Masterarbeit Lukas Schmitt

 

Thermografische Erfassung energetischer und komfortrelevanter Parameter zur Raumluftklimaregelung

Thermografische Rekonstruktion eines Messraumes Urheberrecht: EBC Thermografische Rekonstruktion eines Messraumes

Konventionelle Raumlufttechnik-Anlagen nutzen meist die Lufttemperatur als Regelgröße um den Komfort in Innenräumen zu maximieren. Etablierte Komfortmodelle zeigen, dass eine ausschließliche Betrachtung dieses Parameters hierzu nur bedingt geeignet ist. Die Erfassung weiterer Einflussgrößen bietet Potenziale zur Verbesserung vorhandener Regelstrategien.

Die vorliegende Masterarbeit präsentiert eine Methode zur thermografischen Echtzeit-Erfassung und Zuordnung aller Oberflächentemperaturen eines Messraumes. Durch eine geometrische Kalibrierung können die Messergebnisse mehrerer Sensoren in einem integrativen Modell zugeordnet, visualisiert und ausgewertet werden. Die Zuordnung der Messdaten erfolgt dabei durch einen Ray-Tracing-Algorithmus. Resultat der vorgenannten Prozesse ist eine adaptiv aufgelöste thermografische Rekonstruktion eines Raumes, aus der die mittlere Strahlungstemperatur und Strahlungsasymmetrien abgeleitet werden. Eine Energiebilanz an der Wandoberfläche wird zur Berechnung der wandnahen Lufttemperaturschichtung herangezogen. Dabei wird der Strahlungswärmeaustausch im Raum durch Ray-Tracing, der Konvektionswärmeaustauschmit empirischen Näherungsgleichungen und der Wärmeaustausch durch Leitung mit einem Finite-Differenzen-Modell bestimmt.

Ein Experiment zeigt die Funktionalität der Methode. Der entwickelte Ray-Tracing-Algorithmus verlangt sehr kleine Modellauflösungen und eine exakte geometrische Kalibrierung, um die Temperatur von Oberflächen mit niedrigen Emissionsgraden optimal zu bestimmen. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, kann eine verfälschte Reflexionstemperatur zu großen Messabweichungen führen. Die mittlere Strahlungstemperatur und die Strahlungsasymmetrie können unabhängig von der Modellauflösung adäquat erfasst werden. Die Erfassung des vertikalen Lufttemperaturgradienten zeigt eine hohe Sensitivität auf eine korrekte Bestimmung der Oberflächentemperaturen und der Temperaturverteilung in der Wand, da mitunter sehr kleine Temperaturdifferenzen erfasst werden müssen. Als maßgebliche Störgröße kann hier die Messunsicherheit der Sensorik benannt werden. Basierend auf den erfassten Parametern erfolgt abschließend eine Bewertung des thermischen Komforts mit dem PMV-Modell.