DE4427356A1 - Einrichtung zur Regelung der Luftqualität in einem Raum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Luftqualität in einem Raum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung eignet sich beispielsweise zur bedarfsgesteuerten Lüftung von Räumlichkeiten, deren Belegung und Belastung mit Luft schlechter Qualität voraussehbar ist. Beispiele solcher Räumlichkeiten sind Konferenzräume, Schulungsräume, Turnhallen, Umkleideräume, Toiletten, Hotel­ zimmer, Einzelbüros. Die Lüftung und/oder Klimaregelung solcher Räume kann nicht durch eine fixe Zeitplansteuerung über eine Schaltuhr erfolgen.

Aus dem Datenblatt 5481 der Firma Landis & Gyr ist eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, mit der mittels eines Präsenzmelders die zeitliche Belegung eines solchen Raumes erfaßt und entsprechend die Zuluftklappe des Raumes geöffnet oder geschlossen wird, wobei eine Zeitverzögerungsschaltung und eine Mindestöffnungsdauer der Zuluftklappe vorgesehen sind.

Es ist auch bekannt, die Konzentration eines Gases wie Kohlendioxid oder einer Mischung von Gasen in einem solchen Raum zu messen und für die Regelung der Luftqualität zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, mit dem in nur zeitweise belegten Räumen auf energiesparende Weise eine hohe Luftqualität erzielbar ist.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Besondere Ausführungsarten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur Luftqualitätsregelung,

Fig. 2 einen optischen Strahlengang derselben,

Fig. 3 einen weiteren Strahlengang,

Fig. 4 verschiedene Signale,

Fig. 5 ein Zwischensignal und ein Regelsignal und

Fig. 6 ein Sensorsignal und ein weiteres Regelsignal.

Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Regelung der Luftqualität in einem Raum 7 mit einem Sensor 1 zur Erzeugung von zwei Signalen X und Y, einem Regler 11 und einem Element 12 einer Lüftungs- oder Klimaanlage. Der Sensor 1 weist ein optisches Element 2, ein optisches Filter 3, einen infrarot­ empfindlichen Strahlungsdetektor 4 und eine elektronische Schaltung 5 auf. Das optische Element 2 dient dazu, den Raum 7 in verschiedene, wenigstens aber eine, Erfassungszonen 6 zu unterteilen und diese auf den Strahlungsdetektor 4 abzubilden. Das Filter 3 ist im Strahlengang zwischen dem optischen Element 2 und dem Strahlungsdetektor 4 angeordnet oder in das optische Element 2 integriert oder als Bestandteil des Strahlungsdetektors 4 ausgebildet. Das Filter 3 ist durchlässig für wenigstens eine Spektrallinie eines vorbestimmten Gases und bildet ein frequenzselektives Element, so daß nur Strahlung vorbestimmter Frequenzbereiche aus den Erfassungszonen 6 zum Strahlungsdetektor 4 gelangen kann. Das Filter 3 ist z. B. für Kohlendioxid (CO₂) ausgelegt. Das Element 12 kann beispielsweise ein Stellglied für eine Luftklappe oder ein drehzahlregelbarer Gebläseantrieb zur Dosierung von frischer Zuluft oder auch ein Ventil zur Mischung von Frischluft und Abluft sein.

