EP4288893A1 - Datenträger, testumgebung sowie verfahren zur simulation eines komforterlebnisses eines gebäuderaums - Google Patents

Datenträger, testumgebung sowie verfahren zur simulation eines komforterlebnisses eines gebäuderaums

Info

Publication number
EP4288893A1
EP4288893A1 EP22707024.0A EP22707024A EP4288893A1 EP 4288893 A1 EP4288893 A1 EP 4288893A1 EP 22707024 A EP22707024 A EP 22707024A EP 4288893 A1 EP4288893 A1 EP 4288893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
room
comfort
test environment
experience
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22707024.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel NEVES PIMENTA
Jan De Boer
Simon WÖSSNER
Konstantinos KOUTSOMARKOS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4288893A1 publication Critical patent/EP4288893A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/31—Design entry, e.g. editors specifically adapted for circuit design
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B25/04—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of buildings

Definitions

  • the invention relates to a method for simulating a comfort experience in a room. Furthermore, the invention relates to a computer program for carrying out such a method and a test environment for simulating a comfort experience in a room.
  • Construction projects are usually individual projects, i.e. a specific building is only realized once at the respective location. Even if a building is erected identically at different locations, the location and orientation influence the comfort experience within the building, for example due to different location conditions or different use. It is therefore difficult for both planners and future users to get a realistic impression of the future building during the planning phase.
  • a method and a device for simulating a comfort experience in a room are proposed.
  • a digital model A of the room is created in the first step.
  • the digital model A can also take into account the location of the building and the relative orientation of the individual outer walls and/or window openings.
  • the digital model A can contain properties of the different building materials used for windows, interior and exterior walls or roof surfaces. In this way, for example, a sound permeability or a heat transfer for different walls or partial areas of walls or also for window elements, doors, roof areas or other components of the room or the building can be stored in the digital model.
  • the digital model A can be stored on a computer, for example in a semiconductor memory or on a hard drive.
  • the digital model A can be stored entirely or partially in a database.
  • a vector of internal conditions and/or external conditions X R is defined, which act on the room or the building.
  • the indoor conditions can include, for example, the position and temperature of radiators, air conditioning systems, floor or wall heating, tiled stoves, cooling ceilings, air humidifiers, air dehumidifiers or other devices that influence the indoor climate.
  • the interior conditions of the room can contain noise sources with information on location, frequency and intensity, for example people present, musicians or also machines which are to be operated in the future building or room.
  • the interior conditions can also include lighting devices that are installed at a predetermined point in the digital model, so that an illuminance, an illuminance spectrum, and/or a direction of light incidence can be calculated for each partial area of interest in the digital model.
  • olfactory stimuli can also be taken into account in the digital model, for example cooking zones, soldering stations, paint booths or other facilities associated with olfactory nuisance, so that an odor nuisance according to type and intensity is calculated for each interesting partial area of the room in the digital model can.
  • the external conditions can also include sources of noise, for example traffic routes or industrial plants outside the building.
  • the outside conditionsX R can contain climatic conditions such as solar radiation, outside temperature, humidity or precipitation.
  • the lighting conditions around the building can be taken into account, such as artificial light sources or shadows cast over the course of the year.
  • the objective physical conditions Y R can then be determined for each location within the room or for a definable location in the room to be assessed. It is thus determined how the space or building modifies the external and internal conditions. For example, light, sound or heat can penetrate from the outside or thermal heat can be emitted from the room to the outside. Sound or light inside can be reflected or absorbed and thereby changed. A temperature, an illuminance and/or a noise level can thus be calculated for at least one location within the room.
  • a first comfort experience K R for a user located at this location can then be calculated from the objective physical conditions Y R prevailing for a predeterminable location in the room.
  • the actuator can contain a heating or cooling panel, for example, which can be brought to a predetermined temperature as a function of an electrical control and/or regulation signal.
  • the actuator can be selected from one or more monitors, VR glasses, MR glasses and/or at least one light source.
  • the at least one actuator can be selected from at least one loudspeaker and/or headphones.
  • the actuator can contain one or more fans for generating an air flow. At least one further actuator can be set up to release gaseous or vaporous emissions and thus influence the air humidity or release odors.
  • the Actuators of the test environment can be arranged in an open or closed housing, which is set up to accommodate a subject in a standing, sitting or lying position, so that the actuators can act on the subject.
  • the state of at least one actuator is then influenced in such a way that a second comfort experience K MR of the subject in the test environment essentially corresponds to the first comfort experience K R at the at least one location within the digital model of the room.
  • the test person gets an impression of the properties influencing comfort in the planned building, even before the building has been built or planned modernization measures have been implemented. Only when the test person is satisfied with the comfort experience K R in the room can the knowledge gained from this be taken into account in the planning, so that the room can be created in such a way that the user's expectations are met.
  • a second comfort experience K MR of the subject in the test environment essentially corresponds to the first comfort experience K R at the at least one location within the digital model of the room if the The quantities K MR and K R expressing the respective comfort experience only deviate from one another by a predeterminable tolerance value.
  • a second comfort experience K MR of the subject in the test environment essentially corresponds to the first comfort experience K R at the at least one location within the digital model of the room if the respective comfort experience influencing objective physical conditions Y MR and Y R at the subject's location only deviate from one another by a definable tolerance value.
  • the test environment can be set up to ensure thermal comfort or to simulate the thermal comfort of a user or to make it tangible. In another embodiment of the invention, the test environment can be set up to simulate acoustic comfort or the acoustic comfort of a user or to make it possible to experience it. In yet another embodiment of the invention, the test environment can be set up to simulate acoustic and thermal comfort or the acoustic and thermal comfort of a user or to make it possible to experience it.
  • the objective physical conditions Y R transferred 1:1 to the actuators in the test environment. For example, if a window area in a room cools down to a small value due to low outside temperatures, this may only affect the user's comfort experience to a small extent if the distance to the window and/or the window area is very small.
  • the invention takes this connection into account in that it is not the objective physical conditions Y R of the room that are transferred 1:1 to the test environment, but the comfort experience K R resulting from the objective physical conditions Y R . With this transfer, the technical Restrictions of the actuators resulting limits are taken into account, so that the state of at least one actuator is selected so that the deviation between the first experience of comfort K R and the second experience of comfort K MR is minimal.
  • the first comfort experience K R can be determined for at least one location within the room by multiplying the inside and outside conditions with the digital model of the room in order to obtain the conditions prevailing inside the room.
  • This form of calculation can be carried out easily and quickly, so that the first comfort experience K R can be determined in real time in the virtual model of the building or the room.
  • This also makes it possible to move around in the virtual space or to change room facilities such as shading, window openings, lighting equipment or heating and air conditioning or outside conditions such as the time of day or year in the virtual model and to experience the changing impression of comfort in the test environment. which results from the changed conditions in the room.
  • change room facilities such as shading, window openings, lighting equipment or heating and air conditioning or outside conditions such as the time of day or year in the virtual model and to experience the changing impression of comfort in the test environment. which results from the changed conditions in the room.
  • Y MR can be determined from the objective conditions prevailing in the test environment
  • the second comfort experience K MR can be determined quickly and easily from the respective state variables X MR of the actuators, so that the actuators can be controlled quickly in such a way that the deviations between the first comfort experience K R and the second comfort experience K MR become minimal.
  • the test person can be given the most realistic possible impression of the comfort experience K R in the planned building.
  • the digital comfort model B can be determined from real user experiences.
  • the digital comfort model B can take into account one or more of the following influencing variables: a speech transmission index according to DIN EN IEC 60268-16 and/or a degree of clarity according to DIN EN ISO 3382-1 and/or a unified Glare rating according to DIN EN 12464 and/or a daylight probability according to DIN EN 17037 and/or an operative room temperature according to DIN EN ISO 7730 and/or a radiation asymmetry according to DIN EN ISO 7730. Even if the comfort experience K R , K MR is not strictly measurable influencing variable, a good agreement with the real conditions can be achieved for the majority of the subjects.
