DE4142122A1 - Verfahren und raumlufttechnische anlage zur regelung des innenklimas eines raumes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Innen­ raumklimas eines Raumes mit einer raumlufttechnischen Anlage und eine raumlufttechnische Anlage zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Der Begriff Innenraumklima beschränkt sich hierbei nicht nur auf Witterungseinflüsse und den Luftzustand eines Innenraumes, sondern umfaßt auch Einflüsse physischer und psychischer Art, die auf im Innenraum befindliche Personen einwirken. Mittels bekannter raumlufttechnischer Anlagen ist es möglich, die Aufgaben der Lufterneuerung durch Frischluftzuführung, der Lufttemperatur- und Feuchtekonstanthaltung, der Schadstoff­ verminderung u. dgl. in befriedigendem Umfang zu erfüllen. Um die gewünschte Behaglichkeit der Raumatmosphäre zu halten, erfolgt bei bekannten raumlufttechnischen Anlagen nach wie vor die Regelung der raumlufttechnischen Einflußgrößen wie z. B. Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftbewegung u. dgl. Trotz technisch optimierter raumlufttechnischer Anlagen zeigt aber die Erfahrung, daß die sich einstellende Raumatmosphäre in vielen Fällen zu Beanstandungen der im Raum befindlichen Personen führt, was eine kritische Grundhaltung dieser Per­ sonen gegenüber der raumlufttechnischen Anlage bewirkt. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, erfolgreich Maßnahmen zur Verbesserung der Raumatmosphäre durchzuführen. Selbst wenn meßtechnisch eine Behaglichkeit durch die raumlufttechnische Anlage in dem jeweiligen Raum geschaffen wird, wird die Raum­ atmosphäre von vielen Personen noch als unangenehm empfunden, da Einflüsse wahrgenommen werden, auf die übliche raumluft­ technische Anlagen nicht einwirken können.

Da das Verhalten des menschlichen Körpers besonders durch seine Umgebungsfaktoren beeinflußt wird, insbesondere beim konzentrierten Lernen, Arbeiten, Pausieren oder Schlafen, ist es erforderlich, Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftbewe­ gung, Beleuchtung, Geräusch und andere Umgebungsfaktoren so anzupassen, daß die im Raum befindlichen Personen das Umfeld als angenehm empfinden. Als Einflußgrößen für diese Umge­ bungsfaktoren sind Raumlufttemperatur, Wandtemperatur, Raum­ luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Luftgeschwindigkeit O₂-Gehalt, CO₂-Gehalt, Ionenkonzentration, Geräuschpegel und Klangfülle, Geruch, Beleuchtung, das magnetische Feld usw. zu berücksich­ tigen.

Der menschliche Körper kann als eine Wärmequelle betrachtet werden. Um die Körpertemperatur unabhängig von äußeren Luft­ zuständen und körperlichen Betätigungen annähernd konstant zu halten, muß der Wärmestrom vom Körperinnern durch Blutzirku­ lation zur Haut und durch die Atmung über die Atmungswege in die unmittelbare Umgebung des Menschen gebracht werden. Die Wärmeabgabe vom Menschen auf die Umgebung erfolgt durch Wärmestrahlung der Körperoberfläche, Konvektion, Wärmelei­ tung, Verdunstung an der Hautoberfläche und durch Atmung. Sobald die Bewegung des Menschen bzw. seine Aktivität zu­ nimmt, erhöht sich naturgemäß auch seine Wärmeabgabe. Da die trockene Wärmeabgabe durch die Temperaturdifferenz zwischen der Körpertemperatur und der Umgebungstemperatur bedingt ist, kann die überschüssige Wärme nur durch Verdunstung und Atmung abgeführt werden, die wiederum durch die relative Feuchtig­ keit der Raumluft beeinflußt werden kann. Der menschliche Körper hat somit eine Selbstregelfunktion zur Aufrechter­ haltung der Körpertemperatur. Wenn es einen zu großen Tempe­ raturunterschied zwischen dem menschlichen Körper und seiner Umgebung gibt und hierbei die Körpertemperatur viel höher ist als die Umgebungstemperatur, wird die Wärmeabgabe des mensch­ lichen Körpers größer als die Wärmeerzeugung und der Mensch fühlt sich kühl. Die Hautporen schrumpfen zur Verminderung der Feuchteabgabe und damit zur Verminderung der Wärmeabgabe. Wenn dagegen die Umgebungstemperatur viel höher ist als die Körpertemperatur fühlt sich der Mensch infolge der ungenügen­ den Wärmeabfuhr gereizt. Wenn jedoch der Unterschied der Körpertemperatur zu der Umgebungstemperatur eine bestimmten Wert nicht überschreitet, fühlt sich der Mensch durch das Gleichgewicht zwischen der Wärmeerzeugung und der Wärmeabgabe des Körpers angenehm. Es besteht thermische Behaglichkeit.

Die Wärmeabgabe durch Strahlung ist von der mittleren Tempe­ raturdifferenz zwischen der Körperoberfläche und den inneren Raumumschließungsflächen abhängig. Die Höhe der Wärmeabgabe durch Konvektion hängt in erster Linie von dem Verhältnis der bekleideten zur unbekleideten Körperoberfläche sowie von der Luftgeschwindigkeit in Körpernähe ab. Die Wärmeabgabe durch Wärmeleitung erfolgt von den Füßen über das Schuhwerk zum Fußboden und von den Sitzflächen sowie Arm- und Handflächen auf Auflageflächen von z. B. Schreibtischen und Geräten.

Neben dieser trockenen Wärmeabgabe tritt noch die sogenannte feuchte Abgabe durch die Verdunstung auf der Hautoberfläche sowie des Anteils des Wärmeverlustet durch die Atmung auf. Die Verdunstung ist als eine Funktion zwischen der Körper­ oberfläche und des Dampfdruckgefälles also zwischen Haut und Umgebung zu sehen. Hinzu kommt der Anteil feuchter und warmer Atemluft, der auch von der Umgebung abhängt.

Der Gesamtanteil feuchter Wärmeabgabe beträgt ca. 21% bezogen auf die Gesamtwärmeabgabe für sitzende Menschen bei einer Raumlufttemperatur von 20°C. Der Anteil der feuchten Wärme­ abgabe steigt erheblich mit steigender Raumlufttemperatur an. So liegt z. B. bei einer Raumlufttemperatur von 25°C der Anteil der feuchten Wärmeabgabe bereits bei 35% und bei einer Raumlufttemperatur von 30°C bei ca. 60%. Bei einer Raumluft­ temperatur höher als 34°C wird der Gesamtanteil feuchter Wärmeabgabe über 100% betragen.

Um die Wärmeabgabe des Körpers leicht zu regeln und ein Be­ haglichkeitsgefühl zu vermitteln, müssen die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit des Raumes als zwei der wichtigsten Faktoren angepaßt werden. Außerdem sind die Temperaturen der Raumumschließungsflächen nämlich der Wände, der Decke und des Bodens zu berücksichtigen. Da die Temperaturen der Raumum­ schließungsflächen aus technischen Gründen nicht schnell angepaßt werden können, sind sie nur bedingt als Regelfaktoren zur Regelung des thermischen Gleichgewichts des Körpers zu berücksichtigen.

Was der menschliche Körper wirklich fühlt, ist die sogenannte effektive Temperatur, die der Trockenkugeltemperatur ruhender Luft bei früher 100% und jetzt 50% relativer Feuchtigkeit entspricht. Bei einer gewissen Beziehung zwischen der Luft­ feuchtigkeit und Lufttemperatur fühlen Menschen die gleiche effektive Temperatur. Wenn z. B. die effektive Temperatur 22°C beträgt, kann die Trockenkugeltemperatur von 23,6°C auf 26,6°C steigen und die relative Feuchtigkeit von 70% auf 30% abnehmen, wie es in Fig. 4a für eine Luftgeschwindigkeit von etwa 8 bis 13 cm/s dargestellt ist. Das Verhältnis von Luft­ temperatur und Feuchtigkeit, das für eine konstante Wärme­ abgabe des menschlichen Körpers und damit dessen Wärmegleich­ gewicht geregelt werden kann, kann durch Beobachtung der Hautreaktion (Spannung oder Entspannung) oder der Reaktion anderer sensorischer Organe wie Schrumpfung der Hautporen ermittelt werden.

Wenn die oben genannten natürlichen Eigenschaften zur Auf­ rechterhaltung des menschlichen Wärmehaushaltes genutzt wer­ den, erfolgt im Körper eine selbsttätige Reaktion über die Hautoberfläche zum Ausgleich unterschiedlicher Raumluftfeuch­ ten, wodurch der Mensch frisch gehalten wird.

Unerwünschte Ermüdungserscheinungen werden von den Personen durch Anwendung von Kaltwasserwaschen oder durch Körperbewe­ gung unterdrückt, was jedoch als unbefriedigend empfunden wird und häufig auch erfolglos ist.

Mit bekannten raumlufttechnischen Anlagen können die Raum­ lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit nur innerhalb eines Toleranzbereiches konstant gehalten werden. Die in einem Raum befindlichen Personen können deshalb nur durch eine bestimmte Dilatation der Schweißdrüsen und über ihre Körperoberfläche die Wärme abführen. Menschen fühlen sich taub und schläfrig, wenn die Schweißdrüsen über eine länger Zeit die gleiche Öffnung haben. Es hat sich gezeigt, daß bekannte raumluft­ technische Anlagen diese Ermüdungserscheinungen nicht ver­ hindern können. Da die Schweißdrüsen keine kurzfristige An­ passungsfähigkeit an Änderungen der Umgebung haben, besteht infolge plötzlicher Änderung der Lufttemperatur und der Luft­ feuchtigkeit, wenn eine Person den Raum verläßt, die Gefahr eines Hitzschlags, Kälteschocks oder einer Erkältung.

