-
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und ein System zum Regeln einer Lüftungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Regulieren eines Lüftungszustands wenigstens eines Innenraums.
-
Stand der Technik
-
Es ist bekannt, dass in Gebäuden zur Unterstützung eines Raumkomforts zunehmend auch in Wohnbereichen Lüftungsgeräte eingesetzt werden. Bei einer Nachrüstung derartiger Geräte sind dazu an einer Außenwand in der Regel mehrere Einlässe vorzusehen, die zentrale Luft-Absaugungen in Bad und Küche oder Konzepte zu einer Querlüftung bewerkstelligen. Zu einer Vermeidung von unangenehmen Luftströmungen, bzw. von unnötigem Energieverbrauch müssen Zu- und Abluftströme aufeinander abgestimmt werden. Dies erfolgt über verstellbare Auslässe und vermehrt auch über drehzahlgesteuerte Ventilatoren. Problematische Strömungssituationen, insbesondere bei nachträglichem Einbau der Lüftung, lassen sich so nur schwer einregeln.
-
DE 198 54 016 A1 offenbart ein Lüftungssystem für ein Gebäude mit einer Steuereinheit für einen Antrieb eines mit einem Fenster verbundenen Stellorgans. Die Steuereinheit wird in Abhängigkeit von einer die Menge einer Zuluft beeinflussenden Stell- oder Regelgröße – bevorzugt von einem Ausgangssignal einer Einheit zur Ansteuerung eines Einzelraumlüfters oder einer Abluftklappe – aktiviert.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt einen Drucksensor, aufweisend:
- – eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von Luftdruck und Temperatur;
- – eine Rechnereinrichtung; und
- – eine Funkschnittstelle.
-
Die Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein System zum Regeln einer Lüftungsvorrichtung, aufweisend:
- – wenigstens einen Drucksensor zum Erfassen einer Luftströmung, wobei der Drucksensor eine Funkschnittstelle aufweist; und
- – eine Steuerungseinrichtung, wobei mittels der Funkschnittstelle Daten des Drucksensors an die Steuerungseinrichtung übertragbar sind, wobei die Steuerungseinrichtung die Daten zum Einstellen von Elementen der Lüftungsvorrichtung verwenden kann.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Regulieren eines Lüftungszustands wenigstens eines Innenraums, mit den Schritten:
- – Ermitteln einer Strömungssituation im Innenraum mittels wenigstens eines Drucksensors;
- – Drahtloses Übermitteln von Daten der Strömungssituation vom Drucksensor an eine Steuerungseinrichtung; und
- – Anpassen der Strömungssituation mittels einer von der Steuerungseinrichtung angesteuerten Lüftungsvorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Strömungssituation.
-
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass es mittels des erfindungsgemäßen Drucksensors mit der Funkschnittstelle möglich ist, Strömungsverhältnisse in einem Innenraum über eine Messung von Druckunterschieden zu erfassen. Die genannten Daten werden drahtlos an eine zentrale Steuerungseinrichtung übermittelt und werden von der Steuerungseinrichtung zum Einstellen bzw. zum adaptiven Nachregulieren der Strömungsverhältnisse mittels einer Lüftungsvorrichtung verwendet. Dadurch ist einerseits ein sehr flexibles Gesamtdesign einer regelbaren Lüftungsvorrichtung möglich und es kann vorteilhaft eine bereits bestehende Lüftungsvorrichtung auf einfache Weise noch nachträglich mit einer komfortablen Regelung ausgestattet werden.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rechnereinrichtung eine Auswertesoftware ausführbar ist, mittels der eine Strömungssituation im Umfeld des Drucksensors ermittelbar ist.
