FAT 1 – Rechnerische und probandengestützte Untersuchung des Einflusses der Kontaktwärmeübertragung in Fahrzeugsitzen auf die thermische Behaglichkeit
Projektlaufzeit:
09/2012 bis 10/2013
Auftraggeber:
Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT)
Beschreibung:
In Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor kann zum Temperieren des Innenraums „kostengünstig“ die Verlustwärme des Motors genutzt werden, die beim exothermen Verbrennungsvorgang als Nebenprodukt zur Verfügung steht. Eine äquivalente Übertragung dieses Konzepts auf elektrisch betriebene Fahrzeuge, bei denen geringere Mengen bzw. keine Verlustwärme des Motors bereit stehen, geht auf Kosten der Reichweite und würde diese im Winterfall um knapp 50% (Konz et al., 2011) verringern.
Der Grundgedanke dieses Forschungsvorhabens war die Auslegung eines energieeffizienten Klimatisierungskonzeptes für die Heizperioden. Es wurde zunächst untersucht, ob die Sitzheizung als alleinige Maßnahme ausreicht, das thermische Empfinden bei gesenkter Kabinenlufttemperatur zu kompensieren. Weiterhin wurde erforscht, ob mit diesem Heizkonzept ein vergleichbar thermisch behagliches Innenraumklima erzeugt werden kann.
Zur systematischen Betrachtung dieses Themas wurden zahlreiche experimentelle Laborstudien (FAT-Schriftenreihe 261, 2013) durchgeführt, die ausführlich messtechnisch begleitet wurden. Neben den Raumklimagrößen wurden dabei auch thermophysiologische Parameter erfasst. Zur Bewertung der thermischen Ergonomie mussten Probanden regelmäßig ihr lokales und globales thermisches Empfinden und ihr Behaglichkeitsempfinden mittels eines Fragebogens einstufen. Zusätzlich wurden mittels numerischer Simulationen in der FEM-Software THESEUS-FE die Versuchsszenarien zeitdiskret nachgestellt und damit die Raumklimawirkung auf das thermophysiologische Regulationssystem des Menschen analysiert.
Als Ergebnis wurde ein Kennlinienmodell entwickelt, dass aus thermodynamischer Sicht einen Kompensationseffekt der Sitzheizung nachweist. Das Kennlinienmodell wurde in der FAT-Schriftenreihe 261 (2013) veröffentlicht. Die Kontaktwärme im Sitzbereich war dabei theoretisch ausreichend, um das thermische Empfinden des Menschen bei gesenkten Kabinenlufttemperaturen (bis max. 15°C Raumlufttemperatur) auszugleichen. Aus Sicht der Thermophysiologie und der thermischen Ergonomie musste allerdings festgestellt werden, dass zugleich die Beschwerderate deutlich stieg (>35%). Dies konnte durch die hierbei entstehenden Asymmetrien zwischen beheizten Körperstellen (Rücken, Gesäß) und auskühlenden Körperregionen (Arme, Beine, Hände, Füße) erklärt werden. Diese sind so groß, dass dieses Heizkonzept von den Probandinnen und Probanden nicht akzeptiert wurde. Die Sitzheizung als alleinige Maßnahme ist somit nicht ausreichend und muss durch weitere lokale Klimamaßnahme ergänzt werden. Diese Fragestellung wurde im Anschlussprojekt „Kombinationseffekt - FAT 2“ (FAT-Schriftenreihe 272, 2015) untersucht.