Für das Befinden des Menschen spielen der Luftdruck und die Bestandteile der Luft eine wichtige Rolle. Wenn der Luftdruck erniedrigt oder der O₂-Gehalt in der Luft verringert wird, wird die Atmung erschwert und das Befinden durch erschwerte Atmung verschlechtert. Wenn andererseits genügend Sauerstoff vorhanden oder der Luftdruck erhöht ist, wird die Atmung leichter, man fühlt sich wohl und konzentriert sich leichter mit der Folge einer erhöhten Arbeitsleistung. Der CO₂-Gehalt in der natürlichen Luft beträgt ca. 0,03% bis 0,05%. Wenn er im Raum bis zu 0,5% erreicht, fühlt sich der Mensch gelang­ weilt und schläfrig. Wenn der CO₂-Gehalt 5% überschreitet führt es beim menschlichen Körper zu physiologischen Stö­ rungen und zur Lebensgefahr. Die bekannten raumlufttech­ nischen Anlagen können den Luftdruck und die Bestandteile der Luft im Raum nicht exakt kontrollieren, um verbrauchte Luft aus dem Raum herausführen und frische Luft in den Raum ein­ führen zu können. Das Luftaustauschprinzip bekannter Klima­ geräte ermöglicht nur die Öffnung eines Ventils zwischen dem Innenraum und dem Freien und keine Regelung der Menge und Richtung der einzuführenden und herauszuführenden Luft. Des­ halb kann verunreinigte Innenraumluft nicht wirksam abgeführt oder sauber und frische Außenluft eingeführt werden.

Die Raumatmosphäre wird auch durch die Luftgeschwindigkeit beeinflußt. Geringe Luftgeschwindigkeit wird als angenehm empfunden und erleichtert das Schlafen. Starke Luftgeschwin­ digkeit dagegen macht den Menschen nervös und unruhig. Zu­ sätzlich wird das Empfinden des Menschen bezüglich der Raum­ atmosphäre durch Geruch beeinflußt. Scharfer Geruch kann Ekel erregen, während bei Duft von Garten oder Wald der Körper sich wohl und erfrischt fühlt.

Das subjektive Befinden des Menschen wird auch durch Geräu­ sche beeinflußt. Lärm stört, leichte Musik entspannt den Körper, klassische Musik vermittelt eine angenehme Atmos­ phäre, alte Lieder lassen Erinnerungen aufkommen und Schla­ germusik macht den Menschen lebhaft. Augenfällig ist, daß bestimmte Tonlagen, Geräusche und Musik den Menschen erheb­ lich beeinflussen können.

Auch das Licht eines Raumes wirkt auf das Befinden des Men­ schen ein. Dämmerlicht macht schläfrig, mildes Licht und schöne Farben ergeben ein romantisches Gefühl. Helles Licht und helle Farben wirken nüchtern. Eine ausreichende Beleuch­ tung unterstützt ferner die Konzentration beim Arbeiten und Lernen. Auch über die Körperhaare kann das Befinden beeinflußt werden, wenn statische Elektrizität auf die Haare einwirkt oder Ionen an ihnen haften.

Es wirken somit eine Reihe von Einflußgrößen auf die vom Menschen subjektiv empfundene Raumatmosphäre ein, die beim Betrieb bekannter raumlufttechnischer Anlagen nicht erfaßt werden, so daß eine an die individuellen Bedürfnisse der in einem Raum befindlichen Personen umfassend angepaßte Raum­ atmosphäre nicht eingestellt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine raumlufttechnische Anlage zu dessen Durchführung auf­ zuzeigen, womit eine individuelle Einstellung der Raumatmos­ phäre unter Berücksichtigung sämtlicher auf das Befinden von Menschen einwirkender Einflußgrößen ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der raumlufttechnischen Anlage durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Nach der Erfindung ist eine Anlage zur Einwirkung auf die Raumatmosphäre vorgesehen, welche die Einflußgrößen der At­ mosphäre im Raum steuert und die für den menschlichen Körper unterschiedlichen Einwirkungen auf die Raumatmosphäre ermög­ licht und so die anwesenden Personen in den gewünschten Zu­ stand versetzt. Die Anlage wirkt auf die Änderung des Was­ sergehaltes an der Hautoberfläche zum Ausgleich unterschied­ licher Raumluftfeuchten ein. Zur Erzielung einer angemessenen Wärmeabgabe und einer erwünschten Raumatmosphäre wird die Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit so geregelt, daß der Wärme- und Feuchtehaushalt der in einem Raum anwesenden Person durch thermisches Gleichgewicht ge­ steuert werden kann. Die Anlage regelt den Unterschied der Lufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit im Raum und im Freien sowie die Luftgeschwindigkeit im Raum durch geeignete Stell­ organe automatisch, wodurch beim Betreten oder Verlassen des Raumes Hitzschlag, Kälteschock oder Erkältungen vermieden werden. Die Menge der eingeführten Zuluft und abgeführten Abluft wird nach der Zahl der im Raum befindlichen Personen geregelt, wobei ebenfalls der Luftdruck im Raum geregelt und der Raumluft die Eigenschaft von Frischluft vermittelt wird. Durch die Regelung der Anlage werden im Raum der Klang, die Beleuchtung, die Ionenkonzentration, statische Elektrizität, magnetische Felder und der Anteil der Riechstoffe in der Raumluft zur gewünschten Raumatmosphäre gesteuert. Es wird automatisch Sterilisationsmittel bzw. Schädlingsbekämpfungs­ mittel mit der Zuluft zugeführt und programmiert mit der Abluft in dieser enthaltene Riechstoffe abgeführt, wobei totes Ungeziefer sterilisiert bzw. ebenfalls abgeführt wird. Zur Erzielung dieser Vorteile besitzt die erfindungsgemäße Anlage eine Gruppe von Sensoren, die die Lufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit, den Luftdruck innen und außen, den Sauer­ stoffgehalt, den CO₂-Gehalt, die Ionenkonzentration im Hause sowie die Temperaturen der Raumumschließungsflächen, das wahrnehmbare Klangvolumen und die Beleuchtung getrennt messen. Die gemessenen Signale werden über eine Signalüber­ tragungsschnittstelle einem Mikrocomputer zugeführt. Dieser Mikrocomputer nimmt auch über eine weitere Schnittstelle eingegebene Informationen auf und ruft durch das Überwach­ ungsprogramm die im Speicher eingespeicherten Daten und Al­ gorithmen auf. Nach Programmabarbeitung werden zeitabhängig erforderliche Befehle für eine Reihe von Stellorganen über eine weitere Schnittstelle ausgegeben, so daß die Raumluft­ temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, der O₂-Gehalt, der CO₂-Gehalt, die Luftgeschwindigkeit, die Ionenkonzentration, statische Elektrizität, vorhandener Klang, Geruch, Beleuch­ tung und Farben so geregelt werden können. In dem Raum können hierdurch unterschiedliche Raumatmosphären erzeugt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Anlage in einem Blockdiagramm,

