Thermal sensation and comfort model for inhomogeneous indoor environments

Aachen / E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen Univ. (2011) [Doktorarbeit]

Seite(n): XIV, 132 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Gegenstand dieser Arbeit ist die thermische Behaglichkeit in komplexen ungleichförmigen Innenräumen, die am Beispiel der Situation in Flugzeugkabinen betrachtet wird. Unter ungleichförmigen Bedingungen ist es schwierig einen akzepatblen oder behaglichen Bereich lediglich durch die Betrachtung des thermischen Gesamtzustandes zu definieren. Komplexe thermische Umgebungen sind durch grosse thermische Unterschiede im Aufenthaltsbereich der Nutzer bestimmt. Dies bedeutet, dass Standardkomfortmodelle, die den menschlichen Körper als eine einzige Zone betrachten, im Fall von ungleichförmigen Umgebungen versagen. Eindeutige Aussagen sind nur durch die Betrachtung lokaler Effekte möglich. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte 33-Knotenmodell (33 NCM) untergliedert daher den menschlichen Körper in 16 einzelne Segmente mit einer weiteren Differenzierung in ein Kern- und ein Hautsegment. Es führt die auf Basis eines physiologischen Modells bestimmten Körpertemperaturen durch weitere Anwendung eines psychologischen Modells in ein lokales thermisches Empfinden und eine Komfortbewertung über. Das lokale thermische Empfinden und der lokale Komfort wiederum sind über ein gewichtetes Mittel als Gesamtempfinden und Gesamtkomfort darstellbar. Die in die Entwicklung des physiologischen und des psychologischen Modells integrierten Ansätze basieren auf einer begrenzten Anzahl an Experimenten. Diese unterliegen nur teilweise bekannten Randbedingungen und weisen intra- und inter-individuelle Unterschiede auf. Um eine maximale Übereinstimmung zwischen Simulation und eigenen experimentellen Daten zu erzielen, wird das Gesamtmodell in einem automatsierten Kalibrierungsprozess optimiert. Die Gültigkeit der ermittelten Parameter ist somit auf den betrachteten Anwendungsfall beschränkt. Die verwendeten experimentellen Daten geben das thermische Empfinden und die Komfortbewertung von sitzenden Passagieren in einer Flugzeugkabine mit einer Klimatisierung über Misch- oder Quelllüftung wieder. Durch die prinzipielle Allgemeingültigkeit der zugrunde gelegten Modelle kann der gesamte Prozess jedoch auf jede andere Innenraumsituation übertragen werden. Das Buch gibt zunächst eine Einführung in die massgeblichen Prozesse der menschlichen Physiologie. Von der Physiologie und der Definition des thermischen Körperzustands ausgehend, wird in die entsprechenden Reaktionen hinsichtlich Empfinden und Komfort eingeführt. Kapitel vier betrachtet die unterschiedlichen Aspekte und daraus abgeleiteten Komfortmodelle. Die Entwicklung des 33 NCM basiert auf experimentellen Untersuchungen (Kapitel fünf) und numerischen Strömungsberechnungen (Kapitel sechs) zur genaueren Bestimmung der thermischenUmgebungsbedingungen. Das grundlegende mathematische Modell wird in Kapitel sieben erläutert. Kapitel acht stellt den verwendeten Optimierungsprozess für die Kalibrierung desModells dar. Für dessen Validierung werden neben eigenen experimentellen Daten Testfälle aus der Literatur herangezogen (Kapitel neun). Kapitel zehn erläutert die Anwendung des 33 NCM sowohl als unabhängiges Simulationsmodell als auch in einer mittels numerischer Strömungssimulation gekoppelten Berechnung.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Streblow, Rita

Gutachterinnen und Gutachter

Müller, Dirk

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-942789-00-4
  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-35619
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-125364