DE4315113A1 - Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen mit einer Heiz-/Kühleinrich­ tung und einer Regeleinrichtung für die Heiz-/Kühlein­ richtung, an der als Führungsgröße das Ausgangssignal eines Fühlers anliegt.

Derartige Vorrichtungen zur Klimatisierung, d. h. zum Heizen und/oder zum Kühlen von Räumen sind in den viel­ fältigsten Ausführungen bekannt.

Bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Vorrichtun­ gen wird als Fühler für die Regeleinrichtung ein Tempe­ raturfühler, beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand verwendet, der die Raumtemperatur ohne phy­ siologische Bewertung, d. h. ohne dem menschlichen Tem­ peraturempfinden angepaßte Bewertung der Wandtempera­ tur, der Lufttemperatur und/oder der Strahlungswärme zusätzlich zur Raum- bzw. Lufttemperatur erfaßt.

Wird nun bei derartigen bekannten Vorrichtungen das Raumklima nach Norm eingestellt, so wird das Raumklima nur von einem Teil der Nutzer als angenehm akzeptiert. Erstaunlicherweise empfindet von dem Teil der Nutzer, die das Raumklima als unangenehm empfinden, ungefähr die Hälfte die eingestellte Temperatur als zu warm, während die andere Hälfte die Temperatur als zu kalt empfindet:

Beispielsweise haben Untersuchungen von Fanger (Thermal Comfort, McGraw-Hill Book Company, 1972) ergeben, daß im günstigsten Fall 95% der Nutzer das eingestellte Raumklima als angenehm empfinden, während 2,5% das Raumklima als zu warm und weitere 2,5% als zu kalt empfinden.

Untersuchungen des Erfinders haben sogar ergeben, daß ein nach gängigen Normen scheinbar optimal eingestell­ tes Raumklima sogar von 15% der Nutzer als zu warm oder zu kalt empfunden wird.

Hierzu wird ergänzend auf den vom Erfinder, Herrn Dr. E. Mayer verfaßten Artikel "Physik der thermischen Behaglichkeit", (Physik in unserer Zeit, 20 (1989), Nr. 4, S. 97-103) verwiesen.

Auf diesen Artikel wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher erläuterten Begriffe ausdrück­ lich Bezug genommen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Ur­ sache, daß ein nach gängigen Normen eingestelltes Raum­ klima von einem gewissen Teil der Nutzer als unangenehm empfunden wird, in der Verwendung von Temperaturfühlern liegt, die zwar die Raumtemperatur messen, deren Aus­ gangssignal aber kein "tatsächliches Maß" für die ther­ mische Behaglichkeit darstellt.

In dem vorstehend genannten Artikel "Physik der thermi­ schen Behaglichkeit" ist zwar schon auf Seite 103 ange­ sprochen worden, die in diesem Artikel angesprochenen "Raumklimameßgeräte" auch als Fühler zur Regelung des Raumklimas einzusetzen (Seite 103, mittlere Spalte). Weitergehende Hinweise sind diesem Artikel jedoch nicht zu entnehmen.

In der Praxis ist die Verwendung derartiger Raumklima­ meßgeräte in Vorrichtungen zur Klimatisierung von Räu­ men jedoch nicht in Betracht gezogen worden, da - wie ebenfalls in diesem Artikel ausgeführt ist - "diese Raumklimameßgeräte in bezug auf Handlichkeit und (ins­ besondere) Verkürzung der Ansprechzeit weiter zu ent­ wickeln wären."

Bislang ist jedoch keine Weiterentwicklung derartiger, auch als künstliche Haut bezeichneter Raumklimameßgerä­ ten bekannt geworden, die insbesondere bezüglich des Ansprechverhaltens über den in der DE 32 05 704 C2 beschriebenen Stand der Technik hinausgehen würde.

Erfindungsgemäß ist jedoch erkannt worden, daß das An­ sprechverhalten der bekannten Raumklimameßgeräte, wie sie beispielsweise in der DE 32 05 704 C2 beschrieben sind, zumindest dann völlig ausreichend ist, wenn als Heiz-/Kühleinrichtung eine (bekannte) Heiz-/Kühldecke verwendet wird.

