DE3922854A1 - Vorrichtung zur messung der behaglichkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der menschlichen Behaglichkeit in insbesondere klimatisierten Räumen, bestehend aus einem Träger zur Aufnahme von Sensoren zumindest zur Messung der Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwin­ digkeit, der physikalischen Strömungsform und des Strahlungsaus­ tausches mit den Umgebungsflächen.

In jüngster Zeit sind über die Behaglichkeit in klimatisierten Räumen international Diskussionen in Gang gekommen. Durch eine Veröffentlichung von P. Kröling "Gesundheits- und Befindensstö­ rungen in klimatisierten Räumen", München 1985, wurde in Deutsch­ land unter anderem auch die Frage gestellt, ob Klimaanlagen krank machen. Auf zahlreichen Kongressen werden alle möglichen Forde­ rungen gestellt, wie Raumklima sein soll. Leider sind diese For­ derungen in der Regel wenig substantiiert oder nicht ausreichend präzisiert und daher nur schwer in die Praxis umzusetzen. Welt­ weit beachtete Arbeiten zu diesem Problem wurden offenbar nur von P.O. Fanger veröffentlicht. In der Bundesrepublik Deutsch­ land sind Forschungen über die Behaglichkeit und die Arbeitszu­ friedenheit in klimatisierten Räumen, soweit sie überhaupt durch­ geführt werden, noch unzureichend koordiniert.

Bisher besteht die weit verbreitete Meinung, daß die thermische Behaglichkeit von Menschen in Räumen allenfalls von der Lufttem­ peratur, der Luftfeuchtigkeit und der Luftgeschwingkeit beein­ flußt wird. Deshalb sind Meßvorrichtungen bekannt geworden, mit denen die Lufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Luftge­ schwindigkeit in einem klimatisierten Raum gemessen werden kann. Derartige Meßvorrichtungen bestehen aus einem Stativ, auf dem jeweils Sensoren zum Messen der Lufttemperatur, der Luftfeuch­ tigkeit und der Luftgeschwindigkeit angeordnet sind. Lufttempe­ ratur und Luftgeschwindigkeit haben nur Einfluß auf die konvek­ tive Wärmeabgabe des menschlichen Körpers, Luftfeuchte nur auf die latente Wärmeabgabe. Die konvektive Wärmeabgabe umfaßt ca. nur ein Drittel, die feuchte bzw. latente Wärmeabgabe nur ca. 1/5 der Gesamtwärmeabgabe eines Menschen. Dies bedeutet, daß nahezu die Hälfte der Gesamtwärmeabgabe eines Menschen von der durchgeführten Messung nicht erfaßt bzw. nicht berücksichtigt wird.

Entscheidend für die Behaglichkeit in einem klimatisierten Raum ist aber auch die physikalische Strömungsform, die turbuchat, turbulent und laminar sein kann. Diese physikalisch sehr unter­ schiedlichen Strömungsformen gehören zu zwei eigenständigen Be­ reichen der Strömungsmechanik, der Raum- und der Verdrängungs­ strömung. Die wärmephysiologisch empfindungsrelevanteste Strö­ mung von ihnen ist die turbuchate Strömung, die nur in klimati­ sierten Räumen auftritt. Turbulente und laminare Strömungen gibt es nur bei Verdrängungs- (Rohr-) Strömungen. Der wichtige Unter­ schied zwischen den beiden eigenständigen Strömungsbereichen ist mit geeigneten Meßgeräten leicht nachzuweisen. Dazu wird die tur­ buchate Raumströmung und die turbulente bzw. laminare Verdrän­ gungsströmung mit jeweils zwei Meßgeräten gleicher Empfindlich­ keit gleichzeitig und an der gleichen Stelle in einem Raum bzw. einem Kanal gemessen. Dabei ist ein Geschwindigkeitsfühler rich­ tungsunabhängig, während der andere richtungsabhängig ist. Dabei wurde festgestellt, daß bei turbuchater (Raum-) Strömung rich­ tungsabhängige Meßfühler nicht verwendbar sind, weil sie die wirklichen Geschwindigkeiten nicht erfassen. Bei turbuchater (Raum-) Strömung bewegen sich die einzelnen Luftteilchen unge­ ordnet nach allen Seiten, auch zurück und nehmen in denkbaren Zeiten nicht zweimal den gleichen Weg. Das bedeutet, daß die Luftteilchen ständig sowohl ihre Geschwindigkeit als auch ihre Richtung wechseln. Das ist die Ursache für die bekannte Tat­ sache, daß die Raumströmung die Behaglichkeit weit mehr beein­ trächtigen kann als die Verdrängungsströmung. Während bei der Verdrängungsströmung gerichtete Luftbewegungen von ca. 0,5 m/s durchweg noch nicht als Zug empfunden werden, sind bei der tur­ buchaten Strömung bereits Geschwindigkeiten um 0,2 m/s häufig Anlaß zu massiven Beschwerden über Zugerscheinungen. Die physi­ kalische Strömungsform in klimatisierten Räumen ist jedoch mit den bekannten Vorrichtungen nicht meßbar.

