Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Thermaleinrichtung gemäss dem Oberbegriff des An spruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben.

Stand der Technik

Thermaleinrichtungen wie beispielsweise Saunen, Dampfbäder etc. werden heute in grossem Umfang eingesetzt und bilden einen grundlegenden Aspekt der heuti gen Freizeit-, Hotellerie- und Sportinfrastruktur. Der mit dem Betreiben derartiger Einrichtungen verbundene Energieaufwand ist erheblich und weist aus ökologi scher wie wirtschaftlicher Sicht einen Bedarf für Optimierung auf. Insbesondere stellt sich das Problem der im Tagesverlauf variierenden Belegungszahlen. Je nach Art der Einrichtung, Tageszeit, Wochentag und/oder Saison kann es bei manchen Einrichtungen abwechselnd zu Zeiten mit Leerstand und zu Zeiten mit starker Belegung kommen.

Die DE19846678A1 betrifft eine gattungsgemässe Thermaleinrichtung. Insbeson dere wird darin eine gewerblich nutzbare grössere Badekabine zum Saunen oder Dampfbaden beschrieben, die über längere Betriebszeiten mit schwankender Be legung betrieben wird. Um Heizenergie einzusparen, wird der Luftmengendurch satz an die Belegungsdichte angepasst, wobei dies durch entsprechende Senso ren bewerkstelligt wird, welche das Körpergewicht oder Körperkonturen für Schalt vorgänge verwerten.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Thermaleinrichtung bereitzustellen, mit der insbesondere eine weitere Reduktion des Energieaufwandes ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfah rens zum Betreiben der erfindungsgemässen Thermaleinrichtung. Gelöst werden diese Aufgaben durch die im Anspruch 1 definierte Thermaleinrich tung sowie durch das im Anspruch 7 definierte Verfahren.

Die erfindungsgemässe Thermaleinrichtung weist eine beheiz- und belüftbare Thermenkabine für mindestens eine Person auf, wobei die Thermenkabine mit einstellbaren Heizmitteln und mit einstellbaren Lüftungsmitteln sowie gegebenen falls mit einem Temperaturfühler ausgestattet ist. Dadurch, dass Erfassungsmittel zur fortlaufenden Erfassung der Anwesenheit von in der Thermenkabine befindli chen Personen vorhanden sind, welche mit einer Heizsteuerungsvorrichtung für die Heizmittel Zusammenwirken derart, dass bei fehlender Anwesenheit eine Ba sis-Heizleistung und bei vorhandener Anwesenheit eine vergleichsweise höhere Operativ-Heizleistung einstellbar ist, kann der Energiebedarf insbesondere bei schwankender Belegung in überraschendem Ausmass reduziert werden.

Entsprechend dem obigen Ansatz werden beim erfindungsgemässen Verfahren die Heizmittel bei fehlender Anwesenheit mit einer Basis-Heizleistung und bei vor handener Anwesenheit mit einer vergleichsweise höheren Operativ-Heizleistung betrieben.

Im vorliegenden Zusammenhang ist "Thermaleinrichtung" als Sammelbegriff für jegliche Einrichtungen zu verstehen, in denen eine oder mehrere Personen sich für eine gewisse Zeit in eine Umgebung mit erhöhter Temperatur und ggf. Feuch tigkeit begeben. Ebenso ist der Begriff "Thermenkabine" ganz allgemein als ein definierter Raum der Thermaleinrichtung zu verstehen, in welchem die besagte Temperatur- und Feuchtigkeitsumgebung geschaffen und aufrecht erhalten wird. Neben einer oder ggf. mehreren Thermenkabine(n) umfasst die Thermaleinrich tung in aller Regel weitere Räume und Bereiche wie Eingangsbereich, Garderobe, Sanitäreinrichtungen, und Entspannungs-/Pausenbereich(e). Demnach kommt die vorliegende Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit Heissluftbädern, Saunen, Dampfbädern und Infrarot-Kabinen in all ihren Ausge staltungen zum Einsatz. Dementsprechend versteht sich auch, dass die aufzu wendenden Heizleistungen grundsätzlich stark von der Grösse und Art, aber auch von der Bauweise der jeweiligen Thermaleinrichtung abhängen. In gewissen Fäl len kann die Einrichtung mit einer Basis-Heizleistung von Null betrieben werden, d.h. bei fehlender Anwesenheit wird überhaupt nicht geheizt. Ferner versteht sich, dass die erfindungsgemässe Einrichtung nicht zwingend rund um die Uhr nach dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben werden muss.

