DE3409129C2

DE3409129C2 - Meßeinrichtung für Sonnenstrahlung

Info

Publication number: DE3409129C2
Application number: DE19843409129
Authority: DE
Inventors: Karl Albert 7000 Stuttgart Krieger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1986-05-28
Also published as: CH668479A5; ATA67985A; DE3409129A1; AT390675B

Abstract

Durch die Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Intensität von z. B. von der Sonne stammender elektromagnetischer Strahlung geschaffen, wobei unterscheidbar ist, ob die Strahlung direkt oder indirekt von der Strahlungsquelle eingestrahlt wird. Dabei wird die Temperatur der Außenluft sowie die durch direkte Bestrahlung bewirkte Temperaturveränderung eines Körpers gemessen und beide Temperaturen werden in einer elektronischen Schaltung miteinander verglichen.

Description

2. Meßeinrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der erste uE^J.der zweite Meßkopf (41,51) in einem gemeinsamen Gehäuse (104) angeordnet sind und daß der erste i>A;ßkopf (41) in Richtung auf die Sonnenstrahlung durch eine für die Sonnenstrahlung durchlässige Scheibe abgedeckt ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe für ausgewählte Wellenlängenbereiche durchlässig ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verstellbare Blenden (21,22, 23) vorgesehen sind, durch welche Sonnen-Einstrahlungsbedingungen an der Meßeinrichtung einstellbar sind.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßköpfe (41,51) kugelförmig ist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßköpfe (41,51) kegelförmig ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßköpfe (41,51) zylinderförmig ist.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßköpfe (41,51) parabolisch, elipsoid oder hyperbolisch geformt ist.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßköpfe (41,51) die Oberfläche vergrößernde Einbuchtungen aufweist.

10. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß für zumindest einen der Temperaturfühler (42, 52) ein auf Temperaturänderungen bezüglich seiner elektrischen Eigenschaften reagierendes Bauteil vorgesehen ist.

11. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß für zumindest

einen der Temperaturfühler (42,52) ein auf Temperaturänderungen mit einer Druck- und/oder Volumenänderung reagierendes Bauteil vorgesehen ist, wobei die Druck- und/oder Volumenänderung in ein elektrisches Signal gewandelt wird.

12. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Windstärken-Meßeinrichtung vorgesehen ist, weJohe bei Oberschreiten einer vorgebbaren Windstärke eine vor zumindest einen der Meßköpfe (41, 51) bewegbare Schutzscheibe beaufschlagt

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Sonnenstrahlung, die in einer Anlage zur Steuerung einer an einem Fenster angeordneten Sonnenschutzanlage verwendet wird.

Aus der GB-OS 21 05 460 ist eine Strahlungs-Meßeinrichtung bekannt, die insbesondere für eine Alarmanlage vorgesehen ist, bei welcher die von einem Eindringling abgegebene Infrarotstrahlung ermittelt wird. Eine Filterscheibe sperrt den Durchgang des sichtbaren Lichtes und läßt lediglich Infrarotstrahlung auf den Meßfühler gelangen. Der Meßfühler ist doppelt vorhanden, wobei durch diese Doppel-Anordnung lediglich die Korrektur der Messung in dem Sinne durchgeführt werden soll, daß Umwelteinflüsse wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit usw. kompensiert werden. Deshalb ist durch eine strahlungsundurchlässige Blende einer der beiden Meßfühler so weit abgedeckt, daß ihn die zu erwartende Infrarotstrahlung nicht erreichen kann. Es ist aber auch der andere Meßfühler teilweise abgedeckt oder abgeschattet, so daß er im Unterschied zum Erfindungsgegenstand nicht ungehindert einer auftreffenden Strahlung ausgesetzt ist.