Heiz-/Kühldecken werden seit einiger Zeit verstärkt verwendet und stellen luftzugfreie Quellüftungen mit Deckenkühlung dar. Sie haben insbesondere den Vorteil, daß Wärmelasten durch Infrarotstrahlung an die von einem Kältemittel durchströmte Decke zugfrei abgeführt werden.

Durch die Verwendung von Heiz-/Kühldecken ergibt sich sogar eine besonders vorteilhafte Regelkennlinie, durch die eine als angenehme empfundene Anpassung des Raum­ klimas an sich ändernde Umgebungsbedingungen erreicht wird, und zwar sogar dann, wenn sich diese verhältnis­ mäßig schnell ändern, wie dies beispielsweise bei einem plötzlichen Wärmeeinbruch der Fall ist.

Anders ausgedrückt, zeichnet sich die Erfindung zur Lösung des bestehenden Problems, ein für einen mög­ lichst großen Personenkreis angenehmes Raumklima einzu­ stellen, durch die Kombination folgender Merkmale aus:

Die Heiz-/Kühleinrichtung ist eine Heiz-/Kühldecke, wie sie allgemein bekannt ist, so daß an dieser Stelle auf den Aufbau der Heiz-/Kühldecke nicht näher eingegangen werden muß.

Der Fühler weist in ebenfalls an sich bekannter Weise eine beheizbare Fläche auf, die mit konstanter Leistung beheizt wird, und deren Temperatur ein Temperaturfühler erfaßt, dessen Ausgangssignal quasi den Istwert für die momentane Behaglichkeit darstellt und der erfindungsge­ mäß als Istwert für die Regelung an der Regeleinrich­ tung anliegt.

Insbesondere kann dabei als Fühler eine "künstliche Haut" (Anspruch 3) verwendet werden, wie sie in der DE 32 05 704 C2 beschrieben ist, d. h. ein Fühler, der das menschliche Temperatur-"Empfinden" soweit wie möglich simuliert.

Als Sollwert wird ein - insbesondere nach Erfahrungs­ werten gebildeter - Wert an die Regeleinrichtung ange­ legt, der ein Maß für die empirisch ermittelte Hauttem­ peratur darstellt, bei der sich bei einem möglichst großen Teil der Nutzer ein Gefühl der Behaglichkeit einstellt, anders ausgedrückt, bei der ein möglichst grober Teil der Nutzer die eingestellte Temperatur nicht als unangenehm empfindet.

Erfindungsgemäß wird somit eine aus dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers und aus dem als Maß für die Be­ haglichkeit ermittelten Sollwert - in der Regel durch Differenzbildung - gebildete Größe als Führungsgröße an die Regeleinrichtung angelegt. Die Regeleinrichtung weist dabei in an sich bekannter Weise eine Digital- oder Analogschaltung mit P-, PI-, PD-, PID- oder einem sonstigen Verhalten auf, die beispielsweise mindestens einen Stellmotor für mindestens ein Ventil betätigt, das wiederum den Durchsatz des Wärme-/Kältemittels durch die Heiz-/Kühldecke steuert (Anspruch 6).

Darüber hinaus ermöglicht es die Erfindung, unter Be­ rücksichtigung der Strahlungsverhältnisse und der Luft­ bewegung bzw. Lufttemperatur eine individuelle Einstel­ lung des Raumklimas vorzunehmen:

Dabei ist es insbesondere möglich, in einem Raum mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen für jeden Platz eine Heiz-/Kühldecke vorzusehen, wobei jeder Heiz-/Kühldecke jeweils eine Regeleinrichtung mit einem Fühler zugeord­ net ist, der im Bereich des jeweiligen Platzes angeord­ net ist. Damit ist es möglich, beispielsweise in einem Großraumbüro mit einer Reihe von Arbeitsplätzen das Raumklima im Bereich jedes Arbeitsplatzes individuell zu regeln, ohne daß die Regeleinheiten für die einzel­ nen Vorrichtungen und damit die Heiz-/Kühleinrichtungen störend miteinander interferieren würden (Anspruch 4).