Generell ist zu bemerken, dass das Ausmass der Absenkung der Heizleistung bei fehlender Abwesenheit im Vergleich zur Operativ-Heizleistung, und damit auch das Ausmass der erzielbaren Energieeinsparung, von einigen Faktoren abhängt. Dazu gehört insbesondere die Grösse und Bauweise der Thermenkabine, aber auch die Art der Thermenkabine bzw. der grundsätzlich als akzeptabel erachtete Temperaturbereich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind in den abhängigen An sprüchen definiert.

Bei einer einfachen Ausgestaltung sind die Erfassungsmittel lediglich zur Feststel lung und Meldung der grundsätzlichen Anwesenheit von in der Thermenkabine befindlichen Personen ausgebildet. Es wird also lediglich erfasst, ob die Thermen kabine unbelegt ist ("fehlende Anwesenheit") oder ob sich darin mindestens eine Person aufhält. Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung (Anspruch 2) sind die Erfassungsmittel zusätzlich zur Erfassung der Anzahl von in der Thermenkabine befindlichen Personen ausgebildet. Aufgrund dieser zusätzlichen Information lässt sich die aufzubringende Heizleistung auf differenziertere Art und Weise steuern.

Wenngleich die erfindungsgemäss vorgesehene anwesenheits-abhängige Steue rung der Heizmittel eine erhebliche Reduktion des Energiebedarfs erlaubt, ist es vorteilhaft (Anspruch 3), wenn die Erfassungsmittel zusätzlich mit einer Lüftungs steuerungsvorrichtung für die Lüftungsmittel Zusammenwirken derart, dass bei fehlender Anwesenheit ein Basis-Luftdurchsatz und bei vorhandener Anwesenheit ein vergleichsweise höherer Operativ-Luftdurchsatz eingestellt wird. Dementspre- chend (Anspruch 14) werden in vorteilhafter Weise die Lüftungsmittel bei fehlen der Anwesenheit mit einem Basis-Luftdurchsatz und bei vorhandener Anwesen heit mit einem vergleichsweise höheren Operativ-Luftdurchsatz betrieben.

Vorrichtungen zur Erfassung der Anwesenheit bzw. der Anzahl von Personen in einem definierten Raum sind grundsätzlich bekannt und sind auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend einsetzbar, sofern die dafür verwendeten Sensoren mit den in der Thermenkabine herrschenden Temperatur- und Feuchtig keitsbedingungen kompatibel sind. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit kann es zweckmässig sein, mehrere Sensoren, insbesondere auch mehrere Sensortypen einzusetzen. Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung (Anspruch 4) umfassen die Erfassungsmittel mindestens einen Infrarotsensor und eine Türkontaktvorrich tung.

Die erfindungsgemässe Thermaleinrichtung lässt sich in unterschiedlichsten Aus- gestaltungen realisieren, wobei insbesondere diverse Arten von Heizmitteln in Frage kommen. Bei einer Ausgestaltung (Anspruch 5) sind die einstellbaren Heiz mittel als Saunaofen ausgestaltet. Bekanntlich handelt es sich dabei um einen mit Steinen oder dergleichen umhüllten Ofen, der bis zu einem gewissen Grad als Wärmespeicher wirkt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung (Anspruch 6) sind die einstellbaren Heizmittel als Dampfgenerator ausgestaltet wie sie insbesondere in Dampfbädern, türki schen Bädern, Hamams und dergleichen eingesetzt werden. Weiterhin können beispielsweise auch Infrarot-Strahler als Heizmittel zur Anwendung kommen.

Die genannten Heizmittel werden je nach Typus mit Elektrizität, Gas, Öl oder Geothermie (Wärmepumpe) versorgt.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens (Anspruch 8) ist die Basis-Heizleistung im Wesentlichen konstant. Wie bereits eingangs erwähnt, kann die Basis-Heizlei- stung null sein (Anspruch 9), in anderen Fällen wird sie auf einem voraus zu ermit telnden Basiswert gehalten. Alternativ (Anspruch 10) wird die Basis-Heizleistung derart geregelt, dass in der Thermenkabine ein vordefinierter Basis-Temperatur bereich eingehalten wird. Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass selbst bei längeren Zeiten mit Leerstand die Temperatur in der Thermenkabine nicht zu stark abfällt. In letzterem Fall müsste sonst bei Eintritt einer Person nach länge rem Leerstand eine unerwünschte Wartezeit bis zum Erreichen der vorgesehenen Kabinentemperatur in Kauf genommen werden.