  • the conditions prevailing in the test environment can be detected with at least one sensor, the state X MR of at least one actuator depending on the sensor signals being changed in such a way that the second comfort experience K MR of the subject essentially corresponds to the first comfort experience K R where corresponds to at least one location within the space.
  • a sensor system can replace or replace the above-described model-based control of the at least one actuator complement, so that the control of the at least one actuator can be done with greater accuracy and / or faster.
  • the state X MR of at least one actuator can be taken from at least one conversion table depending on the desired second comfort experience K MR of the subject.
  • Such a conversion table can be read without further arithmetic operations, so that the actuators can be controlled more quickly, which can result in a quick reaction to a change in the external environmental conditions in the digital model of the room.
  • the state X MR of at least one actuator can be determined by artificial intelligence as a function of the test subject's desired second comfort experience K MR .
  • a supervised learning model can be used for this purpose, which has implemented a regression algorithm and uses the state X MR of the actor as a prognosis.
  • the subject can influence the indoor and/or outdoor conditions X R acting on the room.
  • the test person can select the time of day or year at which he would like to simulate the comfort experience in the room.
  • the test person can, for example, open a window in the digital model, influence the heating control, shade a window opening or switch on a lighting device and directly experience the influence on the comfort experience.
  • the subject can also move in the digital room model and in this way experience the comfort experience at different locations.
  • the method according to the invention can be implemented in a computer program be set up to record or read in the digital room model, for example from a CAD program.
  • the computer program can contain at least one database which stores properties of different building materials, different lamps, radiators, window and door elements or other elements used in construction and makes them available for creating the digital model A of the room.
  • the computer program can determine the test person's first and second comfort experience K R , K MR as a function of predefined interior and/or exterior conditions and control the actuators of the test environment in such a way that the difference becomes minimal.
  • the computer program can be stored on a data medium, made available for transmission via a computer network, or stored in the working memory of a microcontroller or a computer.
  • Figure 1 shows an exemplary room and its thermal properties.
  • FIG. 2 shows a test environment according to the present invention for simulating the space shown in FIG.
  • Figure 3 shows simulation results within the test environment according to Figure 2.
  • FIG. 4 explains the method according to the invention using a block diagram.
  • Figure 1 shows the digital model A of a room 2, in which a user or subject 3 is staying virtually.
  • FIG. 2 shows a test environment 1, which can be entered in real terms by the subject 3 and which enables him to experience the same or at least a similar level of comfort as in room 2 if this were actually built according to the digital model.
  • Figure 3 explains the possible solution space or the possible deviations of the first comfort experience in room 2 and the second comfort experience in test environment 1.
  • FIG. 1 shows a digital model of a room 2 which has four side walls 21, 22, 23 and 24.
  • the outer walls 21, 23 and 24 border on the surroundings.
  • the inner wall 22 is adiabatically connected to other parts of the building.
  • the external components are not insulated and, for the winter case under consideration, have lower surface temperatures than the other boundary surfaces.
  • a surface temperature of 14.4°C is selected or calculated from the assumed outside temperature, the heating energy supplied and the U-value of the walls.
  • the inner wall 22 has a surface temperature of 20.0°C.
  • the room 2 in the digital model has a ceiling surface 28 and a floor surface 29, which are also connected adiabatically to other parts of the building and each have a temperature of 20°C.
  • the fourth side wall 24 there is a large window 25 which has insulating glazing that is no longer up-to-date. Due to cold weather, the surface temperature of this glazing is only 12°C.
  • the air temperature in the room is 23.5°C in the example. Air temperature and surface temperatures can be calculated from the outside temperature, the wall thickness, the degree of thermal insulation and/or the position, number and heating capacity of the radiators.
  • the planner now wants to check the thermal comfort in room 2. In addition, the planner would like to know what influence a renovation has on thermal comfort or to compare different variants of the renovation with one another. For example, replacing the window 25 with a modern window element of the same size, or reducing the size of the window opening while replacing the window at the same time.
  • this variant also affects the visual impression of the room and the incidence of light. If the window 25 does not close tightly, the influence of drafts in the test environment 1 can also be shown. Finally, the effect of façade insulation or upgrading of the heating system can be examined.
  • thermal comfort is first calculated from the objective conditions at the location of the subject 3. This is influenced by the convective heat transfer between the subject 3 and the room air as well as the exchange of radiant heat with the boundary surfaces of the room.
  • the comfort experience for the subject 3 is therefore dependent on the surface temperatures of the boundary surfaces 21, 22, 23, 24, 28, 29 and 25 and the air temperature in the room.
  • thermal comfort is influenced by draughts, radiation asymmetries, clothing insulation and the level of activity. For example, a felt or operative temperature of 22°C is recommended for offices.
  • an operative temperature ⁇ 0 of 20.2° C. occurs at the location of test person 3. This falls into category "B" of the comfort experience K R .
  • test environment 1 In order to give a test person an impression of the comfort experience in room 2, he enters a test environment 1.
  • the test environment 1 is shown in FIG Embodiment designed as a substantially cuboid cabin with four lateral boundary surfaces 11, 12, 13 and 14.
  • the test environment 1 has a floor 19 and a ceiling 18.
  • test environment 1 are at least partially provided with heating or cooling panels, which can be brought to a predetermined surface temperature.
  • the comfort experience of the test person in room 2 must be determined and the operative temperature in test environment 1 then set so that the first comfort experience K R in room 2 comes as close as possible to the second comfort experience K MR in test environment 1. It must also be taken into account that the test environment 1 can generate a different second comfort experience K MR not only due to different distances, but also due to the type and number of actuators and the maximum or minimum temperatures that can be reached by the actuators.
  • the structure of the test environment and the environment of the Test environment determines the achievable surface and air temperatures Y MR in the test environment 1 and the resulting comfort experiences K MR for a test subject 3 located in the test environment 1 .
  • an operative temperature ⁇ 0 of 18; 18.3; 18.7; 19.1; 19.5; 19.9; 20.1; 20.4; 20.7; 21:1; 21.4; 21.7; or 22°C can be generated.
  • the temperatures drop 19.1; 19.5; 19.9°C in category C.
  • Temperatures 20.1; 20.4; 20.7°C falls into category B.
  • Temperatures 21.1; 21.4; 21.7; 22°C falls into category A.
  • This solution space is shown in Figure 3.
  • the possible operative temperatures within the test environment 1 are shown on the abscissa and the magnitude of the temperature difference between the test environment 1 on the one hand and the operative temperature determined on the digital model of the room 2 on the other hand on the ordinate.
  • the operative temperature for the test environment 1 is then selected from the possible solution space using an optimization method, so that it comes as close as possible to the first comfort experience K R .
  • this is the condition with an operative temperature of 20.1°C.
  • the deviation between K R and K MR shown on the ordinate in FIG. 3 is minimal.
  • the actuators are then energized accordingly or the heating or cooling panels are appropriately tempered according to the most suitable solutions determined from the optimization process.
  • the real subject 3 in the test environment 1 now has the identical or almost identical thermal comfort sensation as the virtual subject in the digital model of room 2.
  • Figure 2 also shows that the subject wears 3 VR glasses 4, which him an image of the room 2 depending on the Viewing direction is presented so that the subject 3 has the impression of actually standing in the room 2.
  • the subject also has the same optical comfort experience as in room 2 and can experience glare or insufficient lighting immediately, for example, after the lighting conditions for his location in room 2 have been calculated analogously to the thermal comfort and simulated in the VR glasses.
  • test environment 1 can be tempered differently in order, for example, to make it possible to experience the effects of a more modern window element 25 or facade insulation or the reduction of the window opening on thermal comfort. If the window opening is reduced, the influence on the lighting of the room or on the view from the window can also be made clear to the subject 3 via the VR glasses 4 at the same time.
  • the test environment 1 can be expanded in other exemplary embodiments in order to take into account the influence of drafts, for example. If, for example, a fan is available as an additional actuator, the test person 3 could also experience the influence of an open window.
