DE2157550A1 - Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens sowie Anlage mit einem solchen Gerät - Google Patents
Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens sowie Anlage mit einem solchen GerätInfo
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Description
Dr. Mü!!er-3or<§ · Dr. Manitz ■ Dr. Dsufei M ? 1 4
Dipl.-Ing. Finsterwald ■ Dipi.-Ing. Grämkow λ TV. η tr r- n
Patentanwälte 4|g / Q Q Q
. t9. NOV. Thoraas Lund Madsen, Virum, Dänemark
Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens sowie Anlage mit einem solchen Gerät
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen des Grades thermischen
Unbehagens, das einen aufheizbaren Messkörper zum Nachbilden
des Wärmeaustausches des menschlichen Körpers mit der Umgebung, Mittel zum Regeln der Temperatur des Messkörpers sowie
Mittel zum Messen des Wärmeaustausches des Messkörpers mit der Umgebung umfasst.
Bei einem bekannten Messgerät der beschriebenen Art besteht der Messkörper aus einem sogenannten thermischen Modellkörper, der
so aus miteinander verbundenen, kastenförmigen und rohrffirmigen
Elementen aufgebaut ist, dass die Form des menschlichen Körpers nachgebildet wird. Die Wände des Elementes enthalten innen eine
von einem Heizkörper beheizte Aluminiumplatte, deren Temperatur konstant auf 37° gehalten wird, welche Temperatur der inneren
Temperatur des in Ruhe befindlichen menschlichen Körpers entspricht.
Aussen auf der genannten Aluminiumplatte ist eine Kunststoffplatte
angebracht, die den Wärmewiderstand der Haut darstellt. Aussen auf der Kunststoffplatte ist noch eine weitere
Aluminiumplatte vorgesehen. Mit Hilfe von Thermoelementen wird die Temperatur auf beiden Seiten der Kunststoffplatte sowie auf
der Aussenseite der äusseren Alurainiumplatte gemessen. Aus dem
Unterschied der Temperaturen zu beiden Seiten der Kunststoffplatte,
deren Wärmewiderstand bekannt ist, lässt sich somit der Wärmestrom berechnen. Der thermische Modellkörper ist in 37 Messfelder
aufgeteilt, wodurch es ermöglicht wird, geeignete ausführliche Informationen über das thermische Feld an derjenigen Stelle zu
erhalten, an welcher der Modellkörper angebracht ist. Wegen der grossen Anzahl von Messergebnissen, die vom thermischen Modellkörper
geliefert werden, kann man sich jedoch keinen unmittelbaren Eindruck von den thermischen Verhältnissen machen, und die
Messergebnisse werden daher gewöhnlich einer Datenverarbeitungsanlage zur Auswertung zugeführt.
7 0 9 8 / £ f η Ε ft
Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu schaffen,
mit dem es möglich ist, auf äusserst einfache Weise und ohne die Anwendung einer Datenverarbeitungsanlage den Grad des
thermischen Unbehagens bei verschiedenen, einstellbaren Werten für den gesamten Wärmeanfall im Inneren des menschlichen Körpers,
d.h. die Intensität der körperlichen Betätigung, und für den Wärmewiderstand der Bekleidung zu bestimmen. Sowohl die Intensität
der körperlichen Betätigung als auch der W&rmewiderstand der Bekleidung einer grossen Anzahl der in der Praxis vorkommenden
Betätigungen als auch Bekleidungen sind bekannt.
Zur Lösung der erwähnten Aufgabe ist das erfindungsgemässe Gerät
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen des Wärmeaustausches des Messkörpers von Mitteln zum Messen der dem Messkörper zugeführten Heizleistung und zum Erzeugen einer von dieser
Heizleistung abhängigen ersten Vergleichsgrösse gebildet werden, und dass das Gerät Mittel zum Vergleichen der ersten Vergleichsgrösse
mit einer zweiten Vergleichsgrösse enthält, die von einem fiktiven, am Gerät eingestellten Gesamtwärmeanfall und/oder einer
eingestellten Bekleidung abhängig ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es durch geeignete Ausbildung des Messkörpers
möglich ist, durch eine einzige Messung der dem Messkörper zugeführten Heizleistung und damit der vom Messkörper an die
Umgebung abgegebenen Leistung den Grad thermischen Unbehagens bei verschiedenen einstellbaren Werten für den Wärmeanfall und/
oder für die Bekleidung zu bestimmen, wenn die gemessene Grosse unter Berücksichtigung der genannten eingestellten Werte korrigiert
und daraufhin mit einer Grosse verglichen wird, welche für den eingestellten Wärmeanfall und/oder die eingestellte Bekleidung
repräsentativ ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erklärt. Es zeigt
Fig. 1 Kurven, die den Zusammenhang zwischen dem PMV-Wert und der Umgebungstemperatur t bei verschiedenen Intensitäten
der körperlichen Betätigung (kcal/hm ), Bekleidungen (clo) und Luftgeschwindigkeiten (m/s) veranschaulichen,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausfuhrungsform des erfindungs-
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gemässen Gerätes,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen zum erfindungsgemässen
Gerät gehörenden Messkörper,
Fig. 4 Kurven, die den Zusammenhang zwischen Φ total
(W/m ) und & aTv (W/m ) mit dem Wasserdampfdruck ρ (mbar) als Parameter
aufzeigen,
Fig. 5 Kurven, die den trockenen Wärmeaustausch ( Φ ^Γν)
sowie den Wärmeaustausch durch Konvektion ( Φ ) und Strahlung ( Φ R) als Funktion des Unterschieds zwischen der Oberflächentemperatur (t_) und der Umgebungstemperatur (t } sowohl beim Mess-
körper als auch bei einer Person veranschaulichen- Λ1Γ
eff Fig. 6 Kurven, die den Zusammenhang zwischen als
Funktion von Φ .' ·, (W/m ) bei verschiedenen Bekleidungen
(clo) angeben, ΛΤΓ
eff Fig. 7 Kurven, die den Zusammenhang zwischen und
der Bekleidung (clo) für verschiedene Werte von Φ tafcai verdeutlichen,
und
Fig. δ ein Blockschaltbild einer Anlage mit einem erfindungsgemässen
Gerät.
