Definition einer „Äquivalenten Kontakttemperatur“ als Bezugsgröße zur Bewertung der ergonomischen Qualität von kontaktbasierten Klimatisierungssystemen in Fahrzeugen (FAT 3)

  Fat 3 Urheberrecht: © e3D

Zwei aufeinander folgende Studien im Bereich der Fahrzeugklimatisierung (FAT-Schriftenreihe 261, 2013 & FAT-Schriftenreihe 272, 2014) bestätigen, dass eine intelligente Kombination körpernaher Heizmaßnahmen (Sitzheizung, Lenkradheizung und Flächenstrahlungselemente) in Kombination mit einer gesenkten Operativtemperatur im Fahrzeuginnenraum wesentlich zur Energieeinsparung beitragen. Gleichzeitig sind die eingesetzten lokalen Heizmaßnahmen in der Lage das thermische Empfinden von Insassen trotz der gesenkten Kabinentemperaturen zu kompensieren und ein thermisch behagliches Innenraumklima zu schaffen.

Das FAT 3 Projekt knüpft an diese Vorstudien an und betrachtet den Sitzkontaktbereich deutlich detaillierter. Letzterer stellt die Schnittstelle zwischen der bekleideten Körperoberfläche und der entsprechenden Sitzoberfläche am Rücken und Gesäß dar und steht folglich mit ca. 25% der menschlichen Körperoberfläche im thermischen Austausch. Die dazugehörigen physikalischen Prozesse sind im Wesentlichen charakterisiert durch den Transport thermischer Energie durch die Bekleidungsschichten, sensible (Konduktion) und Latentwärme (Verdunstung).

Derzeit verfügbare thermische Behaglichkeitsmodelle bilden diesen Kontaktbereich nur unzureichend ab. Studien am Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen (E3D) zeigen jedoch deutlich, dass dieser Bereich einen signifikanten Einfluss sowohl auf das lokale als auch globale thermische Behaglichkeitsempfinden von Personen hat und somit nicht, wie in ISO 14505-2 beschrieben, vernachlässigt werden darf. Letztere wird üblicherweise im Fahrzeugbereich zur Bewertung des lokalen thermischen Behaglichkeitsempfindens unter Verwendung des Klimasummenmaßes Äquivalenttemperatur (Teq) verwendet. Dabei werden allerdings ausschließlich die trockenen Wärmeübertragungsprozesse durch Konvektion und Strahlung zwischen Mensch und Umgebung an den exponierten Körperoberflächen berücksichtigt. Eine normative Bewertungsgröße für den Sitzkontaktbereich ist in dieser internationalen Norm nicht vorhanden, wodurch die Qualität derzeit verfügbarer und lokal wirkender Klimatisierungssysteme an Kontaktstellen nicht messbar, vergleichbar oder bewertbar ist.

Im Zuge dieses Projektes soll diese Lücke geschlossen werden und ein Bewertungsschema zur Quantifizierung der Güte lokal wirkender Klimatisierungssysteme im Sitzkontaktbereich erarbeitet werden. Das Bewertungsschema orientiert sich dabei an den bereits standardisierten, empirischen Methoden der ISO 14505-2 zur Bewertung des lokalen Behaglichkeitsempfindens mit Hilfe der bekannten Klimasummengröße Äquivalenttemperatur (Teq).

Wichtige Teilaufgaben sind dabei die Einführung einer Begriffsdefinition und die Entwicklung einer Berechnungsformel zur Bestimmung der einheitlichen Bezugsgröße „Äquivalente Kontakttemperatur“ (ECT) unter Berücksichtigung von Wärmeleitung, latentem und sensiblem Wärmetransport. Entsprechende physikalische Wärmeübertragungsprozesse am Mensch-Sitz-Interface werden hierzu detaillierten messtechnischen Betrachtungen unterzogen und erfordern die Festschreibung einer entsprechenden Messmethodik, welche insbesondere die Erfassung des Wärmestroms durch den Sitz, der relativen (Kontakt-) Feuchte und Temperaturen der Sitzoberfläche bzw. Sitzunterseite und Sitzrückseite sowie der menschlichen Hautoberfläche im Kontaktbereich beinhaltet.

Die Robustheit des resultierenden Berechnungsansatzes wird mit Hilfe von Probandenstudien an einem vorhandenen Mockup getestet. Letztere beinhalten begleitende hygrothermische Behaglichkeitsabfragen, welche eine Korrelation zwischen der ECT und lokalem/globalem hygrothermischen Behaglichkeitsempfinden von Personen erstmals ermöglichen. Um die Vergleichbarkeit der erarbeiteten Systematik mit den Ergebnissen aus den Vorstudien gewährleisten zu können, wird auf entsprechend definierte Klimaszenarien zurückgegriffen. Die Betrachtung von aufgeheizten Kabinenlufttemperaturen stellt eine Erweiterung bereits erarbeiteter Erkenntnisse dar und ermöglicht die Bewertung des Einflusses der Sitzlüftung auf das thermische Behaglichkeitsempfinden von Personen.