DE2157550C2

DE2157550C2 - Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens

Info

Publication number: DE2157550C2
Application number: DE19712157550
Authority: DE
Inventors: Thomas Lund Virum Madsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-11-19
Filing date: 1971-11-19
Publication date: 1982-04-29
Also published as: FR2114847A5; JPS5754728B1; GB1357177A; SE383564B; DE2157550A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens, worin ein heizbarer Meßkörper zum Nachbilden des Wärmeaustausches des menschlichen Körpers mit der Umgebung sowie eine Regelschaltung zum Festhalten der Temperatur des Meßkörpers auf einem vorbestimmten, in Nähe der Hauttemperatur des menschlichen Körpers liegenden Wert vorgesehen sind.

Bei einem bekannten Meßgerät der beschriebenen Art besteht der Meßkörper aus einem sogenannten thermischen Modellkörper, der so aus miteinander verbundenen, kastenförmigen und rohrförmigen EIementen aufgebaut ist, daß die Form des menschlichen Körpers nachgebildet wird. Die Wände des Elementes enthalten innen eine von einem Heizkörper beheizte Aluminiumplatte, deren Temperatur konstant auf 37°C gehalten wird, welche Temperatur der inneren Temperatur des in Ruhe befindlichen menschlichen Körpers entspricht Außen auf der genannten Aluminiumplatte ist eine Kunststoffplatte angebracht, die den Wärmewiderstand der Haut darstellt. Außen auf der Kunststoffplatte ist noch eine weitere Aluminiumplatte vorgesehen. Mit Hi'.fe von Thermoelementen wird die Temperatur auf beiden Seiten der Kunststoffplatte sowie auf der Außenseite der äußeren Aluminiumplatte gemessen. Aus dem Unterschied der Temperaturen zu btiden Seiten der Kunststoffplatte, deren Wärmewiderstand bekannt ist. läßt sich somit der Wärmestrom berechnen. Der thermische Modellkörper ist in 37 Meßfelder aufgeteilt, wodurch es ermöglicht wird, geeignete ausführliche Informationen über das thermische Feld an derjenigen Stelle zu erhalten, an welcher der Modellkörpcr angebracht ist. Wegen der großen Anzahl von Meßergebnissen, die vom thermischen Modellkörper geliefert werden, kann man sieh jedoch keinen unmittelbaren Eindruck Von den thermischen Verhältnissen machen, und die Meßergebnisse werden dahef gewöhnlich einer Datenverarbeitungsanlage zur Auswertung zugeführt.

Ferner ist es bei Geräten der eingangs genannten Gattung bekannt, als Maß der Abkühlungsgröße die

jeweils aufgewendete elektrische Heizenergie heranzuziehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, mit dem es möglich ist, auf äußerst einfache Weise und ohne die Anwendung einer Datenverarbeitungsanlage den Grad des thermischen Unbehagens bei verschiedenen, einstellbaren Werten für den gesamten Wärmeanfall im Inneren des menschlichen Körpers, d. h. die Intensität der körperlichen Betätigung, und für den Wärmewiderstand der Bekleidung zu bestimmen. Sowohl die Intensität der körperlichen Betätigung als auch der Wärmewiderstand der Bekleidung einer großen Anzahl der in der Praxis vorkommenden Betätigungen als auch Bekleidungen sind bekannt

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Regelschaltung Mittel zur Festlegung der Regelabweichung enthält, daß in der Regelschaltung eine von der dem Meßkörper zugeführten Heizleistung abhängige Indikationsspannung erzeugt wird, daß eine der Indikationsspannung proportionale erste Vergleichsgröße erzeugt wird, wobei der Proportionalitätsfaktor durch ein Einstellorgan zum Einstellen eines gewünschten Aktivitätspegels, der einem fikfven Gesamtwärmeanfall in einem menschlichen Körper entspricht, einstellbar ist, daß Mittel zur Erzeugung einer anderen Vergleichsgröße vorgesehen sind, die auch vom eingestellten Aktivitätspegel abhängig ist und einen solchen Wert hat, daß die zwei Vergleichsgrößen gleich sind, wenn sich der Meßkörper unter solchen thermischen Bedingungen befindet, die von einem auf derselben Stelle befindlichen menschlichen Korper, der sich auf demselben Aktivitätspegel wie der am Gerät eingestellte befindet, als behaglich empfunden werden, und daß ein Vergleichsorgan zur Vergleichung der beiden Vergleichsgrößen vorgesehen ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es durch geeignete Ausbildung des Meßkörpers möglich ist, durch eine einzige Messung der dem Meßkörper zugeführten Heizleistung und damit der vom Meßkörper an die Umgebung abgegebenen Leistung den Grad thermischen Unbehagens bei verschiedenen einstellbaren Werten für den Wärmeanfall und/oder für die Bekleidung zu bestimmen, wenn die gemessene Größe unter Berücksichtigung der genannten eingestellten Werte korrigiert und daraufhin mit einer Größe verglichen wird, welche für den eingestellten Wärmeanfall und/oder die eingestellte Bekle^:-Jung repräsentativ ist.