Fig. 2 eine Tabelle für beispielsweise unterschiedliche Einflußgrößen für verschiedene Raumatmosphären,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 4a eine Diagramm mit Linien der effektiven Temperatur sowie der auf der Physiologie und Reaktion des menschlichen Körpers beruhenden Komfortzone,

Fig. 4b schematisch die Reaktion des menschlichen Körpers bei Veränderungen der Temperatur und Feuchtigkeit gemäß der tx-Linie nach Fig. 4a.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage weist eine Sensorgruppe 1 mit Sensoren 11, 12, 13 . . . auf, die die Größen der Raumlufttemperatur, der Außenlufttemperatur und im Raum der Luftfeuchtigkeit, des Luftdrucks, des O₂-Gehalts, des CO₂-Gehalts, der Beleuchtung, der Ionenkonstruktion, der statischen Elektrizität und der Klangfülle getrennt messen. Die von den Sensoren 11, 12, 13 . . . gemessenen Signale werden einer Schnittstelle 2 zugeführt und in den Mikrocomputer 3 übertragen. Diesem Mikrocomputer 3 werden über das Eingabege­ rät 31 von einem Benutzer Informationen eingegeben. In einem Speicher 35 eingespeicherte Daten und Algorithmen werden durch ein Überwachungsprogramm aufgerufen. Nach Auswertung von Meßdaten und Sollwerten werden von dem Mikrocomputer 3 Befehle für Betätigungsorgane 51, 52, 53 . . . erzeugt und über eine weitere Schnittstelle 4 der Gruppe 5 von Betätigungsor­ ganen 51, 52, 53 . . . zugeführt. Über die Betätigungsorgane 51, 52, 53 . . ., die Stellglieder sind, werden Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, O₂-Gehalt, CO₂-Gehalt, Luftge­ schwindigkeit, Ionenkonzentration, magnetisches Feld, Klang, Beleuchtung usw. geregelt. Die in den Mikrocomputer 3 ein- und ausgegebenen Zustandsdaten werden durch eine Anzeige 39 angezeigt. Die im Speicher 35 eingelesenen Daten, Algorithmen und das Programm umfassen die Werte der Einflußgrößen für alle gewünschten Zustände der Raumatmosphäre als Steuerfak­ toren. Zustände der Raumatmosphäre können z. B. sein "ange­ nehm", "frisch", "konzentriert", "Schlafen", "Unruhe" oder "Schreck" usw. Wie z. B. in der Fig. 2 gezeigt, steuert das Programm die Zimmertemperatur bei 220°C bis 260°C im Sommer und 20°C bis 24°C im Winter und für eine effektive Temperatur von 19°C bis 22°C die relative Feuchtigkeit zwischen 70% und 35%, um mit der sanften Musik eine angenehme Atmosphäre zu erzeugen. Wenn die Temperatur bei 25°C bis 32°C und die Luft­ feuchtigkeit zwischen 70% und 85% liegt und der Luftdruck vermindert und dazu noch Lärm vorhanden ist, werden im Raum anwesende Personen unruhig. Solche Änderungsfaktoren und Werte können durch Versuchsergebnisse modifiziert werden, um die Anforderungen verschiedener Personen, Berufe, Zeiten und Orte berücksichtigen zu können. Das Überwachungsprogramm und die Daten im Speicher 31 umfassen darüber hinaus Umschalt­ prozeduren. Wenn z. B. eine "Schlaf"-Raumatmosphäre ausge­ führt wird, kann das Programm mit einer "Schlummer"-Raumat­ mosphäre beginnen und dann sanft in den nächsten Modus wech­ seln und am Ende in die "Aufwach"-Raumatmosphäre umschalten, um die Person zu wecken.