  • the test person can also walk around the room 2 virtually, with the operative temperature ⁇ 0 falling further as he approaches the cold window 25 and rising again as the distance from the window 25 increases. This walking around in room 2 can also be simulated in test environment 1 by appropriately controlling the actuators. In the same way as explained above, the influence of different uses or equipment of room 2 or adjacent rooms on the acoustic Comfort can be experienced, for example when used as a workshop or open-plan office.
  • a vector of input variables that describe the planned room 2.
  • Some of these input variables can be entered or taken from CAD planning, as far as this affects, for example, the geometric dimensions of the room, the orientation of the window areas or the location.
  • Properties of the passive building components for example the degree of absorption of sound insulation, the U-value of a wall, the efficiency of a radiator or ventilation system or other parameters can also be entered by the user or read from a database 5 .
  • the objective conditions prevailing inside the room become Y R by multiplication with a digital comfort model B
  • test environment 1 is defined by the performance of its actuators and their geometry. This data can also be read at least partially from a database.
  • the objective conditions Y MR prevailing inside the test environment are thus obtained by multiplying the state X MR of the actuators by the digital model A MR of the test environment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation eines Komforterlebnisses in einem Raum (2), enthaltend die folgenden Schritte: Erstellen eines digitalen Modells A des Raumes (2); Definieren von Innen- und/oder Außenbedingungen YR, XR, welche auf den Raum einwirken; Berechnen eines ersten Komforterlebniss KR für zumindest einen Ort innerhalb des Raumes (2); Bereitstellen einer Testumgebung (1), welche zumindest einen Aktor (11, 12, 13, 14, 18, 19, 4) enthält, welcher auf einen Proband (3) einwirkt; Ändern des Zustands XMR des zumindest einen Aktors (11, 12, 13, 14, 18, 19, 4), so dass ein zweites Komforterlebnis KMR des Probanden (3) in der Testumgebung (1) im Wesentlichen dem ersten Komforterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des Raumes (2) entspricht. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Datenträger mit darauf gespeicherten Daten und eine Testumgebung (1) zur Simulation eines Komforterlebniss.

Description

DATENTRÄGER,TESTUMGEBUNG SOWIEVERFAHRENZUR SIMULATION EINESKOMFORTERLEBNISSESEINESGEBÄUDERAUMS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation eines Komforterlebnisses in einem Raum. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine Testumgebung zur Simulation eines Komforterlebnis in einem Raum.
Bauprojekte sind in der Regel Einzelprojekte, d.h. ein bestimmtes Gebäude wird nur ein einziges Mal am jeweiligen Standort realisiert. Selbst wenn ein Gebäude identisch an unterschiedlichen Standorten errichtet wird, so beeinflusst der Standort und die Ausrichtung das Komforterlebnis inner- halb des Gebäudes, beispielsweise durch andere Standort- bedingungen oder andere Nutzung. Sowohl für Planer als auch für zukünftige Nutzer ist es daher in der Planungsphase schwierig, einen realistischen Eindruck des zukünftigen Gebäudes zu bekommen.
In der Praxis werden nach wie vor zweidimensionale Baupläne und dreidimensionale Architekturmodelle zur Visualisierung von Gebäuden verwendet. Aus der Praxis ist darüber hinaus weiter bekannt, die Räume in einer Computersimulation darzustellen. Hierdurch kann ein realistischer optischer Eindruck vermittelt werden, beispielsweise bei einem virtuellen Rundgang durch das Gebäude.
Für das Komforterlebnis der zukünftigen Nutzer spielt jedoch nicht nur die optische Wirkung von Farben und Oberflächen eine Rolle, sondern insbesondere auch die akustischen und thermischen Eigenschaften. Das Innenraumklima, die Lichtver- hältnisse und die akustischen Eigenschaften können jedoch durch den Planer lediglich abgeschätzt werden. Zukünftige Nutzer und Bauherren müssen ihre Entscheidung daher meist auf qualitative Aussagen des Planers gründen. Ob zukünftige Nutzer und Bauherren mit diesen Bedingungen im Gebäude später zufrieden sind, kann nur mit einer gewissen Unsicherheit vorhergesagt werden.
Daher besteht ein Bedürfnis, bereits in der Planungsphase eine Möglichkeit zu schaffen, das Komforterlebnis in einem Gebäude realistisch und umfassend zu beurteilen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Computerprogramm nach Anspruch 12 und eine Testumgebung nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Simulation eines Komforterlebnisses in einem Raum vorge- schlagen. Hierzu wird im ersten Schritt ein digitales Modell A des Raumes erstellt. Das digitale Modell A kann neben geometrischen Eigenschaften des Raumes bzw. eines ganzen Gebäudes auch den Standort des Gebäudes und die relative Ausrichtung der einzelnen Außenwände und/oder Fenster- öffnungen berücksichtigen. Darüber hinaus kann das digitale Modell A Eigenschaften der unterschiedlichen, für Fenster, Innen- und Außenwände oder Dachflächen verwendeten Baustoffe enthalten. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Schall- durchlässigkeit oder ein Wärmedurchgang für unterschiedliche Wände bzw. Teilflächen von Wänden oder auch für Fensterele- mente, Türen, Dachflächen oder weitere Bestandteile des Raumes bzw. des Gebäudes im digitalen Modell hinterlegt sein. Das digitale Modell A kann auf einem Computer gespeichert sein, beispielsweise in einem Halbleiterspeicher oder auf einer Festplatte. Das digitale Modell A kann ganz oder teilweise in einer Datenbank abgelegt sein.
Sodann wird im nächsten Verfahrensschritt ein Vektor von Innenbedingungen und/oder Außenbedingungen XR definiert, welche auf den Raum bzw. das Gebäude einwirken. Zu den Innenbedingungen können beispielsweise Lage und Temperatur von Heizkörpern, Klimaanlagen, Fußboden- oder Wandheizungen, Kachelöfen, Kühldecken, Luftbefeuchtern, Luftentfeuchtern oder anderen Einrichtungen zur Beeinflussung des Raumklimas zählen. Weiterhin können die Innenbedingungen des Raumes in einigen Ausführungsformen der Erfindung Geräuschquellen mit Angaben zu Ort, Frequenz und Intensität enthalten, bei- spielsweise anwesende Personen, Musiker oder auch Maschinen, welche in dem späteren Gebäude bzw. im Raum betrieben werden sollen. Schließlich können zu den Innenbedingungen auch Beleuchtungseinrichtungen gezählt werden, welche an vorgeb- barer Stelle des digitalen Modells angebracht werden, sodass für jede interessierende Teilfläche des Raumes im digitalen Modell eine Beleuchtungsstärke, ein Beleuchtungsspektrum und/oder eine Richtung des Lichteinfalls berechnet werden kann. In einigen Ausführungsformen können auch olfaktorische Reize im digitalen Modell Berücksichtigung finden, bei- spielsweise Kochstellen, Lötstationen, Lackierkabinen oder andere, mit olfaktorischer Belästigung einhergehende Ein- richtungen, sodass für jede interessierende Teilfläche des Raumes im digitalen Modell eine Geruchsbelästigung nach Art und Intensität berechnet werden kann.
Zu den Außenbedingungen können in einigen Ausführungsformen der Erfindung ebenfalls Lärmquellen zählen, beispielsweise Verkehrswege oder Industrieanlagen außerhalb des Gebäudes. Darüber hinaus können die AußenbedingungenXR klimatische Bedingungen enthalten, wie Sonneneinstrahlung, Außentempe- ratur, Feuchte oder Niederschlag. Schließlich können die in der Umgebung des Gebäudes herrschenden Beleuchtungs- bedingungen Berücksichtigung finden, wie beispielsweise künstliche Lichtquellen oder auch Schattenwurf im Jahresverlauf.