Bei einer Ausführungsform (Anspruch 1 1 ) ist die Operativ-Heizleistung, welche bei Anwesenheit von Personen in der Thermenkabine zum Einsatz kommt, im We sentlichen konstant. Bei einer weiteren Ausführungsform (Anspruch 12) wird die Operativ-Heizleistung entsprechend der Anzahl in der Thermenkabine anwesen den Personen eingestellt. Diese Ausführungsform setzt nicht zwingend voraus, dass für jede Anzahl von Personen eine unterschiedliche Operativ-Heizleistung eingestellt wird. Gerade bei grösseren Thermaleinrichtungen kann es zweck mässig sein, die Operativ-Heizleistung gemäss einem stufenweisen Kriterium wie beispielsweise "1 bis 2 Personen", "3 bis 5 Personen" und "mehr als 5 Personen" einzustellen. Gemäss einer anderen Ausführungsform (Anspruch 13) wird die Operativ-Heizlei stung derart geregelt, dass in der Thermenkabine ein vordefinierter Wirk-Tempe- raturbereich eingehalten wird. Auch in diesem Fall wird grundsätzlich in erfin- dungsgemässer Weise festgestellt, ob in der Thermenkabine eine Person anwe send ist oder nicht, und nur im Fall von Anwesenheit wird grundsätzlich auf die vergleichsweise höhere Operativ-Heizleistung geschaltet. Letztere wird nun aber fein geregelt unter Zuhilfenahme eines dafür vorgesehenen Temperaturfühlers. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnun gen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Ther maleinrichtung, in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 ein beispielhaftes Betriebsdiagramm bei Anwendung des erfin- dungsgemässen Verfahrens, und

Fig. 3 je ein beispielhaftes Betriebsdiagramm bei Anwendung

a) eine Verfahrens nach dem Stand der Technik;

b) des erfindungsgemässen Verfahrens im Winterbetrieb;

c) des erfindungsgemässen Verfahrens im Sommerbetrieb.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die in der Fig. 1 dargestellte Thermaleinrichtung weist eine beheiz- und belüftba ren Thermenkabine 2 auf, welche mit einstellbaren Heizmitteln 4 in Form eines Saunaofens ausgestattet ist. Darüber hinaus umfasst die Thermaleinrichtung pau schal als 6 bezeichnete Lüftungsmitteln und zwei Temperaturfühler 8. Darüber hinaus sind pauschal als 10 bezeichnete Erfassungsmittel zur fortlaufenden Erfas sung der Anwesenheit von in der Thermenkabine befindlichen Personen vorhan den, welche mit einer Fleizsteuerungsvorrichtung 12 für die Heizmittel 4 zusam- menwirken. Mit der gezeigten Konfiguration lässt sich bei fehlender Anwesenheit, d.h. bei einem Leerstand der Thermenkabine eine Basis-Fleizleistung und bei vor handener Anwesenheit eine vergleichsweise höhere Operativ-Fleizleistung einstel len.

Im gezeigten Beispiel sind die Erfassungsmittel 10 zusätzlich mit einer Lüftungs steuerungsvorrichtung 14 für die Lüftungsmittel 6 verbunden. Damit lässt sich bei fehlender Anwesenheit ein Basis-Luftdurchsatz und bei vorhandener Anwesenheit ein vergleichsweise höherer Operativ-Luftdurchsatz einstellen.

Die Erfassungsmittel 10 umfassen im gezeigten Beispiel zwei über dem Eingangs bereich positionierte Infrarotsensoren 16 und eine Türkontaktvorrichtung 18, wel che in Verbindung mit der Kabinentür 20 steht.

Wie überdies in der Fig. 1 schematisch dargestellt, kann die Heizsteuerungsein richtung 12 als zentrale Steuerungseinheit 22 realisiert werden, welche über ent sprechende Leitungen mit den verschiedenen Sensoren und Regelgliedern in Kontakt stehen. Dabei kann es sich sowohl um Drahtverbindungen wie auch um Drahtlosverbindungen handeln.

Die Lüftungsmittel 6 umfassen eine mit der Steuerungseinheit 22 in Verbindung stehendes Lüfteraggregat 24, einer Zuluftleitung 26, einer Abluftleitung 28 und hier auch eine zusätzliche Nachtaustrocknungsleitung 30, die mit steuerbaren Klappen 32 ausgestattet sind.