Weiterhin ist es aus der US-PS 43 55 896 bekannt, Wirkungen zu vergleichen, die einerseits von direkter und andererseits von indirekter Strahlung ausgehen. Es wird in dieser Druckschrift grundsätzlich eine Einrichtung beschrieben, welche dazu dienen soll, den relativen Anteil der Bewölkung des sichtbaren Himmels zu ermitteln und anzuzeigen. Dazu ist bei dieser bekannten Einrichtung vorgesehen, einerseits durch statische Maßnahmen wie Blenden oder eine Abschirmung und andererseits durch dynamische Vorkehrungen wie mechanische Drehung der Aufnehmer einmal die direkte, sichtbare Strahlung der Sonne und zum zweiten die direkte,

so sichtbare Strahlung des übrigen Himmels (ohne Sonne) getrennt zu erfassen und die ermittelten Werte manuell oder automatisch miteinander zu vergleichen. Auf diese Weise soll der Bewölkungsgrad des Himmels ermittelt werden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 27 13 874 ein Kalorimeter bekannt, welches die Schweißenergie eines Laserstrahles ermitteln soll. Dazu wird die durch Bestrahlung bewirkte Temperaturänderung eines Körpers und die Umgebungstemperatur gemessen und unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur die Intensität der Strahlung bestimmt.

Weiterhin ist es aus der DE-AS 22 14 904 bekannt, eine Differenzierung zwischen direktem und indirektem Sonnenlicht dadurch vorzunehmen, daß über eine um-

ίό laufende Schlitzblende eine weitgehende Verminderung ties indirekten Tageslichtes erreicht wird und unter Ausnutzung einer Für diesen Zweck herangezogenen Gc-M.'1/mäßigkcit eine Information darüber gewonnen wer-

den soll, ob die Sonne scheint. Es soüen dabei bis zu vier Fotowiderstände im gleichen Winkelabstand Signale an eine Auswahlschaltung liefern, um eine Aussage darüber zu erreichen, ob in einem vorgegebenen Sehwinkel ein Sonnenschein zu beobachten ist.

In Gebäuden, deren Räume zu Wohn- oder Arbeitszwecken genutzt werden, ist es häufig wünschenswert, die Einstrahlung des Tageslichtes so einzurichten, daß zwar eine ausreichende Beleuchtung, nicht aber eine Blendung der Personen erreicht wird. Daneben soll die eintretende Bestrahlung aber auch so bemessen sein, daß die erwünschte Temperierung der Räume nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere direkte Sonneneinstrahlung kann aber die durch Heiz- oder Klimaanlagen geregelte Temperatur im Raum erheblich beeinflussen. Diese Zusammenhänge sind seit langem bekannt, weshalb z. B. Fenster mit Gardinen versehen werden, weiche die direkte Einstrahlung des Sonnenlichtes verhindern, aber trotzdem genügend indirekte Licht-Strahlung bewirken, um eine ausreichende Beleuchtung des Raumes zu erreichen. Neben den Gardinen haben sich in jüngerer Zeit besonders Jalousien oder /alousetten zur diffusen Reflexion der Direktstrahlung durchgesetzt Besonders die aus beweglichen Lamellen zusammengesetzten Jalousetten eignen sich zur automatischen Steuerung und Regelung des in den Raum eintretenden Lichtes. Bei starker Lichteinstrahlung werden die Lamellen in den Lichtweg bewegt, um eine Streuung der Sonnenstrahlung zu bewirken. Auch Markisen oder andere Sonnenschutzeinrichtungen können in entsprechender Weise automatisch betätigt werden.

Für eine derartige automatische Steuerung der Abschattungs- und/oder Diffusionseinrichtungen, wie Jalousetten, Markisen und dgl., sind Meß-Vorrichtungen erforderlich, welche die in den Raum eintretende Lichtmenge ermitteln.