Aus den vorgegebenen Innen- und AußenbedingungenXR und dem digitalen Modell A des Raumes können sodann für jeden Ort innerhalb des Raumes oder für einen vorgebbaren, zu beur- teilenden Ort im Raum die objektiven physikalischen Bedingungen YR bestimmt werden. Es wird somit bestimmt, wie der Raum bzw. das Gebäude die Außen- und Innenbedingungen modifiziert. Beispielsweise kann Licht, Schall oder Wärme von außen eindringen oder Heizwärme aus dem Raum nach Außen abgegeben werden. Schall oder Licht im Inneren kann reflektiert oder absorbiert und dadurch verändert werden. Somit kann für mindestens einen Ort innerhalb des Raumes eine Temperatur, eine Beleuchtungsstärke und/oder ein Geräuschpegel berechnet werden.
Aus den für einen vorgebbaren Ort des Raumes herrschenden objektiven physikalischen Bedingungen YR lässt sich sodann ein erstes Komforterlebnis KR für einen an diesem Ort befindlichen Benutzer berechnen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Test- umgebung bereitzustellen, welche zumindest einen Aktor aufweist. Der Aktor kann beispielsweise ein Heiz- oder Kühlpaneel enthalten, welches in Abhängigkeit eines elek- trischen Steuer- und/oder Regelsignals auf eine vorgebbare Temperatur gebracht werden kann. Darüber hinaus kann der Aktor ausgewählt sein aus einem oder mehreren Monitoren, einer VR-Brille, einer MR-Brille und/oder zumindest einer Lichtquelle. Darüber hinaus kann der zumindest eine Aktor ausgewählt sein aus zumindest einem Lautsprecher und/oder einem Kopfhörer. Schließlich kann der Aktor einen oder mehrere Ventilatoren zur Erzeugung einer Luftströmung ent- halten. Zumindest ein weiterer Aktor kann zur Freisetzung gas- oder dampfförmiger Emissionen eingerichtet sein und so die Luftfeuchte beeinflussen oder Gerüche freisetzen. Die Aktoren der Testumgebung können in einem offenen oder geschlossenen Gehäuse angeordnet sein, welches dazu einge- richtet ist, einen Probanden in stehender, sitzender oder liegender Stellung aufzunehmen, sodass die Aktoren auf den Probanden einwirken können.
Sodann wird der Zustand von zumindest einem Aktor so beeinflusst, dass ein zweites Komforterlebnis KMR des Probanden in der Testumgebung im Wesentlichen dem ersten Komforterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des digitalen Modells des Raumes entspricht. Somit erhält der Proband einen Eindruck von den den Komfort in dem geplanten Gebäude beeinflussenden Eigenschaften, noch ehe das Gebäude realisiert wurde bzw. geplante Modernisierungsmaßnahmen umgesetzt wurden. Erst wenn der Proband mit dem Komfort- erlebnis KR im Raum zufrieden ist, können die dadurch gewonnenen Erkenntnisse in der Planung berücksichtigt werden, sodass der Raum so erstellt werden kann, dass die Erwartungen des Benutzers erfüllt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird in einer Ausführungsform davon ausgegangen, dass ein zweites Komforterlebnis KMR des Pro- banden in der Testumgebung im Wesentlichen dem ersten Kom- forterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des digitalen Modells des Raumes entspricht, wenn die das jewei- lige Komforterlebnis ausdrückenden Größen KMR und KR nur um einen vorgebbaren Toleranzwert voneinander abweichen. In einer anderem Ausführungsform der Erfindung wird davon aus- gegangen, dass ein zweites Komforterlebnis KMR des Probanden in der Testumgebung im Wesentlichen dem ersten Komforterleb- nis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des digitalen Modells des Raumes entspricht, wenn die das jeweilige Komforterlebnis beeinflussenden objektiven physikalischen Bedingungen YMR und YR am Ort des Probanden nur um einen vorgebbaren Toleranzwert voneinander abweichen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Testumgebung dazu eingerichtet sein, eine thermische Behaglichkeit bzw. den thermischen Komfort eines Benutzers zu simulieren bzw. erlebbar zu machen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Testumgebung dazu eingerichtet sein, eine akustische Behaglichkeit bzw. den akustischen Komfort eines Benutzers zu simulieren bzw. erlebbar zu machen. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Testum- gebung dazu eingerichtet sein, eine akustische und eine thermische Behaglichkeit bzw. den akustischen und ther- mischen Komfort eines Benutzers zu simulieren bzw. erlebbar zu machen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wurde erkannt, dass es aufgrund der unterschiedlichen Geometrie zwischen dem geplanten Raum bzw. dem geplanten Gebäude und der Testumgebung sowie aufgrund der begrenzten Eigenschaften der Aktoren nicht ausreichend ist, die an einem vorgebbaren Ort des Raumes herrschenden objektiven physikalischen Bedingungen YR 1:1 auf die Aktoren der Testumgebung zu übertragen. Wenn beispielsweise eine Fensterfläche in einem Raum aufgrund niedriger Außentemperaturen auf einen geringen Wert abkühlt, so kann dies das Komforterlebnis des Benutzers unter Umständen nur in geringem Umfang beeinträchtigen, wenn der Abstand zum Fenster sehr groß und/oder die Fensterfläche sehr klein ist. Würde man nun den Probanden in der Testumgebung in geringerem Abstand vor ein Kühlpaneel platzieren, welches die gleiche Temperatur aufweist wie die Fensterfläche, so hätte der Proband keinen realistischen Eindruck vom Einfluss der kalten Oberfläche des Fensters auf das Raumklima, da der Strahlungsaustausch mit der kalten Oberfläche in der Testumgebung wesentlich stärker wäre als der Strahlungsaustausch mit dem real existierenden Fenster im Raum. Die Erfindung berücksichtigt diesen Zusammenhang dadurch, dass nicht die objektiven physikalischen Bedingungen YR des Raumes 1:1 in die Testumgebung übertragen werden, sondern das sich aus den objektiven physikalischen Bedingungen YR ergebende Komforterlebnis KR. Bei dieser Übertragung können die sich aus den technischen Beschränkungen der Aktoren ergebenden Grenzen berücksichtigt werden, sodass der Zustand des zumindest einen Aktors so gewählt wird, dass die Abweichung zwischen dem ersten Komforterlebnis KR und dem zweiten Komforterlebnis KMR minimal wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Bestimmung des ersten Komforterlebnisses KR für zumindest einen Ort innerhalb des Raumes dadurch erfolgen, dass die Innen- und Außenbedingungen mit dem digitalen Modell des Raumes multipliziert werden, um die im Inneren des Raumes herrschenden Bedingungen zu erhalten. Die objektiven physikalischen Bedingungen YR des Raumes ergeben sich somit aus dem Zusammenhang YR = A·XR. Im nächsten Schritt können die im Inneren des Raumes herrschenden Bedingungen mit einem digitalen Komfortmodell B multipliziert werden, um daraus das erste Komforterlebnis KR des Probanden an dem zumindest einen Ort des Raumes zu erhalten, d.h. KR = B·YR. Diese Form der Berechnung kann einfach und rasch erfolgen, sodass eine Echtzeitermittlung des ersten Komforterlebnisses KR im virtuellen Modell des Gebäudes bzw. des Raumes ermöglicht wird. Dies erlaubt es auch, sich im virtuellen Raum zu bewegen oder Einrichtungen des Raumes, wie z.B. Beschattungen, Fensteröffnungen, Beleuchtungseinrichtungen oder Heizung und Klima oder Außenbedingungen wie Tages- oder Jahreszeit im virtuellen Modell zu verändern und in der Testumgebung den sich wechselnden Komforteindruck zu erfahren, welcher sich durch die geänderten Bedingungen im Raum ergibt.
