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Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur lokalen bzw. bereichsweisen und bedarfsgerechten Verbesserung der Luftqualität in einem Raum sowie ein zugehöriges Belüftungssystem zur lokalen bzw. bereichsweisen und bedarfsgerechten Verbesserung der Luftqualität in einem Raum.
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Als Indikator für die Luftqualität in einem Raum wird insbesondere der Kohlenstoffdioxid-Gehalt bzw. die Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Luft des Raumes verstanden, welche beispielsweise in Prozent (%) oder in „parts per million“ (ppm) angegeben werden kann und im Weiteren auch mit CO2-Gehalt bzw. CO2-Konzentration bezeichnet wird.
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Je höher die CO2-Konzentration in der Luft ist, desto schlechter die Raumluftqualität. Beispielsweise kann bei einem CO2-Gehalt von weniger als 800 ppm von einer hohen bzw. guten Raumluftqualität und bei einem CO2-Gehalt von über 1.400 ppm von einer niedrigen bzw. schlechten Raumluftqualität gesprochen werden.
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Im Stand der Technik und beispielsweise aus der
EP 1 348 448 A1 ist grundsätzlich eine Klimaanlage bekannt, welche in einen Raum strömende Luft zur Verbesserung der Luftqualität ionisieren kann.
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Als Ionisation wird dabei verstanden, dass aus einem Atom oder Molekül bzw. allgemein aus einem Teilchen und hier einem in der Luft enthaltenem Teilchen zumindest ein Elektron entfernt wird, sodass positiv geladene Teilchen entstehen, welche als Ionen bezeichnet werden.
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Durch die Ionisation der Luft enthält diese somit Ionen, deren Gehalt oder Konzentration in der Luft ebenfalls in der Maßeinheit „parts per million“ (ppm) angegeben werden kann.
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Zudem ist auch beispielsweise aus der
EP 3 259 537 B1 eine Raumbelüftungseinheit bekannt, bei welcher die Belüftungseinheit durchströmende Luft mittels eines Ionisators zur Filterung der einströmenden Luft elektrisch geladen wird. Hierbei werden die Ionen mit der Luft jedoch nicht in den Raum geleitet, sondern die Luft durch Ionisierung unmittelbar in der Raumbelüftungseinheit gefiltert.
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Die Ionen in der Luft können durch ihre Ladung an andere Teile in der Luft anhaften und diese dadurch neutralisieren, sodass dadurch die Luftqualität verbessert wird.
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Dabei ist bei den bekannten Lösungen jedoch nachteilhaft, dass teils nur die zuströmende Luft gefiltert, die Luftqualität im Raum bzw. die Luftqualität der im Raum bereits vorhandenen Luft selbst jedoch nicht unmittelbar verbessert wird.
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Weiter ist bei den bekannten Systemen nachteilhaft, dass die Ionen bzw. die ionisierte Luft oftmals ungesteuert in einen Raum geleitet wird, ohne eine in dem Raum zeitlich und örtlich schwankende Luftqualität oder unterschiedliche Luftqualitäten in verschiedenen Bereichen eines insbesondere großen Raums zu berücksichtigen.
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Beispielsweise in Büros oder Klassenräumen kann jedoch die Luftqualität lokal bzw. bereichsweise sowie zeitlich stark schwanken, sodass es nicht ökonomisch wäre, stark ionisierte Luft in den gesamten Raum und über die gesamte Dauer der Benutzung einzuleiten bzw. die gesamte eingeleitete Luft stark zu Ionisieren obwohl die Luftqualität lediglich lokal und/oder zeitlich begrenzt niedrig ist.
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Das undifferenzierte Einleiten von Ionen in den Raum ist auch dahingehend kritisch zu betrachten, dass die genauen Auswirkungen von Ionen und insbesondere einer hohen Anzahl von Ionen auf den menschlichen Körper noch nicht vollständig geklärt sind.