Die Grundlage für die vorliegende Erfindung stellt die von P.O.
Fanger formulierte Behaglichkeitsgleichung dar, vgl. P.O. Fanger:
Thermal Comfort. Danish Technical Press, Copenhagen, 1970. Nach dieser Behaglichkeitsgleichung sind im wesentlichen sechs Faktoren
für den Grad des Unbehagens bestimmend, den eine Person bei der Ausführung einer gegebenen körperlichen Betätigung unter gegebenen thermischen Umständen und beim Tragen einer gegebenen
Bekleidung fühlt:
Lufttemperatur
Luftgeschwindigkeit
Mittlere Strahlungstemperatur
Luftfeuchtigkeit
Intensität der körperlichen Betätigung
(gesamter Wärmeanfall im Körper)
Bekleidung.
Der Einfluss der Bekleidung beruht auf dem Wärmewiderstand derselben.
Dieser wird in clo-units (m C/W) gemessen und ist für eine
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grosse Anzahl in der Praxis vorkommender Bekleidungen bekannt.
Auch die Intensität der körperlichen Betätigung ist für eine grosse Anzahl in der Praxis vorkommender Betätigungen bekannt
und wird gewöhnlich in W/m gemessen.
Die vier ersten Faktoren bestimmen die thermischen Bedingungen an derjenigen Stelle, wo sich die betreffende Person aufhält.
Diese vier Faktoren können jeder für sich gemessen werden, woraufhin es an Hand der Behaglichkeitsgleichung möglich ist, den
Grad thermischen Unbehagens für beliebige Werte der Intensität der körperlichen Betätigung und der Bekleidung zu berechnen.
Es ist jedoch umständlich, diese vier Faktoren zu messen, und
die Messungen dieser Faktoren sind in der Praxis ziemlich schwierig, und zwar insbesondere die Messungen der Luftgeschwindigkeit
und der mittleren Strahlungstemperatur.Beim erfindungsgemä'ssen
Gerät bedient man sich daher des unten näher beschriebenen Messkörpers, der die thermischenUmgebungen in der gleichen Weise auffasst,
wie eine Person es tun würde, und es ermöglicht, einen einzigen Messwert zu erhalten, der jedenfalls für drei der genannten
vier Faktoren repräsentativ ist.
Der Grad des Unbehagens bei einer gegebenen Intensität der körperlichen
Betätigung und einer gegebenen Bekleidung ist nach } P.O. Fanger definiert als der Unterschied zwischen dem Wärmeanfall
im Körper und der Wärmeabgabe an die jeweilige Umgebung bei einer Person, von der angenommen werden kann, dass sie sich thermisch
behaglich fühlt.
Zum Messen des thermischen Unbehagens können verschiedene Einheiten
benutzt werden. Eine dieser Einheiten ist das erwartete durchschnittliche Unbehagen PM? (predicted mean vote). Die Skala erstreckt
sich von =3 bis +3, und es besteht folgende Beziehung zwischen dieser Skala und der Auffassung der thermischen Verhältnisse
durch eine Persons
-3 unbehaglich kalt
-2 kalt
-1 kühl - = ..·■■ -.
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O neutra 1
+1 temperiert
+2 warm
+3 unbehaglich warm
Eine weitere Einheit ist die in Prozent ausgedrückte Anzahl
thermisch unzufriedener Personen PPD (predicted percentage of dissatisfied). Unter Unzufriedenen sind in diesem Zusammenhang
diejenigen Personen zu verstehen, die die thermischen Verhältnisse mit -3, -2, +2 oder +3 bewerten. Es besteht kein linearer
Zusammenhang zwischen diesen beiden Einheiten.
In Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen dem PMV-Wert und der
resultierenden Temperatur der Umgebung für verschiedene Intensitäten der körperlichen Betätigung, Bekleidungen und Luftgeschwindigkeiten
veranschaulicht. Es ist ersichtlich, dass hier ein linearer Zusammenhang besteht, und deshalb sind die PMV-Werte
besonders gut für die Auslegung der Bauteile in einem erfindungsgemässen
Gerät geeignet.
Die Grundlage für die Ausbildung eines mit dem hier beschriebenen Gerät zu benutzenden Messkörpers stellt der Wärmeaustausch einer
normalen Person mit ihrer Umgebung dar. Dieser Wärmeaustausch
lässt sich prinzipiell in zwei Teile aufteilen, nämlich den trockenen Wärmeaustausch Φ , und den feuchten Wärmeaustausch
dry
Φ wet' und zwar gilt
dry wet total
Der trockene Wärmeaustausch besteht aus dem Wärmeaustausch durch Strahlung und dem Wärmeaustausch durch Konvektion. Der feuchte
Wärmeaustausch besteht aus der Wärmeabgabe durch Wasserdampfdiffusion
durch die Haut, Wärmeabgabe durch Verdunstung von Schweiss und Wärmeabgabe durch Erwärmung und Befeuchtung der Einatmungsluft. ...,'-"
Ist der Wasserdampfdruck ρ der umgebenden Luft bekannt, und wird
die Lufttemperatur gleich 20 C gesetzt, lässt sich der feuchte Wärmeaustausch berechnen. Der Fehler, der dadurch auftritt, dass
man die Temperatur der Euft mit 2O0C ansetzt, ist im Temperatur-
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ο
bereich von 10-3O0C verschwindend klein.
bereich von 10-3O0C verschwindend klein.
In Fig. 4 ist der gesamte Wärmeaustausch ^+otal a^s Fun^:'tion
des trockenen Wärmeaustausches Φ, bei verschiedenen Werten
des Wasserdampfdrucks p^, abgetragen. Sind i,W7 und p„ bekannt,
3. ciry a
kann Φ total aus ^en ^urven ermittelt werden.
p^ kann z.B. durch Messung der zusammengehörenden Werte der
Temperatur der Luft und der relativen Feuchtigkeit derselben bestimmt
werden.
Der Wärmeaustausch durch Strahlung und der Wärmeaustausch durch
Konvektion und damit der gesamte trockene Wärmeaustausch lässt w sich mit Hilfe der Behaglichkeitsgleichung von P.O. Fanger bestimmen.
Fig. 4 zeigt diese für sowohl eine unbekleidete Person als auch für den Messkörper berechneten Grossen. Es ist ersichtlich,
dass mit guter Annäherung eine lineare Abhängigkeit zwischen dem trockenen Wärmeaustausch Φ, und dem Unterschied
zwischen der Oberflächentemperatur des Messkörpers und der resultierenden Temperatur der Umgebung besteht. Der Wärmewiderstand
zwischen dem Messkörper und der Umgebung ergibt sich aus den Kurven zu m = 0,095 m C/W. Der Zusammenhang zwischen der Oberflächentemperatur
(t ) und der resultierenden Temperatur (t ) der Umgebung ist demnach;
tr = ts - 0,095 x φ ά (Grad Celsius) (I)
Eine Ausführungsform des im erfindungsgemässen Gerät verwendeten
Messkörpers ist in Fig. 3 dargestellt. Geometrisch besteht dieser Messkörper sozusagen aus zwei Kegeln, die kleine Scheitelwinkel
haben und deren Grundflächen einander zugekehrt sind und deren Spitzen weggeschnitten und durch Kalotten ersetzt sind. Bei die-
3ir Pbrm bestehen beim Messkörper die gleichen Verhältnisse zwischen
den Projektionsflachen in den sechs Hauptrichtungen wie
bei einer normalen Person. Ausserdem ist es möglich, den Messkörper
verschiedene Stellungen einnehmen zu lassen, die einer stehenden, einer sitzenden oder einer liegenden Person entsprechen.
Die Grosse des Messkörpers ist so gewählt, dass bei ihm
die gleichen Verhältnisse zwischen dem Wärmeaustausch durch Strah-
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lung Φ R und dem Wärmeaustausch durch Konvektion Φ c wie bei
einer Person bestehen. Dies ist möglich, weil eine Person eine kleinere Strahlungsfläche als Konvektionsflache besitzt und weil
der Quotient aus Φρ und Φ^ mit fallendem Durchmesser des
Messkörpers anwächst. Die Gesamthöhe des Messkörpers kann beispielsweise von der Grössenordnung 20 cm sein.