Weitere Ausführungsformen des Erfindungsgegenitandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schemaiischen Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 Kurven, die den Zusammenhang zwischen dem PMV-Wert und der Umgebungstemperatur t, bei verschiedenen Intensitäten der körperlichen Betätigung is (kcal/hm'). Bekleidungen (clo) und l.uftgeschwindigkeiten (m/s) veranschaulichen,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäüen Gerätes,

Fig 3 einen Schnitt durch einen mir. erfindungsgemäßen Gerät gehörenden Meßkörper,

Kig.4 Kurven, die den Zusammenhang zwischen fioiti (W/m²) und Φβ_σ (W/m²) mit dem Wasserdampfdrückp₄(mbar) als Parameter aufzeigen,

Fig.5 Kurven, die den trockenen Wärmeaustausch ($dry) sowie den Wärmeaustausch durch Konvektion (&c) und Strahlung ("Pr) als Funktion des Unterschieds zwischen der Oberflächentemperatur (U) und der Umgebungstemperatur (t_r) sowohl beim Msßkörper als auch bei einer Person veranschaulichen,
F i g, 6 Kurven, die den Zusammenhang zwischen

ΑΕ_εΠ

APMV

als Funktion von Φιοαΐ (W/m²) bei verschiedenen Bekleidungen (clo) angeben,
F i g. 7 Kurven, die den Zusammenhang zwischen

Λ PMV

und der Bekleidung (clo) für verschiedene Werte von ^roia/verdeutlichen, und

Fig.8 ein Blockschaltbild einer Anlage mit einem erfindungsgemäßen Gerät

Die Grundlage für die vorliegende Erfindung stellt die von P.O. Fanger formulierte Behaglichkeitsgleichung dar, vgl. P.O. Fanger: Thermal Comfort, Danish Technical Press, Copenhagen, .-/O. Nach dieser Behaglichkeitsgieichung sind im wesentlichen sechs Faktoren für den Grad des Unbehagens bestimmend, den eine Person bei der Ausführung einer gegebenen körperlichen Betätigung unter gegebenen thermischen Umstä .den und beim Tragen einer gegebenen Bekleidung t'uhli.

Lufttemperatur,

Luftgeschwindigkeit,

Mittlere Strahlungstemperatur,

Luftfeuchtigkeit,

Intensität der körperlichen Betätigung

(gesamter Wärmeanfall im Körper),

Bekleidung.

Der Einfluß der Bekleidung beruht auf dem Wärmewiderstand derselben. Dieser wird in clo-units (m²C/W) gemessen und ist für eine große Anzahl in der Praxis vorkommender Bekleidungen bekannt

Auch die Intensität der körperlichen Betätigung ist für eine große Anzahl in der Praxis vorkommender Betätigungen bekannt und wird gewöhnlich in W/m² gemessen.

Die vier ersten Faktoren bestimmen die thermischen Bedingungen an derjenigen Stelle, wo sich die betreffende Person aufhält. Diese vier Faktoren können jeder für sich gemessen werden, woraufhin es an Hand der Behaglichkeitsgleichung möglich ist, den Grad thermischen Unbehagens für beliebige Werte der Intensität der körperlichen Betätigung und der Bekleidung zu berechnen.

Es ist jedoch umständlich, diese vier Faktoren tu messen, und die Messungen dieser Faktoren sind in der P<-axi, ziemlich schwierig, und zwar insbesondere die Messungen der Luftgeschwindigkeit und der minieren Strahlungstemperaair. Beim erfindungsgemäßen Gerät bedient man sich daher des unten näher beschriebenen Meßkörpers, der die thermischen Umgebungen in der gleichen Weise auffaßt, wie eins Person es tun würde, und es ermöglicht, einen einzigen Meßwert zu erhalten, der jedenfalls für drei der genannten vier Faktoren repräsentativ ist

Der Grad des Unbehagens bei einer gegebenen Intensität der Körperlichen Betätigung und einer gegebenen Bekleidung ist nach P. O. Fanger definiert als der Unterschied zwischen dem Wärmeänfall im Körper Und der Wärmeabgabe an die jeweilige Umgebung bei

einer Person, von der angenommen werden kann, daß sie sich tltermisch behaglich fühlt.