In gleicher Weise kann das Berechnen des zweiten Komfort- erlebnisses KMR erfolgen durch die Multiplikation des Zustands von zumindest einem Aktor XMR mit einem digitalen Modell A der Testumgebung, um die in der Testumgebung herrschenden objektiven Bedingungen YMR zu erhalten, d.h. YMR = A·XMR. Im zweiten Schritt kann aus den in der Testumgebung herrschenden objektiven Bedingungen YMR durch Multiplikation mit einem digitalen Komfortmodell B das zweite Komforterlebnis KMR des Probanden ermittelt werden, d.h. KMR = B·YMR. Auch in diesem Fall kann das zweite Komfort- erlebnis KMR rasch und einfach aus den jeweiligen Zustands- größen XMR der Aktoren bestimmt werden, sodass die Aktoren rasch so angesteuert werden können, dass die Abweichungen zwischen dem ersten Komforterlebnis KR und dem zweiten Komforterlebnis KMR minimal werden. Hierdurch kann dem Probanden ein möglichst realistischer Eindruck des Komfort- erlebnisses KR im geplanten Gebäude geboten werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das digitale Komfortmodell B aus realen Nutzererfahrungen ermittelt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das digitale Komfortmodell B einen oder mehrere der nachfol- genden Einflussgrößen berücksichtigen: Einen Speech- Transmission-Index nach DIN EN IEC 60268-16 und/oder einen Deutlichkeitsgrad nach DIN EN ISO 3382-1 und/oder ein Unified Glare Rating nach DIN EN 12464 und/oder eine Daylight Probability nach DIN EN 17037 und/oder eine operativen Raumtemperatur nach DIN EN ISO 7730 und/oder eine Strahlungsasymmetrie nach DIN EN ISO 7730. Auch wenn das Komforterlebnis KR, KMR keine streng messbare Einflussgröße ist, so kann hierdurch doch eine gute Übereinstimmung mit den realen Gegebenheiten für die Mehrzahl der Probanden erzielt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die in der Testumgebung herrschenden Bedingungen mit zumindest einem Sensor erfasst werden, wobei der Zustand XMR von zumindest einem Aktor in Abhängigkeit der Sensorsignale so verändert wird, so dass das zweite Komforterlebnis KMR des Probanden im Wesentlichen dem ersten Komforterlebnis KR an dem zumindest einem Ort innerhalb des Raumes entspricht. Eine solche Sensorik kann die vorstehend beschriebene modellbasierte Ansteuerung des zumindest einen Aktors ersetzen oder ergänzen, sodass die Ansteuerung des zumindest einen Aktors mit größerer Genauigkeit und/oder schneller erfolgen kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Zustand XMR von zumindest einem Aktor in Abhängigkeit des gewünschten zweiten Komforterlebnisses KMR des Probanden aus mindestens einer Umsetzungstabelle entnommen werden. Eine solche Umsetzungstabelle kann ohne weitere Rechenoperationen ausge- lesen werden, sodass die Ansteuerung der Aktoren rascher erfolgen kann, was eine schnelle Reaktion auf eine Änderung der äußeren Umweltbedingungen im digitalen Modell des Raumes bewirken kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Zustand XMR von zumindest einem Aktor in Abhängigkeit des gewünschten zweiten Komforterlebnisses KMR des Probanden durch eine künstliche Intelligenz ermittelt werden. Beispielsweise kann hierzu ein Supervised Learning Model verwendet werden, welches einen Regressionsalgorithmus implementiert hat und den Zustand XMR des Aktors als Prognose verwendet.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Proband die Innen- und/oder AußenbedingungenXR , welche auf den Raum einwirken, beeinflussen. So kann der Proband beispielsweise die Tages- oder Jahreszeit wählen, zu welchen er das Kom- forterlebnis im Raum simulieren möchten. In anderen Aus- führungsformen der Erfindung kann der Proband beispielsweise im digitalen Modell ein Fenster öffnen, die Heizungs- steuerung beeinflussen, eine Fensteröffnung beschatten oder eine Beleuchtungseinrichtung schalten und den Einfluss auf das Komforterlebnis selbst und unmittelbar erfahren. In ei- nigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Proband sich auch im digitalen Raummodell bewegen und auf diese Weise das Komforterlebnis an unterschiedlichen Orten erfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einigen Ausführungs- formen der Erfindung in einem Computerprogramm realisiert werden, welches dazu eingerichtet ist, das digitale Raum- modell zu erfassen oder einzulesen, beispielsweise aus einem CAD-Programm. Darüber hinaus kann das Computerprogramm zu- mindest eine Datenbank enthalten, welche Eigenschaften unterschiedlicher Baustoffe, unterschiedlicher Lampen, Heiz- körper, Fenster- und Türelemente oder anderer im Bauwesen verwendeter Elemente speichert und zur Erstellung des digi- talen Modells A des Raumes bereitstellt. Schließlich kann das Computerprogramm in Abhängigkeit vorgegebener Innen- und/oder Außenbedingungen das erste und zweite Komforterleb- nis KR, KMR des Probanden ermitteln und die Aktoren der Test- umgebung so ansteuern, dass die Differenz minimal wird. Das Computerprogramm kann auf einem Datenträger gespeichert, zur Übertragung über ein Computernetzwerk bereitgestellt oder im Arbeitsspeicher eines Mikrocontrollers bzw. eines Computers gespeichert sein.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen und Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
Figur 1 einen beispielhaften Raum und dessen thermische Eigenschaften.
Figur 2 zeigt eine Testumgebung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Simulation des in Figur 1 gezeigten Raumes.
Figur 3 zeigt Simulationsergebnisse innerhalb der Testumgebung gemäß Figur 2.
Figur 4 erläutert das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes.
Anhand der Figuren 1 bis 3 wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt Figur 1 das digitale Modell A eines Raumes 2, in welchem sich ein Nutzer bzw. Proband 3 virtuell aufhält. Figur 2 zeigt eine Testum- gebung 1, welche vom Probanden 3 real betreten werden kann und welche ihm das identische oder zumindest ähnliche Komforterlebnis wie im Raum 2 ermöglicht, wenn dieser entsprechend dem digitalen Modell tatsächlich gebaut würde. Figur 3 erläutert den möglichen Lösungsraum bzw. die möglichen Abweichungen des ersten Komforterlebnisses im Raum 2 und des zweiten Komforterlebnisses in der Testumgebung 1.
Figur 1 zeigt ein digitales Modell eines Raumes 2, welcher vier Seitenwände 21, 22, 23 und 24 aufweist. Die Außenwände 21, 23 und 24 grenzen an die Umgebung. Die Innenwand 22 ist adiabat mit anderen Gebäudeteilen verbunden. Die Außenbau- teile sind ungedämmt und weisen für den betrachteten Winter- fall niedrigere Oberflächentemperaturen auf als die anderen Begrenzungsflächen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Oberflächentemperatur von jeweils 14,4°C gewählt bzw. aus der angenommenen Außentemperatur, der zugeführten Heizenergie und dem U-Wert der Wände errechnet. Die Innenwand 22 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Oberflächentemperatur von 20,0°C auf.
Weiterhin weist der Raum 2 im digitalen Modell eine Deckenfläche 28 und eine Bodenfläche 29 auf, welche ebenfalls adiabat mit anderen Gebäudeteilen verbunden sind und jeweils eine Temperatur von 20°C aufweisen.
In der vierten Seitenwand 24 befindet sich ein großflächiges Fenster 25, welches eine nicht mehr zeitgemäße Isolierver- glasung aufweist. Aufgrund kalter Witterung beträgt die Oberflächentemperatur dieser Verglasung somit lediglich 12°C. Die Lufttemperatur im Raum beträgt im Beispiel 23,5°C. Lufttemperatur und Oberflächentemperaturen können aus der Außentemperatur, der Wandstärke, dem Wärmedämmgrad und/oder der Position, Anzahl und Heizleistung der Heizkörper berechnet werden. Der Planer möchte nun den thermischen Komfort im Raum 2 überprüfen. Darüber hinaus möchte der Planer wissen, welcher Einfluss auf die thermische Behaglichkeit durch eine Reno- vierung erzielt wird bzw. unterschiedliche Varianten der Renovierung miteinander vergleichen. Infrage kommt bei- spielsweise der Austausch des Fensters 25 durch ein modernes Fensterelement gleicher Größe oder auch eine Verkleinerung der Fensteröffnung bei gleichzeitigem Austausch des Fensters. Bei dieser Variante wird zusätzlich zur thermischen Behaglichkeit auch der optische Eindruck des Raumes und der Lichteinfall beeinflusst. Sofern das Fenster 25 nicht dicht schließt, kann auch der Einfluss von Zugluft in der Testumgebung 1 dargestellt werden. Schließlich kann die Auswirkung einer Fassadendämmung oder einer Ertüchtigung der Heizung untersucht werden.
