AT390675B

AT390675B - Messeinrichtung fuer sonnenstrahlung

Info

Publication number: AT390675B
Application number: AT67985A
Authority: AT
Inventors: Karl Albert Krieger
Original assignee: Karl Albert Krieger
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1985-03-07
Publication date: 1990-06-11
Also published as: CH668479A5; ATA67985A; DE3409129C2; DE3409129A1

Description

Nr. 390 675

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Sonnenstrahlung, die in einer Anlage zur Steuerung einer an einem Fenster, einer Tür oder an dergleichen Öffnungen angeordneten Sonnenschutzanlage verwendet wird, mit einem ersten mit einem Temperaturfühler versehenen Meßkopf, der der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt ist und diese absorbiert, und einem zweiten mit einem Temperaturfühler versehenen Meßkopf, der der Sonnenstrahlung nicht ausgesetzt ist und wobei die Temperaturfühler an eine elektronische Auswerteschaltung angeschlossen sind, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der durch die Temperaturfühler ermittelten Temperaturdifferenz erzeugt

Eine derartige Meßeinrichtung ist aus der DE-OS 1 588 225 bekannt. Hiebei wird mit einem ersten fotoelektrischen Element die Beleuchtungsstärke der direkten Sonneneinstrahlung gemessen und ein zweites fotoelektrisches Element ermittelt die allgemeine Grundhelligkeit der Umgebung. Die Ausgangssignale der beiden Fotoelemente werden zur Ansteuerung beispielsweise einer Markise in der Weise ausgewertet, daß das Schließen der Markise nur beim Vorliegen eines vorgegebenen Helligkeitsunterschiedes erfolgt.

Ferner ist in der US-PS 4 355 896 eine Meßeinrichtung beschrieben, welche dazu dienen soll, den relativen Anteil der Bewölkung des sichtbaren Himmels zu ermitteln und anzuzeigen.

Zu diesem Zweck wird ein lichtempfindlicher Sensor unmittelbar der Sonneneinstrahlung ausgesetzt, während weitere Sensoren mittels Lichtblenden abgeschattet sind, um diejenigen Bereiche des Himmels zu erfassen, welche kein direktes Sonnenlicht enthalten. Aus den jeweils ermittelten Werten wird ein die relative Bewölkung des Himmels kennzeichnender Wert abgeleitet.

Schließlich ist aus der GB-OS 21 05 460 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 diese Doppel-Anordnung lediglich die Korrektur der Messung in dem Sinne durchführen soll, daß Umwelteinflüsse wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit u. s. w. kompensiert werden. Deshalb ist durch eine strahlungsundurchlässige Blende einer der beiden Meßfühler soweit 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.

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 Soneneinstrahlung 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, welche 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 Jalousetten 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 oder 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, das zum Fotowiderstand 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 zu unterscheiden vermögen, ob das einfallende Licht direkt oder indirekt in den Raum eingestrahlt wird. Bei gleicher gemessener Beleuchtungsstärke bzw. 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 einfallt oder nicht. Auch bei gleichen 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 Wärmewirkung 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 -2-

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Wolken gestreutes Licht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung für Sonnenstrahlung, die in einer Anlage zur Steuerung einer an einem Fenster angeordneten Sonnenschutzanlage verwendet wird, derart auszubilden, daß es möglich wird, die Sonnenschutzanlage besonders exakt und zuverlässig in Abhängigkeit davon zu steuern, ob direktes oder indirektes Sonnenlicht auftrifft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßköpfe in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei der erste Meßkopf gegenüber dem zweiten Meßkopf thermisch isoliert ist und der zweite Meßkopf durch Gehäuseöffnungen mit der Umgebungsluft thermisch in Verbindung steht.

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 des direkt von der Strahlungsquelle bestrahlbaren Körpers mit der Temperatur der Außenluft ergibt sich also ein Maß dafür, · ob und wie weit direkte Einstrahlung vorliegt oder nicht. Je mehr direkte Strahlung auf den Körper fallt, um so größer wird die ermittelte Temperaturdifferenz sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste und der zweite Meßkopf durch eine für Sonneneinstrahlung durchlässige, jedoch thermisch isolierende Scheibe voneinander getrennt angeordnet sind.

Der erste für die Messung der direkt einfallenden Strahlung vorgesehene Meßkopf ist thermisch so mit der Außenluft verbunden, daß er sich einerseits bei plötzlich auftretender, direkter Sonneneinstrahlung schnell erwärmt, und andererseits bei plötzlichem Verschwinden der Sonne (hinter z. B. Wolken) schnell abkühlt. Für den ersten Fall ist eine gewisse mäßige Isolierung, für den zweiten Fall ist ein guter thermischer Kontakt zur Außenluft erforderlich. Experimentell hat sich ein Konvektionskontakt zwischen Meßkopf und Außenluft als hiefür geeignet erwiesen. Sind mehrere Strahlungsquellen denkbar, so erfolgt die Abdeckung des Meßkopfes in Richtung auf alle möglichen Strahlungsquellen.