Zum Messen des thermischen Unbehagens können Verschiedene Einheiten benutzt werden. Eine dieser Einheiten ist das erwartete durchschnittliche Unbehagen PMV (predicted mean vote). Die Skala erstreckt sich von —3 bis +3, und es besteht folgende Beziehung zwischen dieser Skala und der Auffassung der thermischen Verhältnisse durch eine Person:

-3	unbehaglich kalt,
-2	kalt.
-1	kühl.
0	neutral,
+ 1	temperiert.
+ 2	warm,
+ 3	unbehaglich warm.

Eine weitere Einheit ist die in Prozent ausgedrückte Anzahl thermisch unzufriedener Personen PPD (predicted percentage of dissatisfied). Unter Unzufriedenen sind in diesem Zusammenhang diejenigen Personen zu verstehen, die die thermischen Verhältnisse mit -3,-2, +2 oder +3 bewerten. Es besteht kein linearer Zusammenhang zwischen diesen beiden Einheiten.

In Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen dem PMV-Wert und der resultierenden Temperatur der Umgebung für verschiedene Intensitäten der körperlichen Betätigung, Bekleidungen und Luftgeschwindigkeiten veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daß hier ein linearer Zusammenhang besteht, und deshalb sind die PMV-Werte besonders gut für die Auslegung der Bauteile in einem erfindungsgemäßen Gerät geeignet

Die Grundlage für die Ausbildung eines mit dein hier beschriebenen Gerät zu benutztenden Meßkörpers stellt der Wärmeaustausch einer normalen Person mit ihrer Umgebung dar. Dieser Wärmeaustausch läßt sich prinzipiell in zwei Teile aufteilen, nämlich den trockenen Wärmeaustausch Φ*? und den feuchten Wärmeaustausch Φ»«, und zwar gilt

Der trockene Wärmeaustausch besteht aus dem Wärmeaustausch durch Strahlung und dem Wärmeaustausch durch Konvektion. Der feuchte Wärmeaustausch besteht aus der Wärmeabgabe durch Wasserdampfdiffusion durch die Haut, Wärmeabgabe durch Verdunstung von Schweiß und Wärmeabgabe durch Erwärmung und Befeuchtung der Einatmungsluft

Ist der Wasserdampfdruck p, der umgebenden Luft bekannt und wird die Lufttemperatur gleich 20°C gesetzt läßt sittt der feuchte Wärmeaustausch berechnen. Der Fehler, der dadurch auftritt daß man die Temperatur der Luft mit 20° C ansetzt, ist im Temperaturbereich von 10—30°C verschwindend klein.

In Fig.4 ist der gesamte Wärmeaustuasch Φ_ιοαΐ als Funktion des trockenen Wärmeaustausches Φφγ bei verschiedenen Werten des Wasserdampfdrucks p₃ abgetragen. Sind Φ dry und ρ, bekannt kann Φ _IO!a; aus den Kurven ermittelt werden.

p₃ kann z. B. durch Messung der zusammengehörenden Werte der Temperatur der Luft und der relativen Feuchtigkeit derselben bestimmt werden.

Der Wärmeaustausch durch Strahlung und der Wärmeaustausch durch Konvektion und damit der gesamte trockene Wärmeaustausch läßt sich mit Hilfe der Behagfichkeitsgleichung von P. O. Fanger bestimmen. Fig.4 zeigt diese für sowohl eine unbekleidete Person als auch für den Meßkörper berechneten Größen. Es ist ersichtlich, daß mit guter Annäherung eine lineare Abhängigkeit zwischen dem trockenen Wärmeaustausch Φ</_σ und dem Unterschied zwischen der Oberflächentemperatur des Meßkörpers und der resultierenden Temperatur der Umgebung besteht Der Wärmewiderstand zwischen dem Meßkörper und der Umgebung ergibt sich aus den Kurven zu /?;„=0,095 rn²C/W. Der Zusammenhang zwischen der