Der Messkörper hat innen einen Körper aus Kunetstoffschaum, um
den ein in Fig. 3 nicht gezeigter elektrischer Widerstandsdraht gewickelt ist. Aussen ist der Messkörper mit einer etwa 1 mm
dicken Schicht 2 aus wärmeisolierendem Material versehen. Diese Schicht sichert zusammen mit der Regelung des Heizkörpers, dass
beim Messkörper das gleiche Verhältnis zwischen Φ , und tg
wie bei einer thermisches Wohlbehagen empfindenden Person bestehb. Der Messkörper ist auf einer Stange 3 angebracht, die in einem
Stativ unterstützt ist, und zwar vorzugsweise in einer solchen Weise, dass der Messkörper verschiedene Stellungen einnehmen
kann. Nach Seite 39 im oben erwähnten Buch von P.O. Fanger gilt«,
dass
ts = 35,7 - 0,02Sx *total (Grad Celsius) (II)
Wird der Wasserdampfdruck gleich 15 mbar gesetzt, was z.B. einer Lufttemperatur von 240C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von
yo entspricht, lässt sich aus Fig. 4 folgender Zusammenhang
zwischen dem gesamten Wärmeaustausch * total un(* ^em trockenen
Wärmeaustausch ^drv ^ΘΓ1βΐ^βη;
Φtotal = 1^6 x Φατ7 - 21'56 (W/m2>
(III) Durch Einsetzen von (III) ind (II) ergibt sich:
ts = 36,4 - 0,054 x Φ dry (IV)
Diese Gleichung lässt sich physikalisch auf folgende drei Weisen verwir kuchen:
1. Der Heizkörper wird konstant auf 36,40C gehalten, und
es wird'ein Wärmewiderstand, d.h. die Schicht 2 in Fig. 3, von
0,054 m2 °C/W eingeführt.
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2. Die Temperatur des Heizkörpers wird mit einer Regelabweichung von 0,654 m °C/W geregelt. Hierdurch wird bewirkt,
dass die Temperatur des Heizkörpers immer gleich t ist.
3. Eine Kombination von 1. und 2.
1. ist schwierig zu verwirklichen, 2. ergibt eine unrealistische
Oberfläche sowie eine unruhige Registrierung, weil die Schicht 2 fehlt. 3. ermöglicht dagegen die Wahl eines geeigneten Wärmewiderstandes
in <O,O54 m2 °C/W für die Schicht 2 und die Berück-Sichtigung
vom Rest des m durch eine Regelabweichung.
Die Regelung der Temperatur des Messkörpers ist aus Fig. 2 er-"
sichtlich, 4 bezeichnet hier den oben erwähnten Widerstandsdraht im Messkörper. Dieser Widerstandsdraht wird von einem Verstärker
5 gespeist, der so eingerichtet ist, dass dem Widerstandsdraht Impulse mit konstanter Amplitude E und mit konstanter Pulsfrequenz
von z.B. 50 Hz zugeführt werden. Die dem Messkörper zugeführte Heizleistung wird durch Änderung der Impulsdauer c geregelt.
Wird die Ausgangsspannung des Verstärkers mit Hilfe eines Drehspulinstruments gemessen, ist dessen Anzeige E^ der an den
Messkörper abgegebenen Heizleistung und daher auch der vom Messkörper an die Umgebung abgegebenen Leistung, d.h. Φ^ , proportional.
Aus (I) und (IV) ergibt sich
ί tr = 36,4 - 0,149 x $dry (Grad Celsius) oder
tr = 36,4 - 0,149 x k χ Eef.f (Grad Celsius)
in welchem Ausdruck k (W/m C) dem Verhältnis zwischen Φ drv un<* E~p entspricht.
Die Temperatur des Messkörpers wird mit Hilfe eines unter der Schicht 2 angeordneten Widerstandsdrahtes ·6 mit geeignetem
Temperaturkoeffizienten gemessen. Stattdessen kann die Temperatur auch mit einem oder mehreren Heissleitern gemessen werden. Der
Widerstand des Drahtes 6 und damit seine Temperatur wird mit Hilfe einer Messbrücke gemessen, die feste Widerstände 7 und
8 und einen einstellbaren Widerstand 9 zur Ermittlung des Temperaturpegels
des Messkörpers umfasst. Die Ausgangsspannung der
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Messbrücke regelt den Verstärker 5. Auf diese Weise ist eine Regelschleife geschaffen, die die Temperatur des Messkörpers regelt.