-
Vorteilhaft kann der Drucksensor über eine Ermittlung von Druckunterschieden selbständig eine Strömungssituation in seinem Umfeld erfassen. Auf einfache Weise kann durch Änderung der Software ein Auswerteverhalten des Drucksensors abgestimmt bzw. nachjustiert werden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Drucksensors sieht vor, dass der Drucksensor Betriebszustände einer Lüftungsvorrichtung erkennen kann. Dadurch ist es zum Beispiel vorteilhaft möglich, Stellungen von verstell- bzw. einstellbaren Elementen der Lüftungsvorrichtung, z.B. von Fenstern, Klappen, Türen, Ventilatoren usw. zu erfassen und diese Informationen an eine steuernde Einrichtung zu übermitteln.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Drucksensors sieht vor, dass mittels der Funkschnittstelle Daten des Drucksensors übermittelbar sind. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine Drahtlosübertragung der Daten an Kommunikationsteilnehmer möglich. Durch das Drahtlosprinzip ist vorteilhaft eine einfache und flexible Installierbarkeit bzw. Nachrüstbarkeit der Drucksensoren unterstützt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Daten mittels der Funkschnittstelle IP-basiert (Internet Protocol) drahtlos übertragen. Ferner weist der Drucksensor eine autonome Energieversorgung in Form eines Energiespeichers, insbesondere eine Batterie und/oder einen Akkumulator auf.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Drucksensors zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Funkschnittstelle Daten mit wenigstens einem weiteren Drucksensor und/oder mit einer Steuerungseinrichtung austauschbar sind. Daraus resultiert vorteilhaft eine Art von Vernetzung der Drucksensoren, wodurch eine verbesserte Ermittlung von Strömungssituationen unterstützt ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des Drucksensors sieht vor, dass die Auswertesoftware selbstlernend ist. Vorteilhaft ist dadurch ein adaptives Kennenlernen von sich ändernden Strömungssituationen im Umfeld des Drucksensors unterstützt.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass der Drucksensor eine Auswertefunktionalität über eine Strömungssituation im Umfeld des Drucksensors aufweist, wobei von der Steuerungseinrichtung Auswertedaten des Drucksensors derart verwendet werden, dass ein vordefinierter Lüftungszustand eingestellt wird. Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise ein permanentes Nachregeln des Lüftungszustands anhand von aktuellen Daten einer Strömungssituation erreicht werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Systems sieht vor, dass wenigstens zwei an unterschiedlichen Orten platzierte Drucksensoren untereinander und/oder mit der Steuerungseinrichtung Daten austauschen können. Dadurch wird vorteilhaft eine Art Vernetzung der Drucksensoren gebildet, wodurch aktuelle Strömungssituationen verbessert erfassbar sind.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass das System skalierbar ist. Dadurch kann eine Anzahl der Drucksensoren variiert und damit eine Erfassung der Strömungsverhältnisse vorteilhaft an sich ändernde oder unterschiedliche räumliche Gegebenheiten angepasst werden.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mittels wenigstens eines Drucksensors Betriebszustände von Elementen der Lüftungsvorrichtung im Umfeld des Drucksensors erfasst werden. Dadurch kann der Steuerungseinrichtung vorteilhaft ein sehr gutes Gesamtbild der von ihr verstellten Elemente übermittelt werden.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es zeigen:
-
1 eine prinzipielle Darstellung einer Strömungssituation in einem Innenraum;
-
2 eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Regeln einer Lüftungsvorrichtung; und
-
3 eine prinzipielle Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Regeln einer Lüftungsvorrichtung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt in einer prinzipiellen Querschnittsansicht eine Darstellung einer Strömungssituation in einem Innenraum eines Gebäudes. Ein Luftstrom streicht entlang eines beheizten Radiators 6 unterhalb einer Fensterbank 10 im Wesentlichen von unten nach oben und entlang eines Fensters 8 im Wesentlichen von oben nach unten. Richtungen von durch freie Konvektion erzeugten Luftströmungen sind mit Pfeilen angedeutet. Mittels des erfindungsgemäßen Systems werden diese Strömungen ermittelt, um aus diesen Informationen einen Lüftungszustand bzw. eine Strömungssituation innerhalb des Innenraums zu regulieren.
-
2 zeigt in einer Ansicht von oben eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. Das System 20 weist wenigstens einen, vorzugsweise mehrere Drucksensoren 1 auf, die an geeigneter Stelle innerhalb von mehreren Innenräumen eines Gebäudes angeordnet sind. Jeder der Drucksensoren 1 ist mit einer zweikanaligen Ermittlungseinrichtung 2 zum Ermitteln von Luftdruck und Temperatur ausgestattet. Weiterhin umfasst der Drucksensor 1 eine Rechnereinrichtung 3 mit einer vorzugsweise hohen Rechenleistung (z.B. ein leistungsfähiger Mikrocontroller) und eine Funkschnittstelle 4. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Rechnereinrichtung 3 und die Funkschnittstelle 4 nur an einem einzelnen Drucksensor 1 dargestellt. Über die Funkschnittstelle 4 werden vom Drucksensor 1 ermittelte Daten an andere Drucksensoren 1 oder an eine zentrale Steuerungseinrichtung 5 (z.B. an ein Zentralgerät eines Gebäudeautomationssystems) übermittelt.
-
Jeder der Drucksensoren 1 ist in der Lage, Strömungssituationen innerhalb des Raums zu ermitteln. Zu diesem Zweck wird das Gasgesetz der Thermodynamik p × B = n × r × T mit den Parametern:
- p
- ..... Druck
- V
- ..... Volumen
- n
- ..... Molzahl
- r
- ..... ideale Gasgesetzkonstante
- T
- ..... Temperatur
herangezogen, um nach einer Differentiation die Auswertegleichung für den Drucksensor 1 zur Bestimmung einer Dichteänderung zu erhalten: dV/dT = n × R × d(T/p)/dT
-
Als ein zahlenmäßiges Beispiel kann ein Öffnen und Schließen von Türen in einem Labor betrachtet werden. Dabei verursacht das Öffnen bzw. das Schließen der Tür Drucksprünge von jeweils etwa 3 bis 5 hPa, was ungefähr 30- bis 50-mal größer ist als die Auflösung des Drucksensors 1. Als ein weiteres Beispiel für Luftströmungserzeuger seien Abzugshauben genannt, wobei herkömmliche Abzugshauben Luftströmungen von mehreren 100 m3 / h verursachen. Der Luftdruck fällt entlang von Flusslinien, steht in nicht durchlüfteten Zonen und steigt in Luftstaus.
-
Mittels der Drucksensoren 1 werden auf diese Weise an verschiedenen Stellen in mehreren Räumen des Gebäudes gleichzeitig Druck- und Temperaturwerte erfasst. Nach einer Kalibrierungsphase ohne Strömung können diese genutzt werden, um die Strömungsverhältnisse bzw. -geschwindigkeiten der Luft zu ermitteln.
-
In der Rechnereinrichtung 3 ist vorzugsweise eine Software implementiert, die aus den ermittelten Temperatur- und Druckwerten Strömungsgeschwindigkeiten berechnet. Für den Fall, dass der Drucksensor 1 mittels bekannter Positionsdaten „weiß“, an welcher Stelle er platziert ist, kann ein einziger Drucksensor 1 aus den ermittelten Daten die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln. Fall dies nicht der Fall ist, ist für die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit wenigstens ein zweiter Drucksensor 1 erforderlich.
-
Vorzugsweise ist die genannte Software selbstlernend, was z.B. bedeuten kann, dass sie adaptive Algorithmen aufweist, die Strömungsverhältnisse langfristig erfassen und dadurch „kennenlernen“. Die Software kann im Ergebnis sogar konkrete Informationen über Stellungen von Elementen einer Lüftungsvorrichtung (z.B. Fenster offen/geschlossen, Klappe offen/geschlossen, Tür offen/geschlossen) an die Steuerungseinrichtung 5 liefern.
-
Dadurch können zentrale oder dezentrale Lüftungsvorrichtungen in ihrem Betriebsverhalten an jeweils aktuelle Strömungssituationen angepasst werden. Die genannten Lüftungsvorrichtungen können beispielsweise Stellelemente in Form von verstellbaren Klappen 11, verstellbaren Lüftern 12 bzw. regelbare Ventilatoren umfassen. Die in 2 dargestellten Pfeile stellen auf prinzipielle Art und Weise Richtungen der Luftströmungen innerhalb (Querströmungen) und außerhalb der Räumlichkeiten dar. Durch die Klappen 11 wird in der Regel ein Luftstrom in das Gebäude eingesaugt, durch die Lüfter 12 wird in der Regel ein Luftstrom aus dem Gebäude abgeführt.
-
Durch den mittels des erfindungsgemäßen Systems 20 angepassten Lüftungsstrom kann vorteilhaft ein elektrischer Energieverbrauch für die Lüfter 12 und Klappen 11 minimiert werden bzw. ein Raumkomfort durch eine angepasste Luftströmung erhöht werden. Vorteilhaft lässt sich durch die drahtlosen Drucksensoren 1, die ausschließlich per Funk mit der Steuerungseinrichtung 5 kommunizieren, ein Verdrahtungsaufwand vermeiden. Dadurch können die integrierten, funkbasierten Drucksensoren 1 auf einfache Weise an für die Messung am besten geeigneten Positionen platziert und in Bestandbauten einfach nachgerüstet werden.