ίο Oberflächentempefatur (Q und der resultierenden Temperatur (f_r)der Umgebung ist demnach:

/, = /, -0.095 x 0_drl (Grad Celsius)

lä Eine Ausführungsform des im erfindungsgemäßen Gerät verwendeten Meßkörpers ist in Fig.3 dargestellt. Geometrisch besteht dieser Meßkörper sozusagen aus zwei Kegeln, die kleine Scheitelwinkel haben und deren Grundflächen einander zugekehrt sind und deren Spitzen weggeschnitten und durch Kaiotten ersetzt sind. Bei dieser Form bestehen beim Meßkörper die gleichen Verhältnisse zwischen den Projektionsflächen in den sechs Hauptrichtungen wie bei einer normalen Person. Außerdem ist es möglich, den Meßkörper verschiedene Stellungen einnehmen zu lassen, die einer stehenden, einer sitzenden oder einer liegenden Person entsprechen. Die Größe des Meßkörpers ist so gewählt, daß bei ihm die gleichen Verhkimisse zwischen dem Wärmeaustausch durch Strahlung Φ« und dem Wärmeaustausch durch Konvektion Φcwie bei einer Person bestehen. Dies ist möglich weil eine Person eine kleinere Strahlungsfläche ah Konvektionsfläche besitzt und weil der Quotient aus Φ_ί und Φ« mit fallendem Durchmesser des Meßkörpers anwächst. Die Gesamthöhe des Meßkörpers kann beispielsweise von der Größenordnung 20 cm sein.

Der Meßkörper hat innen einen Körper aus Kunststoffschaum, um den ein in Fig. 3 nicht gezeigte! elektrischer Widerstandsdraht gewickelt ist Außen isl der Meßkörper mit einer etwa 1 mm dicken Schicht 2 aus wärmeisolierendem Material versehen. Diese Schicht sichert zusammen mit der Regelung des durdi den Widerstandsdraht gebildeten Heizkörpers, daC beim Meßkörper das gleiche Verhältnis zwischen Φ*.

und f₅ wie bei einer thermisches Wohlbehager empfindenden Person besteht. Der Meßkörper ist au! einer Stange 3 angebracht die in einem Stath unterstützt ist und zwar vorzugsweise in einer solcher Weise, daß der Meßkörper verschiedene Stellunger

so einnehmen kann. Nach Seite 39 im oben erwähntet Buch von P. O. Fanger gilt daß

/, = 35.7 - 0.028 x Φ,_αιαΙ (Grad Celsius) (II)

Wird der Wasserdampfdruck gleich 15 mbar gesetzt was z.B. einer Lufttemperatur von 24°C und einei relativen Luftfeuchtigkeit von 50% entspricht läßt sicr aus Fig.4 folgender Zusammenhang zwischen derr gesamten Wärmeaustausch Φ_Ισαι und dem trockener Wärmeaustausch Φ^herleiten:

Φ,_οω/ = 1,96 X Φ^ - 2146 (W/m²) (ΠΙ)
Durch Einsetzen von (ITT) sind (Π) ergibt sich:
/_s = 36,4 - 0,054 x Φ^ (IV)

Diese Gleichung läßt sich physikalisch auf folgend« drei Weisen verwirklichen:

1. Der Heizkörper wird konstant auf 36,4°G gehalten, und es wird ein Wärmewiderstand, d. h. die Schicht 2 in F i g. 3, von 0,054 m² "G/W eingeführt.

2. Die Temperatur des Heizkörpers wird mit einer Regelabweichung von 0,054 m²°C/W geregelt. Hierdurch wird bewirkt, daß die Temperatur des Heizköf* pers immer gleich I, ist

3. Eine Kombination von 1. und 2.

L ist schwierig zu verwirklichen, 2. ergibt eine unreafistische Oberfläche sowie eine unruhige Registrierung, weil die Schicht 2 fehlt. 3. ermöglicht dagegen die Wahl eines geeigneten Wärtf/ewidefstandes m, <0,054 m²°C/W für die Schicht 2 und die Berücksichtigung vom Rest der m, durch eine Regelabweichung.