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Der Offenbarung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren und ein zugehöriges Belüftungssystem bereitzustellen, durch welche die Luftqualität in einem Raum und insbesondere einem großen Raum gezielt und abhängig von der tatsächlichen Luftqualität d.h. lokal und bedarfsgerecht verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Es wird ein Verfahren zur lokalen und bedarfsgerechten Verbesserung der Luftqualität in einem Raum vorgeschlagen. Zumindest einem Bereich des Raums ist hierfür jeweils ein CO2-Sensor zur Ermittlung einer CO2-Konzentration in dem Bereich sowie eine Luftzuleitung zugeordnet, durch welche mittels zumindest eines Ionisators ionisierte Luft in den jeweiligen Bereich des Raums leitbar ist. In einem einfachen Fall kann der Raum daher genau einen vorbestimmten Bereich aufweisen, in welchem ein CO2-Sensor angeordnet ist und in welchen durch eine Luftzuleitung ionisierte Luft leitbar ist. Ebenfalls kann der Raum jedoch in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sein, in welchen jeweils ein CO2-Sensor angeordnet ist und in welche jeweils eine Luftzuleitung führt, sodass in jeden Bereich unabhängig voneinander durch die jeweilige Luftzuleitung ionisierte Luft geleitet werden kann. Sind mehrere Luftzuleitungen vorgesehen, können diese durch eine gemeinsame Luftverteilereinheit strömungstechnisch ansteuerbar sein, sodass ein durch die Luftverteilereinheit geleiteter und beispielsweise bereits ionisierter Luftstrom in einzelne Luftzuleitungen lenkbar oder auf mehrere Luftzuleitungen aufteilbar ist. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ist zudem vorgesehen, dass eine CO2-Konzentration der Luft in dem zumindest einem Bereich ermittelt wird. Entsprechend werden bei einem genau einen Bereich aufweisenden Raum genau eine CO2-Konzentration und bei einem n Bereiche aufweisenden Raum genau n CO2-Konzentrationen ermittelt. Die ermittelten CO2-Konzentrationen werden anschließend jeweils mit einem vorbestimmten CO2-Grenzwert verglichen, wobei alle CO2-Konzentrationen mit einem gemeinsamen und mithin identischen CO2-Grenzwert oder die CO2-Konzentrationen mit einem jeweiligen bereichsabhängigen bzw. bereichsspezifischen CO2-Grenzwert verglichen werden können. Anschließend wird Luft in vorbestimmter Stärke d.h. mit einer vorbestimmten Konzentration von Ionen (Ionen-Konzentration) bzw. einer vorbestimmten Anzahl von Ionen ppm ionisiert und durch die zugehörigen Luftzuleitungen in die Bereiche, in welchen die CO2-Konzentration den CO2-Grenzwert überschreitet, geleitet.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren kann somit abhängig von der tatsächlichen Luftqualität in einem Bereich eines Raumes eine erhöhte bzw. vorbestimmte lonenkonzentration in Luft erzeugt und die so ionisierte Luft mittels der Luftzuleitungen in den jeweiligen Bereich des Raumes geleitete bzw. gelenkt werden.
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Weiter kann durch kontinuierliche oder diskontinuierliche bzw. zeitlich getaktete Messung der CO2-Konzentration(en) und einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Vergleich der CO2-Konzentration(en) mit dem jeweiligen CO2-Grenzwert auf sich zeitlich ändernde Luftqualitäten reagiert und die Ionisierung der Luft zeitkontinuierlich angepasst werden.
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Dabei wird davon ausgegangen, dass eine Ansammlung von Menschen die Kohlendioxidkonzentration (CO2-Konzentration) lokal bzw. bereichsweise durch das Ausatmen beeinflusst, sodass eine dadurch absinkende Luftqualität ermittelt und die Verbesserung der Luftqualität darauf basierend gesteuert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Ionisierung der durch die Luftzuleitungen in die Bereiche geleiteten Luft einem vorbestimmten Wert, also einer vorbestimmten Ionen-Konzentration entspricht oder zu der in dem jeweiligen Bereich gemessenen CO2-Konzentration korreliert. Also korrelierend wird dabei insbesondere verstanden, dass das die Ionisation mit der CO2-Konzentration und insbesondere ab dem Überschreiten des Grenzwertes um einen linearen Faktor erhöht wird. Entsprechend ist die Ionisierung höher je stärker der CO2-Grenzwert durch die CO2-Konzentration überschritten wird.