Die Steuerung und Regelung für Lufttemperatur, Luftfeuchtig­ keit, Luftgeschwindigkeit usw. einer raumlufttechnischen Anlage können nach der Erfindung verbessert werden. Das Bei­ spiel einer solchen raumlufttechnischen Anlage ist in der Fig. 3 gezeigt. Die raumlufttechnische Anlage kann auch ein Klimagerät sein. Die Anlage umfaßt den Kühlmittel-Verdichter R, den Innenraum-Wärmetauscher E1, einen Ventilator F1 und Motor M1, den Außen-Wärmetauscher E2 und dessen Ventilator F2 und Motor M2, ein 4-Wege-Ventil S, ein Expansionsventil D sowie das in der Zeichnung nicht näher dargestellte in Rohren fließende Kühlmittel wie z. B. R-22. Das 4-Wege-Ventil S steuert die Fließrichtung des Kühlmittels mit Hochtemperatur und Hochdruck aus dem Kühlmittel-Verdichter R.

Wenn das 4-Wege-Ventil S sich in der Stellung S1 befindet, ist die Leitung L1 mit der Leitung L2 verbunden und das aus dem Kühlmittel-Verdichter R mit Hochtemperatur und Hochdruck fließende Kühlmittel durchströmt den Außen-Wärmeaustauscher E2, wobei die Wärme an die Fortluft A2 abgegeben wird und das Kühlmittel kondensiert. Die aus dem Außen-Wärmeaustauscher E2 geblasene Fortluft A2 ist wärmer als die zugeführte Abluft A21 und Außenluft A22. Das verflüssigte Kühlmittel strömt durch das Expansionsventil D in den Innen-Wärmeaustauscher E1 und verdampft in diesem. Die Verdampfungswärme des Kühlmit­ tels wird der durch den Innen-Wärmeaustauscher E1 strömenden Abluft A11 und Außenluft A12 entnommen. Die aus dem Innen- Wärmeaustauscher E1 austretende Zuluft A1 ist deshalb abge­ kühlt. Das in der Leitung L3 befindliche dampfförmige Kühl­ mittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck wird durch das 4-Wege-Ventil S über die Leitung L4 in den Kühl­ mittel-Verdichter R zurückgesaugt, so daß damit für den Kühl­ betrieb eine Zirkulation des Kühlmittels entsteht. Wenn sich dagegen das 4-Wege-Ventil S in der anderen Stellung S2 befin­ det, wird die Leitung L1 mit der Leitung L3 und die Leitung L2 mit der Leitung L4 verbunden, um eine Zirkulation des Kühlmittels für den Heizbetrieb zu erzeugen.

Selbstverständlich kann warme Zuluft auch durch den Einsatz einer in der Fig. nicht dargestellten Heizvorrichtung wie einer elektrischen Heizplatte erzeugt werden. Die bisher beschriebene Konstruktion ist an sich bekannt.

Die Anlage nach Fig. 2 ist zusätzlich mit einer Luftbefeuch­ tungsanlage 54 ausgerüstet, um das in der Außenluft A12 oder Umluft A11 befindliche Wasser in Verbindung mit dem Innen- Wärmeaustauscher E1 bis auf eine bestimmte absolute Feuch­ tigkeit kondensieren zu können. Es kann auch zusätzlich oder alternativ ein nicht dargestellter Entfeuchter vorgesehen werden. Dann wird diese Luft aus dem Innen-Wärmeaustauscher E1 mit der Raumluft vermischt, um die Raumluftfeuchtigkeit zu regulieren. Mittels zweier Stellklappen VI und V2, die auch Ventile sein können, und deren Leitungen bzw. Kanälen ist es möglich, mit dieser Anlage eine beliebige Steuerung für den Luftdruck im Raum, Lufteinlaß und Luftauslaß durch Luftaus­ tausch oder Luftmischung unter meßtechnischer Erfassung des Luftdrucks im Raum und außen durchzuführen. Die Stellklappe V1 kann die Zuluft A1 ausschließlich aus der Raumluft als Umluft A11 oder ausschließlich aus der Außenluft A12 oder aus einer beliebigen Mischung von Außenluft A12 und Raumluft A11 ausbilden. Die Stellklappe V2 kann die Fortluft A2 aus der Raumluft A21 oder Außenluft A22 oder aus der Mischung von Außenluft A22 und Raumluft A21 ausbilden, um den Luftdruck im Raum zu steuern und die Raumluft zu erneuern. Fig. 3 zeigt auch, daß alle Ein- und Auslaßöffnungen der Luftkanäle mit Filtern f versehen sind, um die staubförmigen und/oder gas­ förmigen Verunreinigungen der eintretenden Luft auszufiltern. Zusätzlich können das Volumen der Zuluft und der Abluft von den Ventilatoren F1 und F2 mit getrennt drehzahlgesteuerten Motoren M1, M2 selbständig je nach der Anzahl der im Raum be­ findlichen Personen geregelt werden. Die im Raum vorhandene Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, der Luftdruck und der Gas­ gehalt (Mischstoffgehalt) können zusammen mit der Luftbe­ feuchtungsanlage 54 und dem Gasbehälter 55 für jeden Zustand in Anpassung an den Außenluftzustand geändert werden. Wenn z. B. der Luftzustand im Freien bezüglich Temperatur, Feuchtig­ keit, O₂-Gehalt, CO₂-Gehalt usw. im Vergleich mit dem Zustand im Hause noch näher zum benötigten Wert ist, wird die Stell­ klappe VI entweder nach außen geöffnet, so daß die Außenluft A12 durch den Ventilator F1 eingesaugt werden kann, oder aber die Öffnung der Stellklappe V1 für den Einsatz der Außenluft A12 und die Öffnung der Stellklappe V2 für den Einlaß der Raumluft A21 wird etwas vergrößert, so daß sich ein Luftaus­ tausch oder Mischluft ergibt. Wenn der Innenraumluftdruck ansteigt, wird die Öffnung der Stellklappe V1 für die Raum­ luft A21 vergrößert und die Stellklappe V2 für Raumluft etwas geschlossen, oder aber die Drehzahl des Motors M1 wird gleichzeitig erhöht und Außenluft in den Raum gedrückt. Wenn andererseits Raumluft abgeführt oder der Luftdruck im Raum vermindert werden soll, öffnet die Stellklappe V2 für Raum­ luft A21 und die Stellklappe VI für Außenluft A12 schließt etwas oder die Drehzahl des Motors M2 wird gleichzeitig er­ höht, so daß Raumluft nach außen gefördert wird.