Da es sich hier um ein System mit proportionaler Regelung handelt, wird in der Schleife eine gewisse Regelabweichung auftreten,
die als der von der Belastung abhängige Unterschied zwischen dem gewünschten Wert und dem Wert der geregelten Grosse
definiert werden kann. Wie bereits erwähnt, dient die Regelabweichung zusammen mit dem Wärmewiderstand der Schicht 2 dazu,
den gewünschten gesamten Wärmewiderstand zwischen dem Heizkörper 4 und der Umgebung zu verwirklichen. Die hierfür erforderliche
Reduktion der Verstärkung in der Regelschleife erfolgtJ beim gezeigten
Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Widerstandsgruppe 10, die aus einem festen Widerstand 11 und einem veränderlichen Widerstand
P, besteht. Die Regelabweichung, die zusammen mit dem Wärmewiderstand der Schicht 2 zur Erfüllung der Gleichung (IV)
dient, gilt bei der Simulierung der Wärmeabgabe einer unbekleideten Person. Geht es darum, die Wärmeabgabe einer bekleideten Person
zu simulieren, könnte man sich vorstellen, dies durch Aufziehen eines "Strumpfes" mit dem gewünschten clo-Wert auf den Messkörper
zu verwirklichen. Es ist jedoch wesentlich einfacher, die
Bekleidung dadurch zu simulieren, dass man die Regelabweichung über denjenigen Wert hinaus vergrössert, der bei der Simulierung
der Wärmeabgabe einer unbekleideten Person gültig ist. Hierzu dient der veränderliche Widerstand P, .
In diesem Zusammenhang soll daran erinnert werden, dass bei einer
Vergrösserung des clo-Wertes für eine Person auch die effektive
Fläche vergrössert wird. Ein clo-Wert von 1,0 entspricht beispielsweise einer Oberfläche, die l,15mal so gross wie die Oberfläche
der unbekleideten Person ist. Der trockene Wärmeaustausch , steigt also infolge der grösseren Oberfläche auf das 1,15-fache.
Die Oberfläche des Messkörpers wird jedoch nicht geändert, und daher müssen die clo-Werte des Messkörpers pro 1,0 clo für eine
Person um das 1,15-fache reduziert werden.
Die Änderung der Verstärkung in der Regelschleife.und damit der
Regelabweichung kann auch auf andere Weise als der gezeigten erfolgen,
z.B. durch direkte Regelung der Verstärkung im. .
Verstärker 5.
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ίο
Wie oben angeführt, entspricht der Grad des thermischen Unbehagens
bei einer gegebenen Intensität körperlicher Betätigung und
einer gegebenen Bekleidung per Definition dem Unterschied zwischen auf der einen Seite dem Wärmeanfall itn Körper und auf der
anderen Seite der Wärmeabgabe an die jeweilige Umgebung einer Person, von der angenommen wird, dass sie sich thermisch behaglich
fühlt. Da die Spannung E ^ jedoch allein für die resultierende
Temperatur t der Umgebung repräsentativ ist, muss sie unter Berücksichtigung der eingestellten Intensität der körperlichen
Betätigung und der eingestellten Bekleidung korrigiert werden, damit sie in einem Voltmeter 12 als eine Spannung E1
mit einer Spannung E2 verglichen werden kann, welche für den
Wärmeanfall im Körper repräsentativ ist.
Dies ist im Gerät nach Fig. 2 mit Hilfe eines ersten Spannungsteilers
verwirklicht, der einen mit Hilfe eines Schalters S-, veränderlichen Widerstand R sowie eine Widerstandsgruppe 13
umfasst, die aus einem festen Widerstand 14 und einem zweiten Potentiometer P-, zusammengesetzt ist. Die Spannung E-^ wird am
Schleifer des Potentiometers P-, abgegriffen.
Die Spannung Eo wird mit Hilfe eines Widerstandsnetzwerkes im
Zusammenhang mit einer Spannungsquelle mit konstanter Spannung erzeugt. Das Netzwerk enthält eine erste Widerstandsgruppe R ,
die aus einem festen Widerstand 15 und einem dritten Potentiometer
P9 besteht. Die Widerstandsgruppe R0. hat genau denselben
Widerstandswert wie die Widerstandsgruppe 13· Die Potentiometer P^ und P2 sowie der veränderliche Widerstand Pi werden mit Hilfe
eines ihnen gemeinsamen Bedienungsorgans betätigt.
Das Netzwerk enthält ferner einen vierten Spannungsteiler, der einen mit Hilfe eines Schalters S2 einstellbaren Widerstand R2
und einen mit Hilfe eines Schalters S~ einstellbaren Widerstand
Ro sowie einen fünften Spannungsteiler P^ umfasst. Die Schalter
S-,, S2 und S„ werden mit Hilfe eines ihnen gemeinsamen Bedienungsorgans betätigt. Die der Widerstandsgruppe R zugeführte Spannung
E, wird am Schleifer des Spannungsteilers P^ abgenommen.
Da der Zusammenhang= zwischen t und damit E „^ und dem PMV-Wert
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linear ist, siehe Fig. 1, muss die am Voltmeter liegende Spannung folgende Bedingungen erfüllen?