Der Strahlungsdetektor 4 erzeugt ein Signal U entsprechend der Intensität der auf ihn auftreffenden Wärmestrahlung. Wärmequellen bilden insbesondere Personen 8, die sich im Raum 7 aufhalten. Falls sich eine Person 8 teilweise in wenigstens einer der Erfassungszonen 6 befindet, gelangt von ihr ausgehende Strahlung auf den Strahlungsdetektor 4, soweit sie weder vom Gas noch vom Filter 3 absorbiert wird. Das Gas verhält sich wie ein optisches Filter, dessen Durchlässigkeit von seiner Konzentration abhängt. Die Intensität des Signales U hängt somit unter anderem von der Zahl der Personen 8 ab, soweit sie sich innerhalb der Erfassungszonen 6 befinden, und von der Konzentration des Gases. Sie hängt weiter ab von der mittleren Entfernung der Personen 8 vom Sensor 1. Bei jeder Bewegung einer Person aus einer Erfassungszone 6 heraus oder in eine Erfassungszone 6 hinein ändert sich die Intensität der auf den Strahlungsdetektor 4 auftreffenden Wärmestrahlung, es sei denn, daß die Konzentration des Gases so hoch ist, daß die Wärmestrahlung im Durchlässigkeitsbereich des Filters 3 vom Gas vollständig absorbiert wird. Am Ausgang des Strahlungsdetektors 4 steht somit im Verlauf der Zeit t ein Signal U(t) zur Verfügung, dessen Amplitude Informationen über die Zahl der Personen 8 im Raum 7 und über die Konzentration des Gases enthält und dessen Frequenzspektrum von der Bewegungstätigkeit der im Raum 7 anwesenden Personen 8 abhängig ist. Die elektronische Schaltung 5 dient dazu, aus dem Signal U zwei Signale X und Y abzuleiten, die spezifischere Informationen enthalten, so daß sie zur Regelung der Luftqualität im Raum 7 herangezogen werden können. Die Signale X und Y sind auf den Regler 11 geführt, der zwei entsprechende Eingänge aufweist. Der Regler 11 bildet aus den Signalen X und Y ein einziges Regelsignal R zur Steuerung bzw. Regelung des Elementes 12.

Die elektronische Schaltung 5 enthält in einer Parallelschaltung einen Integrator 9, welcher als Signal X den zeitlichen Mittelwert des Signales U bildet, und einen Bandpass 10, welcher als Signal Y den in einen vorbestimmten Frequenzbereich fallenden Anteil des Signales U extrahiert. Die Zeitkonstante des Integrators 9 ist so vorbestimmt, daß kurzzeitige Schwankungen des Signales U ausgemittel sind. Sie beträgt einige Sekunden bis Minuten. Die Parameter wie Resonanzfrequenz und Güte des Bandpasses 10 sind so gewählt, daß er für Frequenzen im Signal U durchlässig ist, die von Bewegungen der Personen 8 in Erfassungszonen 6 hinein oder heraus stammen. Solche Frequenzen liegen im Bereich einiger Hertz, ein typischer Wert ist 0,5 Hz. Das zweite Signal Y stellt also ein Maß für die Bewegungstätigkeit m der sich im Raum 7 befindenen Personen 8 dar. Die Bedeutung des Signales X läßt sich als Maß für die Konzentration c des Gases interpretieren.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführung des optischen Elementes 2 als ein Element mit einer aus Teilflächen 13 gebildeten Oberfläche, die auffallende Strahlung entweder spiegeln oder absorbieren. Von einer Strahlungsquelle S ausgehende Wärmestrahlung gelangt nach den Gesetzen der geometrischen Optik zum Strahlungsdetektor 4, da sie von einer Teilfläche 13 reflektiert wird, während von einer Strahlungsquelle T ausgehende Wärmestrahlung auf dem geometrisch optischen Weg zum Strahlungsdetektor 4 auf eine absorbierende Teilfläche 13 trifft und deshalb zum Strahlungsdetektor 4 gelangt. Auf diese Weise ist der Raum 7 in Erfassungszonen 6 unterteilt, welche als schraffierte Flächen angedeutet sind. Eine Unter­ teilung des Raumes 7 in verschiedene Erfassungszonen 6 ist wie in der Fig. 3 dargestellt, auch möglich mit einem Element 2, das anstelle spiegelnder Teilflächen durchlässige Teilflächen 13 aufweist. Die Oberfläche des Elementes 2 ist derart in absorbierende oder reflektierende bzw. durchlässige Teilflächen 13 unterteilt des Strahlungsdetektors 4 so angeordnet, daß die durch die Erfassungszonen 6 definierten Raumgebiete in ihren Abmessungen auf die zu erwartenden Bewegungen der Personen 8 abgestimmt sind, so daß typische menschliche Bewegungen in der Regel in eine Erfassungszone 6 hinein oder aus einer Erfassungszone 6 heraus führen. Damit wird erreicht, daß typische Bewegungen zu einem Signal U mit einem hohen Frequenzanteil im Durchlaßbereich des Bandpasses 10 führen. Die Teilflächen 13 des Elementes 2 können auch aus optisch unterschiedlich brechenden Teilflächen 13 gebildet sein, beispielsweise aus optischen Phasen- oder Amplitudengittern.

