Messen, Steuern & Regeln für ideale Lüftungsbedingungen im Hörsaal

Angewandte Fluiddynamik in der Laborumgebung am MCI

Letzte Woche tauschten die Drittsemestrigen des dualen Studiums Smart Building Technologies den Hörsaal gegen das Labor – wobei ersterer aber dennoch eine wichtige Rolle spielte. Die gewohnte Hörsaal-Umgebung wurde nämlich zum Untersuchungsobjekt. Einen Tag je Kleingruppe widmete Dozent Manuel Berger der Umsetzung fluiddynamischer Konzepte in der Labor- und EDV-Umgebung zur Untersuchung und Ausmessung der Strömungsbedingungen im Hörsaal.

Die Studierenden konnten die Strömung von Flüssigkeitspartikeln in der Raumluft im Hörsaal 4A-024 am MCI Campus Technologie & Life Sciences untersuchen und Simulationen zur Verbesserung der Durchlüftung anstellen. Messen, Steuern und Regeln im smarten Gebäude – anhand der idealen Lüftungsbedingungen für ihre Unterrichtsumgebung stellte dies für die Studierenden ein sehr greifbares Beispiel aus dem Studienalltag dar.

Angeleitet durch MCI Manuel Berger konnten die Studierenden mittels LDA (Laser Doppler Anemometrie) nicht-invasiv in einem Hörsaal-Modell im Maßstab 1:100 laseroptisch die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteilchen in der Luft mit stationären Randbedingungen ermitteln. Zur örtlichen Positionierung wurden dafür ein Roboter und ein RobotStudio Plugin verwendet, welches von den MCI Absolventen Johannes Sieberer (Absolvent der MCI Masterstudiengänge Medical & Sports Technologies sowie Wirtschaftsingenieurwesen) und MCI Mitarbeiter Thomas Hausberger (Department Mechatronik) entwickelt wurde und diese Untersuchung erst ermöglichte.

In der Laborumgebung werten die Studierenden die turbulente Strömung aus – das Fluid, die Flüssigkeit in der Luft, ist eine instabile Größe und dementsprechend ständigen zeitlichen Veränderungen unterworfen. Die Auswertung der turbulenten Strömung passiert teils automatisiert durch die nicht-invasive LDA-Software – die Tropfengeschwindigkeit in der Luft wird an einzelnen Punkten gemessen und davon abgeleitet, wie gut die Durchlüftung im Raum ist (Geschwindigkeitsverteilung der Tropfen in der Luft).

Abschließend erfolgte die Simulationsauswertung im EDV-Raum: Die Software Ansys Fluent verdeutlicht die verschiedenen Ebenen des Raumes – dazu werteten die Studierenden einzelne Messpunkte an verschiedenen Höhenpunkten aus. Je nach Position auf der z-Achse (Höhe des Raumes) kann so ein differenziertes Bild der Durchströmungsrate im Raum verbildlicht werden. Die Geschwindigkeit gilt als Gradmesser für den Volumenstrom an einzelnen Stellen des gemessenen Raums.

Ergebnisse der Laborübung zeigen, dass Strömungssimulationen basierend auf der finiten Volumen-Methode sehr gut mit den LDA-Messungen zusammenpassen. Außerdem ist der Raum in Originalgröße simuliert worden. Die Reynoldsähnlichkeitstheorie konnte mit der Simulation bestätigt werden, sodass Untersuchungen im Maßstab 1:100 zulässig sind. In der Laborumgebung konnten die Studierenden die realen Verhältnisse messen und Verbesserungsvorschläge anhand des Modells simulieren, ohne durch ihre Anwesenheit im realen Hörsaal Messergebnisse zu beeinträchtigen.