Diese Entkopplung auch nahe beieinander angeordneter Vorrichtungen zur Klimatisierung von Räumen ist eine Folge des im Anspruch 1 angegebenen speziellen Fühlers für die "Behaglichkeit" in Verbindung mit der erfin­ dungsgemäßen Verwendung von Heiz-/Kühldecken als Heiz-/Kühl­ einrichtung.

In jedem Falle ist es jedoch gemäß Anspruch 5 bevor­ zugt, wenn der Fühler etwa in Arbeitshöhe/Schreib­ tischhöhe angeordnet ist, da ein derart angeordneter Fühler besonders schnell und genau auf das individuell empfundene Raumklima anspricht, das vom Menschen insbe­ sondere mit den "frei liegenden" Händen sowie mit dem Kopf "wahrgenommen" wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen hat zusätzlich zur Einstel­ lung eines nahezu allgemein akzeptierten und dennoch individuell einstellbaren Raumklimas den weiteren Vor­ teil, daß die Akzeptanz einer Klimatisierung nicht nur durch die erfindungsgemäße Einstellung des Raumklimas sondern auch durch die Vermeidung von Luftzugbeschwer­ den und zu hohe Abstrahlung erhöht wird:

Wie bereits ausgeführt, ergibt sich bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung eine luftzugfreie Quellüftung mit Deckenkühlung bzw. -heizung, bei der Wärme- bzw. Kühl­ lasten durch Infrarotstrahlung an die Decke und damit praktisch ohne Luftbewegung abgeführt werden.

In der Heiz-/Kühldecke kann dabei bevorzugt als Wärme-/Kälte­ mittel Wasser verwendet werden (Anspruch 2). Die Verwendung von Wasser hat dabei nicht nur unter Umwelt­ gesichtspunkten Vorteile gegenüber anderen Kältemit­ teln, wie beispielsweise FCKW-Kältemitteln; die Verwen­ dung von Wasser hat vielmehr den den zusätzlichen Vor­ teil, daß sich gerade die vergleichsweise geringe Tem­ peraturvariation von wasserdurchströmten Heiz-/Kühldecken in Verbindung mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Fühler weiter positiv auf die Einstellung des Raumkli­ mas und dessen Akzeptanz auswirkt.

Da die Erfindung aufgrund der vorstehenden Beschreibung von einem Durchschnittsfachmann unter Verwendung von ihm allgemein bekannten Maßnahmen, wie beispielsweise bekannten Heiz-/Kühleinrichtungen bzw. unter Verwendung der in den genannten Literaturstellen beschriebenen Fühler ohne weitere Schwierigkeiten realisiert werden kann, wird auf die Beschreibung eines speziellen Aus­ führungsbeispiels verzichtet.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen, mit

• - einer Heiz-/Kühleinrichtung,
• - einer Regeleinrichtung für die Heiz-/Kühleinrich­ tung, an der als Führungsgröße das Ausgangssignal eines Fühlereinheit anliegt,
  gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
• - die Heiz-/Kühleinrichtung ist eine Heiz-/Kühldecke,
• - die Fühlereinheit weist eine beheizbare Fläche auf, die mit konstanter Leistung beheizt wird, und deren Temperatur ein Temperaturfühler erfaßt,
• - aus dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers und einem als Maß für die Behaglichkeit ermittelten Sollwert wird die Führungsgröße gebildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heiz-/Kühldecke als Wärme-/Kältemittel Wasser verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler als "künstliche Haut" ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Raum mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen für jeden Platz eine Heiz-/Kühl­ decke mit eigener Regeleinrichtung vorgesehen ist, deren Regeleinrichtung jeweils ein Fühler zugeordnet ist, der im Bereich des jeweiligen Platzes angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler etwa in Arbeits­ höhe/Schreibtischhöhe angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Stellmotor steuert, der ein Ventil für das Heiz-/Kühl­ mittel betätigt.