Ein möglicher zeitlicher Verlauf des Signales U ist in der Fig. 4 beispielhaft dargestellt. Zu einem Zeitpunkt t₁ betreten mehrere Personen 8 (Fig. 1) den gut gelüfteten Raum 7. Ein Teil der von ihnen abgegebenen Wärmestrahlung gelangt zum Strahlungsdetektor 4. Die CO₂ Konzentration nimmt nun zu, so daß das vom Strahlungsdetektor 4 gemessene Signal U abnimmt. Infolge einsetzender Zufuhr von Frischluft nimmt die Qualität der Raumluft wieder zu, so daß das Signal U ansteigt. Zum Zeitpunkt t₂ verlassen die Personen 8 den Raum 7. Die Fig. 4 zeigt weiter das am Ausgang des Integrators 9 anliegende Signal X, das am Ausgang des Bandpasses 10 anliegende Signal Y sowie daraus abgeleitete binäre Signale X_bin, Y_bin, zwei alternative Zwischensignale V=V_OR und V=V_AND und ein aus dem Zwischensignal V_AND abgeleitetes Regelsignal R_AND. Die folgende Betrachtung dient dazu, den Signalen X und Y eine anschauliche physikalische Bedeutung in bestimmten ausgewählten Konstellationen zuzuordnen und daraus Zielvorgaben für die Bildung des Regelsignales R abzuleiten. Bei einer einfachen Betrachtungs­ weise werden die Signale X und Y durch Vergleich mit je einem vorbestimmten Bezugswert X₀ bzw. Y₀ in die binären Signale X_bin und Y_bin mit Werten "-" und "+" digitalisiert, wobei ein Minuszeichen "-" für einen Wert des entsprechenden Signales steht, der kleiner als der Bezugswert X₀ bzw. YO ist, und wobei ein Pluszeichen "+" für einen Wert steht, der größer oder gleich dem Bezugswert ist. Die möglichen Konstellationen von Wertepaaren X_bin, Y_bin zu einem beliebigen Zeitpunkt sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Ihnen ist hilfsweise ein Interpretationswert c für die Konzentration des Gases und ein Interpretationswert m für die Bewegungstätigkeit der Personen 8 im Raum 7 zugeordnet, so daß in physikalisch anschaulicher Weise eine Zielvorgabe für das Regelsignal R formulierbar ist. In der letzten Spalte sind beispielhaft zwei mögliche Zwischensignale V_AND und V_VOR dargestellt, die solche Zielvorgaben zur Bildung des Regelsignales R darstellen. Das Zwischensignal V_AND ist ähnlich einer UND Verküpfung aus der Bewegungstätigkeit m und der Gaskonzentration c abgeleitet und kann drei verschiedene Werte "-", "○ oder "+" annehmen. Das Zwischensignal V_OR entspricht einer logischen ODER Verknüpfung der Bewegungstätigkeit m und der Gaskonzentration c und kann nur binäre Werte "-" oder "+" annehmen. Ffür die Bildung eines Regelsignales R gilt die Vereinbarung, daß ein Minuszeichen des Zwischensignales V eine Änderung der zu regelnden Größe in negativer Richtung, ein Pluszeichen eine Änderung in positiver Richtung und ein Zeichen "○" keine Änderung bewirken soll.

Tabelle

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ist das Signal Y direkt als Maß für die Bewegungstätigkeit m der Personen 8 interpretierbar. Der Bezugswert Y₀ ist mit Vorteil entsprechend der Funktion des zu lüftenden Raumes 7 einstellbar. Jede Bewegungsmeldung ist gleichzeitig eine Anwesenheitsmeldung. Falls der Bezugswert Y₀ einen sehr kleinen Wert aufweist, besitzt das Signal Y nur die Funktion der Präsenzmeldung. Im dargestellten Beispiel ist die Gaskonzentration c durch Invertieren aus dem Signal X ableitbar.