■1. Die Spannung am Voltmeter 12 muss sich um einen solchen
Wert ändern, dass sich die Anzeige um eine PMV-Einheit ändert, wenn tr sich um einen Betrag ändert, der einer Änderung des
PMV-Wertes von 1,0 bei den eingestellten Werten der Intensität
der körperlichen Betätigung, der Bekleidung und des Wasserdampfdruckes entspricht.
2. Der Spannungsunterschied zwischen den Klemmen des Volt-, meters muss 0 Volt betragen, wenn sich der Messkörper im Gleichgewicht
bei demjenigen Wert von tr befindet, der den gleichen
Einstellungen entspricht.
Die Bedingung 1. wird mit Hilfe der Spannung E·^ und die Bedingung
2. hiernach durch geeignete Auslegung des oben beschriebenen Netzwerkes für die Erzeugung der Spannung E2 erfüllt. Aus
den Fig. 6 und 7 geht hervor, wie ^eff yon der Intensität
der körperlichen Betätigung bzw. von der Bekleidung abhängt.
Wenn sich die Spannung des Messkörpers um 4E„ ändert, muss
sich E-j^ um einen Betrag ändern, der einer Änderung der Anzeige
des Voltmeters um eine PMV-Einheit entspricht. Bezüglich der Intensität der körperlichen Betätigung wird dies mit Hilfe des
veränderlichen Widerstands R erreicht, für welchen für jede mit dem Schalter S-, eingestellte Intensität der körperlichen Betätigung
gilt, dass
ΔΕ1 _ *13
Δ Eeff R13 +Rx
ellOclo . 3 x .
ellOclo . 3 x .
AE1 (für PMV = 1) ist bekannt, wenn man die Messempfindlichkeit
des Voltmeters 12 kennt.Δ Eft«η kann in Fig. 6 aufgesucht
ell0clo
werden. Für R13 wird irgendein geeigneter Wert, z.B. 1000 0hm, gewählt. Hiernach lässt sich R für jede Intensität der körperliehen Betätigung errechnen.
werden. Für R13 wird irgendein geeigneter Wert, z.B. 1000 0hm, gewählt. Hiernach lässt sich R für jede Intensität der körperliehen Betätigung errechnen.
Die Abhängigkeit von der Bekleidung ist mit guter Annäherung Ii-
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near und kann folglich mit Hilfe des Potentiometers P-. erreicht werden. Selbstverständlich liesse sie sich auch mit Hilfe fester
Widerstände und Schalter verwirklichen.
Die Grosse und die Einstellung des Potentiometers kann berechnet
werden aus:
y = 1000 (1-
AEeff
p ff
ellyclo
Die Widerstände im Netzwerk lassen sich an Hand der oben genannten
Bedingung 2. errechnen. Unter den gegebenen Umständen muss E-^
gleich E2 sein. Da die Widerstandsgruppen 13 und R2 gleich sind,
gilt auch, dass E- und E, gleich sein müssen.
Für die Grosse des Potentiometers P3 zur Bestimmung des Einflusses
des Wasserdampfdrucks wird ein geeigneter Wert, z.B. 100 0hm, gewählt. Der gewünschte Wert der Spannung E, ist, wenn sich das Potentiometer
Po in seinen Extremstellungen 0 mbar und 25 mbar befindet,
für jede Intensität der körperlichen Betätigung bekannt. Die Widerstandswerte für die Widerstände R2 und R~ lassen sich
dann aussfolgenden Gleichungen ermitteln;
worin
| Ra | E4 | imbc | 1 |
| R3+RP: | J Es " | \ | |
| 1 | 1 | j. _ | |
| a | ' R2 | ||
| ir | |||
| t |
Hq X!i — Ul
*
s
worln
1 = 1 , 1 Rb R2+RP3 R
Die Erfindung ist nicht auf die auf der Zeichnung veranschaulichte
und oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in
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vielen anderen für den Fachmann naheliegenden Ausführungsformen
Anwendung finden, die in den Rahmen,der nachstehenden Patentansprüche fallen.
Das Potentiometer P~ kann beispielsweise mit Hilfe einer Vorrichtung zum Messen des Wasserdampfdruckes der Luft eingestellt werden,
so dass man den Wasserdampfdruck überhaupt nicht mehr manuell am Gerät einzustellen braucht. Eventuell lässt sich das Potentiometer
P~ auch ganz entbehren, da der Einfluss des Wasserdampf- "
druckes verhältnismässig geringfügig ist.
Das Gerät kann ferner so eingerichtet sein, dass sich nur ein einziger der Klimafaktoren "Intensität der körperlichen Betätigung"
und "Bekleidung" einstellen lasst, während der andere fest
eingestellt ist.