Die Temperatur der Zuluft A1 ist abhängig von der Mischtem­ peratur der Umluft A11 und Außenluft A12 und von der Leistung des Innen-Wärmeaustauschers E1, die von der Öffnung des Ex­ pansionsventils 9 und der Laufgeschwindigkeit des Motors M1 bestimmt ist. Die Feuchtigkeit der Zuluft A1 ist von der Mischfeuchte von Raumluft und Außenluft A11, A12, der Wasser­ abscheidungskapazität des Innen-Wärmeaustauschers E1 oder von der Befeuchtungskapazität der Luftbefeuchtungsanlage 54 be­ stimmt. Zusätzlich können der Gasbehälter 55 für Sauerstoff und das Dosierorgan 56 für Geruchsstoffe die erforderliche Menge von Sauerstoff, Sprühnebel oder Flüssigkeit A13 von bestimmten Duftstoffen oder Rauschmitteln, Sterilisierungs­ mitteln oder Schädlingsbekämpfungsmitteln liefern, um durch eine Mischung mit der Zuluft A1 eine bestimmte Raumatmosphäre zu erzielen.

Die oben genannten Zustände werden durch die Sensorgruppe 1 nach Fig. 1 erfaßt und als Signale durch die Schnittstelle 21 in den Mikrocomputer 3 übertragen. Nach der Berechnung, Ver­ gleichung und Bewertung im Mikrocomputer 3 werden die not­ wendigen Befehle für Steuerung oder Regelung durch die wei­ tere Schnittstelle 4 ausgegeben. Ein nicht näher gezeigter Personensensor der Sensorgruppe 1 kann die Anzahl der im Raum anwesenden Personen erfassen und somit automatisch die er­ forderliche Luftaustauschmenge regeln, die von der Anzahl der im Raum anwesenden Personen abhängt.

Die Betätigungsorgane umfassen zusätzlich noch den Ionener­ zeuger 57 für die gewünschte statische Elektrizität im Raum, den Magnetfeldumschalter 58 für die Änderung der Magnetstärke und der Magnetfeldrichtung und den in Fig. 3 nicht näher dargestellten Regler 59 für Klang, Beleuchtung usw., der Atmosphäre von spezieller Klangfülle, Licht und Farbe er­ zeugt. Die Luftbefeuchtungsanlage 54 und das Dosierorgan 56 für Geruchsstoffe können ein befeuchtetes Netz, Düsen oder einen Ultraschallnebelerzeuger aufweisen. Der Gasbe­ hälter 55 für die Bereitstellung von Sauerstoff kann als elektrolytischer O₂-Erzeuger oder als Sauerstoffbehälter ausgebildet sein. Der Ionenerzeuger 57 kann mit durch Hoch­ spannung ionisierter Luft arbeiten, um negative Ionen zu erzeugen. Der Magnetfeldumschalter 58 kann mit Elektromag­ neten arbeiten. Für den Regler 59 können bekannte Ausfüh­ rungsformen verwendet werden, die nicht näher beschrieben werden müssen.

Bei Betrieb der raumlufttechnischen Anlage kann durch Gaszu­ fuhr aus dem Gasbehälter 55 und dem Dosierorgang 56 die Er­ zeugung von verschiedenen Raumatmosphären sowie die Tötung von Keimen oder Insekten durch programmiertes Einspritzen entsprechender Mittel bewirkt werden. Das Dosierorgan 56 kann nach vorprogrammierter Zeit und Dosis den gewünschten Duft in der Raumluft durch automatischen Einspritzen in die Zuluft erzeugen. Insbesondere Insektenvertilgungsmittel werden wäh­ rend der Abwesenheit von Personen im Raum automatisch einge­ spritzt und dann ventiliert, um die Keime und Insekten zu töten und gleichzeitig die Raumluft zu verbessern. Der vor einer Personenbelegung des Raumes erforderliche Luftaustausch erfolgt automatisch, so daß für die Personen behandelte frische Luft zur Verfügung steht.