Herkömmliche Einrichtungen zum Messen der Intensität von z. B. von der Sonne stammender elektromagnetischer Strahlung weisen in der Regel ein lichtempfindliches bauteil, wie z. B. einen Fotowiderstand, auf, mittels welchem die einfallende Beleuchtungsstärke oder die Leuchtdichte ermittelt wird. Entsprechend den so gemessenen Licht-Werten wird über eine Steuer- und Regelungseinrichtung die Sonnenschutzeinrichtung mehr oder weniger geschlossen oder geöffnet. Auch ist es im Stand der Technik bekannt, aas zum Fotowiderstang gelangende Licht mittels eines (meist roten) Filters auf einen bestimmten Wellenlängenbereich einzuengen oder auch den Fotowiderstand selbst so auszuwählen, daß er nur hinsichtlich bestimmter Wellenlängenbereiche (meist des roten Spektralanteiles des Sonnenlichtes; wirksam ist.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Messen der Intensität elektromagnetischer Strahlung haben den wesentlichen Nachteil, daß sie nicht genau zu unterscheiden vermögen, ob das einfallende Licht direkt oder indirekt in den Raum eingestrahlt wird. Bei gleichergemessener Beleuchtungsstärke b?w. Leuchtdichte wird unabhängig davon, ob die Strahlung direkt oder indirekt einfällt, die Abschattungseinrichtung in gleicher Weise gesteuert. Dabei bleibt unberücksichtigt, daß sowohl physikalisch als auch physiologisch und psychologisch ein großer Unterschied darin besteht, ob die Strahlung direkt oder indirekt in den Raum einfällt oder nicht. Auch bei glei'-hen Lichtmengen, wie sie beispielsweise mit einem herkömmlichen Fotowiderstand gemessen werden, hat die direkte Lichteinstrahlung im Raum eine stärkere Wärmewirkung als die indirekte Strahlung. Diese stärkere Warmewirkung erstreckt sich nicht nur auf die im Raum angeordneten Gegenstände, wie Möbel u. dgl- und die Raumluft, sondern auch auf die im Raum anwesenden Personen. Der Mensch empfindet die einfallende Direktstrahlung der Sonne — auch bei gleichen Lichtmengen — wesentlich intensiver als indirektes, durch die Wolken gestreutes Licht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß es möglich wird, besonders exakt und zuverlässig die Sonnenschutzanlage in Abhängigkeit davon zu steuern, ob direktes oder indirektes Sonnenlicht auf das Fenster auf trifft

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor.

daß a) zumindest ein mit einem Temperaturfühler versehener erster Meßkopf vorgesehen ist, der der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt ist und der so ausgebildet ist, daß er die Sonnenstrahlung absorbiert, b) ein mit einem Temperaturfühler versehener zweiter Meßkopf in einem Gehäuse, abgeschattet gef. ϊ-.iüber der direkten Sonnenstrahlung angeordnet ist. c) der erste Meßkopf gegenüber dem Luftraum, der den zweiten Meßkopf umgibt, wärmeisoliert angeordnet ist, d) der zweite Meßkopf durch Öffnungen im Gehäuse mit der das Gehäuse umgebenden Luft thermisch in Verbindung steht, und e) die Temperaturfühler an eine elektronische Auswerteschaltung angeschlossen sind, welche ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der durch die Temperaturfühler ermittelten Temperaturaiffcrenz erzeugt.

Nach der Erfindung wird also nicht die Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte erfaßt, es wird vielmehr ermittelt, ob eine bestimmte Lichtmenge direkt von der Sonne stammt oder beispielsweise in den Wolken gestreut wurde.

Die Erfindung macht sich also die Erkenntnis zunutze, daß ein direkter elektromagnetischer Strahlung ausgesetzter Körper sich stärker erwärmt als die umgebende Luft. Aus einem Vergleich der Temperatur de", direkt von der Strahlungsquelle bestrahlbaren Körpers mit der Temperatur der Außenluft ergibt sich also ein Maß dafü:, ob und wie weit direkte Einstrahlung vorliegt oder nicht. Je mehr direkte Strahlung auf den Körper fällt, um so größer wird die ermittelte Temperaturdifferenz sein.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der ersten und der zweite Meßkopf in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und daß der erste Meßkopf in Richtung auf die Sonnenstrahlung durch eine für die Sonnenstrahlung durchlässige Scheibe abgedeckt ist. Die Scheibe wird dabei vorzugsweise so ausgewählt, daß sie nur für besondere Wellenlängenbereiche der Sonnenstrahlung durchlässig ist, so daß die durchgelassene Bestrahlung den Absorptionseigenschaften des Meßkopf-Körpers angepaßt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandts kann auch vorgesehen sein, daß verstellbare Blenden vorgesehen sind, durch welche Sonnen-Einstrahlungsbedingungen an der Meßeinrichtung einstellbar sind.

Eine bessere konvektive Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe ergibt sich dadurch, daß zumindest einer der Meßköpfe die Oberfläche vergrößernde Einbuchtungen aufweist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes

b5 sind aus Unteransprüchen ersichtlich.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert: in dieser zeigt
Fig. I eine Darstellung der Meßeinrichtung;

F i g. 2 einen Schnitt durch die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie A-A; und

F i g. 3 einen Schnitt durch die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie B-B.