In einem ersten Anwendungsbeispiel ist das Element 12 der Lüftungs- oder Klimaanlage ein einstufiger Ventilator mit den zwei Betriebsstufen ausgeschaltet und eingeschaltet. Die Aufgabe der möglichen Zwischensignale "-", "○" und "+" ist also die, daß das Zwischensignal V="-" den ausgeschalteten Ventilator in diesem Zustand belassen oder den eingeschalteten Ventilator ausschalten soll. Das Zwischen­ signal V="+" soll zum Einschalten des ausgeschalteten Ventilators führen bzw. den eingeschalteten Ventilator eingeschaltet lassen. Das Zwischensignal V="○" soll den Ventilator in seinem momentanen Betriebszustand belassen. Falls der Regler 11 mit dem Zwischensignal V_OR arbeitet, dann ist das Zwischensignal V_OR direkt als Regelsignal R=R_OR für den Ventilator verwendbar, d. h. R_OR=V_OR. In der Fig. 4 stellt das Regelsignal R_AND ein nach den vorstehend beschriebenen Regeln aus dem Zwischensignal V_AND gebildetes Regelsignal R=R_AND dar.

Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, sind beide Regelsignale R=V_OR und R=R_AND im Grundsatz geeignet zur Regelung des Ventilators während der Zeitspanne von t₁ bis t₂, während das Ausschalten des Ventilators nicht gewährleistet ist, nachdem die Personen den Raum 7 verlassen haben. Dies kommt daher, daß der Zustand X_bin='-', Y_bin='-' zusätzlich zu der in der Tabelle angegebenen Interpretation auch bedeuten kann, daß der Raum 7 leer ist. Der Regler 11 ist deshalb dahingehend programmiert, daß er das Regelsignal R von '+' auf '-' setzt, falls er während einer vorgegebenen Zeitspanne, der Nachlaufzeit T_N, den Zustand R='+', X_bin='-', Y_bin='-' feststellt. Bei einer einfachen Ausführung ist die Nachlaufzeit T_N so groß eingestellt, daß der Raum Fig. 7 am Ende der Nachlaufzeit T_N gut gelüftet ist, auch wenn sich viele Personen 8 im Raum 7 aufhalten. Falls sich am Ende der Nachlaufzeit T_N Personen 8 im Raum 7 aufhalten, setzt die Regelung der Luftqualität nicht aus, da der Strahlungsdetektor 4 dann ein Signal X_bin='+' detektiert.

In einem zweiten Anwendungsbeispiel ist das Element 12 ein zweistufiger Ventilator mit zwei Leistungs­ stufen. Die Fig. 5 zeigt beispielhaft einen möglichen Verlauf des Zwischensignales V=V_AND und des Regelsignales R. Der Ventilator nimmt seinen Betriebszustand entsprechend dem Wert des Regelsignales R ein. Die Bereiche zwischen den zwei verschiedenen Leistungsstufen sind in der Fig. 5 als gestrichelte horizontale Linien dargestellt. Das Regelsignal R ist aus dem zeitlichen Integral des Zwischensignales V gebildet

wobei als Rundbedingung eine Begrenzungsfunktion eingebaut ist, so daß immer Rmin <=R <=Rmax gilt. Die Begrenzungsfunktion dient dazu, das Regelsignal R dem Leistungsbereich des Ventilators anzupassen. Die untere Begrenzung Rmin dient einerseits als Schwellwert und bewirkt ein gut definiertes Einschalten des ausgeschalteten Ventilators. Falls das Regelsignal R bewirkt, daß der Ventilator ausgeschaltet ist oder bei maximaler Leistung arbeitet, nützt eine weitere Verkleinerung bzw. Erhöhung des Regelsignales R nichts. Es macht im Gegenteil die Einrichtung träge. Die obere Begrenzung Rmax verkleinert z. B. diese Trägheit, indem ein Wechsel des Zwischensignals von "+" oder "○" nach "-" innert angemessener Zeit dazu führt, daß der Ventilator vom Betrieb in der zweiten zum Betrieb in die erste Leistungsstufe geschaltet wird. Der Parameter a ist zur optimalen Einstellung des Reglers 11 auf den verwendeten Ventilator und den zu lüftenden Raum 7 einstellbar. Bei einem besonders komfortablen Regler 11 erfolgt die Optimierung des Parameters a selbsttätig.