Die Regelung der Temperatur des Meßkörpers ist aus F i g. 2 ersichtlich. Hier wird der bereits oben erwähnte, einen Heizkörper bildende und im Meßkörper angeordnete Widerstandsdraht 4 von einem Verstärker 5

draht 4 Impulse mit konstanter Amplitude E und mit konstanter Pulsfrequenz von Z. B. 50 Hz zugeführt werden. Die dem Meßkörper über diesen Widerstandsdraht 4 zugeführte Heizleistung wird durch Änderung der Impulsdauer c geregelt Wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 5 mit Hilfe eines Drehspulinstruments gemessen, ist dessen Anzeige £_e« der an den Meßkörper abgegebenen Heizleistung und daher auch der vom Meßkörper an die Umgebung abgegebenen Leistung, d. h. Φ*,, proportional.
Aus (I) und (IV) ergibt sich

/, = 36.4 - 0.149 x Φ_άη (Grad Celsius)

oder

t, = 36.4 - 0.149 x k x E_e„ (Grad Celsius)

in welchem Ausdruck k (W/m² "C) dem Verhältnis zwischen Φ*, und Et» entspricht

Die Temperatur des Meßkörpers wird mit Hilfe eines unter der Schicht 2 angeordneten Widerstandsdrahtes 6 mit geeignetem Temperaturkoeffizienten gemessen. Stattdessen kann die Temperatur auch mit einem oder mehreren Heißleitern gemessen werden. Der Widerstand des Drahtes 6 und damit seine Temperatur wird mit Hilfe einer Meßbrücke gemessen, die feste Widerstände 7 und 8 und einen einstellbaren Widerstand 9 zur Ermittlung des Temperaturpegels des Meßkörpers umfaßt Die Ausgangsspannung der Meßbrücke regelt den Verstärker 5. Auf diese Weise ist eine Regelschleife geschaffen, die die Temperatur des Meßkörpers regelt Da es sich hier um ein System mit proportionaler Regelung handelt wird in der Schleife eine gewisse Regelabweichung auftreten, die als der von der Belastung abhängige Unterschied zwischen dem gewünschten Wert und dem Wert der geregelten Größe definiert werden kann. Wie bereits erwähnt dient die Regelabweichung zusammen mit dem Wärmewiderstand der Schicht 2 dazu, den gewünschten gesamten Wärmewiderstand zwischen dem Heizkörper und der Umgebung zu verwirklichen. Die hierfür erforderliche Reduktion der Verstärkung in der Regelschleife erfolgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch Mittel zur Festlegung der Regelabweichung, die aus einer Widerstandsgruppe 10 mit einem festen Widerstand 11 und einem veränderlichen Widerstand Pi bestehen. Die Regelabweichung, die zusammen mit dem Wäfmewiderstand der Schicht 2 zur Erfüllung der Gleichung ((V) dient, gilt bei der Simulierung der Wärmeabgabe einer unbekleideten Person. Geht es darum, die Wärmeabgabe einer bekleideten Person zu simulieren, könnte man sich vorstellen, dies durch Aufziehen eines »Strumpfes« mit dem gewünschten clo-Wert auf den Meßköfper zu verwirklichen; Es ist jedoch wesentlich einfacher, die Bekleidung dadurch zu simulieren, daß man die Regelabweichung über denjenigen Wert hinaus vergrößert, der bei der Simulierung der Wärmeabgabe

ίο einer unbekleideten Person gültig ist Hierzu dient der veränderliche Widerstand Pi.

In diesem Zusammenhang soll daran erinnert werden, daß bei einer Vergrößerung des clo-Wertes für eine Person auch die effektive Fläche vergrößert wird. Ein clo-Wert von 1,0 entspricht beispielsweise einer Oberfläche, die 1.15mal so groß wie die Oberfläche der unbekleideten Person ist. Der trockene Wärmeaustausch <f>dry steigt also infolge der größeren Oberfläche auf das l,15fache. Die Oberfläche des Meßkörpers wird

^y. ^edcch !.ich, "Sünden u"v dsher niüssen ci'^A ρΙπ-^^ηρ des Meßkörpers pro I₁OcIo für eine Person um das l,15fache reduziert werden.

Die Änderung der Verstärkung in der Regelschleife und damit der Regelabweichung kann auch auf andere Weise als der gezeigten erfolgen, z. B. durch direkte Regelung der Verstärkung im Verstärker 5.