Fig. I zeigt die insgesamt mit dem Bezugszeichen ; 100 versehene Vorrichtung, die von einem Gehäuse 104 umfangen wird. Das Gehäuse 104 wird von einem äußeren Luftraum 102 umgeben.

Gemäß F i g. 2 sind im Gehäuse 104 zwei Meßköpfe 41,51 angeordnet, welche mittels einer thermisch isolierenden Scheibe 31 voneinander getrennt sind. Der erste Meßkopf 41 ist so ausgebildet, daß er die zu messende Sonnenstrahlung absorbiert. Seine Oberfläche ist also beispielsweise geschwärzt. Weiterhin ist der erste Meßkopf 41 so angeordnet, daß er möglichst gut gegen den den Meßkopf 51 umgebenden Luftraum wärmeisoliert ist, so daß sich seine Temperatur schnell je nach der einfallenden Direktstrahlung ändern kann. Die von der Sunritr ciiifaiieiiue Strahlung muß aiso direkten Zugang zum Meßkopf 41 haben, so daß sich auf dem Lichtweg zwischen Meßkopf 41 und Strahlungsquelle keinerlei Hindernisse befinden dürfen, es sei denn die eine indirekte Strahlung verursachenden Objekte, wie Wolken.

Der zweite Meßkopf 51 ist hingegen gegenüber der Sonne abgeschattet und gegenüber der Umgebungsluft 102 nicht thermisch isoliert, sondern steht vielmehr in gut wärmeleitendem Kontakt zu dieser. Hierzu sind Öffnungen 33 im Gehäuse 104 vorgesehen, durch welche die Luft aus dem umgebenden Luftraum 102 in das Gehäuse 104 eintreten kann. Diese Umgebungsluft gelangt dabei auch in Kontakt zum ersten Meßkopf 41. Mittels der verschiebbaren Blenden 21, 22 und 23 können die beiden Meßköpfe 41 und 51 entsprechend allen möglichen Einstrahlungsbedingungen so positioniert werden, daß der erste Meßkopf 41 direkt bestrahlt wird, während der zweite Meßkopf 51 gegenüber der Sonne ab-

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Beide Meßköpfe 41 und 51 sind jeweils mit einem Temperaturfühler 42, 52 versehen, welche die Körper-Temperatur der Meßköpfe 41, 51 ermitteln und in eine elektronische Steuerung (nicht gezeigt) eingeben. Aus der durch die Temperaturfühler 42 und 52 ermittelten Temperaturdifferenz zwischen den Meßköpfen 41 und 51 läßt sich bestimmen, ob und wie weit eine direkte Einstrahlung erfolgt. Hat der Meßkopf 41 gegenüber dem Meßkopf 51 eine erhöhte Temperatur, so liegt direkte Einstrahlung vor. Dementsprechend wird die von der Steuerung beaufschlagte Sonnenschutzvorrichtung zur Abschattung des Raumes und zur Streuung des eingestrahlten Lichtes bewegt.

Gemäß den F i -g. 2 und 3 sind in der Rückwand 12 des Gehäuses 104 öffnungen 14 vorgesehen, mit denen die Vorrichtung an einer Wand befestigbar ist.

Außerdem ist in der F i g. 2 eine Schraube 32 für Befestigungszwecke dargestellt. 55

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung für Sonnenstrahlung, die in einer Anlage zur Steuerung einer an einem Fenster angeordneten Sonnenschutzanlage verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zumindest ein mit einem Temperaturfühler (42) versehener erster Meßkopf (41) vorgesehen ist, der der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt ist und der so ausgebildet ist, daß er die Sonnenstrahlung absorbiert,

b) ein mit einem Temperaturfühler (52) versehener zweiter Meßkopf (51) in einem Gehäuse (104), abgeschattet gegenüber der direkten Sonnenstrahlung, angeordnet ist,

c) der erste Meßkopf (41) gegenüber dem Luftraum, der den zweiten Meßkopf (51) umgibt, wärmeisoliert angeordnet ist,

d) der zweite Meßkopf (51) durch Öffnungen (33) im Gehäuse (104) mit der das Gehäuse (104) umgebenden Luft (102) thermisch in Verbindung steht, und

e) die Temperaturfühler (42,52) an eine elektronische Auswerteschaltung angeschlossen sind, welche ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der durch die Temperaturfühler (42, 52) ermittelten Temperaturdifferenz erzeigt.