Die beschriebene Anlage regelt und kontrolliert die Raumtem­ peratur und Luftfeuchtigkeit nach dem Prinzip des thermischen Gleichgewichtes des menschlichen Körpers unter Berücksich­ tigung von Schweißverlustrate und Atmung. Körpertemperatur, Wandtemperatur, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luft­ geschwindigkeit werden zeitveränderlich geregelt, um die physiologische Funktion des menschlichen Körpers wie Schrumpfen oder Öffnen der Hautporen und Krümmung oder Ent­ spannung der Haut zu stärken. Die Raumtemperatur, Feuchtig­ keit und Luftgeschwindigkeit, mit der der Körper angeströmt wird, können unterschiedlich eingestellt werden in Abhängig­ keit von den unterschiedlichen Einflußfaktoren im Freien. Als Ergebnis werden Hitzschlag oder Erkältung verhindert, wenn eine Person den Raum betritt oder verläßt. Die Charakteristik des Reglers mit den Hauptbeziehungen von Temperatur und Feuchtigkeit ist in Fig. 4a dargestellt.

Fig. 4a zeigt die Beziehung zwischen der Trockenkugeltempe­ ratur (Abszisse), der Feuchtkugeltemperatur (Ordinate), der relativen Luftfeuchtigkeit (Linie nach oben rechts) und der effektiven Temperatur (Linie nach unten rechts) bei einer Luftgeschwindigkeit von 8 bis 13 cm/s. In dem Diagramm ist durch statistische Ermittlungen als Behaglichkeitszone ein durch die Linien t1-h1-t2-h2 definierter Bereich für best­ geeignete Temperatur und Feuchtigkeit für den menschlichen Körper dargestellt. Dieser Bereich ist jedoch nach den unter­ schiedlichen Bekleidungsgepflogenheiten, Luftgeschwindigkei­ ten, Gewohnheiten, Geschlechtern, Lebensaltern, körperlichen Tätigkeiten, Innenwandraumtemperatur usw. unterschiedlich. Die beschriebene Anlage regelt die Raumtemperatur, Luftfeuch­ tigkeit und die Luftgeschwindigkeit gleichzeitig und ermög­ licht die Einhaltung einer gleichbleibenden effektiven Tempe­ ratur. Wie in Fig. 4b dargestellt, ist durch eine Erhöhung der in der tx-Linie befindlichen Temperatur C1 bei gleich­ zeitiger Erniedrigung der Feuchtigkeit C2 oder umgekehrt die Summe der trockenen und feuchten Wärmeabgaben des Menschen trotz veränderter Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit kon­ stant, so daß sich der menschliche Körper wegen einer geeig­ neten Wärmeaustauschrate angenehm fühlt. Im Ergebnis kann die Temperatur und Feuchtigkeit jederzeit so geregelt werden, daß die Hautporen des menschlichen Körpers Feuchtigkeit aufneh­ men. Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Lufttemperaturen und die Luftfeuchtigkeit jederzeit an die gewünschte Raumat­ mosphäre anzupassen, die Erkältungen, Müdigkeit oder aber das Auftreten von Hitzschlag oder Kälteschock verhindert.

Für die Person, die in den Raum eintritt oder das Haus ver­ läßt, kann die Änderung der auf sie einwirkenden Luftge­ schwindigkeit automatisch eingestellt werden, so daß damit der Körper bei der Anpassung an den geänderten Zustand der Atmosphäre unterstützt wird. Die Anzahl und Bewegung der im Raum befindlichen Personen wird durch einen in den Figuren nicht näher dargestellten Sensor ermittelt. Die Einstellung der Temperatur und Feuchtigkeit für die oben genannte effektive Temperatur beschränkt sich nicht auf eine bestimmte effektive Temperatur. Diese muß nur in der Behaglichkeitszone gehalten werden. Die durch variierte effektive Temperatur auf die Haut bewirkte Reaktionsveränderung soll der körperlichen Reak­ tionsfähigkeit entsprechen. Die Periode der Änderung beträgt vorzugsweise 10 bis 60 Minuten. Die Amplitude und die Fre­ quenz der Änderung sind je nach Bedürfnissen einzustellen. Gemäß der oben beschriebenen Beispiele können mit der Anlage die Raumlufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Luftge­ schwindigkeit, der Luftdruck, der Gasgehalt der Raumluft, der Klang im Raum, die Beleuchtung, der Geruch, die Ionenkonz­ entration, das Magnetfeld usw. vollständig geregelt werden, um eine bestimmte gewünschte Raumatmosphäre einzustellen. Der Anwendungsbereich des beschriebenen Verfahrens und der Anlage ist umfangreich. Beispiele hierfür sind folgende. Im Lese­ zimmer, Klassenraum oder am Arbeitsort kann eine Erfrischung des Geistes und Erhöhung der Konzentration und Arbeits­ leistung erzielt werden. Im Restaurant oder Eßzimmer wird der Appetit angeregt, auf dem Spielplatz die Spiellust erhöht und in Fahrzeugen die Konzentration und Erfrischung erhöht bei Vermeidung der Ermüdung und von Reisebeschwerden. Im Schlaf­ zimmer kann eine für den gesunden Schlaf geeignete Raumat­ mosphäre geschaffen werden. Im Befragungszimmer sind wech­ selnde Raumatmosphären möglich, damit z. B. Verdächtigte die Wahrheit leichter aussagen und Zeugen ausführlicher berich­ ten. Im Konferenzsaal oder Sitzungssaal kann zur Erhöhung der Diskussionsleistung und zur Vermeidung von Konflikten eben­ falls die Raumatmosphäre angepaßt werden.