Hierzu wird zunächst aus den objektiven Bedingungen am Ort des Probanden 3 dessen thermische Behaglichkeit berechnet. Diese wird beeinflusst durch den konvektiven Wärmeübergang zwischen dem Probanden 3 und der Raumluft sowie dem Aus- tausch von Strahlungswärme mit den Begrenzungsflächen des Raumes. Somit ist das Komforterlebnis für den Probanden 3 abhängig von den Oberflächentemperaturen der Begrenzungs- flächen 21, 22, 23, 24, 28, 29 und 25 sowie der Lufttempera- tur im Raum. Ergänzend wird die thermische Behaglichkeit durch Zugluft, Strahlungsasymmetrien, Bekleidungsisolation und Aktivitätsgrad beeinflusst. Für Büroräume wird bei- spielsweise eine gefühlte bzw. operative Temperatur von 22°C empfohlen. Für die in Figur 1 dargestellten Oberflächen- temperaturen und die angenommene Lufttemperatur im Raum von 23,5°C (YR) stellt sich am Standort des Probanden 3 eine operative Temperatur θ0 von 20,2°C ein. Diese fällt in die Kategorie „B" des Komforterlebnisses KR.
Um einem Probanden nunmehr einen Eindruck des Komfort- erlebnisses im Raum 2 zu verschaffen, betritt dieser eine Testumgebung 1. Die Testumgebung 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als eine im Wesentlichen quaderförmige Kabine mit vier seitlichen Begrenzungsflächen 11, 12, 13 und 14 ausgestaltet. Darüber hinaus hat die Testumgebung 1 einen Boden 19 und eine Decke 18. Die Begrenzungsflächen 11, 12,
13, 14, 18 und 19 der Testumgebung 1 sind zumindest teilweise mit Heiz- oder Kühlpaneelen versehen, welche auf eine vorgebbare Oberflächentemperatur bringbar sind.
Aufgrund des unterschiedlichen Abstandes des Probanden 3 von den jeweiligen Kühlpaneelen bzw. Seitenwänden 11, 12, 13,
14, 18 und 19 einerseits und dem Abstand des Probanden 3 von den Begrenzungsflächen 21, 22, 23, 24, 25, 28 und 29 des Raumes 2 andererseits ist es jedoch nicht möglich, die gemessenen oder berechneten Temperaturen im Raum 2 identisch als Sollwerte für die Temperaturen der Heiz- oder Kühl- paneele der Testumgebung 1 zu verwenden. Stattdessen muss das Komforterlebnis des Probanden im Raum 2 bestimmt und die operative Temperatur in der Testumgebung 1 im Anschluss daran so eingestellt werden, dass das erste Komforterlebnis KR im Raum 2 dem zweiten Komforterlebnis KMR in der Testum- gebung 1 möglichst nahekommt. Dabei ist auch zu berück- sichtigen, dass die Testumgebung 1 nicht nur durch unter- schiedliche Abstände, sondern auch durch Art und Anzahl der Aktoren und der maximal oder minimal von der Aktoren erreichbaren Temperaturen ein abweichendes zweites Komfort- erlebnis KMR erzeugen kann.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die durch unter- schiedliche Ansteuerung der Aktoren erreichbaren möglichen zweiten Komforterlebnisse KMR in Form eines Lösungsraumes im Vorfeld zu berechnen.
Hierzu werden unter Berücksichtigung der Limitationen der
Aktoren, des Aufbaus der Testumgebung und der Umgebung der Testumgebung die erreichbaren Oberflächen- und Lufttemperaturen YMR in der Testumgebung 1 und die sich daraus jeweils ergebenden Komforterlebnisse KMR für einen in der Testumgebung 1 befindlichen Proband 3 bestimmt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann am Ort des Probanden 3 eine operative Temperatur θ0 von 18; 18,3; 18,7; 19,1; 19,5; 19,9; 20,1; 20,4; 20,7; 21,1; 21,4; 21,7; oder 22°C erzeugt werden. Bezogen auf die geforderte Temperatur für Büros von 22°C fallen die Temperaturen 19,1; 19,5; 19,9°C in die Kategorie C. Die Temperaturen 20,1; 20,4; 20,7°C fallen in die Kategorie B. Die Temperaturen 21,1; 21,4; 21,7; 22°C fallen in die Kategorie A. Dieser Lösungsraum ist in Figur 3 dargestellt. Gezeigt sind die möglichen operativen Temperaturen innerhalb der Testumgebung 1 auf der Abszisse und der Betrag der Temperaturdifferenz zwischen der Testumgebung 1 einerseits und der am digitalen Modell des Raumes 2 ermittelten operativen Temperatur andererseits auf der Ordinate.
Die operative Temperatur für die Testumgebung 1 wird sodann mittels eines Optimierungsverfahrens aus dem möglichen Lösungsraum ausgewählt, sodass sie dem ersten Komfort- erlebnis KR möglichst nahekommt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies der Zustand mit einer operativen Temperatur von 20,1°C. Bei dieser operativen Temperatur ist die in Fig. 3 auf der Ordinate dargestellte Abweichung zwischen KR und KMR minimal. Entsprechend der aus dem Optimierungsverfahren ermittelten, am besten passenden Lösungen werden sodann die Aktoren entsprechend bestromt bzw. die Heiz- oder Kühlpaneele entsprechend temperiert. Der reale Proband 3 in der Testumgebung 1 hat nun das identische oder nahezu identische thermische Komfortempfinden wie der virtuelle Proband im digitalen Modell des Raumes 2.
Figur 2 zeigt weiterhin, dass der Proband 3 eine VR-Brille 4 trägt, welche ihm ein Bild des Raumes 2 in Abhängigkeit der Blickrichtung präsentiert, sodass der Proband 3 den Eindruck hat, tatsächlich im Raum 2 zu stehen. Damit hat der Proband auch das identische optische Komforterlebnis wie im Raum 2 und kann beispielsweise Blendung oder unzureichende Beleuch- tung unmittelbar erfahren, nachdem die Lichtverhältnisse für seinen Standort im Raum 2 analog zur thermischen Behaglich- keit berechnet und in der VR-Brille simuliert werden.
Werden nun verschiedene Varianten der Modernisierung des Raumes 2 simuliert, so kann die Testumgebung 1 anders temperiert werden, um beispielsweise die Auswirkungen eines moderneren Fensterelements 25 oder einer Fassadendämmung oder der Verkleinerung der Fensteröffnung auf die thermische Behaglichkeit erfahrbar zu machen. Im Falle der Ver- kleinerung der Fensteröffnung kann dem Probanden 3 über die VR-Brille 4 gleichzeitig auch der Einfluss auf die Beleuchtung des Raumes bzw. auf den Ausblick aus dem Fenster verdeutlicht werden.
So wie im dargestellten Ausführungsbeispiel für die Strahlungswärme und den Lichteinfall näher erläutert, kann die Testumgebung 1 in anderen Ausführungsbeispielen erweitert werden, um beispielsweise den Einfluss von Zugluft zu berücksichtigen. Sofern beispielsweise ein Ventilator als zusätzlicher Aktor zur Verfügung steht, könnte für den Probanden 3 auch der Einfluss eines geöffneten Fensters erlebbar gemacht werden. Schließlich kann der Proband in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch im Raum 2 virtuell umhergehen, wobei die operative Temperatur θ0 bei Annäherung an das kalte Fenster 25 weiter sinkt und bei zunehmender Entfernung vom Fenster 25 wieder ansteigt. Auch dieses Umhergehen in Raum 2 kann in der Testumgebung 1 durch entsprechende Ansteuerung der Aktoren simuliert werden. In gleicher Weise wie vorstehend erläutert kann auch der Einfluss verschiedener Nutzungen oder Ausstattungen des Raumes 2 oder angrenzender Räume auf die akustische Behaglichkeit erlebbar gemacht werden, beispielsweise bei Nutzung als Werkstatt oder Großraumbüro.
