Modellierung des thermischen Komforts in Kabineninnenräumen

• Modeling of thermal comfort in cabin environments

Rewitz, Kai; Müller, Dirk (Thesis advisor); Wagner, Andreas (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: E.ON Energy Research Center : EBC, Energy efficient buildings and indoor climate 86
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Thermophysiologische Komfortmodelle ermöglichen für einen definierten Validierungsbereich die Vorhersage des subjektiven thermischen Empfindens für transiente und inhomogene Randbedingungen. Deren Validierungsbereiche sind jedoch aufgrund nur geringer Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigen experimentellen Messdaten relativ eingeschränkt. Mit der vorliegenden Arbeit wird das Ziel verfolgt, einen hochaufgelösten und gut dokumentierten Datensatz zur Verfügung zu stellen, um skalierbare Modellierungsansätze zu entwickeln und zu validieren. Dazu werden fünf Probandenversuchsreihen mit insgesamt 266 Personen im Klimaprüfstand "Aachen Comfort Cube" (ACCu) der RWTH Aachen durchgeführt. Mit den Experimenten werden interindividuelle Differenzen hinsichtlich der physiologischen Parameter Geschlecht, Alter und BMI analysiert. Dazu werden die Körperkerntemperatur und die Hauttemperaturen an bis zu 25 lokalen Messstellen erfasst und in Bezug zu lokalen und globalen subjektiven Bewertungen des thermischen Empfindens und der thermischen Behaglichkeit gesetzt. Die Ergebnisse zeigen statistisch signifikante Unterschiede hinsichtlich der Hauttemperaturen für die untersuchten Vergleichsmerkmale Geschlecht, Alter und BMI. Für das Vergleichsmerkmal BMI können beispielsweise für moderat-kühle Umgebungsbedingungen für die Subgruppe mit hohem BMI bis zu 2K höhere Hauttemperaturen an den Händen und Füßen festgestellt werden, was einer Verschiebung der Wärmeabgabe zu diesen Körperteilen entspricht. Diese Beobachtung kann möglicherweise auf den erhöhten Körperfettanteil und die damit verbundene geringere Wärmeleitfähigkeit der Gewebeschichten an den Körperteilen in der Nähe des Körperzentrums zurückgeführt werden. Zusätzlich treten teilweise, insbesondere bei leicht warmen Umgebungsbedingungen, den physiologischen Reaktionen entgegengesetzte Unterschiede für die lokalen subjektiven thermischen Bewertungen auf. Diese Ergebnisse verdeutlichen den Bedarf nach einer getrennten Skalierung der physiologischen und psychologischen Teilmodelle. Die Ergebnisse der Probandenversuche werden zur Kalibrierung des 33-Knoten-Komfortmodells (NOODEL) genutzt. Die Kalibrierung erfolgt aufgrund des modularen Aufbaus für das physiologische und psychologische Modell unabhängig voneinander. Zudem werden beide Teilmodelle um die Einbindung der Parameter Geschlecht, Alter, Körpergröße und Körpergewicht bzw. BMI erweitert. Zusätzlich wird ein CFD-Modell des ACCu entwickelt und anhand von Messdaten aus mehreren Versuchsreihen mit thermischen Manikins validiert. Das CFD-Modell ermöglicht über ein "Functional Mock-Up Interface" (FMI) die Einbindung des modifizierten NOODEL als "Functional Mock-Up" (FMU). Insgesamt wird damit ein einfacher und flexibler Weg für die Anwendung des Modells für weitere Umgebungen aufgezeigt.

Einrichtungen

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