Zeitschrift EE

2019-03: Lebenszykluskosten von Gebäuden

Dreidimensionale Bewertung der thermischen Behaglichkeit in Innenräumen

Um dem steigenden Interesse an Komfortbetrachtungen gerecht zu werden, wurde von AEE INTEC die sogenannte Fanger-Methode zur Behaglichkeitsbewertung von Innenräumen auf innovative Weise erweitert. Das Verfahren, welches von Prof. Fanger bereits in den 1970er-Jahren auf Basis umfangreicher Klimakammerexperimente mit einer Vielzahl an Testpersonen entwickelt wurde, ist derzeit das gebräuchlichste Verfahren und steht sowohl auf nationaler, als auch auf internationaler Ebene als Norm zur Verfügung (ISO 7730).

Foto: AEE INTEC

Das Verfahren stellt ein halbempirisches Wärmebilanzverfahren dar, welches es gestattet, das thermische Behaglichkeitsempfinden von Personen im Innenraum vorherzusagen. Hierfür ist es notwendig, eine Reihe von physikalischen Messgrößen im Raum zu erfassen und einem iterativen Berechnungsalgorithmus zuzuführen. Üblicherweise wird dies im Rahmen einer „Spotmessung“ für einen oder wenige zuvor definierte Punkte im Raum durchgeführt. In der Regel ist eine punktuelle Messung jedoch nicht repräsentativ für den gesamten Raum. So sind insbesondere nicht alle Umschließungsflächen eines Raums gleich temperiert. Insbesondere im Winter sind beispielsweise Glasflächen deutlich kühler, während Heizelemente naturgemäß eine markant höhere Temperatur aufweisen. Folglich ist auch die thermische Behaglichkeit im Raum keine Konstante, sondern eine Funktion, welche von der Position im Raum abhängig ist. Bestimmend für diese Funktion ist vor allem die räumliche Änderung der mittleren Strahlungstemperatur. Alle Oberflächen, also auch die Haut und Kleidungsoberflächen von Personen, stehen im permanenten Strahlungsaustausch mit allen umgebenden Flächen. Dies wird bei der FangerMethode mit Hilfe der Größe „mittlere Strahlungstemperatur“ abgebildet. Um diesen Parameter exakt zu bestimmen, ist es notwendig die Oberflächentemperaturen, Lage und Größe aller umschließenden Flächen zu berücksichtigen. Bei dem neu entwickelten Ansatz wird dies auf Basis einer thermographischen Begehung mit Infrarotkamera, der Erstellung eines CAD-Modells des Raums und einer anschließenden Berechnung des thermischen Strahlungsaustausches mithilfe eines Monte-Carlo Raytracing-Verfahrens durchgeführt. Im Gegensatz zu anderen gängigen Verfahren können hierbei auch die thermischen Reflexionseigenschaften der Oberflächen winkelabhängig berücksichtigt werden. Auf diese Weise lässt sich die mittlere Strahlungstemperatur sehr genau dreidimensional bestimmen. Hieraus kann auf Basis der Fanger-Methode für jeden Punkt des Raumes eine Vorhersage für den thermischen Komfort abgeleitet werden. Naturgemäß ist die Auswertung nur für Orte, an denen ein Aufenthalt möglich ist, sinnvoll. Dennoch erschließt die gesamthafte dreidimensionale Auswertung und Visualisierung spannende, vertiefende Bewertungs- und Optimierungsmöglichkeiten.

Auftraggeber: Eigenentwicklung
Ansprechperson: Dipl.-Ing. Daniel Rüdisser, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, Dipl.-Ing. Tobias Weiß, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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