Anhand der Figur 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren nochmals in einem Blockdiagramm näher erläutert, wobei die in Figur 4 verwendeten Parameter nachfolgend zusammengefasst sind:
Übersicht Parameter im geplanten Raum 2
Übersicht der Parameter in der Testumgebung 1:
Im oberen Bildteil bezeichnet einen Vektor an Eingangs- größen, welche den geplanten Raum 2 beschreiben. Diese Eingangsgrößen können teilweise eingegeben bzw. aus CAD- Planungen übernommen werden, soweit dies beispielsweise die geometrische Abmessung des Raumes, die Ausrichtung der Fensterflächen oder den Standort betrifft. Eigenschaften der passiven Baukomponenten, beispielsweise der Absorptionsgrad einer Schalldämmung, der U-Wert einer Wand, die Leistungs- fähigkeit eines Heizkörpers oder einer Lüftung oder andere Parameter können ebenfalls vom Benutzer eingegeben oder aus einer Datenbank 5 ausgelesen werden.
Zur Bestimmung des ersten Komforterlebnisses KR an einer vorgebbaren Stelle des Raumes wird zunächst ein Vektor an Ausgangsgrößen YR bestimmt, welche in dem geplanten Raum gemessen werden könnten und die objektiven physikalischen Eigenschaften an dem zu simulierenden Ort darstellen, beispielsweise Lichtintensität, Luftbewegung, Temperatur oder einen Schallpegel. Diese im Raum herrschenden Bedingungen können aus den Außenbedingungen und dem Einfluss des Raumes bestimmt werden, d.h. YR = A·XR.
Im nächsten Schritt wird aus den im Inneren des Raumes herrschenden objektiven Bedingungen YR durch Multiplikation mit einem digitalen Komfortmodell B das erste Komfort- erlebnis KR des Probanden ermittelt, d. h. KR = B·YR.
Wie aus dem unteren Teil der Figur 4 ersichtlich ist, wird ein ähnliches Verfahren für die Testumgebung 1 durchgeführt. Die Testumgebung ist hierbei durch die Leistungsfähigkeit ihrer Aktoren und ihre Geometrie definiert. Auch diese Daten können zumindest teilweise aus einer Datenbank ausgelesen werden. Die im Inneren der Testumgebung herrschenden objektiven Bedingungen YMR ergeben sich somit durch Multipli- kation des Zustandes XMR der Aktoren mit dem digitalen Modell AMR der Testumgebung. Das zweite Komforterlebnis KMR des Probanden in der Testumgebung ergibt sich durch Multipli- kation der in der Testumgebung herrschenden objektiven Bedingungen YMR mit dem digitalen Komfortmodell B, d.h. KMR = B•YMR .
Wie in Figur 3 dargestellt, ergibt sich in Abhängigkeit des Zustandes XMR der Aktoren eine größere oder kleinere Abweichung Δ(KR, KMR). In einer Optimierungsaufgabe wird nun derjenige Zustand XMR als Sollwand der Aktoren ausgewählt, bei welchen die Abweichung A minimal ist. Ändern sich die im Inneren des Raumes herrschenden Bedingungen YR, beispiels- weise durch bauliche Veränderungen im Raum 2, durch Beein- flussung von Heizung und Lüftung, durch Öffnen eines Fen- sters, durch Schalten einer Beleuchtungseinrichtung, durch zusätzliche Personen im Raum oder andere Geräusch- oder Wärmequellen, können die Zustände XMR der Aktoren nachgeführt werden, um diese Änderungen im digitalen Modell des Raumes 2 für den Probanden 3 erlebbar zu machen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die darge- stellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Be- schreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Aus- führungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Simulation eines Komforterlebnisses in einem Raum (2) , enthaltend die folgenden Schritte:
Erstellen eines digitalen Modells A des Raumes (2) ;
Definieren von Innen- und/oder Außenbedingungen YR,
XR, welche auf den Raum einwirken;
Berechnen eines ersten Komf orterlebniss KR für zumindest einen Ort innerhalb des Raumes (2) ;
Bereitstellen einer Testumgebung (1) , welche zumindest einen Aktor (11, 12 , 13 , 14 , 18, 19, 4) enthält, welcher auf einen Probanden (3) einwirkt;
Ändern des Zustands XMR des zumindest einen Aktors
(11, 12, 13, 14, 18, 19, 4) , so dass ein zweites
Komforterlebnis KMR des Probanden (3) in der Testumgebung
(1) im Wesentlichen dem ersten Komforterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des Raumes (2) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (11, 12, 13, 14, 18, 19, 4) ausgewählt ist aus einer Lichtquelle und/oder einem
Monitor und/oder einem Lautsprecher und/oder einem
Kopfhörer und/oder einer VR-Brille und/oder einer MR-
Brille und/oder einem Infrarotstrahler und/oder einem
Kühlpaneel und/oder einem Ventilator und/oder einer
Einrichtung zur Freisetzung gas- oder dampfförmiger
Emissionen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Modell A des Raumes (2) Angaben zu den Eigenschaften zumindest einer Begrenzungsfläche (21,
22, 23, 24, 28, 29) und/oder den Eigenschaften von zumindest einem Fenster (25) und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Tür und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Wärmequellen im Raum und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Schallquelle im Raum und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Lichtquelle im Raum und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Quelle gasförmiger Emissionen im Raum enthält oder daraus besteht. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Innen- und/oder Außenbedingungen ausgewählt sind aus einer thermischen Einwirkung und/oder einer Beleuchtungsstärke und/oder einer Schalleinwirkung und/oder einer Luftströmung und/oder zumindest einem olfaktorischen Reiz. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Berechnen des ersten Komfort- erlebniss KR für zumindest einen Ort erfolgt durch
Multiplikation der Innen- und/oder Außenbedingungen XR mit dem digitalen Modell A des Raumes, um die im Inneren des Raumes herrschenden Bedingungen YR zu erhalten;
Multiplikation der im Inneren des Raumes herrschenden Bedingungen YR mit einem digitalen Komfort- modell B, um das erste Komforterlebnis KR des Probanden (3) zu ermitteln. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Berechnen des zweiten Komfort- erlebniss KMR erfolgt durch
Multiplikation des Zustands XMR von zumindest einem Aktor mit einem digitalen Modell AMR der Testumgebung, um die in der Testumgebung herrschenden Bedingungen YMR zu erhalten; Multiplikation der in der Testumgebung herrschenden Bedingungen YMR mit dem digitalen Komfortmodell B, um das zweite Komforterlebnis KMR des Probanden zu ermitteln. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das digitale Komfortmodell B, ermittelt wird aus einem Speech Transmission Index nach DIN EN IEC 60268-16 und/oder einem Deutlichkeitsgrad nach DIN EN ISO 3382-1 und/oder einem Unified Glare Rating nach DIN EN 12464 und/oder einer Daylight Glare Probability nach DIN EN 17037 und/oder einer operativen Raumtemperatur nach DIN EN ISO 7730 und/oder einer Strahlungsasymmetrie nach DIN EN ISO 7730. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die in der Testumgebung (1) herrschenden Bedingungen YMR mit zumindest einem Sensor erfasst werden und der Zustand XMR von zumindest einem Aktor in Abhängigkeit der Sensorsignale so verändert wird, dass das zweite Komforterlebnis KMR des Probanden (3) im Wesentlichen dem ersten Komforterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des Raumes entspricht. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Proband (3) die Innen- und/oder Außenbedingungen YR,XR , welche auf den Raum einwirken, beeinflussen kann. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Zustand XMR von zumindest einem Aktor (11, 12, 13, 14, 18, 19, 4) in Abhängigkeit des gewünschten zweiten Komforterlebniss KMR des Probanden
(3) aus zumindest einer Umsetzungstabelle entnommen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet , dass der Zustand XMR von zumindest einem
Aktor (11, 12 , 13 , 14 , 18, 19, 4) in Abhängigkeit des gewünschten zweiten Komf orterlebniss KMR des Probanden
(3) durch eine künstliche Intelligenz ermittelt wird.
