Aktuelles

Erstellt: 17. Mai 2021

DFG bewilligt ATOM-Forschung

Messung des Raumklimas mittels ATOM - "Akustischer Laufzeit-Tomographie"

In den meisten Gebäuden erfolgt die Regulierung der Raumlufttemperatur über Thermostate. Diese befinden sich häufig direkt am Heizkörper oder aber an einem anderen Punkt im Raum. Gemessen wird dabei eine globale Temperatur, die sich aus Luft- und Strahlungstemperatur zusammensetzt, genau an der Stelle, an der das Thermostat angebracht ist. Aufgrund der Entfernung zwischen Thermostat und Raumnutzer können die gemessenen klimatischen Verhältnisse am Thermostat von denen beim Nutzer (z. B. am Arbeitsplatz) abweichen. Zudem können über das Thermostat die Luftströmungsverhältnisse beim Nutzer nicht erfasst werden, die auch einen großen Einfluss auf dessen Behaglichkeitsempfinden haben. Dies kann zu einer verminderten thermischen Behaglichkeit führen. Hilfreich wäre deshalb ein Messverfahren, welches das Raumklima nicht nur punktuell, sondern für den ganzen Raum erfasst und mit welchem gleichzeitig auf störende Sensoren im Messgebiet, welche die zu erfassenden Kenngrößen beeinflussen, verzichtet werden kann.

Auf einem solchen Konzept basieren bildgebende tomografische Verfahren. Hierbei befinden sich die Sensoren nicht im zu untersuchenden Gebiet, sondern außerhalb. Nur die verwendeten Messsignale (Röntgenstrahlen, Magnetfelder, akustische Wellen, etc.) breiten sich in dem Untersuchungsgebiet aus und werden durch die unterschiedlichen Eigenschaften auf dem Ausbreitungsweg beeinflusst. Mit Hilfe von tomografischen Methoden kann dann aus den Einflüssen auf vielen solcher Laufwege eine räumliche Verteilung dieser Eigenschaften rekonstruiert werden.

Für eine tomografische Rekonstruktion von Lufttemperatur- und Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen in einem Raum eignen sich insbesonder akustische Signale, da sowohl die Lufttemperatur als auch die Luftströmung direkt die Geschwindigkeit der Schallwellenausbreitung - die Schallgeschwindigkeit - beeinflussen. Es existieren verschiedene tomografische Rekonstruktionsverfahren für eine Abbildung von Lufttemperatur- und Strömungsfeldern sowohl in Freifeldbereichen über großen Flächen bis hin zu Innenräumen. Allen gemeinsam ist, dass über eine hohe Anzahl an Schallsendern sowie und Schallempfängern viele Ausbreitungspfade erzeugt und die daraus resultierenden Messdaten für die tomografische Rekonstruktion herangezogen werden.

Bei der Durchführung einer solchen sogenannten "Akustischen Laufzeit-TOMographie" in geschlossenen Innenräumen kann auch auf eine hohe Anzahl an Sensoren verzichtet werden, wenn neben der Laufzeit der Direktschallsignale zwischen den Schallquellen und -empfängern auch die Reflektionen an den Wänden und Gegenständen in den Auswertealgorithmus mit einbezogen werden. Hierfür ist es notwendig, die genauen Laufstrecken und Laufzeiten der unzähligen Reflektionen genau zu analysieren. In vorangegangenen Untersuchungen wurden bereits raumakustische Mess- und Simulationenswerkzeuge implementiert, um dem tomografischen Rekonstruktionsalgorithmus die relevanten Eingangsdaten in Form von sogenantneen Raumimpulsantworten zuzuführen. Erste Untersuchungen in einem leeren quaderförmigen Raum haben die Potentiale dieser neuen Herangehensweise aufgezeigt, weshalb die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Weiterentwicklung dieser Analysemethode als Kooperation zwischen Bauhaus-Universität Weimar sowie TU Dresden zukünftig fördern wird. Bei der Weiterentwicklung stehen neben einer Erhöhung der Auflösung auch die Berücksichtigung von ortsfesten sowie beweglichen Objekten im Fokus als auch die Transformation des bisherigen im Hörbereich arbeitenden Messsystems in den Ultraschallbereich.