Bildgebende Schlierenverfahren zur Visualisierung von Raumluftströmungen in der Bauphysik

Zur Visualisierung und Messung von Luftströmungen werden oft invasive Verfahren angewendet, welche die Strömung durch das Einbringen von Sensoren (bspw. Anemometer) oder Partikeln (bspw. Particle Image Velocimetry) beeinflussen. Alternativen bilden die Schlierenverfahren, namentlich das optische Schlierenverfahren mit Schlierenspiegel sowie das Background‐Oriented Schlierenverfahren (BOS), die an der Professur Bauphysik der Bauhaus‐Universität Weimar insbesondere zur Visualisierung von Raumluftströmungen optimiert wurden. Beide Verfahren arbeiten nicht‐invasiv und visualisieren Luftströmungen, die auf Dichtegradienten im Medium beruhen. Folgend werden beide Verfahren sowie verschiedene Anwendungen und Möglichkeiten zur quantitativen Auswertung vorgestellt. Die dargestellten Studien beleuchten Strömungen, die sowohl aus natürlicher wie auch erzwungener Konvektion resultieren und reichen von der Visualisierung personalisierter Lüftungssysteme über das Mikroklima des Menschen einschließlich der Ausbreitung der Atemluft in verschiedenen Szenarien (u. a. Tragen verschiedener Mund‐Nase‐Bedeckungen, beim Blasinstrumentenspiel und Singen, bei sportlicher Betätigung und nasaler Highflow‐Therapie) bis hin zur Untersuchung des Mikroklimas verschiedener Forschungsgegenstände (Betonzylinder und Globe‐Thermometer). Es wird angeregt, die Schlierenverfahren anzuwenden, um Raumluftströmungen in weiteren bauphysikalischen und angrenzenden Fachgebieten holistisch zu untersuchen.

When visualizing and measuring airflow, invasive techniques are mostly used. However, these methods hinder the flow under investigation due to sensors (e. g. anemometers) or particles that may not follow the flow (e. g. Particle Image Velocimetry). Alternatively, the schlieren imaging techniques, namely the optical schlieren imaging technique with the schlieren mirror and the background‐oriented schlieren technique (BOS), can be used. These techniques are non‐invasive and visualize airflow based on density gradients in the indoor air. Both techniques were optimized to visualize indoor airflows and implemented at the Department of Building Physics at the Bauhaus‐University Weimar. In this report, both schlieren techniques and their applications are presented alongside the quantitative evaluation of the results. The presented applications include: personalized ventilation, human thermal plume, spread of ejected breathing, and investigations of the microclimate around test objects.