Behagliche und hygienische Wohn- und Arbeitsverhältnisse sind von großer Bedeutung für das allgemeine Wohlbefinden des Menschen. Die Zielstellung für die Bauphysik ist es daher, ein Raumklima zu schaffen, welches von möglichst vielen Nutzern als behaglich empfunden wird. Allerdings sind aus verschiedenen Gründen die üblichen Methoden zur Bewertung der thermischen Behaglichkeit nicht ausreichend geeignet, um die komplexen raumklimatischen Verhältnisse in Gebäuden detailliert zu bewerten. Eine geeignete Möglichkeit bietet die Kopplung der Strömungssimulation (CFD) an ein numerisches Modell, welches die Thermophysiologie des Menschen abbildet. Mit Hilfe dieses Ansatzes wird sowohl die thermische Behaglichkeit als auch das thermische Empfinden beispielhaft in Räumen mit Flächenheizungen sowie -kühlungen untersucht.

Grundlage der Simulationen ist die Eingabe eines Geometriemodells und der entsprechenden Randbedingungen. Dafür wurde eine einfache, beispielhafte Raumgeometrie (3 m x 3 m x 3 m) ausgewählt (Abbildung 1). In der Mitte des Raumes ist eine menschliche Geometrie platziert, deren Maße einem durchschnittlichen Europäer entsprechen. Es wurde eine sitzende Position gewählt, die ausgestreckten Arme stellen eine Arbeitshaltung am Schreibtisch dar. Die Geometrie der Haare sowie der Bekleidung wurde nicht modelliert, da deren Einfluss auf die Strömungssimulation vernachlässigbar klein ist. Auch Einrichtungsgegenstände sind vernachlässigt, da diese Strömungen und Temperatur nur mäßig beeinflussen und außerdem nur schwierig allgemeingültigen Positionen zugeordnet werden können.

Abbildung 1: Geometrie des Simulierten Raumes

In Abbildung 2 sind die Temperaturprofile der Simulationen mit und ohne zusätzliche Lüftung dargestellt. In beiden Simulationen ist die Grenzschicht, ein Resultat der konvektiven Wärmeabgabe des menschlichen Körpers, deutlich erkennbar. Der über der Person aufsteigende Plüm weist deutlich über der Raumtemperatur liegende Temperaturen auf. Die simulierte Temperaturverteilung um den Bereich des menschlichen Körpers zeigt eine gute Übereinstimmung mit der Literatur.

Abbildung 2: Temperaturprofil bei Fußbodenkühlung ohne (o) und mit (u) Lüftung [°C]

Bei der Simulation ohne Lüftung scheint eine gleichmäßige Verteilung der Kühllast, aufgrund des mangelnden Auftriebs, nicht gegeben zu sein. Auch die Stratifikation zeigt sich, verglichen mit den normativen Anforderungen, als problematisch. Die Simulation mit Lüftung ist deutlich an der mit einer Temperatur von 26°C einströmenden Luft zu erkennen. Die Quelllüftung sorgt – trotz der verhältnismäßig warmen Temperatur – für eine wesentlich bessere Verteilung der Kühllast. Die vertikale Temperaturschichtung fällt aufgrund der mischenden Lüftung weit geringerer aus, sodass die normativen Vorgaben eingehalten werden.