Der menschliche Körper ist in der Regel wärmer als der umgeben­ de Raum, zudem verdunstet er. Dies führt zu Auftriebsströmungen am Körper, die je nach Raumtemperatur in der Größenordnung von 0,15 m/s-0,23 m/s liegen. Empfindungsrelevant können daher nur die Resultierenden aus Raum- und Auftriebsströmungen am Kör­ per sein. Im Raum ist darüber hinaus aber auch der Körper ein nicht vernachlässigbares Strömungshindernis und hat häufig da­ durch einen großen Einfluß auf die Raumströmung. Das bedeutet, daß jedes Meßgerät, welches eine geringere ablenkende Wirkung als der menschliche Körper hat, zwangsläufig falsche Werte an­ zeigen muß. Alle bisher bekannten Vorrichtungen zur Messung der Behaglichkeit in klimatisierten Räumen erfassen, wenn überhaupt, nur die Verhältnisse im menschenleeren Raum, keineswegs jedoch die an einer sich darin aufhaltenden Person. Die bekannten Meß­ vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Körpertemperatur und die durch Wärmeabgabe und Verdunstung am menschlichen Körper pro­ vozierten Auftriebsströmungen sowie die strömungsbeeinflussende Wirkung des Körpers als Hindernis vollkommen unberücksichtigt bleibt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Messung der menschlichen Behaglichkeit in insbesondere klimatisierten Räumen zu schaffen, mit der, neben den klassischen Größen "Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte", auch die Wärmestrahlung und insbesondere die physikalische Strö­ mungsform und deren Einfluß auf den menschlichen Körper unter Be­ rücksichtigung der Wärmeabgabe des menschlichen Körpers und sei­ ner Hinderniswirkung genau gemessen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, daß der Träger für die Sen­ soren in Form und Größe eines menschlichen Körpers ausgebildet ist und eine Heizeinrichtung aufweist, über die der Träger zumin­ dest auf die Oberflächentemperatur des unbekleideten menschlichen Körpers erwärmbar ist. Durch diese Ausbildung des Sensorträgers können nicht nur die Lufttemperatur, die Luftfeuchte, die Luftge­ schwindigkeit und der Strahlungsaustausch, sondern auch insbeson­ dere die genaue physikalische Strömungsform gemessen werden, die auf den menschlichen Körper einwirkt. Dabei werden zumindest die Temperaturen an den verschiedensten, insbesondere für die Behag­ lichkeit maßgebenden Stellen, nämlich im Fuß- und Nacken-/Kopfbe­ reich gemessen. Auch die Luftgeschwindigkeit kann an unterschied­ lichen Stellen, insbesondere an der Stirn, den Händen und den Füßen gemessen werden, so daß sehr genaue Aussagen über die menschliche Behaglichkeit gemacht werden können.

Weitere Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-7 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung in vereinfachter Weise dargestellten Ausführungsbeispieles näher er­ läutert.

In dieser Zeichnung ist eine körpergroße Puppe, ein sogenannter Meßdummy, dargestellt, die zur Aufnahme bzw. als Träger für Sen­ soren dient. Der Puppe 1 ist eine nicht dargestellte Heizein­ richtung zugeordnet, mit der die Puppe 1 entsprechend der Ober­ flächentemperatur des unbekleideten, menschlichen Körpers erwärmt werden kann. Die Erwärmung der Puppe 1 kann entweder elektrisch, mit einem flüssigen Wärmeträger, z.B. Wasser, oder mittels Gas erfolgen, wobei das Gas, z.B. Luft, einen der menschlichen Ver­ dunstung entsprechenden Wasser- bzw. Feuchtigkeitsgehalt aufwei­ sen kann. Bedarfsweise kann die Puppe 1 zumindest über einen Teil ihrer Oberfläche mit Öffnungen versehen sein, über die entspre­ chend der Verdunstung des menschlichen Körpers Wasser austreten und verdunsten kann. Bedarfsweise kann die Heizeinrichtung inner­ halb des menschlichen Körpers angeordnet sein.

An geeigneten Stellen, etwa im oberen Fußbereich, beispielsweise im Bereich des Knöchels, sowie im Nackenbereich sind nur durch einen Kreis angedeutete Sensoren 2 vorgesehen, über die die Tem­ peratur der Luft gemessen werden kann. Zur Messung der Luftfeuchte ist beispielsweise in der Stirn und an einer Hand jeweils ein als Kreis dargestellter Sensor 3 vorgesehen. Ferner weist die Puppe 1 im Bereich der Stirn einen Senor 4 auf, mit dem die Luftgeschwin­ digkeit zu messen ist. Auch an Hand und Fuß sind entsprechende Sensoren 4 zur Messung der Luftgeschwindigkeit vorgesehen. Im Be­ reich des Mundes weist die Puppe 1 einen Sensor 5 auf, der zur Messung des Staubes dient. Im Bereich der Stirn und etwa 10 cm über dem Fußboden, beispielsweise in Höhe des Fußknöchels befin­ den sich Sensoren 5 zur Messung der physikalischen Strömungs­ form. Im Bereich des Mundes der Puppe 1 kann ein Sensor ange­ ordnet werden, mit dem zumindest einige Gerüche erfaßbar und meßbar sind. Im Bereich der Ohren können Sensoren zur Messung von Geräuschen vorgesehen werden. Um eine wirklichkeitsnahe Messung durchzuführen, ist es zweckmäßig, wenn die Puppe 1 so bekleidet ist, wie dies normalerweise oder speziell in einem klimatisierten Raum der Fall ist.