Das erfindungsgemässe Gerät kann eventuell einen Teil einer grösseren
Regelanlage für einen oder mehrere der Klimafaktoren bilden, indem der Unterschied zwisehen den Spannungen E-, und Eg als Regelgrösse
benutzt wird. Ein Beispiel für eine derartige Anlage ist in Fig. Ö dargestellt, in welcher mit gestrichelten Linien ein
Raum 16 angedeutet ist, in welchem ein Messkörper 17, z.B. von der in Fig. 3 gezeigten Art, und eine Vorrichtung 1Ö zum
Messen der Luftfeuchtigkeit angebracht ist. Der Messkörper 17 und die Vorrichtung 1Ö sind an ein erfindungsgemässes Gerät
19 angeschlossen, das beispielsweise wie das in Fig. 2 gezeigte eingerichtet ist. Das Ausgangssignal des Gerätes 19 regelt die
Temperatur eines Luftstromes, der mit Hilfe eines Aggregates 20 durch einen Kanal 21 in den Raum 16 eingeblasen wird. Mit der
gezeigten Anlage können optimale klimatische Bedingungen im Raum dadurch geschaffen werden, dass man den clo-Wert und die Intensität
der körperlichen Betätigung für diejenigen Personen am Gerät 19 einstellt, die sich im Raum aufhalten.
Die Regelung der Temperatur des Messkörpers kann auch auf andere Weise als der veranschaulichten erfolgen. Beispielsweise ist es .
möglich, den Heizdraht aus einem Material mit einem geeigneten Temperaturkoeffizienten herzustellen und den Widerstandswert des
Heizdrahtes selbst als Mass für die Temperatur auszunutzen.
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Es können eventuell auch mehrere Messkörper an das Gerät angeschlossen
sein, damit man sich z.B. ein Bild von der Verteilung der thermischen Bedingungen über eine grössere Zone machen kann.
Der.Messkörper kann auch eine andere Form als die gezeigte besitzen,
und zwar z.B. die eines Doppelellipsoids, d.h. eines Körpers, der um zwei rechtwinklig aufeinanderstehende Achsen ellipsenförmigen
Querschnitt hat.
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Claims (14)
1.) ' Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens, das
nen heizbaren Messkörper zum Nachbilden.des Wärmeaustausches
des menschlichen Körpers mit der Umgebung, Mittel zum Regeln der Temperatur des Messkörpers sowie Mittel zum Mef-een des Wärmeaustausches
des Messkörpers mit der Umgebung umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Messen des Wärmeaustausches des Messkörpers von Mitteln zum Messen der dem Messkörper zugeführten Heizleistung
und zum Erzeugen einer von dieser Heizleistung abhängigen ersten Vergleichsgrösse gebildet werden, und dass das Gerät
Mittel zum Vergleichen der ersten Vergleichsgrösse mit einer zweiten Vergleichsgrösse enthält, die von einem fiktiven, am Gerät
eingestellten Gesamtwärmeanfall und/oder einer eingestellten Bekleidung abhängig ist.
2. Gerät nach Anspruch 1 mit einer Regelschleife, in die ein
im Messkörper angebrachter Heizkörper (4) einbezogen ist, mit einem im Messkörper angebrachten Temperaturfühler (6) sowie mit
einem Verstärker (5), der vom Temperaturfühler gesteuert wird und den Heizkörper speist, gekennzeichnet durch Mittel (10), die die
Verstärkung in der Regelschleife herabsetzen und damit die Regelabweichung
vergrössern.
3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel (P,)
zum Einstellen der Grosse der Regelabweichung zwecks Einstellung einer gewünschten Bekleidung.
4. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3 mit einem
Vergleichsorgan (12), dessen Skala in Einheiten aufgeteilt ist, die den Grad thermischen Unbehagens angeben, und dem zwei Vergleichsgrössen
zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die
erste Vergleichsgrösse (E1) aus der dem Heizkörper (4) zugeführten
Heizleistung über einen stufenweise einstellbaren, ersten Spannungsteiler
(Rx, 13) abgeleitet wird, der durch die Einstellung
des Gesamtwärmeanfalls im Kerper eingestellt wird und dessen Teilerverhältnis
in jeder Stufe so gewählt ist, dass sich die Anzeige am Vergleichsorgan (12) um eine Einheit ändert, wenn sich die dem
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Heizkörper zugeführte Heizleistung um einen Betrag ändert, der
einer Änderung der Bedingungen, unter denen sich der Messkörper befindet, um eine Einheit für den eingestellten Wärmeanfall entspricht.
5. Gerät nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, dass ein
fester Teil des ersten Spannungsteilers (Rx, 13) von einem zweiten
Spannungsteiler (P1) gebildet wird, der durch die Einstellung
der Bekleidung eingestellt wird und dessen Teilerverhältnis so gewählt ist, dass sich die Anzeige am Vergleichsorgan (12) um
eine Einheit ändert, wenn sich die dem Heizkörper (4) zugeführte Heizleistung um einen Betrag ändert, der einer derartigen Ände-
w rung der Bekleidung entspricht, die bei dem eingestellten Wärmeanfall
eine Änderung des Grades thermischen Unbehagens um eine Einheit bewirkt.