Ein solcher Regler 11 eignet sich auch zur Steuerung eines stufenlosen Ventilators, wobei das Regelsignal R einen Sollwert für die Drehzahl des stufenlosen Ventilators darstellt. Falls das Element 12 eine Luft­ klappe ist, bei der die Beziehung zwischen ihrem Stellwinkel und dem Volumenstrom nichtlinear ist, bildet der Regler 11 vorteilhaft ein um die Nichtlinearität des Volumenstromes korrigiertes Regelsignal R für den Stellwinkel.

Die Verwendung des Zwischensignales V_OR führt zu einer Präventivlüftung, sobald Personen 8 den Raum 7 betreten, da der Regler 11 ein Regelsignal "+" abgibt, obwohl die Gaskonzentration noch niedrig ist. Dies hat für später eintretende Personen 8 den Vorteil, daß die Luftqualität gleichbleibend hoch ist, weil die Lüftung nicht erst beginnt, wenn die Gaskonzentration einen unangenehm wirkenden Wert erreicht hat. Andererseits wird durch die vorgeschlagene Regelungsart ein sparsamer Energieverbrauch erreicht, da der Betrieb der Lüftung bedarfsgerecht erfolgt.

Die Größen für die Bewegungstätigkeit m und für die Konzentration c eines Gases sind nicht in jedem Fall notwendig zur Gewinnung des Regelsignales R. Die Signale X und Y sind dem Regler 11 auch direkt zuführbar. In der Tabelle ist ein grobes Werteraster angegeben, wobei der Wahl der Bezugswerte X₀ und Y₀ eine große Bedeutung zukommt. Ein besseres Regelverhalten ist erzielbar, wenn die Tabelle als Hilfsmittel zur Bildung von geeigneten Regeln betrachtet wird, wie durch die Verwendung der analogen Signale X und Y anstelle der binären Signale X_bin und Y_bin ein Regelsignal R gebildet werden soll, das bei den in der Tabelle enthaltenen Situationen das gleich Regelverhalten ergibt. Wie vorgängig erwähnt, stellen die Interpretationswerte m und c zwar Zwischenwerte mit einer anschaulichen Bedeutung dar, deren Bedeutung ist aber nicht in jedem Fall eindeutig. Das Signal X kann nämlich einen kleinen Wert annehmen, wenn die Zahl der Personen 8 im Raum 7 klein und die Gaskonzentration klein ist oder wenn die Zahl der Personen 8 im Raum 7 groß und die Gaskonzentration hoch ist. Zur Unterscheidung dieser Situation wie auch zur Erhöhung der Energieeffizienz der Regelung der Luftqualität ist der Regler 11 vorteilhaft mit einer Art Gedächtnisfunktion versehen. Diese Funktion kann z. B. in der Art einer zeitlichen Analyse des Signales X verwirklicht sein, wobei der Regler 11 ausgehend von der Situation eines gut gelüfteten leeren Raumes 7 die absoluten Werte des Signales X zur Bestimmung einer ungefähren Anzahl Personen 8 im Raum 7 heranzieht. Betreten z. B. sechs Personen 8 miteinander den Raum 7 während einer Zeitdauer, in der sich die Gaskonzentration nur unwesentlich ändert, dann ist die Amplitude X im statistischen Mittel doppelt so groß, wie wenn nur drei Personen 8 den Raum 7 betreten. Der Regler 11 ist vorzugsweise mit einem Algorhythmus derart ausgebildet, daß er einen ungefähren Wert für die Anzahl der Personen 8 im Raum 7 immer dann aus der Amplitude des Signales X ableitet, wenn das Regelsignal R darauf hinweist, daß der Raum 7 gut gelüftet ist, d. h. daß die Gaskonzentration niedrig ist, und wenn das zweite Signal Y die Anwesenheit von Personen 8 meldet. In den oben angeführten Beispielen ist dies z. B. der Fall, wenn das Signal Y einen Wert "+" und das Regelsignnal R einen bezüglich seines Arbeitsbereiches vergleichsweise niedrigen Wert aufweist. Dank der in geeigneten Zeitpunkten durchgeführten Bestimmung der Anzahl Personen 8 im Raum 7 ist das Signal X durch den Regler 11 so aufbereitbar, daß sein aufbereiteter Wert eindeutig ein Maß für die Gaskonzentration c darstellt. Ein solches Regelmodell ist in der Folge erläutert.