Wie oben angeführt, entspricht der Grad des thermischen Unbehagens bei einer gegebenen intensität körperlicher Betätigung und einer gegebenen Bekleidung per Definition dem Unterschied zwischen auf der einen Seite dem Wärmeanfall im Körper und auf der anderen Seite der Wärmeabgabe an die jeweilige Umgebung einer Person, von der angenommen wird, daß sie sich thermisch behaglich fühlt Da die Indikationsspannung E^i jedoch allein für die resultierende Temperatur t, der Umgebung repräsentativ ist, muß sie unter Berücksichtigung der eingestellten Intensität der körperlichen Betätigung und der eingestellten Bekleidung korrigiert werden, damit sie in einem als Vergleichsorgan dienenden Voltmeter 12 als eine, eine erste Vergleichsgröße darstellende. Spannung E\ mit einer eine andere Vergleichsgröße darstellenden Spannung Ei verglichen werden kann, weiche für den Wärmeanfall im Körper repräsentativ ist

Dies ist im Gerät nach Fig.2 mit Hilfe eines ersten Spannungsteilers verwirklicht, der einen mit Hilfe eines Schalters S\ veränderlichen Widerstand R_x sowie eine Widerstandsgruppe 13 umfaßt, die aus einem festen Widerstand 14 und einem zweiten, als Potentiometer Pt

so ausgebildeten Spannungsteiler zusammengesetzt ist Die Spannung E\ wird am Schleifer des Potentiometers Pi abgegriffen.

Eine Spannung E₁ wird mit Hilfe eines Widerstandsnetzwerkes im Zusammenhang mit einer Spannungsquelle mit konstanter Spannung erzeugt Das Netzwerk enthält eine erste Widerstandsgruppe R₁, die aus einem festen Widerstand 15 und einem dritten, als Potentiometer P₂ ausgebildeten Spannungsteiler besteht Die Widerstandsgruppe R_z hat genau denselben Wider-

eo standswert wie die Widerstandsgruppe 13. Die Potentiometer P\ und Pz sowie der veränderliche Widerstand Pi werden mit Hufe eines ihnen gemeinsamen Bedienungsorgans betätigt

Das Netzwerk enthält ferner einen vierten Spannur.gsteiler, der einen mit Hilfe eines Schalters S2 einstellbaren Widerstand Ri und einen mit Hilfe eines Schalters S₃ einstellbaren Widerstand R₃ sowie einen fünften Spannungsteiler Pi umfaßt Die Schalter S\, Sz

und 53 werden mit Hilfe eines ihnen gemeinsamen Bedienungsorgans betätigt. Die der Widerstandsgruppe R₂ zugeführte Spannung £i wird am Schleifer des Spannungsteilers P₃ abgenommen.

Da der Zusammenhang zwischen i_rund damit Ecu und dem PMV-Wert linear ist, siehe Fig. I₁ muß die am Voltmeter 12 liegende Spannung folgende Bedingungen erfüllen:

1. Die Späi nung am Voltmeier 12 muß sich um einen solchen Weit ändern, daß sich die Anzeige um eine PMV-Einheit ändert, wenn l_r sich um einen Betrag Indert, der einer Änderung des PMV-Wertes von 1,0 bei den eingestellten Werten der Intensität der körperlichen Betätigung, der Bekleidung und des Wasserdampfdruckes entspricht.

2. Der Spannungsunterschied zwischen den Klemmen des Voltmeters 12 muß 0 Volt betragen, wenn sich der Meßkörper im Gleichgewicht bei demjenigen Wert von f_r befindet, der den gleichen Einstellungen entspricht.

Die Bedingung 1. wird mit Hilfe der Spannung E\ und die Bedingung 2. hiernach durch geeignete Auslegung des oben beschriebenen Netzwerkes für die Erzeugung der Spannung E₂ erfüllt. Aus den Fig.6 und 7 geht iiervor, wie

A PMV

von der Intensität der körperlichen Betätigung bzw. von der Bekleidung abhängt.

Wenn sich die Spannung des Meßkörpers um AE_tn ändert, muß sich E\ um einen Betrag ändern, der einer Änderung der Anzeige des Voltmeters 12 um eine PMV-Einheit entspricht. Bezüglich der Intensität der körperlichen Betätigung wird dies mit Hilfe des veränderlichen Widerstands R_x erreicht, für welchen für jede mit dem Schalter S\ eingestellte Intensität der körperlichen Betätigung gilt, daß

ΔΕ\ (für PMV=I) ist bekannt, wenn man die Meßempfindlichkeit des Voltmeters 12 kennt. AEcUm₀ kann in Fig.6 aufgesucht werden. Für Ru wird Irgendein geeigneter Wert, z.B. 1000 Ohm, gewählt. Hiernach läßt sich R_x für jede Intensität der körperlichen Betätigung errechnen.

