Messung des Raumklimas mittels akustischer Laufzeit-Tomographie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ercan Altinsoy; Professor Dr.-Ing. Conrad Völker
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465591632

Die beiden Hauptkriterien, die die thermischen Behaglichkeit von Raumnutzern bestimmen, sind die Lufttemperatur und die Luftströmungsgeschwindigkeit. Zur Überwachung dieser Parameter werden üblicherweise Sensoren an den Wänden oder der Decke montiert. Ein Nachteil dieser herkömmlichen Methode ist, dass die Parameter an einem festen Ort messtechnisch erfasst werden, anstatt deren Verteilung im gesamten Raum einschließlich des Hauptnutzungsbereiches des Raumes. Außerdem ist die Montage mehrerer Sensoren direkt in der Messumgebung (bspw. Strömungssensoren) aufgrund der Störwirkung der Sensoren auf die Messgröße selbst problematisch. Die Technik der akustischen Laufzeittomographie (ATOM) stellt als Fernmessmethode eine Möglichkeit dar, diese Schwachstellen herkömmlicher Sensoren zu umgehen. ATOM basiert auf der Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von der Lufttemperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Ausbreitungsmediums. Die mittlere Schallgeschwindigkeit entlang der Schallausbreitungspfade kann durch Laufzeitschätzung eines definierten Schallsignals zwischen den Schallwandlern ermittelt werden. Diese ermittelte mittlere Schallgeschwindigkeit kann mit Hilfe eines geeigneten tomographischen Algorithmus in eine räumlich verteilte Lufttemperatur und Strömungsgeschwindigkeit umgerechnet werden. Das Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung sowohl der Raumlufttemperatur- als auch der Strömungsgeschwindigkeits-Verteilung auf Basis der ATOM-Methode. Diesbezüglich wurde bereits in durchgeführten Studien in der BUW-Klimakammer erfolgreich eine dreidimensionale Darstellung der Lufttemperaturverteilung messtechnisch erfasst, wofür Schallsender und -empfänger an optimalen Positionen platziert wurden. Die Erweiterung des Verfahrens um die Messung der Strömungsgeschwindigkeit parallel zur Lufttemperatur ist eine der Aufgaben dieses Projekts. Weiterhin wird das Messsystem unter Berücksichtigung eines realen Arbeitsplatzes sowie anwesenden Nutzern entwickelt. Im Hinblick auf die Auflösungsverbesserung werden mehrere Aufgaben in Bezug auf numerische Methoden und praktische Messungen definiert. Um Rückschlüsse auf die Messgenauigkeit zu erzielen, werden dafür erforderliche Vergleichsmessungen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen durchgeführt. Dementsprechend wird ein Messsystem entwickelt, dass die Lufttemperatur- und Strömungsgeschwindigkeits-Werte für mehrere Positionen im Raum gleichzeitig liefert. Dies ermöglicht die Beurteilung der lokalen thermischen Behaglichkeit an mehreren Raumpunkten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen