Sensoren für Temperatur, Feuchte, CO2 & Luftqualität

Innenraumklima messen (und regeln) Dipl. Ing. Frank Neudecker

Thermokon Sensortechnik GmbH

Empfinden

• Nach DIN EN 15251 ist für den Menschen thermische Behaglichkeit gegeben, wenn er mit Temperatur, Feuchte und Luftbewegung in seiner Umgebung zufrieden ist und weder wärmere noch kältere, weder trockenere noch feuchtere Raumluft wünscht.

• Dabei ist es weitgehend unerheblich, ob sich Personen in einem klimatisierten Raum oder in einem fensterbelüfteten Raum befinden. Das Empfinden ist in beiden Fällen vergleichbar.

Empfinden : Genetische Unterschiede• Männern und Frauen empfinden Temperatur unterschiedlich • Testosteron beschert Männern eine größere Muskelmasse, die ständig Wärme

erzeugen. Das gibt Männern einen größeren Wärmevorrat. • Die dickere Haut der Männer verringert die Verluste durch Wärmeabstrahlung.

Frauen sind also in puncto Temperaturempfinden im wahrsten Sinne des Wortes dünnhäutiger.

• Frauen reagieren besonders empfindlich auf Feuchtigkeit und Wind. Dadurch ist es Frauen bei hoher Luftfeuchtigkeit und Zugluft bis zu 5 °C kälter als Männern.

Quelle: www.hypnose-doktor.de

Einfluss der Temperatur auf die Leistungsfähigkeit

Aus mehreren Studien gemittelt:

Leistungsabfall • über 25 °C: 2 % je K• unter 21 °C: 4 % je K

(siehe SEPPÄNEN, FISK (2004): Control of Temperature for Health and Productivity in Offices

Wärmeverluste reduzieren….

Quelle: Interpane - Superwarmglas iplus 3C E

Quelle: www.hausundgrund-rlp.de/tl_files/hug_rlp/content_images/waermedaemmung_fassade_arbe.jpg

Luftdicht verpackt…..

Quelle: Welt vom 5.10.14, Harald Czycholl „So bekommen Sie trotz Dämmungswahn noch Luft

Nicht nur die Wärme bleibt drin….

Quelle: http://www.shop-apotheke.com/pix/themenshops/kv/250_queisser_stozzon_kv.jpgQuelle: http://www.eltern.de/foren/was-eltern-gern-kochen-kinder-gern-essen/1093835-topfgucker-montag-den-11-06-2012-a.html

Quelle: Berliner Zeitung, vom 1.8.2013, „Wenn‘s dem Nachbarn stinkt“

Quelle: 3.bp.blogspot.com

Feuchtigkeit muss raus….

• In Ruhe gibt jeder Mensch pro Tag etwa 1l Wasser ab.

• Bei Aktivität auch (deutlich) mehr.

Quelle: http://luftentfeuchter-ratgeber.info/

Folgen dichter / isolierter Gebäudehülle

• vermehrter Einsatz von Lüftungsanlagen

• Kontrolle von Feuchte & Luftqualität im Innenraum erforderlich

• CO2 bei den in Innenräumen üblicherweise auftretenden Konzentrationen kein unmittelbares Gesundheitsrisiko

• Von Personen abgesonderte Geruchsstoffe, sind oft mengenmässig an CO2-Konzentration gekoppelt

• CO2-Konzentration als Indikator für die Luftqualität im Raum

Kohlendioxid (CO2)• CO2 ist ein unsichtbares,

geruchloses Gas. • in der natürlichen Umgebungsluft

mit ca. 400 ppm vorhanden. • Beim Atmen nimmt der Mensch

Umgebungsluft und damit Sauerstoff (O2) auf. Im Körper wird ein Teil des Sauerstoffs in CO2 umgewandelt und mit der Atmung ausgeschieden (ca 4000 ppm)

• Im Mittel gibt jeder Mensch pro Stunde 18l reines CO2 ab.

Physiologische Wirkung von CO2

• In erhöhter Konzentration Beeinträchtigung von (geistiger) Leistungsfähigkeit und Konzentration sowie Müdigkeit bis hin zu Kopfschmerzen möglich.

• Gesetzlich definierte MAK-Grenze (Maximale Arbeitsplatzkonzentration) liegt bei 0,5 Vol.-% (5000ppm). Dies ist der höchste Konzentrationswert, dem ein Arbeiter über 8 Stunden aus-gesetzt sein darf.

Schlechte Luft & Unzufriedenheit

• Ca. 10% aller Anwesenden sind schon bei einer CO2-Konzentration von 300 ppm über der Außenluft mit der Luftqualität unzufrieden.

• 30 % Unzufriedene treten bei 1.200 ppm über der Außenluftkonzentration auf.

Unzufriedene in Abhängigkeit der CO2-Konzentration (CEC 1992)K. Fitzner, U. Finke: Lüftungsregeln für freie Lüftung

CO2 und Zuluft

Ohne aktive Lüftung nur Infiltration. Fensterbelüftete Räume, bspw Schulen erreichen im Winter nicht selten CO2-Konzentrationen von 5.000 ppm (MAK) und mehr

Maschinell belüftete Büroräume halten i.d.R. den Richtwert für die CO2-Konzentration ein.

CO2 Sensor - Messprinzip

Result = Value in ppm (Parts per Million)

Sensor: NDIR (Non Dispersive Infrared)

Auto-Kalibrierung

AutomaticBackgroundCalibration-Logik

• Abgleich an ext. Referenz • Aussenluftkonzentration =400ppm• MUSS: Referenzwert 1x täglich • Nicht nutzbar bei 24/7 (bspw.

Krankenhaus, Casino, Tierhaltung, Gewächshaus

• Nicht geeignet für bedarfsgeregelte Lüftungsanlagen

Dual Beam, Dual Channel

• Abgleich an interner Referenz• 2 IR Strahler oder Strahlteiler • Geeignet für alle Anwendungen• Messungenauigkeit etwas

grösser als mit ABC™-Logik

CO2 & VOC im Besprechungszimmer

Quelle: http://www.eltern.de/foren/was-eltern-gern-kochen-kinder-gern-essen/1093835-topfgucker-montag-den-11-06-2012-a.html

VOC - Wirkung auf Wohlbefinden

• weites Spektrum– niedrige Konzentration: sensorische Wahrnehmungen (Gerüche,

Reizerscheinung) – hohe Konzentrationen: toxische Effekte möglich– Bestimmte VOC (z. B. Benzol) sind krebserregend.

• Gemische von VOC können unspezifische Effekte auslösen. – Besonders: Reizungen an den Schleimhäuten der Augen, Nase und

Atemwege.– Daneben: Kopfschmerzen, Müdigkeit, Konzentrationsschwäche,

Übelkeit, erhöhte Körpertemperatur und andere unspezifische Symptome

Woher kommen VOC ?

• Ausgasungen aus Bodenbelägen• Ausgasungen aus Möbeln (Formaldehyd)• Kantine, Küche• Reinigungs- / Putzmittel• Kollegen (Parfum)• Klimaanlagen (kontaminierte Filter)• Laserdrucker, Photokopierer• (heisse) Elektronik

Laserdrucker als VOC-Quelle

• Ultrafeine (Toner-) Partikel, sog. Nanopartikel• Nanopartikel gehen direkt über die Lunge ins Blut• Nanopartikel werden als winzige VOC-Flüssigkeitströpfchen

freigesetzt, die im Drucker beim Aufschmelzen des Toners auf das Papier verdampfen und in der kühleren Luft außerhalb des Druckers wieder kondensieren.

• In Versuchen enthalten nur 1-2 % der freigesetzten ultrafeinen Partikel Stoffe, die aus dem Toner stammen könnten.