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Neben der Ionisation der Luft ist auch der in den Bereich bzw. der in die Bereiche strömende Volumenstrom der Luft für die in den jeweiligen Bereichen herrschende Luftqualität von hoher Bedeutung, sodass eine weitere Ausführungsvariante des Verfahrens vorsieht, dass ein Volumenstrom der durch die Luftzuleitungen in die Bereiche geleiteten Luft einem vorbestimmten Wert entspricht oder zu der in dem jeweiligen Bereich gemessenen CO2-Konzentration korreliert. Wie auch bei der Ionisierung wird dabei als korrelierend verstanden, dass der Volumenstrom mit der CO2-Konzentration und insbesondere ab dem Überschreiten des Grenzwertes um einen linearen Faktor erhöht wird. Entsprechend ist der Volumenstrom größer je stärker der CO2-Grenzwert durch die CO2-Konzentration überschritten wird. Beispielsweise kann der Volumenstrom bei einem Überschreiten des CO2-Grenzwerts auch von einem ersten vorbestimmten Wert (größer 0) auf einen zweiten vorbestimmten Wert erhöht werden.
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Wird der CO2-Grenzwert in einem Bereich nicht überschritten kann auch vorgesehen sein, dass der Volumenstrom Luft durch die zugehörige Luftzuführung gleich 0 ist, also keine Luft in Bereiche geleitet wird, in welchen eine ausreichend hohe Luftqualität herrscht. Wird dann der CO2-Grenzwert überschritten, strömt die Luft durch die Luftzuführung mit dem vorbestimmten Wert.
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Die Ionisierung der in den Bereich oder die Bereiche durch die Luftzuführungen strömenden Luft sowie der Volumenstrom kann beispielsweise stufenweise gesteuert werden, sodass für jede Stufe der Raumluftqualität eine Ionisierung und ein Volumenstrom vorbestimmt ist, mit welchem die Luft in den jeweiligen Bereich strömt.
| CO2-Konzentration in ppm | CO2-Konzentration in % | Raumluftqualität |
| < 800 | < 0,08 | Hoch |
| 800 - 1.000 | 0,08 - 0,1 | Mittel |
| 1.000 - 1.400 | 0,1 - 0,14 | Mäßig |
| > 1.400 | > 0,14 | Niedrig |
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Weiter sieht das Verfahren gemäß einer vorteilhaften Variante vor, dass Luft in vorbestimmter Stärke ionisiert und durch die zugehörigen Luftzuleitungen in die Bereiche, in welchen die CO2-Konzentration den CO2-Grenzwert nicht überschreitet, geleitet wird. Die Ionisierung der Luft, welche in die Bereiche geleitet wird, in welchen die CO2-Konzentration den CO2-Grenzwert nicht überschreitet, ist hierbei geringer, als die Ionisierung der Luft, welche in die Bereiche geleitet wird, in welchen die CO2-Konzentration den CO2-Grenzwert überschreitet. Entsprechend kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zur Verbesserung der Raumluftqualität in alle Bereiche, in welchen die CO2-Konzentration unterhalb des CO2-Grenzwertsist, Luft mit erster Ionisierung und in alle Bereiche, in welchen die CO2-Konzentration oberhalb des CO2-Grenzwertsist, Luft mit zweiter Ionisierung geleitet wird, welcher höher ist als die erste Ionisierung. Dadurch kann die Raumluftqualität in dem gesamten Raum bzw. allen Bereichen des Raums erhöht oder zumindest gehalten und speziell in den stärker belasteten Bereichen spezifisch verbessert werden.
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Vorteilhaft kann ferner vorgesehen sein, dass zu Beginn des Verfahrens, also einmalig initial, CO2-Konzentrationen mit den CO2-Sensoren gemessen und aus den CO2-Konzentrationen ein Mittelwert als CO2-Grenzwert gebildet wird. Der gebildete Mittelwert kann zur Bestimmung des CO2-Grenzwerts auch mit einem positiven oder negativen Offset verrechnet werden.
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Alternativ zu einem gemeinsamen CO2-Grenzwert für alle Bereiche kann zu Beginn des Verfahrens d.h. wiederum einmalig und initial für jeden Bereich jeweils eine CO2-Konzentration mit dem jeweiligen CO2-Sensor als jeweiliger CO2-Grenzwert gemessen wird. Die einzelnen CO2-Konzentrationen können zur Bestimmung eines jeweiligen CO2-Grenzwertsebenfalls mit einem positiven oder negativen Offset verrechnet werden.
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Der CO2-Grenzwert kann auch ein fester vorbestimmter Wert und beispielsweise im Bereich einer mittleren Raumluftqualität liegend gewählt sein, wie er der obigen Tabelle zur Raumluftqualität entnehmbar ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Raum in mehrere insbesondere gleichmäßig große Bereiche unterteilt ist bzw. zur Durchführung des Verfahrens geteilt wird. Alternativ zu gleichmäßig großen Bereichen können die Bereiche auch abhängig von in dem Raum vorgesehenen Strukturen, wie Trennwände gewählt werden.
