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Beschreibung der Erfindun Elektronischer Raumklima-Analysator (Raumklima-Meßgerät)
Zur Raumklimamessung bzw. -bewertung, insbesondere in Aufenthaltsräumen jeglicher
Art, werden entweder Meßgeräte verwendet, die die Zustandsgrößen der einzelnen Raumklimakomponenten
- BufttemDeratur, Luftfeuchte, Luftbewegung und Temperatur der Raumumschließungsflächen
- separat messen und anzeigen. Da für jede Raumklimakomponente dabei i.a. ein eigenes
Meßgerät nötig ist, wird der apparative Aufwand entsprechend groß, was besonders
bei ambulanten Probemessungen - beispielsweise bei der Abnahme von Lüftungs-und
Klimaanlagen - sehr lästig ist.
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Andererseits werden Klimasummenmeßgeräte verwendet, die die Sinzelkomponenten
nicht getrennt erfassen, sondern das Raumklima - bespielsweise als Kühlstärke der
Umgebung - komnlex bewerten.
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Abgesehen von dem fraglichen apparativen Minderaufwand und dem sehr
umstrittenen Wert solcher "Klimasummengrößen" in Bezug auf die Behaglichkeitsempfindung
des Menschen ist es auch wesentlich sinnvoller, die Raumklimakomponenten getrennt
zu erfassen, um gegebenenfalls Abweichungen vom gewünschten oder garantierten Raumklimazustand,
hervorgerufen durch falsche Bauweise, wie z.Ss schlechte Wärmedämmung der Wände
und Decken, zu große Fenster, Sehldimensionierung der Heizkörper, Bemessungs- und
AusLührungsfehler bei LUftungs- und Klimaanlagen etc. an den Abweichungen der Einzelkomponenten
erkennen und folgerichtig beheben zu können.
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(Als einziges Beispiel sei hier die zu große Wärmeabstrahlung aes
Menschen an überdimensionierte GlasSlächen im Winter genannt.
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Empfunden wird die lästige Abkühlung durchweg als Zugluft, während
mit einem Meßgerät, das in diesem Falle die Luftbewegung und die Temperatur der
Umscbließungsflächen getrennt zu messen gestattet, die wahre Ursache zu den Klagen
aufgedeckt wird). (1), (2), (3)
Darum wurde ein elektronisches Raumklimameßgerät
entwickelt, das einerseits die Raumklimakomponenten separat erfaßt, sich andererseits
durch gerinfJen apsarativen Aufwand und Handlichkeit auszeichnet. Es besteht aus
einem Empfängerteil (Meßkopf) mit Stativfuß 1 (Zeichnung) und einem Anzeigeteil,
in dem auch Stromversorgung und elektronische Regelung untergebracht sind. Beide
Geräteteile werden durch ein vieladriges Kabel mit Steckverbindung 2 (zeicnnung)
gekoppelt. Die vom Meßkopf erfaßten Klimadaten werden am Meßinstrument im Anzeigeteil
auf Tastendruck bzw.
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Schalterstellung hin angezeigt. Der Me3kopf enthält 2 Heißleiter-Thermometer
3+4 (Zeichnung), an denen die Raumluft mit Hilfe eines kleinen eingebauten Ventilators
5 (Zeichnung) vorbeigesaugt wird. Eines der Thermometer mißt die Lufttemperatur,
das andere, das wie bei einem Aßmannschen Aspirationspsychrometer mit einem zu befeuchtenden
Stoffüberzug versehen ist, die Temperatur, bei der die Raumluft ohne Änderung des
Wärmeinhalts feuchtegesättigt wäre. Aus der Anzeigedifferenz beider Thermometer
psychrometrische Differenz) und der Raumlufttemperatur resultiert - aus Psychrometertafel,
i-x-Diagramm nach Mollier oder dem speziell dafür geschaffenen Raumklima-Nomogramm
abzulesen - die relative Luftfeuchte. (4) + (2) Der Meßkopf trägt weiterhin 2 Kugeln,
die zur weitgehenden Ausschaltung gegenseitiger Beeinflussung in entsprechender
Entfernung voneinander angebracht sind. Jede Kugel besteht aus einer durch sehr
dünnen Kunststoffüberzug zusammengehaltenen Widerstandsdrahtwicklung, die mittels
eingeklebter Heißleiterfühler und elektronischer Regelung auf konstanter Temperatur
gehalten wird. Wichtig ist die durch vorgenannten Aufbau bezweckte äußerst geringe
thermische Trägheit der Kugeln. Da die Temperatur der Kugeln konstant gehalten wird,
ist die autopatisch nachgeregelte elektrische Heizleistung ein Maß für die durch
die Umgebung auf die Kugel wirkende Abkühlung. Durch thermische Isolierung ist eine
Wärmeabgabe der Kugeln durch Leitung unterbunden. Eine der Kugeln 6 (Zeichnung)
ist oberflächenversilbert; d. h. ihre Wärmeabgabe erfolgt - soweit es die praktische
Anwendung betrifft -'fast ausschließlich nur durch Konvektion. Die Luftbewegung
läßt sich grundsätzlich aus konvektiver Abkühlung eines Körpers und der Temperatur
der abkühlenden
Luft bestimmen. Nach diesem Prinzip erfolgt die
Messung der Luftbewegung mit dem Raumklima-Analysator. Durch Verbinden der Lufttemperatur
und konvektiver Abkühlung - gemessen mit der versilberten Kugel - kann die Luftbewegung
im Auswertenomogramm als Resultierende an einer Luftgeschwindigkeitsskala abgelesen
werden.
