DE4315113C2 - Anordnung zur lokalen, individuellen Klimatisierung von Räumen mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur lokalen, individuellen Klimatisie­ rung von Räumen mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen mittels Heiz-/Kühleinrichtungen und einer Regeleinrichtung für die Heiz-/Kühleinrichtung, an der als Führungsgröße das Ausgangssignal einer Fühlereinheit anliegt.

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

Bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Vorrichtungen wird als Fühlereinheit für die Re­ geleinrichtung ein Temperaturfühler, beispielsweise ein temperaturabhängiger Wi­ derstand verwendet, der die Raumtemperatur ohne physiologische Bewertung, d. h. ohne dem menschlichen Temperaturempfinden angepaßte Bewertung der Wand­ temperatur, der Lufttemperatur und/oder der Strahlungswärme zusätzlich zur Raum­ bzw. Lufttemperatur erfaßt.

Wird nun bei derartigen bekannten Vorrichtungen das Raumklima nach Norm einge­ stellt, so wird das Raumklima nur von einem Teil der Nutzer als angenehm akzep­ tiert. 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 einge­ stellte 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 Nor­ men scheinbar optimal eingestelltes 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 ausdrücklich Bezug genommen.

Eine Ursache, daß ein nach gängigen Normen eingestelltes Raumklima von einem gewissen Teil der Nutzer als unangenehm empfunden wird, liegt in der Verwendung von Temperaturfühlern, die zwar die Raumtemperatur messen, deren Ausgangs­ signal aber kein "tatsächliches Maß" für die thermische Behaglichkeit darstellt.

In dem vorstehend genannten Artikel "Physik der thermischen Behaglichkeit" ist zwar schon auf Seite 103 angesprochen 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 Raumklimameßgeräte in Vorrichtungen zur Klimatisierung von Räumen jedoch nicht in Betracht gezogen worden, da - wie ebenfalls in diesem Artikel ausgeführt ist -"diese Raumklimameßgeräte in bezug auf Handlichkeit und (insbesondere) Verkürzung der Ansprechzeit weiter zu entwickeln wären."

Eine weitere Ursache für das mangelnde Einstellen individuell behaglicher Raumkli­ mazonen sind die Heiz-/oder Kühleinrichtungen, wie sie beispielweise in dem Buch, "Recknagel, Sprenger, Hönmann, Taschenbuch für Heizung+Klimatechnik 90/91", Hersg: Winfried Hönmann, auf den Seiten 392-396 beschrieben sind. So werden darin Flächenheizungen als zu träge angesehen, um möglichst kurzfristig individuelle Klimaeinstellungen zu gewährleisten.

In der DE 29 17 725 A1 ist ein Individual-Klimasystem mit Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten der eingestellten Luftzufuhr über den einzelnen Arbeitsplätzen in Arbeitsräumen beschrieben. Diese Vorrichtung sieht ausschließlich eine von der Decke kommende Luftzufuhr vor, die jedoch einen permanenten Luftstrom erzeugt und aufrecht erhält. Nachteile, die mit Zugerscheinungen zusammenhängen, sind mit dieser Heizungsart unabdingbar verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur lokalen, individuellen Klimatisierung von Räumen mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen zu schaffen, die eine schnelle und von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz gegebenenfalls unterschiedliche, indi­ viduelle Raumklimaeinstellung ermöglicht. Es sollen dabei jegliche Zugerscheinungen, die bei Luftströmungen vorkommen vermieden werden.

Erfindungsgemäß weist die Anordnung zur lokalen, individuellen Klimatisierung von Räumen mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen über jedem Arbeits-/Sitzplatz jeweils ge­ trennt voneinander als Heiz-/Kühldecken ausgebildete Heiz-/Kühleinrichtungen auf, denen jeweils getrennte Regeleinrichtungen zugeordnet sind, an denen als Füh­ rungsgröße Ausgangssignale einer Fühlereinheit anliegen, die im Bereich des jewei­ ligen Platzes angeordnet ist und zur Simulierung des menschlichen Temperaturemp­ findens eine beheizbare Fläche vorsieht und mit konstanter Leistung beheizbar ist, und deren Temperatur ein Temperaturfühler erfaßt, wobei aus dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers und einem als Maß für die Behaglichkeit ermittelten Sollwert die Führungsgröße gebildet 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 Dec­ ke zugfrei abgeführt werden.

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

Anders ausgedrückt, zeichnet sich die Erfindung zur Lösung des bestehenden Pro­ blems, ein für einen möglichst großen Personenkreis angenehmes Raumklima ein­ zustellen, 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.

Die Fühlereinheit 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 erfindungsgemäß als Istwert für die Regelung an der Regeleinrich­ tung anliegt.