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Die Luftzuführungen sind weiter vorzugsweise in einem gleichmäßigen Raster über den Raum verteilt angeordnet.
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Ist die CO2-Konzentration gleich dem CO2-Grenzwert, sodass also ein Grenzfall vorliegt, kann dieser Grenzfall einem Überschreiten oder einem Unterschreiten des CO2-Grenzwertszugerechnet werden.
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Ein erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ein Belüftungssystem zur lokalen und bedarfsgerechten Verbesserung einer Luftqualität in einem Raum und insbesondere zur Durchführung des Verfahrens. Ein solches Belüftungssystem weist zumindest einen Ionisator zur Ionisierung von Luft, zumindest einen CO2-Sensor zur Ermittlung einer CO2-Konzentration in einem Bereich des Raumes sowie zumindest eine Luftzuleitung auf, durch welche mittels des zumindest einen Ionisators ionisierte Luft in den jeweiligen Bereich des Raums leitbar ist. Vorzugsweise ist der Raum in mehrere Bereiche aufgeteilt, welchen jeweils ein CO2-Sensor und eine Luftzuleitung zugeordnet ist. Ferner verfügt das Belüftungssystem über eine Steuerung, welche ausgebildet ist, eine CO2-Konzentration der Luft in dem zumindest einem Bereich mittels des zumindest einen CO2-Sensors zu ermitteln bzw. zu erfassen, die ermittelten CO2-Konzentrationen jeweils mit einem vorbestimmten CO2-Grenzwert zu vergleichen und den lonisator die Luft in vorbestimmter Weise ionisierend anzusteuern sowie die zumindest eine Luftzuleitung die ionisierte Luft in den zumindest einen Bereich leitend anzusteuern.
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Sind mehrere Luftzuleitungen vorgesehen, können diese durch eine gemeinsame Luftverteilereinheit des Belüftungssystems strömungstechnisch ansteuerbar sein, sodass die Steuerung des Belüftungssystems ausgebildet ist, die Luftverteilereinheit anzusteuern und einen durch die Luftverteilereinheit geleiteten und beispielsweise bereits ionisierter Luftstrom in einzelne Luftzuleitungen zu lenken oder auf mehrere Luftzuleitungen aufzuteilen.
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Vorteilhaft ist zudem eine Variante, bei welcher der zumindest eine CO2-Sensor und vorzugsweise alle CO2-Sensoren bodennah und insbesondere bis zu maximal 30 cm oberhalb eines Bodens des Raumes angeordnet ist bzw. sind.
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Vorzugsweise ist zudem vorgesehen, dass eine lonisierungsleistung des Ionisators variabel einstellbar ist. Der Ionisator, welcher auch als Ionen- oder lonisierungsquelle bezeichnet werden kann, ist dadurch bedarfsabhängig einstellbar, sodass die lonisierungsleistung abhängig von der Raumluftqualität bzw. der CO2-Konzentration gesteigert oder reduziert werden kann.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein erster Raum mit einem einzelnen Bereich;
- 2 ein zweiter in vier gleichmäßige Bereiche aufgeteilter Raum;
- 3 ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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In 1 ist ein einfacher Aufbau dargestellt, bei welchem in dem Raum 1 lediglich ein einzelner Bereich 10 festgelegt ist, welcher nicht den gesamten Raum 1 einnimmt und beispielsweise entsprechend eines in dem Raum 1 vorgesehenen Besprechungsbereichs positioniert ist, in welchem also mit einer erhöhten CO2-Konzentration und mithin mit einer schlechten Raumluftqualität zu rechnen ist.
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Der Bereich 10 kann alternativ den gesamten Raum einnehmen. Weiter kann nicht nur lediglich ein CO2-Sensor 20 in dem Bereich vorgesehen sein, sondern, es könnten auch eine Vielzahl von CO2-Sensoren 20 in dem Bereich 10 vorgesehen sein, welche beispielsweise in einem Raster oder matrixartig angeordnet sein können, um die Genauigkeit der Messung der Raumluftqualität zu erhöhen.