Die Fig. 6 zeigt in schematisierter Form einen möglichen zeitlichen Verlauf des Signales X sowie des Regelsignales R, wie es weiter unten definiert ist. Zum Zeitpunkt t₁ betreten drei Personen 8 (Fig. 1) den gut gelüfteten Raum 7, was zu einem Anstieg des Signales X von einem Wert A₀ auf einen Wert A₁ führt. Infolge zunehmender CO₂ Konzentration nimmt die Stärke des Signales X kontinuierlich ab. Zum Zeitpunkt t₂ beträgt dessen Wert A₂ und es betreten zwei weitere Personen 8 den Raum 7, so daß das Signal X vom Wert A₂ ansteigt auf den Wert A₃. Infolge weiterer Erhöhung der CO₂ Konzentration nimmt das Signal X wieder ab, bis die CO₂ Konzentration dank zunehmender Luftqualität infolge der Regelung einen Höchstwert erreicht und wieder sinkt. Das Regelsignal r ist gebildet als R=B(t)-X(t), wobei die Funktion B(t) stückweise konstant ist. Im Zustand ausgeschalteter Lüftung interpretiert der Regler 11 das gemessene Signal X=A₀ als Nullpunktsignal. Der Regler 11 ist dahingehend programmiert, die sprunghafte Änderung des Signales X zum Zeitpunkt t₁ als Eintritt von Personen 8 in den Raum 7 zu interpretieren, wobei die Kenntnis von deren Zahl nicht nötig ist. Der Regler 11 setzt deshalb zum Zeitpunkt t₁ B(t)=B₁=A₀. Zum Zeitpunkt t₂ stellt der Regler 11 wieder eine sprunghafte Erhöhung des Signales X fest, welcher er als Eintritt weiterer Personen 8 interpretiert und in der Folge einen neuen Wert

so bestimmt, daß der Wert der Funktion B(t) für Zeiten t nach dem Zeitpunkt t₂ so eingestellt ist, wie wenn alle fünf Personen 8 den Raum 7 gemeinsam zum Zeitpunkt t₁ betreten hätten. Der Eintritt der Personen 8 zum Zeitpunkt t₂ führt zu einer sprunghaften Veränderung des Regelsignales R. Der Grund liegt darin, daß ab dem Zeitpunkt t₂ ein Regelsignal R gebildet wird, das mit einer maximalen Stärke des Signales X arbeitet, die sich im gut gelüfteten Raum 7 bei Anwesenheit von fünf Personen 8 einstellt, daß aber die CO₂ Konzentration t₂ durch die Anwesenheit von drei Personen 8 bedingt ist. Eine solche sprunghafte Änderung ist mittels eines Dämpfungsgliedes abschwächbar. Ein derartig bestimmtes Regelsignal R eignet sich insbesondere für stufenlos einstellbare Elemente 12 wie Luftklappen oder Ventile oder drehzahlregelbare Ventilatoren.

Eine sprunghafte Abnahme des Signales X interpretiert der Regler 11 als Austritt von Personen 8 aus dem Raum 7, was ihn zu einer neuen, der Situation des Eintritts analogen Berechnung der Funktion B(t) veranlaßt. Das Signal Y liefert wenigstens Informationen über die Anwesenheit der Personen 8. Wenn die letzte Person 8 den Raum 7 zum Zeitpunkt t_n verlassen hat, liefert der Sensor 1 ein Signal Y=0. Während der Nachlaufzeit T_N, die vorbestimmt oder eine aus den Werten B(t_n) und X(t_n) abgeleitete Zeitspanne sein kann, hält der Regler 11 das Regelsignal R auf dem Wert R(T_n) zum Zeitpunkt t_n und setzt es anschließend auf den Wert R=0 oder er erhöht das Regelsignal R auf den maximal möglichen Wert und setzt es nach Ablauf der Nachlaufzeit T_N auf den Wert R=0 oder er verkleinert das Regelsignal R während der Nachlaufzeit T_N kontinuierlich bis auf den Wert R=0, so daß der Raum 7 gut gelüftet ist und das Element 12 seinen Betrieb einstellt.