Insbesondere kann dabei als Fühlereinheit eine "künstliche Haut" 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 Erfahrungswerten gebildeter - Wert an die Regeleinrichtung angelegt, der ein Maß für die empirisch ermittelte Hauttemperatur darstellt, bei der sich bei einem möglichst großen Teil der Nutzer ein Gefühl der Be­ haglichkeit einstellt, anders ausgedrückt, bei der ein möglichst großer 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 Behaglichkeit ermittelten Sollwert - in der Regel durch Differenzbildung - gebildete Größe als Führungsgröße an die Regeleinrichtung an­ belegt. Die Regeleinrichtung weist dabei in an sich bekannter Weise eine Digital- oder Analogschaltung mit P-, PI-,PD-, PID- oder einem sonstigen Verhalten auf, die bei­ spielsweise mindestens einen Stellmotor für mindestens ein Ventil betätigt, das wie­ derum den Durchsatz des Wärme-/Kältemittels durch die Heiz-/Kühldecke steuert.

Die Erfindung ermöglicht unter Berücksichtigung der Strahlungsverhältnisse und der Luftbewegung bzw. Lufttemperatur eine individuelle Einstellung des Raumklimas. Es ist möglich, beispielsweise in einem Großraumbüro mit einer Reihe von Arbeits­ plätzen das Raumklima im Bereich jedes Arbeitsplatzes individuell zu regeln, ohne daß die Regeleinheiten für die einzelnen Vorrichtungen und damit die Heiz-/Kühleinrichtungen störend miteinander interferieren würden.

Diese Entkopplung auch nahe beieinander angeordneter Vorrichtungen zur Klimati­ sierung von Räumen ist eine Folge des angegebenen speziellen Fühlers für die "Behaglichkeit" in Verbindung mit der Verwendung von Heiz-/Kühldecken als Heiz/Kühleinrichtung.

In jedem Falle ist es jedoch bevorzugt, wenn die Fühlereinheit etwa in Arbeitshö­ he/Schreibtischhöhe angeordnet ist, da ein derart angeordnete Fühlereinheit besonders schnell und genau auf das individuell empfundene Raumklima anspricht, das vom Menschen insbesondere mit den "frei liegenden" Händen sowie mit dem Kopf "wahr­ genommen" wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen hat zusätzlich zur Einstellung eines nahezu allgemein akzeptierten und dennoch in­ dividuell einstellbaren Raumklimas den weiteren Vorteil, daß die Akzeptanz einer Klimatisierung nicht nur durch die erfindungsgemäße Einstellung des Raumklimas, sondern auch durch die Vermeidung von Luftzugbeschwerden und zu hohe Ab­ strahlung erhöht wird:

Wie bereits ausgeführt, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine luft­ zugfreie Quellüftung mit Deckenkühlung bzw. -heizung, bei der Wärme- bzw. Kühlla­ sten durch Infrarotstrahlung an die Decke und damit praktisch ohne Luftbewegung abgeführt werden.

In der Heiz-/Kühldecke kann dabei bevorzugt als Wärme/Kältemittel Wasser verwen­ det werden. Die Verwendung von Wasser hat dabei nicht nur unter Umweltgesichts­ punkten Vorteile gegenüber anderen Kältemitteln, wie beispielsweise FCKW-Kältemitteln; die Verwendung von Wasser hat vielmehr den den zusätzlichen Vorteil, daß sich gerade die vergleichsweise geringe Temperaturvariation von was­ serdurchströmten Heiz-/Kühldecken in Verbindung mit dem erfindungsgemäß einge­ setzten Fühler weiter positiv auf die Einstellung des Raumklimas und dessen Ak­ zeptanz auswirkt.

Da die Erfindung aufgrund der vorstehenden Beschreibung von einem Durch­ schnittsfachmann 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 Ausführungsbei­ spiels verzichtet.

Claims (5)

1. Anordnung zur lokalen, individuellen Klimatisierung von Räumen mit mehreren Arbeits-/Sitzplätzen über denen jeweils getrennt voneinander als Heiz-/Kühldecken ausgebildete Heiz-/Kühleinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils getrennten Re­ geleinrichtungen zugeordnet sind, an denen als Führungsgröße Ausgangssignale einer Fühlereinheit anliegen, die im Bereich des jeweiligen Platzes angeordnet ist und zur Simulierung des menschlichen Temperaturempfindens eine beheizbare Flä­ che vorsieht und mit konstanter Leistung beheizbar ist, und deren Temperatur ein Temperaturfühler erfaßt, wobei aus dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers und einem als Maß für die Behaglichkeit ermittelten Sollwert die Führungsgröße gebildet wird.

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

3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit als "künstliche Haut" ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinheit etwa in Arbeitshöhe/Schreibtischhöhe an­ geordnet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Stellmotor steuert, der ein Ventil für das Heiz-/Kühlmittel betätigt.