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Wird durch den CO2-Sensor 20 ein hoher CO2-Gehalt detektiert, welcher den CO2-Grenzwert überschreitet, wird durch die Luftzuleitung 30, welche beispielsweise als Rohr oder Rohrsystem ausgebildet sein kann, ionisierte Luft in den Bereich 10 geleitet, sodass die schlechte Raumluftqualität durch die Ionen in der ionisierten Luft verbessert wird. Sinkt der durch den CO2-Sensor 20 gemessene CO2-Gehalt wieder ab, kann die Zuführung der ionisierten Luft über die Luftzuleitung 30 gestoppt oder bezüglich des Volumenstroms der einströmenden Luft gedrosselt werden. Alternativ kann zunächst auch lediglich die Ionen-Konzentration in der zugeführten Luft reduziert werden.
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2 zeigt eine Variante, bei welcher der Raum 1 beispielhaft in vier Bereiche 11 bis 14 unterteilt ist, wobei jedem Bereich jeweils ein CO2-Sensor 21 bis 24 und jeweils eine Luftzuleitung 31 bis 34 zugeordnet ist. Das zu 1 beschriebene gilt für den in 2 dargestellten Raum 1 bzw. jeden der Bereiche 11 bis 14, sodass also in jeden Bereich 11 bis 14 ionisierte Luft abhängig von der jeweils in dem zugehörigen Bereich 11 bis 14 herrschenden CO2-Konzentration geleitet und die Luftqualität bzw. Raumluftqualität nach Bedarf d.h. bereichsweise und zeitlich kontrolliert bzw. verbessert werden kann.
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3 zeigt beispielhaft einen Ablauf, wie er für jeden einzelnen Bereich 10 bis 14 stattfinden kann. Die Schritte eines solchen Ablaufs sind die folgenden:
- A
- Start des Verfahrens
- B
- Festlegung eines CO2-Grenzwertsfür den zugehörigen Bereich, beispielsweise durch Messung einer initialen CO2-Konzentration oder durch Abruf eines vorbestimmten und in einer Steuerung hinterlegten Wertes
- C
- Start der Ionisation einer durch die zugehörige Luftzuleitung in den Bereich leitbaren Luft, sodass die Luft mit einem ersten vorbestimmten Volumenstrom und einer ersten vorbestimmten Ionen-Konzentration bereitgestellt wird, welche beispielsweise in den zugehörigen Bereich geleitet werden kann
- D
- Abruf eines Messwerts des in dem Bereich angeordneten CO2Sensors zur Ermittlung der CO2-Konzentration in dem Bereich
- E
- Vergleich der ermittelten CO2-Konzentration mit dem CO2-Grenzwert
- F
- Ist die CO2-Konzentration unterhalb des CO2-Grenzwerts, ist keine Handlung notwendig, sodass nach einer vorbestimmten Zeit (d.h. diskontinuierlich) oder sofort (d.h. kontinuierlich) mit Schritt D fortgefahren wird
- G
- Ist die CO2-Konzentration oberhalb des CO2-Grenzwerts, muss die Luftqualität in dem zugehörigen Bereich verbessert werden
- H
- Erhöhung der Ionisation der durch die zugehörige Luftzuleitung in den Bereich geleiteten Luft, sodass die Luft mit einem zweiten vorbestimmten Volumenstrom, welcher gleich oder höher dem ersten Volumenstrom sein kann, und einer zweiten vorbestimmten Ionen-Konzentration, welche höher ist, als die erste Ionen-Konzentration, bereitgestellt wird, welche in den zugehörigen Bereich geleitet wird. Danach kann nach einer vorbestimmten Zeit (d.h. diskontinuierlich) oder sofort (d.h. kontinuierlich) mit Schritt D fortgefahren werden.
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Das Verfahren bzw. der beschriebene Ablauf zur Umsetzung des Verfahrens kann für jeden Bereich einzeln oder gemeinsam für mehrere Bereiche implementiert sein. Ist der Ablauf zur Steuerung der Ionisation für mehrere Bereiche vorgesehen, können Zwischenschritte eingefügt sein, mit welchen geprüft wird, in welchen der Bereiche der CO2-Gehalt bzw. die CO2-Konzentration den CO2-Grenzwert überschreitet, sodass die mit Schritt H bereitgestellte Luft in alle Bereiche geleitet werden kann, in welchen der CO2-Grenzwert überschritten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1348448 A1 [0004]
- EP 3259537 B1 [0007]
