Komfortbestimmung des Menschen

Für die Bestimmung des Komfortbefindens werden numerische Modelle zur Berechnung der Wärmeregulation des menschlichen Organismus in direkter Kopplung mit CFD eingesetzt und weiterentwickelt. Die Implementierung des Fiala Modells zur Berechnung der Wärmeströme an der Körperoberfläche konnte im Rahmen des Projektes bereits in das Framework OpenFOAM umgesetzt werden. Die Wärmeübertragung zwischen Mensch und Umgebung findet im Wesentlichen durch Konvektionsvorgänge, Wärmestrahlung und Verdunstung statt. Zusätzlich wird noch über die Atemwege des Menschen Wärme in die Umgebung eingebracht. Ziel ist es, den gekoppelten Wärmetransport nicht nur an der Textiloberfläche zu berechnen, sondern auch die Weiterführung bzw. Verteilung im Menschen zu erfassen um schlussfolgernd Komfortbedingungen abzuleiten. Gegenwärtig werden die Berechnungen zumeist eindimensional und unter vielen Annahmen bzw. Koeffizienten berechnet. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die Temperaturfelder jedoch dreidimensional erfasst. Das berühmteste und sehr komplexe menschliche Modell für die 3D Simulation ist das Fiala-Modell (D. Fiala, 1999). Das Modell wurde 1998 von Dusan Fiala an der Leicester Universität entwickelt, validiert und kalibriert. Dieses Modell trifft Vorhersagen über den menschlichen Wärmehaushalt bzw. die Reaktion des Menschen auf äußere Temperatureinflüsse. Die Absicht war es, eine Modellvorstellung der Wärmeverteilung im menschlichen Körper und nicht die Wechselwirkung mit der Umgebung zu simulieren. Dementsprechend sind die Randbedingungen wie Strömungsgeschwindigkeiten oder Umgebungstemperaturen vorgegeben und nicht berechnet worden. Im Rahmen des Projektes werden diese äußeren Randbedingungen an der gesamten Oberfläche berechnet. Für eine präzise Bestimmung der resultierenden Wärmeübergangskoeffizienten sind die physiologischen Körpereigenschaften mit zu berücksichtigen. Die Machbarkeitsstudie und Weiterentwicklung der menschlichen Modelle für z.B. für die körperliche Beschaffenheit des Menschen, Frauen und Kinder erfolgt daher im Rahmen des Forschungsprojektes. Die Valdierung anhand geeigneter Testfälle wird in Zusammenarbeit mit Forschungspartnern durchgeführt.

Oberflächentemperaturen am Körper bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten