Thermischer Komfort bei Quellluftströmungen

• Thermal comfort of displacement ventilation

Möhlenkamp, Martin Georg; Müller, Dirk (Thesis advisor); van Treeck, Christoph Alban (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: E.ON Energy Research Center : EBC, Energy efficient buildings and indoor climate 74
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (xxxv, 237 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Quellluftsysteme werden für die Klimatisierung und Belüftung von Räumen mit hoher Personendichte bevorzugt eingesetzt, um eine gute Luftqualität bei einem gleichbleibenden behaglichen Raumklima zu erreichen. Limitierend für den Einsatz von Quellluftsystemen ist dabei der vertikale Temperaturgradient ΔT/Δy in K/m im Aufenthaltsbereich, der laut der aktuellen Normung nach ANSI/ASHRAE Standard 55 [2013] auf 3 K/m und nach DIN EN ISO 7730 [2006] auf 4 K/m begrenzt ist. In bisherigen Untersuchungen wird der Einfluss des vertikalen Temperaturgradienten ΔT/Δy und der mittleren Raumtemperatur Tm auf den thermischen Komfort als voneinander unabhängig erachtet. In realen Anwendungen von Quellluftsystemen treten jedoch gegenseitige Überlagerungen beider Einflussgrößen auf. Ziel dieser Arbeit ist, die Limitierung für den Einsatz bisheriger Quellluftsysteme zu erweitern und neue Auslegungskriterien vorzuschlagen. Für die Neubewertung des thermischen Komforts bei Quellluftströmungen sind weitere experimentelle Untersuchungen unter konstanten und reproduzierbaren Randbedingungen notwendig. Dazu wird ein hochmodularer Klimaraum, der Aachen Comfort Cube (ACCu), aufgebaut. Probandenversuche werden unter der Variation des vertikalen Temperaturgradienten von ΔT/Δy = 1 K/m bis 12 K/m und der mittleren Raumtemperatur von Tm = 20 °C, 23 °C und 26 °C durchgeführt und statistisch analysiert. Insgesamt fließen 822 Probandenbewertungen in die Untersuchung ein, wobei Einflussgrößen wie Geschlecht und Alter näher untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Einfluss der mittleren Raumtemperatur auf den thermischen Komfort größer ist als der des vertikalen Temperaturgradienten. Eine optimale mittlere Raumtemperatur liegt für eine sitzende Position (M = 1,0 bis 1,2 met) und einen leichten bis mittleren Bekleidungsgrad (Icl = 0,6 bis 0,9 clo) im Bereich von Tm = 22 °C bis 24 °C. Bei einer Quellluftströmung mit niedriger Temperaturschichtung (Tm = 23 °C, ΔT/Δy = 1 K/m) sind ca. 82 % der Probanden mit den Bedingungen zufrieden. Für einzelne Körperzonen sowie für das Gesamtempfinden steigt der Anteil der unzufriedenen Probanden (PD = percentage of dissatisfied) mit zunehmendem vertikalen Temperaturgradienten und für die verschiedenen mittleren Raumtemperaturen linear an. Signifikante Unterschiede werden verstärkt für lokale anstatt für globale Bewertungen und für das thermische Empfinden anstatt für den thermischen Komfort aufgezeigt. In Anlehnung an die Behaglichkeitsklassen nach DIN EN ISO 7730 [2006] werden neue zulässige Grenzen für vertikale Temperaturgradienten festgelegt. Insgesamt werden deutlich höhere vertikale Temperaturgradienten von bis zu 8 K/m von den Probanden akzeptiert, wobei der Anteil der Unzufriedenen zwischen 0 K/m und 8 K/m allerdings um ca. 10 Prozent ansteigt. Dies entspricht der Behaglichkeitsklasse C. Die bisherige eindimensionale Abhängigkeit in der Beurteilung des Raumklimas kann nicht bestätigt werden. Die durchgeführten Versuche weisen eine mehrdimensionale Abhängigkeit vom vertikalen Temperaturgradienten ΔT/Δy und der mittleren Raumtemperatur Tm nach. Daraus ergeben sich deutliche Abweichungen mit den nach der Norm vorgesehenen Auslegungskriterien. Die verwendete Luftwechselrate ist auf neuartige Lüftungskonzepte in der Flugzeugindustrie ausgerichtet und im Vergleich zum Gebäudesektor deutlich erhöht. Eine Übertragbarkeit auf reale Räume im Gebäudesektor ist zwar teilweise möglich, sollte aber durch weitere Untersuchungen abgesichert werden.

Einrichtungen

• E.ON Energy Research Center [080052]
• Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik [419510]