Der Betrieb einer erfindungsgemässen Thermaleinrichtung ist in Fig. 2 am Bei spiel einer Sauna dargestellt. Das als "Temperatur" bezeichnete Profil besteht in Wahrheit aus drei Kurven, nämlich den Messwerten aus zwei Temperaturfühlern und dem Mittelwert hiervon. Die beiden Messkurven sind praktisch deckungs gleich, und dementsprechend auch deren Mittelwert.

Im Tagesverlauf befand sich zumeist eine Person, zeitweise zwei Personen bzw. keine Person in der Saunakabine. Die Operativ-Heizleistung wurde als Impulsbe trieb mit jeweils 7 kW Spitzenleistung bereitgestellt; als Basis-Heizleistung wurde eine kontinuierliche Einspeisung von 1 kW verwendet.

In der Anfangsphase bis ca.10.15 h wurde die Kabinentemperatur nach der Nachtpause hochgefahren. Ab ca. 13.45 h bis ca. 15.15 h war die Saunakabine leer. In dieser Abwesenheitsphase wurde die Heizleistung erheblich herunterge fahren, wogegen die Lüftungsrate nicht verändert wurde. In diesem Beispiel fand trotz Absenkung der Heizleistung eine nur sehr geringe Temperaturabnahme um ca. 5 ^Q C statt, die von einer anschliessend eintretenden Person gar nicht festge stellt würde.

Ein weiteres Beispiel für den Betrieb einer erfindungsgemässen Thermaleinrich tung im Vergleich zu einer herkömmlichen Thermaleinrichtung ist in Fig. 3 gezeigt.

Wie bereits im vorangehenden Beispiel besteht das als "Temperatur" bezeichnete Profil in Wahrheit aus drei Kurven, nämlich den Messwerten aus zwei Temperatur fühlern und dem Mittelwert hiervon. Die beiden Messkurven sind praktisch dek- kungsgleich, und dementsprechend auch deren Mittelwert.

Im Vergleichsbeispiel von Fig. 3a wurde eine herkömmliche Thermaleinrichtung mit einer zwar im Impulsbetrieb operierenden aber im Wesentlichen konstanten Heizleistung betrieben, die insbesondere unabhängig von der Personenzahl in der Saunakabine war. Erwartungsgemäss wurde dabei die Temperatur nach der an fänglichen Aufwärmphase weitestgehend konstant im Bereich von ca. 87 und 91 ^Q C gehalten. Dasselbe Verhalten wäre übrigens bei der erfindungsgemässen Thermaleinrichtung zu erwarten, falls diese im Leerzustand betrieben würde. Die über die gesamte dargestellte Messperiode gemittelte Heizenergie betrug 30.72 KWh.

Im Beispiel von Fig. 3b wurde die erfindungsgemässe Thermaleinrichtung ent sprechend einem für Winterzeiten bzw. vergleichsweise starker Benutzungsfre quenz typischen Szenario betrieben. Die Solltemperatur wurde auf 90 ^Q C und die Mindesttemperatur auf 50 ^Q C eingestellt. Wie aus den Kurvenverläufen ersichtlich, wurde die Heizleistung abhängig von der momentanen Personenzahl geregelt.

Die Kabinentemperatur konnte nach der anfänglichen Aufwärmphase in einem gut akzeptablen Bereich zwischen ca. 73 und 90 ^Q C gehalten werden. Die über die ge samte dargestellte Messperiode gemittelte Heizenergie betrug 28.55 KWh, was gegenüber dem Vergleichsbeispiel von Fig. 3a eine Ersparnis von immerhin ca. 8% bedeutet.

Im Beispiel von Fig. 3c wurde die erfindungsgemässe Thermaleinrichtung entspre chend einem für Sommerzeiten bzw. vergleichsweise niedriger Benutzungsfre quenz typischen Szenario betrieben. Die Solltemperatur wurde wiederum auf 90 ^Q C und die Mindesttemperatur auf 50 ^Q C eingestellt. Wie aus den Kurvenverläu- fen ersichtlich, wurde die Heizleistung wiederum abhängig von der momentanen Personenzahl geregelt. Die Kabinentemperatur konnte nach der anfänglichen Auf wärmphase in einem akzeptablen Bereich zwischen ca. 50 und 90 ^Q C gehalten werden. Die über die gesamte dargestellte Messperiode gemittelte Heizenergie betrug lediglich 10.76 KWh, was gegenüber dem Vergleichsbeispiel von Fig. 3a eine sehr erhebliche Ersparnis von ca. 65 bedeutet.