Alle Sensoren 2-6 sind an ein zentrales, nicht dargestelltes Erfassungsgerät angeschlossen, mit dem die gemessenen Werte nicht nur angezeigt, sondern auch ausgedruckt werden können. Die Ansprechzeit des Menschen beträgt zumindest bei den direkt thermorelevanten Einflußgrößen wie Temperatur, Luftgeschwindig­ keit und Luftrichtung, etwa 1/10 Sekunden. Deshalb müssen die Sensoren bzw. Meßfühler bei den wärmephysiologischen besonders relevanten Parametern eine Ansprechzeit von etwa 0,1 s aufwei­ sen.

Die Gewichtigkeit der einzelnen Einflußgrößen auf die menschli­ che Behaglichkeit in klimatisierten Räumen ist sehr unterschied­ lich und im einzelnen noch weitgehend unerforscht. Ebenso ist noch unbekannt, wie sich die Kombination mehrerer Parameter aus­ wirkt. Um die Vorrichtung nun kalibrieren und damit auf die für die Beurteilung der Behaglichkeit in einem klimatisierten Raum erforderlichen Werte einstellen zu können, ist derzeit nur eine Methode denkbar. Dazu hält eine größere Anzahl von Probanden in einem klimatisierten Raum ihre Empfindungen in ausführlichen Fra­ gebogen fest. Dabei werden unter anderem auch Dinge abgefragt, die sich generell nicht als Empfindungsparameter definieren las­ sen, wie beispielsweise körperliche Unpäßlichkeit, Zeitpunkt der letzten Mahlzeit, Streß usw.. Gleichzeitig werden die Verhält­ nisse von der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls gemessen und aufgezeichnet. Die Zuordnung der Empfindungen der Versuchs­ personen zu den Meßergebnissen der Vorrichtung ist dann die Grundlage für die Kalibrierung.

Es ist bekannt, daß weitere thermische Einflußgrößen existieren, die aber teilweise technisch noch nicht erfaßt werden können. Bei­ spielsweise führen auch an und für sich geringe akustische Wahr­ nehmungen zu starken wärmephysiologischen Reaktionen. Bestimmte Geräusche, z.B. Messer auf Teller, Kreide auf Tafel, bewirken bei vielen Menschen spontan eine Gänsehaut, was eine typische Ther­ moreaktion darstellt. Obwohl die Lautstärke des auslösenden Ge­ räusches gering ist, ist die Wirkung doch drastisch. Der Volks­ mund kennt "warme" und "kalte" Farben. Der Einfluß der Farbe auf thermische Empfindungen des Menschen und dessen Leistungsfähig­ keit unter sonst völlig gleichen raumklimatischen Verhältnissen ist bedeutend. Zwischen einem blauen (kalten) und einem roten (warmen) Raum besteht bei gleicher Wärmeempfindung und gleicher erbrachter Leistung eine Temperaturdifferenz von bis zu 4 K. Das bedeutet, daß unterschiedliche Farben bei gleichen raumkli­ matischen Verhältnissen verschiedene Empfindungen oder dgl. her­ vorrufen. Daher ist vorzusehen, die Meßmöglichkeiten der Puppe 1 zur Erfassung weiterer, beispielsweise der vorgenannten ther­ mischen Einflußgrößen zu ergänzen, sobald entsprechende Maßauf­ nehmer auf dem Markt erhältlich sind. Der dafür erforderliche Platz ist in der körpergroßen Puppe 1 vorhanden; neue Meßfühler können daher ohne Schwierigkeiten integriert werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Messung der menschlichen Behaglichkeit in insbesondere klimatisierten Räumen, bestehend aus einem Träger zur Aufnahme von Sensoren zumindest zur Messung der Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, der physikalischen Strömungsform und des Strahlungsaustausches mit den Umgebungsflächen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) in Form und Größe eines menschlichen Kör­ pers ausgebildet ist und eine Heizeinrichtung aufweist, über die der Träger (1) zumindest auf die Oberflächentemperatur des unbekleideten menschlichen Körpers erwärmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung im Träger (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mit einer auswechselbaren Bekleidung ver­ sehen ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) Verdunstungsöffnungen aufweist, die an eine Verdunstungseinrichtung angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdunstungseinrichtung im Träger (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Sensoren (2, 3, 4) für die Messung der Luft­ temperatur, der Luftgeschwindigkeit und der physikalischen Strahlungsform zumindest doppelt vorhanden und im Nacken-/ Kopfbereich und im oberen Fußbereich des Trägers (1) ange­ ordnet sind.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mit weiteren Sensoren zur Messung von Ge­ räuschen, Luftverunreinigungen, Farben und Licht, Druck- und Druckänderungen, Staub und/oder Gerüchen ausgerüstet ist.