Informationen über die Bewegungstätigkeit der Personen 8 kann der Regler 11 insbesondere aus dem Verhältnis der Signale Y und X ableiten. Diese Information wird mit Vorteil verwendet zur Regelung der Luftqualität in Räumlichkeiten wie Fitneßräumen oder Turnhallen.

Typische Gaskonzentrationen, die zu erfassen sind, liegen zwischen 1 und 2000 ppm. um eine ausreichende Empfindlichkeit des Sensors 1 zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, dem Strahlungsdetektor 4 (Fig. 1) eine Choppereinrichtung vorzuschalten, so daß die Lock-In-Technik verwendet werden kann. Es ist auch möglich, das optische Element 2 zu rotieren, so daß die Erfassungszonen 6 mitlaufen. Der Regler 11 ist dann dahingehend programmiert, bei "leerem" Raum 7 die auf den Strahlungsdetektor 4 auftreffende Wärmestrahlung als Hintergrundstrahlung zu verstehen, und eine in vergleichsweise kurzer Zeit eintretende Pegeländerung des Signales X als Folge von Personen 8 zu interpretieren.

Der Ausbildung des Reglers als P oder PI oder auch PID Regler in konventioneller Regeltechnik sind keine Grenzen gesetzt. Ein geeigneter Regler 11 kann aber auch als Regler mit Fuzzy Logik verwirklicht sein.

Der passive Sensor 1 bietet den Vorteil, daß keine Lampe zur Feststellung der Anwesenheit von Personen 8 oder der Konzentration des vorbestimmten Gases verwendet werden muß. Die Lampe ist in herkömmlichen Systemen oft das die wartungsfreie Zeit bestimmende Element und deren Betrieb führt zu einer Erwärmung des Gehäuses, in dem der Sensor untergebracht ist. Dank dem neuen Meßprinzip ist es nun ohne weiteres möglich, in einem einzigen Gehäuse sowohl einen Sensor 1 und einen Temperaturfühler zur Messung der im Raum 7 herrschenden Temperatur unterzubringen.

Der Regler 11 kann weiter mit einem Lernmodus versehen sein, so daß nach erfolgter Montage eine optimale Einstellung erzielbar ist. Dabei ist dem Regler 11 wenigstens eine Situation vorgebbar, die anschließend eintreten soll. Beispielsweise wird dem Regler 11 das Betreten des Raumes 7 durch eine Person 8 oder durch mehrere Personen 8 vorgegeben, worauf der Regler 11 entsprechende Werte für seine Parameter wie z. B. die oben erwähnte Konstante a selbsttätig ermittelt. Derart ermittelte Parameter können als unveränderliche Werte oder als im Laufe der Zeit vom Regler 11 selbsttätig anpaßbare Werte vorgesehen sein.

An Stelle des Sensors 1 können zwei getrennte Sensoren verwendet werden, die optimal auf die Funktionen "Erfassen der Bewegungstätigkeit der Personen 8" und "Messen der Konzentration eines vorbestimmten Gases" ausgelegt sind, so daß die Signale X und Y in jedem Fall eindeutig sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen zusätzlichen Strahlungsdetektor einzusetzen, der die von den Personen 8 abgegebene Wärmestrahlung in einem Frequenzbereich mißt, in dem weder Absorption durch CO₂ noch Wasser H₂O auftritt. Dessen Signal stellt dann ein Maß für die Anzahl der anwesenden Personen dar, das unabhängig von der Luftqualität im Raum ist.