-
Integrierte mikromechanische Drucksensoren sind als bekannte Standardbauteile preiswert erhältlich, wobei die Auflösung moderner Drucksensoren (z.B. vom Typ Bosch BMP180) ein hochpräzises Erfassen von Drücken erlaubt. Die genannten zweikanaligen Sensoren liefern ebenfalls ein hochauflösendes lokales Temperatursignal. Beide Informationen sind ausreichend, um erfindungsgemäß über Druck- und Temperaturdifferenzen Strömungsgeschwindigkeiten zu ermitteln.
-
3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Regeln einer Lüftungsvorrichtung. Das System 20 ist dabei in einem industriellen Reinraum mit einer Reinraumzelle 7 angeordnet. Oberhalb der Reinraumzelle 7 sind mehrere Luftduschen 13 erkennbar, welche über eine Filter- und Heizungseinrichtung 14 und/oder und eine Klimaregelungseinrichtung 15 mit einem gefilterten Luftstrom versorgt werden. Von den Luftduschen 13 abwärts erstreckt sich ein im Wesentlichen laminarer Luftstrom, welcher vor allem den Zweck hat, Staubpartikel aus der Reinraumzelle 7 abzuführen, d.h. An der Unterseite der Reinraumzelle 7 mittels Saugsystemen (nicht dargestellt) nach außen zu befördern.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mehrere drahtlose Drucksensoren 1 an diversen Positionen zum Erfassen von Strömungsgeschwindigkeiten angebracht werden. Die Drucksensoren 1 können beispielsweise auch an Personen innerhalb der Reinraumzelle 7 angebracht sein. Weiterhin kann der Drucksensor 1 an diversen weiteren Positionen (z.B. industrielle Apparate) innerhalb der Reinraumzelle 7 angeordnet sein. Durch eine mittels der erfassten Strömungen angepasste Strömungsgeschwindigkeit des laminaren Luftstroms kann somit eine störende Verwirbelung und dadurch eine potentielle Staubquelle ausgeschaltet werden. Die prinzipielle Funktionsweise mittels der Funkschnittstelle 4 ist dieselbe wie bereits oben anhand von 2 erläutert worden ist.
-
Im Ergebnis werden somit vorteilhaft Luftströmungen innerhalb der Reinraumzelle 7 durch die von der Steuerungseinrichtung 5 angesteuerte Filter- und Heizungseinrichtung 14 und/oder der Klimaregelungseinrichtung 15 geregelt. Mit der geregelten Luftströmung lässt sich auf diese Weise eine Luftreinheit, d.h. ein wichtiger Parameter für industrielle Reinräume, regeln.
-
Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung ein Drucksensor, ein System und ein Verfahren bereitgestellt, welche auf einfache und komfortable Weise eine adaptive Regelung eines Lüftungszustands innerhalb einer Räumlichkeit erlauben. Mittels vernetzter, dezentral positionierter „intelligenter“ Drucksensoren, welche Strömungszustände im Umfeld der Drucksensoren erfassen können, werden Daten, die einen Strömungszustand im Umfeld der Drucksensoren repräsentieren, über eine Funkschnittstelle an eine zentrale Steuerungseinrichtung übermittelt.
-
In der Folge werden mittels der Steuerungseinrichtung Stellelemente einer Lüftungsvorrichtung betätigt und dadurch eine Strömungssituation angepasst. Das erfindungsgemäße System ist skalierbar, so dass im Ergebnis Aufgaben auf einer höheren Abstraktionsebene mit Daten, die auf einer niedrigeren Abstraktionsebene ermittelt wurden, ausgeführt werden können.
-
Die angestrebte Strömungssituation ist vorteilhaft vordefiniert, so dass auf diese Weise ein Energieverbrauch der Lüftungsvorrichtung minimiert wird, ein Betriebsverhalten von Elementen der Lüftungseinrichtung zeitgesteuert wird, eine Luftströmung vordefiniert eingestellt (z.B. minimiert) wird, usw. Vorteilhaft ist ein herkömmlicher Drucksensor mittels einer Rechnereinrichtung und einer Funkschnittstelle einfach und kostengünstig zu einem erfindungsgemäßen funkbasierten Drucksensor nachrüstbar.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Insbesondere sind die genannten Beispiele für Räumlichkeiten und Lüftungsvorrichtungen lediglich beispielhaft. Es ist natürlich auch denkbar, die Erfindung für jegliche Situationen zu verwenden, in denen gasförmige Fluide in Räumlichkeiten definiert bewegt werden sollen.
-
Der Fachmann wird also die beschriebenen Merkmale der Erfindung in geeigneter Weise abändern oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