Die oben genannten Beispiele und deren Beschreibungen erläu­ tern die Eigenschaft und das Prinzip des Verfahrens und der Anlage, wobei alle Veränderungen insbesondere auch der Anwen­ dungsgebiete unter die Patentansprüche fallen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Regelung des Innenklimas mit einer raum­ lufttechnischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, daß von den Raumbenutzern individuell die die gewünschte Raum­ atmosphäre definierenden Einflußgrößen von Raumlufttem­ peratur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, Raumin­ nenwandtemperatur, Außenlufttemperatur, Luftdruck, CO₂- Gehalt und dgl. als Sollwerte einem Leitrechner einge­ geben werden, daß die Istwerte der Einflußgrößen der Raumatmosphäre wie Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, Rauminnenwandtemperatur, Außenluft­ temperatur, Luftdruck, CO₂-Gehalt und dgl. gemessen wer­ den, daß der Leitrechner die Sollwerte mit den Istwerten vergleicht und über eine Schnittstelle Betätigungsorgane von Stellgliedern der raumlufttechnischen Anlage so lange angesteuert werden, bis die Istwerte der Einflußgrößen der Raumatmosphäre den Sollwerten entsprechen, wobei in den Speicher des Leitrechners die Sollwerte verschiedener definierter Raumatmosphären eingelesen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumlufttemperatur und Luftfeuchtigkeit im Zeitablauf gegenseitig abhängig vom Leitrechner geregelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung von Raumlufttemperatur und Luftfeuchtig­ keit bei konstanter effektiver Temperatur durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Raumlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit an die Bewegung von Personen beim Eintritt in den Raum oder beim Austritt aus dem Gebäude angepaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenluftanteil der Zuluft in Abhängigkeit von der im Raum befindlichen Anzahl von Personen durch Einstellung von Stellklappen und/oder Regelung der Drehzahl des min­ destens einen Zuluftventilators und Abluftventilators geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mittels eines Dosierorgans nach vor­ programmierter Zeit und Dosis Duftstoffe und/oder Ste­ rilisationsmittel und/oder Schädlingsbekämpfungsmittel in die Zuluft eingesprüht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsprogramm des Leitrechners Umschaltproze­ duren zum gleitenden Übergang von einer definierten Raum­ atmosphäre in andere definierte Raumatmosphären umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Umschaltprozeduren der Zuluft programmiert Sterilisationsmittel und/oder Schädlingsbekämpfungsmittel zugemischt werden.

9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Sensorgruppe (1) von Sensoren (11, 12, 13, . . .) zur Messung der Raum­ lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Rauminnenwandtempera­ tur, Außenlufttemperatur, des Luftdrucks im Raum und des CO₂-Gehaltes im Raum, die mit einem Leitrechner (3) ver­ bunden sind, der mit einem Eingabegerät (31) zur Eingabe von Bedarfsinformationen über Sollwerte der Raumatmos­ phäre und mit einer Gruppe (5) von Betätigungsorganen (51, 52, 53 . . .) von Stellgliedern zur Regelung der Raum­ lufttemperatur der Luftfeuchtigkeit des Luftdrucks des O₂-Gehalts und CO₂-Gehalts der Raumluft, der Luftge­ schwindigkeit im Raum und Außenluftrate verbunden ist, wobei in den Speicher (35) des Leitrechners (3) die Daten der Sollwerte verschiedener Raumatmosphären und der ein­ gegebenen Raumatmosphäre und die Istwerte der Raum­ atmosphäre des Raumes und mindestens ein Überwachungs­ programm eingelesen sind, durch das die Steuerbefehle für die Betätigungsorgane ermittelt werden.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorgruppe (1) Sensoren zur Ermittlung der Ionenkon­ zentration in der Raumluft des Magnetfeldes, der Raum­ luftbestandteile, der Klangfülle im Raum, der Raumbe­ leuchtung und der Bewegung und Anzahl im Raum anwesender Personen enthält.

11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe (5) von Betätigungsorganen solche aufweist, die mit Stellgliedern eines Dosierorgans (56), für Duft­ stoffe, Sterilisationsmittel, Schädlingsbekämpfungs­ mittel, zur Drehzahlsteuerung der Motoren (M1) und (M2) des mindestens einen Ventilators (F1) für Zuluft und des mindestens einen Ventilators (F2) für Abluft, eines Ionenerzeugers (57), eines Klangerzeugungsgerätes, eines Reglers (59) für die Raumbeleuchtung zur Farbeinstellung und eines Magnetfeldumschalters (58) verbunden sind.

12. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicher (35) die mit dem Überwachungsprogramm ver­ arbeitbaren Steuerregeln der Gruppe (5) von Betätigungs­ organen (51, 52, 53 . . .) für die Erzeugung einer Raumat­ mosphäre von Gemütlichkeit, Erfrischung, Konzentration, Schlafen, Unruhe, Schock und dgl. abgespeichert sind.

13. Anlage nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe (5) von Betätigungsorganen (51, 52, 53 . . .) mit mindestens einer Stellklappe (V1, V2) im Zuluftkanal und Abluftkanal verbunden ist.

14. Anlage nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitrechner (3) als Mikrocomputer ausgebildet ist.