Claims (9)

1. Einrichtung zur benutzungsgeführten Regelung der Luftqualität in einem Raum (7), welche einen Regler (11) zur Ansteuerung eines Elementes (12) einer Lüftungs- oder Klimaanlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum (7) plazierbare Mittel (2, 3, 4, 5) vorgesehen sind, welche ein erstes Signal (X) und ein zweites Signal (Y) erzeugen, wobei das erste Signal (X) Informationen über die Konzentration eines vorbestimmten Gases und das zweite Signal (Y) Informationen über die Anwesenheit von Personen (8) enthält, und daß der Regler (11) aus den beiden Signalen (X, Y) ein einziges Regelsignal (R) bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (11) das zweite Signal (Y) als ein Maß für die Bewegungstätigkeit (m) der Personen (8) im Raum (7) interpretiert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der beiden Signale (X, Y) ein einziger Sensor (1) sind, der ein optisches Element (2), ein optisches Filter (3), einen Strahlungsdetektor (4) und eine elektronische Schaltung (5) aufweist, wobei das optische Element (2) den Raum (7) in wenigstens eine Erfassungszone (6) unterteilt und diese auf den Strahlungsdetektor (4) abbildet, das optische Filter (3) für mindestens eine Spektrallinie eines vorbestimmten Gases durchlässig ist und die elektronische Schaltung (5) das erste und das zweite Signal (X; Y) aus der am Ausgang des Strahlungsdetektors (4) zur Verfügung stehenden Signalspannung (U) ableitet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (11) dahingehend programmiert ist, ein Maß für die ungefähre Anzahl der Personen (8) im Raum (7) zu bestimmen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (11) aus der Amplitude des ersten Signales (X) ein Maß für die ungefähre Anzahl der Personen (8) im Raum (7) dann ableitet, wenn das zweite Signal (Y) einen vergleichsweise hohen Wert und das Regelsignal (R) einen vergleichsweise tiefen Wert aufweist.

6. Verfahren zur benutzungsgeführten Regelung der Luftqualität in einem Raum (7), dadurch gekennzeichnet, daß im Raum (7) plazierbare Mittel (2, 3, 4, 5) ein erstes Signal (X) und ein zweites Signal (Y) erzeugen, wobei das erste Signal (X) Informationen über die Konzentration eines vorbestimmten Gases und das zweite Signal (Y) Informationen über die Anwesenheit von Personen (8) enthält, daß die beiden Signale (X, Y) entsprechend einem Bezugswert (X₀, Y₀) in binäre Werte (X_bin, Y_bin) digitalisiert werden, daß aus den binären Werten (X_bin, Y_bin) ein Zwischensignnal (V_OR; V_AND) gebildet wird, und daß aus dem Zwischensignal (V_OR; V_AND) ein Regelsignal (R) zur Ansteuerung eines Elementes (12) einer Lüftungs- oder Klimaanlage gebildet wird.

7. Verfahren zur benutzungsgeführten Regelung der Luftqualität in einem Raum (7), dadurch gekennzeichnet, daß im Raum (7) plazierbare Mittel (2, 3, 4, 5) ein erstes Signal (X) und ein zweites Signal (Y) erzeugen, wobei das erste Signal (X) Informationen über die Konzentration eines vorbestimmten Gases und das zweite Signal (Y) Informationen über die Anwesenheit von Personen (8) enthält, und daß aus dem ersten Signal (X) und einer stückweise konstanten Funktion (B) ein Regelsignal (R) zur Ansteuerung eines Elementes (12) einer Lüftungs- oder Klimaanlage gebildet wird, wobei der Wert der Funktion (B) bei sprunghaften Änderungen des ersten Signales (X) neu berechnet wird.

8. Sensor (1), der zur Erzeugung von zwei Signalen (X, Y) in einem Raum (7) plazierbar ist, wobei das erste Signal (X) Informationen über die Konzentration eines vorbestimmten Gases und das zweite Signal (Y) Informationen über die Anwesenheit von Personen (8) enthält, der ein optisches Element (2), ein optisches Filter (3), einen Strahlungsdetektor (4) und eine elektronische Schaltung (5) aufweist, wobei das optische Element (2) den Raum (7) in wenigstens eine Erfassungszone (6) unterteilt und diese auf den Strahlungsdetektor (4) abbildet, das optische Filter (3) für mindestens eine Spektrallinie eines vorbestimmten Gases durchlässig ist und die elektronische Schaltung (5) das erste und das zweite Signal (X; Y) aus der am Ausgang des Strahlungsdetektors (4) zur Verfügung stehenden Signalspannung (U) ableitet.

9. Sensor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) und ein Temperaturfühler in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.