Die Abhängigkeit von der Bekleidung ist mit guter Annäherung linear und kann folglich mit Hilfe des Potentiometers Pi erreicht werden. Selbstverständlich ließe sie sich auch mit Hilfe fester Widerstände und Schalter verwirklichen.

Die Größe und die Einstellung des Potentiometers kann berechnet werden aus:

>■ = 1000

Potentiometer Pi in seinen Extremstellungeri 0 tfibar und 25 mbar befindet, für jede Intensität der körperlichen Betätigung bekannt. Die Widerstandswerte für die Widerstände Ri und Ri lassen sich dann aus folgenden Gleichungen ermitteln:

Ri +Rp,

worin

Ra

^E< ^Ombar

R₁ ⁺ R₁

⁴J' mint

worin

1
ß.

Die Widerstände im Netzwerk lassen sich an Hand der obengenannten Bedingung 2. errechnen. Unter den gegebenen Umständen muß E\ gleich E₂ sein. Da die Widerstandsgruppen 13 und R_z gleich sind, gilt auch, daß Ei und Ei gleich sein müssen.

Für die Größe des Potentiometers P3 zur Bestimmung des Einflusses des Wasserdampfdrucks wü-d ein geeigneter Wen, z. B. 100 Ohm, gewählt Der gewünschte Wert der Spannung & ist, wenö sich das Die Erfindung ist nicht auf die auf der Zeichnung veranschaulichte und oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in vielen anderen für den Fachmann naheliegenden Ausführungsformen Anwendung finden, die in den Rahmen der nachstehenden Patentansprüche fallen.
Das Potentiometer P₃ kann beispielsweise mit Hilfe einer Vorrichtung zum Messen des Wasserdampfdrukkes der Luft eingestellt werden, so daß man den Wasserdampfdruck überhaupt nicht mehr manuell am Gerät einzustellen braucht. Eventuell läßt sich das Potentiometer P₃ auch ganz entbehren, da der Einfluß des Wasserdampfdruckes verhältnismäßig geringfügig ist.

Das Gerät kann ferner so eingerichtet sein, daß sich nur ein einziger der Klimafaktoren »Intensität der körperlichen Betätigung« und »Bekleidung« einstellen läßt, während der andere fest eingestellt ist.

Das erfindungsgemäße Gerät kann eventuell einen Teil einer größeren Regelanlage für einen oder mehrere der Klimafaktoren bilden, indem der Unterschied zwischen den Spannungen E₁ und E₂ als Regelgröße benutzt wird. Ein Beispiel für eine derartige Anlage ist in Fig.8 dargestellt, in welcher mit gestrichelten Linien ein Raum 16 angedeutet ist, in welchem ein Meßkörper 17, z.B. von der in Fig.3 gezeigten Art, und eine Vorrichtung 18 zum Messen der Luftfeuchtigkeit angebracht ist Der Meßkörper 17 und die Vorrichtung 18 sind an ein erfindungsgemäßes Gerät 19 angeschlossen, das beispielsweise wie das in Fig.2 gezeigte eingerichtet ist Das Ausgangssignal des Gerätes 19 regelt die Temperatur eines Luftstromes, der mit Hilfe eines Aggregates 20 durch einen Kanal 21 in den Raum 16 eingeblasen wird. Mit der gezeigten Anlage können optimale klimatische Bedingungen im Raum dadurch geschaffen werden, daß man den clo-Wert und die Intensität der körperlichen Betätigung für diejenigen Personen am Gerät 19 einstellt, die sich im Raum aufhalten.

Die Regelung der Temperatur des Meßkörpers kann auch auf andere Weise als der veranschaulichten erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, den Heizdraht aus einem Material mit einem geeigneten Temperaturkoeffizienten herzustellen und den Widerstandswert des Heizdraht« selbst als Maß für die Temperatur auszunutzen.

11 12

Es können eventuell auch mehrere Meßkörper an das gezeigte besitzen, und zwar z. B. die eines Doppelellip-Geräi angeschlossen sein, damit man sich z. B. ein Bild soids, d. h. eines Körpers, der um zwei rechtwinklig Von der Verteilung der thermischen Bedingungen über aufeinanderstellende Achsen ellipsenförmigen Quereine größere Zone machen kann, schnitt hat.