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Die andere Kugel 7 (Zeichnung) ist oberflächenescnwärzt, d. h.
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sie gibt ihre Wärme außer durch Konvektion auch durch Abstrahlung
an die umgebenden Flächen ab. Je kälter diese Flächen sind, umso größer ist die
Wärmeabgabe durch Strahlung. Subtrahiert man von dem mit der schwarzen Kugel gemessenen
Abkühlungswert den der versilberten, so ergibt sich rechnerisch die Abkühlung durch
Abstrahlung, deren Wert in dem für das Meßgerät interessierenden Bereich und Annahme
eines mittleren Wärmestrahlungs-Emissionswertes für Wände und Decken üblicher Ausführung
proportional der Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen ist. Vergleichsmessungen,
z. B. mit an Wänden etc. befestigten Thermoelementen erlauben die Aufstellung von
Skalen für die Abkühlungsgrößen und die Oberflächentemperatur im Raumklima-Nomogramm.
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Eine Verbindung der gemessenen Werte auf ersteren führt zu einer direkten
Ablesung der entsprechenden Oberflächentemperatur.
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Das Prinzip der BuStgeschwindigkeitsmessung als Resultierende aus
Lufttemperatur und Abkühlungsgröße der Zuluft sowie der Oberflächentemperaturbestimmung
aus der Differenz der Abkühlungsgrößen,gemessen mit zwei Abkühlungsmeßgeräten, von
denen eines strahlungsgeschützt ist, hat Bradtke bereits 1937 angegeben. Jedoch
wurden dazu als Abkühlungsgeräte zerbrechliche und umständlich zu bedienende Katathermometer
benutzt. (l), (5) Bereits 1960 wurde ab'er auf diesem Prinzip eine Einrichtung geschaffen
(KataThermograf), die registrierende Messungen der Abkühlungsgrößen ermöglichte.
(6) Aus Amerika ist die Beschreibung eines nach ähnlichem Prinzip arbeitenden Zweikugel-Strahlungsmeßgerätes
bekannt. (8) In Literaturstelle (7) wurde bereits ein-Auswerteverfahren nach dem
Nomogrammprinzip für raumklimatische
Messungen vorgeschlagen. Ein
ähnliches, aber erweitertes, Raumklima-Nomogramm ist für die Auswertung der mit
dem Raumklima-Analysator erfaßten Klimadaten vorgesehen.
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Um nicht nur mittlere, sondern auch unterschiedliche Oberflächentemoeraturen
der Umgebungsflächen getrennt erfassen zu können, wird in bestimmtem Abstand von
der schwarzen Kugel eine paraboloidförmige zur Kugel hin teilweise reflektierende
Abdeckung auf das Verbindungsrohr der beiden Kugeln aufgesteckt, so daß die Gesamtwärmeabgabe
der Kugel auf einen festgelegten Ausschnitt des Gesamtraumwinkels begrenzt ist.
Eine gleiche Messung mit der versilberten Kugel und dem Reflektor ergibt die konvektive
Wärmeabgabe in der zu untersuchenden Richtung. Aus der Differenz beider Abkühlungsgrößen
läßt sich mit Hilfe des Nomogrammes die Oberflächentemperatur der Wände etc. in
der betreffenden Richtung bestimmen. Mit diesem Zusatz zum Raumklima-Analysator
lassen sich vom mittleren Niveau der Umschließungsflächentemperatur abweichende
Richtungen orten.
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Der Vorteil der Erfindung besteht im vereinfachten Messen und Erfassen
eines Raumklimàzustandes, insbesondere beim UberprüSen und Abnehmen von Neubauten,
von lüftungs-, heizungs- und klimatechnischen Anlagen.
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Literaturstellen: (1) Bradtke, F. u. Liese, W.: Hilfsbuch für raum-
und außenklimatische Messungen.
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Springer-Verlag Berlin-Göttingen-Heidelberg 1952 2. Auflage. S. 31
u. ff.
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(2) Lehnert, G., Holshauser, K. P. u. Szadkowski, D.: Physikalische
Umwelteinflüsse.
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Goldmann-Verlag', München 1971, S. 33 bis S. 113 (3) Lutz, H.: Ein
einfaches Verfahren zur richtungsbezogenen Messung einer raumklimatischen Summengröße.
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Dissertation 1969. TH Stuttgart.
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Derselbe: Ges.-Ing. 1970, Heft 12, S. 338 bis S. 350 (4) Häussler,
W.: Das Mollier-i-x-Diagramm.
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Verlag Th. Steinkopff, Dresden u. Leipzig, 1960.
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S. 92 bis S. 99 (5) Patentschrift 1048048 vom 25. Juni 1959 für Strogies,
W., Berlin-Steglitz (6) H. Rietschels Lehrbuch der Heiz- und Lüftungstechnik Springer-Verlag
Berlin-Göttingen-Heidelberg 1960 14. Auflage. Wärmephysiologische und hygienische
Grundlagen von Roedler, F., S. 307 97) Schlüter, G.: Das Raumklima in grafischer
Darstellung Ges.-Ing. 1967; Heft 2, S. 52-55 (8) Sutton, D. J. u. McNail, Jr., P.
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A Two-Sphere Radiometer Heat., Pip. & Air Cord. 26 (1954) N.
3', S. 157 Ref. in: Ges.-Ing. 1954; Heft 19/20, S, 329