• Der größte Teil dieser VOC stammt nicht aus dem Toner, sondern aus dem Papier und möglicherweise auch aus Schmierstoffen des Druckwerks.

VOC Sensor

• Beheizter katalytischer Sensor beschichtet mitspeziellen Metalloxyden

• typische Betriebstemperatur 300 - 400 °C• VOC Molekül tauscht mit dem Metalloxyd auf

der Oberfläche Sauerstoffatom(e) gegenElektronen und wird dabei oxydiert (verbrannt)

• Metalloxyd wird durch Elektronenaufnahme zuMetall reduziert -> Leitfähigkeit nimmt zu.

• Die erhöhte Leitfähigkeit wird gemessen.• Der Luftsauerstoff oxidiert das heiße Metall

wieder und der Prozess beginnt von vorne.• Nebeneffekt: Sensor zerstört VOCs

Bedarfsgeregelte Lüftungsanlagen

• Ausgelegt für max. Raum/Gebäudebelegung• Frischluftbedarf = f(Anzahl der Personen im Raum)• Frischluftbedarf = f(Aktivität der Personen im Raum)• Ebenso Bedarf an Frischluft bzw Fortluft zur

Feuchtigkeitsabfuhr

Einsparpotenzial durch GLT (EN15232)

3:1

Quelle: Prof. Dr. Michael Krödel, Whitepaper: Anforderungen an Gebäudeautomation aufgrund der EnEV 2014 und Konsequenzen für Sensoren und Aktoren

Energie-Monitoring - EN50001

Reicht Ihnen das ?

• Reicht die zeitliche Auflösung der BMS Daten ? • Sind die BMS Sensoren nicht optimal plaziert ?• Reicht der Lastgang aus oder wäre es nicht auch hilfreich

zu wissen, warum Heizung / Kühlung, etc zusätzliche Energie brauchen ?

• Wollten Sie schon immer Nutzerbeschwerden messtechnisch nachgehen ?

ClimaView – Monitoring mit energieautarken Funksensoren

• frei plazierbar

• batterielos

• kabellos

• wartungsfrei

• unabhängig

• preiswerter

Standardsensoren

• IP basiert

• mobil

Sensordaten

» Nur ein System für die verschiedensten Messwerte und

Zählerstände

» Unbegrenzte Anzahl an Sensoren

» Optimale Prozess- und Datensicherheit

» Erfordert lediglich geringe Eingriffe in bestehende Anlagen und

Gebäude

» Wartungsfreie, preiswerte Standard EasySens®-Sensoren

» Funksensoren nach intl. Standard IEC 14543-3-10

» Unterstützung eines systematischen Energiemanagements nach

DIN EN ISO 50001, des Monitorings der Luftqualität nach DIN EN

13779 und ISO 7730 (thermische Behaglichkeit)

» Unabhängig von der GLT

» Keine Auswertung

» Keine Berichte

» CSV-Datenexport

Warum kabellos & batterielos?• Schwer erreichbare Sensorpositionen• Kostengünstiger als kabelgebunden• Schnelle Installation / Integration• Ideal für Nachrüstung und Denkmalschutz• Optimale Sensorpositionierung: Messen wo es

am Besten ist und nicht wo das Kabel endet. • Unerreichte Flexibilität bei Änderungen der

Raumaufteilung• Wartungsfrei• Kein problematischer, toxischer Abfall

3 Energieerzeuger

kinetic• Dynamo-Prinzip

solar • Solarer Taschenrechner

thermisch• Temperaturddifferenz

EnOcean = Standard

• Funk Kommunikation mit Energy Harvesting

• Untere Lagen des OSI Modells definiert in ISO/IEC 14543-3-10

• Obere Schichten definiert in EnOcean Equipment Profiles(EEP) der EnOcean Alliance (intellectual property of the EnOcean Alliance)

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