6. Gerät nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle mit fester Spannung sowie ein Netzwerk von Spannungsteilern zur Erzeugung der zweiten
Vergleichsgrösse (E2).
7. Gerät nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass
das Netzwerk einen dritten Spannungsteiler (P2) umfasst, der denselben
Widerstandswert wie der zweiten Spannungsteiler (P1) hat
und zusammen mit diesem eingestellt wird.
Ö* Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das Netzwerk einen vierten, stufenweise einstellbaren Spannungsteiler
(Rp, Rq, Po) umfasst, der durch Einstellung des Gesamtwärmeanfalls
im Körper eingestellt wird und dessen Teilerverhältnis so gewählt ist, dass die beiden Vergleichsgrössen (E1, E2)
im Zustand thermischen Wohlbefindens gleich gross sind.
9- Gerät nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass der
vierte Spannungsteiler (R2, R^, Po) einen fünften Spannungsteiler
(Po) zum Einstellen des Wasserdampfdruckes enthält.
10. Gerät nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper eine solche Form besitzt,
dass das Verhältnis zwischen den Projektionsflächen in den
209 822/068 9
sechs Hauptrichtungen annähernd das gleiche wie bei einer normalen
Person ist,
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet t dass der
Messkörper die Form eines Doppelellipsoids besitzt.
12. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Messkörper aus zwei Kegeln besteht, die kleine Scheitelwinkel haben, deren Grundflächen einander zugekehrt sind und deren Spitzen
weggeschnitten und durch Kalotten ersetzt sind.
13. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 10-12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Messkörper innen einen Körper aus
Kunststoffschaum hat, um den ein Widerstandsdraht (4) gewickelt ist, und dass er aussen mit einer dünnen Schicht (2) aus wärmeisolierendem
Material versehen ist.
14. Anlage zur Regelung der klimatischen Verhältnisse in einem oder mehreren Räumen mit Hilfe eines Gerätes nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1-135 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgrösse
des Gerätes (19) einem Aggregat (20) zur Regelung eines oder mehrerer Klimafaktoren für die Räume (16) zugeführt
wird.
209822/0689
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK588070 | 1970-11-19 | ||
| DK62271A DK143426C (da) | 1971-02-11 | 1971-02-11 | Apparat til maaling af graden af termisk diskomfort samt anlaeg med et saadant apparat |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2157550A1 true DE2157550A1 (de) | 1972-05-25 |
| DE2157550C2 DE2157550C2 (de) | 1982-04-29 |
Family
ID=26064331
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19712157550 Expired DE2157550C2 (de) | 1970-11-19 | 1971-11-19 | Gerät zum Messen des Grades thermischen Unbehagens |
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|---|---|
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| DE (1) | DE2157550C2 (de) |
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| GB (1) | GB1357177A (de) |
| SE (1) | SE383564B (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1981002638A1 (en) * | 1980-03-04 | 1981-09-17 | Thermius Elektronik | Method and apparatus for determining heat loss |
| EP0495117A1 (de) * | 1990-07-30 | 1992-07-22 | Yamatake-Honeywell Co. Ltd. | Verfahren zur berechnung der äquivalenttemperatur und umwelt-messinstrument |
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|---|---|---|---|---|
| WO2001007844A1 (de) | 1999-07-22 | 2001-02-01 | Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Behaglichkeitssensor |
| FR2811757B1 (fr) * | 2000-07-11 | 2002-12-20 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede et dispositif de mesure de la temperature de la peau d'un occupant d'un local tel qu'un habitacle de vehicule automobile |
| IT201800020629A1 (it) * | 2018-12-21 | 2020-06-21 | Thinxs S R L | Dispositivo per la misura della temperatura percepita |
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1971
- 1971-11-17 GB GB5335371A patent/GB1357177A/en not_active Expired
- 1971-11-18 FR FR7141281A patent/FR2114847A5/fr not_active Expired
- 1971-11-18 SE SE1474971A patent/SE383564B/xx unknown
- 1971-11-19 DE DE19712157550 patent/DE2157550C2/de not_active Expired
- 1971-11-19 JP JP9249571A patent/JPS5754728B1/ja active Pending
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| EP0495117A4 (en) * | 1990-07-30 | 1993-06-09 | Yamatake-Honeywell Co. Ltd. | Method of computing equivalent temperature and instrument for environment measurement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5754728B1 (de) | 1982-11-19 |
| DE2157550C2 (de) | 1982-04-29 |
| SE383564B (sv) | 1976-03-15 |
| FR2114847A5 (de) | 1972-06-30 |
| GB1357177A (en) | 1974-06-19 |
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