virenbeladenen Aerosolen möglich wird.
  15. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass eine Meldefunktion bei Überschreiten von festgelegten Grenzwerten möglich ist.
  16. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass eine ergänzende interne Spannungsversorgung in Form eines Akkus mit zusätzlicher Ladereglung vorgesehen ist.
  17. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrpunktkalibrierung der Sensorik, insbesondere der Gassensorik möglich ist. Diese Kalibrierung kann bei Notwendigkeit über das Internet nachgeführt, korrigiert bzw. verfeinert oder justiert werden.
  18. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass durch die „keep-alive“-Technik eine aktuelle Mitteilung bei Geräteausfall (Zerstörung, Spannungsausfall, etc.) an relevante Personen versendet werden kann.
  19. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass durch die Integration einer Quittierungstaste eine Pause oder ein Verlassen des Raums bestätigt werden kann.
  20. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass die Quittierungstaste durch einen RFID-Chips oder einen NFC-Chips sicherstellt, dass nur verantwortliche Personen (z.B. Lehrer) die Quittierung bedienen.
  21. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass zur automatischen Ansteuerung eines Lüftungsbetriebs incl. Zustandsdokumentation eine kabelgebundenen bzw. eine funkbasierte Schnittstelle verfügbar ist.
  22. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Voreinstellung eine Schwellwertes beim Erreichen dieser Schwelle automatisch eine Raumlüftung in Form eines Fensteröffners oder einer Lüftungsanlage aktiviert werden kann.
  23. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass eine ergänzende Messung und Interpretation von Gasen (Alkohole, Tenside etc.) möglich ist, die bei der Reinigung von Räumen frei werden.
  24. Gesundheitsgefahren-Ampel mit in Anspruch 1 dargestellter Technik dadurch gekennzeichnet, dass bei bestimmten Gefahrensituationen (z.B. Viren an Aerosolen haftend) eine Steuerung der Luftbeimischung von gezielten Desinfektionsmitteln bzw. Gegenmitteln zu initiieren ist.
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