Der Meßkörper kann auch eine andere Form als die 5

Hierzu 6 Blall Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens, worin ein heizbarer Meßkörper zum Nachbilden des Wärmeaustausches des menschlichen Körpers mit der Umgebung sowie eine Regelschaltung zum Festhalten der Temperatur des Meßkörpers auf einem vorbestimmten, in Nähe der Hauttemperatur des menschlichen Körpers liegenden Wert vorgesehen sind, dadurch gekennzeichne t, daß die Regelschaltung (5 -10) Mittel (10) zur Festlegung der Regelabweichung enthält, daß in der Regelschaltung eine von der dem Meßkörper zugeführten Heizleistung abhängige Indikationsspannung (Eat) erzeugt wird, daß eine der Indikationsspannung proportionale erste Vergleichsgröße (E\) erzeugt wird, wobei der Proportionalitätsfaktor durch ein Einstellorgan (S,, R_x) zum Einstellen eines gewünschten Aktivitätspegels, der einem fiktiven Gesamtwärmeanfall in einem menschliclipn Körper entspricht, einstellbar ist, daß Mittel (S₂, Ss, R₂, Ri, Pz, Rz) zur Erzeugung einer anderen Vergleichsgröße (Ei) vorgesehen sind, die auch vom eingestellten Aktivitätspegel abhängig ist und einen solchen Wert hat, daß die zwei Vergleichsgrößen gleich sind, wenn sich der Meßkörper unter solchen thermischen Bedingungen befindet, die von einem auf derselben Stelle befindlichen menschlichen Körper, der sich auf demselben Aktivitätspegel wie der am Gerät eingestellte befindet, als behaglich empfunden werden, untl daß ein Vergleichsorgan (12) zur Vergleichung der beiden Verg' jichsgrößen vorgesehen ist

2. Gerät nach Anspruch 1, as iurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel (P,, P₂, Pt) zur Einstellung einer gewünschten Bekleidungsart vorgesehen sind, die eine Änderung der Regelabweichung (durch Pi), eine Änderung des Proportionalitätsfaktors (durch Fi) und eine Änderung der zweiten Vergleichsgröße (durch Pz) bewirken.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wo die Skala des Vergleichsorgans in Einheiten aufgeteilt ist, die den Grad thermischen Unbehagens angeben, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichsgröße (E₁) aus der einem Heizkörper (4) des Meßkörpers zugeführten Heizleistung über einen stufenweise einstellbaren, ersien Spannungsteiler (R_x, 13) abgeleitet ist, der durch die Einstellung des Gesamtwärmeanfalls im Körper eingestellt wird und dessen Teilerverhältnis in jeder Stufe so gewählt ist, daß sich die Anzeige am Vergleichsorgan (12) um eine Einheit ändert, wenn sich die dem Heizkörper zugefllhrte Heizleistung um einen Betrag ändert, der einer änderung der Bedingungen, unter denen sich t)cr Meßkörper befindet, um eine Einheit für den eingestellten Wärmeanfall entspricht.

4 Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Teil des ersten Spannungsteilers (R,, 13) von einem /weiten Spannungsteiler (Pi) gebildet ist, der durch die Einstellung der Bekleidung eingestellt wird und dessen Teilerverhältnis so gewählt ist, daß sich die Anzeige am Vergleichsor' gan (12) um eine Einheit ändert, wenn sich die dem Heizkörper (4) zugeführte Heizleistung um einen Betrag ändert, der einer derartigen Änderung der Bekleidung entspricht, die bei dem eingestellten

Wärmeanfall eine Änderung des Grades thermischen Unbehagens um eine Einheit bewirkt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Spannungsquelle mit konstanter Spannung verbundenes Netzwerk von Spannungsteilern zur Erzeugung der zweiten Vergleichsgröße (E₂) vorgesehen ist und daß dieses Netzwerk einen dritten Spannungsteiler (P₂) umfaßt, der denselben Widerstandswert wie der zweite Spannungsteiler (P,) hat und zusammen mi* diesem eingestellt wird.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk einen vierten, stufenweise einstellbaren Spannungsteiler (R₂, R3, P3) umfaßt, der durch Einstellung des Gesamtwärmeanfalls im Körper eingestellt wird und dessen Teilerverhältnis so gewählt ist, daß die beiden Vergleichsgrößen (E,, E₂) im Zustand thermischen Wohlbefindens gleich groß sind.

7. Gerät nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Spannungsteiler (R₂, R3, Pi) einen fünften Spannungsteiler (P₃) zum Einstellen des Wasserdampfdruckes enthält