12. Datenträger mit darauf gespeicherten Daten oder Daten repräsentierende, zur Übertragung über ein Computernetz- werk geeignete Signalfolge, wobei die Daten ein Computer-
Programm repräsentieren zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn das
Computerprogramm auf einem Mikroprozessor läuft.
13. Testumgebung (1) zur Simulation eines Komf orterlebniss in einem Raum (2 ) , enthaltend zumindest einen Aktor (11, 12 ,
13 , 14 , 18, 19, 4) , welcher dazu eingerichtet ist, auf einen Probanden (3) einzuwirken und mit zumindest einer
Regeleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen ZustandXMR des zumindest einen Aktors (11, 12 , 13 ,
14 , 18, 19, 4) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, ein digitales Modell A des Raumes (2) zu speichern, in
Abhängigkeit von Innen- und/oder Außenbedingungen YR, XR, welche auf den Raum (2) einwirken, ein erstes Komfort- erlebnis KR für zumindest einen Ort innerhalb des Raumes zu berechnen und den ZustandXMR des zumindest einen
Aktors (11, 12 , 13 , 14 , 18, 19, 4) zu beeinflussen, so dass das zweite Komforterlebnis KMR des Probanden (3) im
Wesentlichen dem ersten Komforterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des Raumes (2) entspricht.
14. Testumgebung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktor (11, 12 , 13 , 14 , 18, 19, 4) ausgewählt ist aus einer Lichtquelle und/oder einem Monitor und/oder einem Lautsprecher und/oder einem
Kopfhörer und/oder einer VR-Brille und/oder einer MR-
Brille und/oder einem Infrarotstrahler und/oder einem
Kühlpaneel und/oder einem Ventilator.
15. Testumgebung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, dass das digitale Modell A des Raumes (2) in einer Datenbank (5) abgelegt ist und Angaben zu den Eigenschaften zumindest einer Begrenzungsfläche (21, 22, 23, 24, 28, 29) und/oder den Eigenschaften von zumindest einem Fenster (25) und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Tür und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Wärmequellen im Raum und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Schallquelle im Raum und/oder den
Eigenschaften von zumindest einer Lichtquelle im Raum und/oder den Eigenschaften von zumindest einer Quelle gasförmiger Emissionen im Raum enthält oder daraus besteht.
16. Testumgebung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiterhin enthaltend zumindest einen Sensor, mit welchem die in der Testumgebung (1) herrschenden Bedingungen YMR erfassbar sind und die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, den Zustand XMR von zumindest einem Aktor in Abhängigkeit der
Sensorsignale zu verändern, so dass das zweite Komfort- erlebnis KMR des Probanden (3) im Wesentlichen dem ersten
Komforterlebnis KR an dem zumindest einen Ort innerhalb des Raumes (2) entspricht.
17. Testumgebung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiterhin enthaltend zumindest eine Umsetzungstabelle, welcher der Zustand XMR von zumindest einem Aktor (11, 12, 13, 14, 18, 19, 4) in Abhängigkeit des gewünschten zweiten Komforterlebniss KMR des Probanden (3) entnehmbar ist. 18. Testumgebung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiterhin enthaltend zumindest eine künstliche Intelligenz, mit welcher der Zustand XMR von zumindest einem Aktor (11, 12, 13, 14, 18, 19, 4) in Abhängigkeit des gewünschten zweiten Komforterlebniss KMR des Probanden (3) ermittelbar ist.
EP22707024.0A 2021-02-08 2022-02-03 Datenträger, testumgebung sowie verfahren zur simulation eines komforterlebnisses eines gebäuderaums Pending EP4288893A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021201127.6A DE102021201127A1 (de) 2021-02-08 2021-02-08 Verfahren zur Simulation eines Komforterlebnisses, Datenträger und Testumgebung
PCT/EP2022/052580 WO2022167522A1 (de) 2021-02-08 2022-02-03 Datenträger, testumgebung sowie verfahren zur simulation eines komforterlebnisses eines gebäuderaums

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4288893A1 true EP4288893A1 (de) 2023-12-13

Family

ID=80623605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22707024.0A Pending EP4288893A1 (de) 2021-02-08 2022-02-03 Datenträger, testumgebung sowie verfahren zur simulation eines komforterlebnisses eines gebäuderaums

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230385473A1 (de)
EP (1) EP4288893A1 (de)
CA (1) CA3207272A1 (de)
DE (1) DE102021201127A1 (de)
WO (1) WO2022167522A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020111572A1 (de) * 2020-04-28 2021-10-28 Salamander Industrie-Produkte Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Auslegen einer Fensterkonstruktion

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6533670B1 (en) 2000-08-14 2003-03-18 Universal City Studio, Inc. Amusement ride with pivotable motion base
DE102009045452B4 (de) * 2009-10-07 2011-07-07 Winter, York, 10629 Anordnung und Verfahren zur Durchführung einer interaktiven Simulation sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022167522A1 (de) 2022-08-11
CA3207272A1 (en) 2022-08-11
US20230385473A1 (en) 2023-11-30
DE102021201127A1 (de) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kolokotsa et al. Development of a web based energy management system for University Campuses: The CAMP-IT platform
Deng et al. Simulating the impact of occupant behavior on energy use of HVAC systems by implementing a behavioral artificial neural network model
DE10013447C1 (de) Verfahren zur Steuerung des Klimas in einem wetterabhängigen Gebäude- oder Anlagenbereich
Ock et al. Smart building energy management systems (BEMS) simulation conceptual framework
DE102008042391A1 (de) Brandsicherungsvorrichtung, Verfahren zur Brandsicherung sowie Computerprogramm
EP2638442A2 (de) Gebäudeautomationssystem
DE60015814T2 (de) Verfahren und system zur ventilationsregelung
DE102013106806A1 (de) Verfahren zur regelung des klimas in einem gebäude mittels zumindest einer haus- oder verfahrenstechnischen anlage
Boeke et al. Superposition matrix for the assessment of performance-relevant adaptive façade functions
WO2022167522A1 (de) Datenträger, testumgebung sowie verfahren zur simulation eines komforterlebnisses eines gebäuderaums
DE102016119339A1 (de) Situationsabhängige Verschließkörpersteuerung
DE102017209084B4 (de) Verfahren und System zur Verbesserung einer Energieeffizienz eines in Planung befindlichen Gebäudes
Samad et al. Indoor environmental quality (IEQ) of school classrooms: Case study in Malaysia
DE202019005528U1 (de) Vorrichtung zur Regelung der Behaglichkeit in Gebäuden
McConahey Finding the right mix
Gomathi Bhavani et al. An intelligent simulation model for blind position control in daylighting schemes in buildings
Ochedi Simulation study of thermal comfort in residential building types: The case of lokoja, nigeria
Karizi An Adaptive Intelligent Integrated Lighting Control Approach for High-Performance Office Buildings
EP4555386A1 (de) Steuerung einer versorgungstechnik eines gebäudes mittels eines neuronalen netzwerks
Inyim et al. Integration of video image processing and BIM-based energy simulation for analyzing the impact of dynamic user patterns on building energy consumption
Schuss et al. Thermal Performance of Konrad Frey’s Prefabricated Low-Cost Loft House-A Case Study of a Pioneering Instance of Sustainable Architecture
DE102024122362A1 (de) Verfahren und Steuersystem zur Steuerung einer gebäudetechnischen Anlage
EP4603946A1 (de) Temperierung eines gebäudes
DE102019220324A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer raumlufttechnischen Anlage
EP4703654A1 (de) System und verfahren zur steuerung eines umweltzustandes einer zone

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230906

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20260320