Die Scheibe wird dabei vorzugsweise so ausgwählt, daß sie für ausgewählte Wellenlängenbereiche durchlässig ist, so daß die durch gelassene Bestrahlung den Absorbtionseigenschaften des Meßkopf-Körpers anpaßbar ist.

Auch ist es möglich, daß verstellbare Blenden vorgesehen sind, durch welche die Sonneneinstrahlungsbedingungen an der Meßeinrichtung in der Weise einstellbar sind, daß der erste Meßkopf direkt bestrahlt und der zweite Meßkopf abgeschattet ist

Hiedurch wird erreicht, daß dann dieser eine Meßkopf nicht mehr direkte Strahlung absorbieren kann, so daß sich seine Temperatur derjenigen der Umgebungsluft anpassen wird.

Bei all diesen Auführungsformen ist es vorteilhaft, wenn zumindest einer der Meßköpfe die Oberfläche vergrößernde Einbuchtungen aufweist, wodurch sowohl der Wärmeaustausch des abgeschatteten Meßkopfes mit der Umgebungsluft als auch der des anderen Meßkopfes mit der Sonneneinstrahlung noch verbessert werden kann.

Wenn für zumindest einen der Temperaturfühler ein auf Temperaturänderungen mit einer Druck- und/oder Volumenänderung reagierender Bauteil vorgesehen ist, wobei die Druck- und/oder Volumenänderung in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, kann ein besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung erzielt werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann bei all diesen Ausführungsformen eine Windstärken-Meßeinrichtung vorgesehen sein, welche bei Überschreiten einer vorgebbaren Windstärke eine vor zumindest einen der Meßköpfe bewegbare Schutzscheibe beaufschlagt Durch diese Maßnahme wird eine wirksame Schutzvorrichtung für die Meßanlage geschaffen, die dadurch auch für rauhe Einsatzgebiete geeignet ist.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des die eifindungsgmäße Vorrichtung aufnehmenden Gehäuses;

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie (A-A); und

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie (B-B).

Fig. 1 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 Fig. 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 elektromagnetische Strahlung 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 zu berücksichtigenden Strahlungsquelle einfallende Strahlung muß also 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 zu vermessenden Strahlungsquelle 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 -3-

Claims

Nr. 390 675 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 Strahlungsquelle (oder den Strahlungsquellen) abgeschattet ist. 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 direkt Einstrahlung vor. Dementsprechend wird die von der Steuerung beaufschlagte Sonnenschutzvorrichtung zur Abschattung des Raumes und zur Streuung des eingestrahlten Lichtes bewegt Gemäß den Fig. 2 und 3 sind in der Rückwand (12) des Gehäuses (104) Öffnungen (14) vorgesehen, mit denen die Vorrichtung an einer Wand befestigbar ist. PATENTANSPRÜCHE 1. Meßeinrichtung für Sonnenstrahlung, die in einer Anlage zur Steuerung einer an einem Fenster, einer Tür oder an dergleichen Öffnungen angeordneten Sonnenschutzanlage verwendet wird, mit einem ersten mit einem Temperaturfühler versehenen Meßkopf, der der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt ist und diese absorbiert, und einem zweiten mit einem Temperaturfühler versehenen Meßkopf, der der Sonnenstrahlung nicht ausgesetzt ist und wobei die Temperaturfühler an eine elektronische Auswerteschaltung angeschlossen sind, die ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der durch die Temperaturfühler ermittelten Temperaturdifferenz erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe (41), (51) in einem Gehäuse (104) angeordnet sind, wobei der erste Meßkopf (41) gegenüber dem zweiten Meßkopf (51) thermisch isoliert ist und der zweite Meßkopf (51) durch Gehäuseöffnungen (33) mit der Umgebungsluft thermisch in Verbindung steht.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Meßkopf (41), (51) durch eine für Sonneneinstrahlung durchlässige, jedoch thermisch isolierende Scheibe (31) voneinander getrennt angeordnet sind.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (31) für ausgewählte Wellenlängenbereiche durchlässig ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß verstellbare Blenden (21), (22), (23) vorgesehen sind, durch welche die Sonneneinstrahlungsbedingungen an der Meßeinrichtung in der Weise einstellbar sind, daß der erste Meßkopf (41) direkt bestrahlt und der zweite Meßkopf (51) abgeschattet ist
5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Meßköpfe (41), (51) die Oberfläche vergrößernde Einbuchtungen aufweist
6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für zumindest einen der Temperaturfühler (42), (52) ein auf Temperaturänderungen mit einer Druck- und/oder Volumenänderung reagierender Bauteil vorgesehen ist, wobei die Druck- und/oder Volumenänderung in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.
7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Windstärken-Meßeinrichtung vorgesehen ist, welche bei Überschreiten einer vorgebbaren Windstärke eine vor zumindest einen der Meßköpfe (41), (51) bewegbare Schutzscheibe beaufschlagt Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-