09.03.2018

Forscher testen Schutzkleidung in der Kältekammer



Professor Nikolai Kornev vom Lehrstuhl für Modellierung und Simulation der Universität Rostock verspricht sich von der Forschung in der Kältekammer ganz neue Möglichkeiten, Schutzkleidung für extreme Einsatzbedingungen zu entwickeln: "Wir wollen Schutzkleidung für die Arbeitswelt entwickeln, mit der die Menschen bei extrem niedrigen oder hohen Temperaturen beziehungsweise bei Sturm ihren Dienst unbeschadet versehen können." Dabei denkt Prof. Kornev unter anderem an Feuerwehrleute oder Beschäftigte der Offshore Windkraftenergie-Branche. Beide Berufsgruppen sind immer wieder extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Deshalb will Kornev mathematische Modelle entwickeln, die es der Industrie ermöglichen, Schutzkleidung für jeden Anwendungsfalls computer-designed herzustellen.

"Es ist schwierig, das Freisetzen von Wärme im menschlichen Körper zu berechnen", beschreibt Prof. Kornev die Herausforderung. "Der Mensch ist ein aktives System, kein passives." Jeder reagiere anders, deshalb wisse man nicht, wieviel Wärme beispielsweise Herz, Niere oder andere Organe erzeugen würden. Da es äußerst schwierig ist, ein detailliertes mathematisches Modell der Wärmeausbreitung im menschlichen Körper zu entwickeln, sucht man einen pragmatischen Umweg. "Der Wärmefluss von der Körperoberfläche dienst als Ausgangspunkt, um die innere menschliche Thermodynamik mathematisch modellieren zu können", sagt Prof. Kornev. Und den äußeren Wärmefluss könne man durch die Messungen der Körpertemperatur mit Computersimulationen nachbilden.

Bei bis zu minus 30 Grad stehen dick eingemummelte Probanden etwa 40 Minuten in der Kältekammer der Rostocker Fraunhofer Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik und lassen sich für die Forschung auch noch von einem Ventilator kräftig Wind um die Nase wehen. Die Temperaturen werden bei den Probanden über 17 Sensoren am Körper und über weitere vier innerhalb der Kleidung gemessen. Zusätzlich wird die Feuchtigkeit über fünf Sensoren registriert.

Die Rostocker Wissenschaftler werden dabei von Professorin Irina Cherunova von der Don TU Rostow am Don unterstützt. Die Spezialistin für Textilwissenschaften und Kleidung ist über den Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) an den Lehrstuhl von Prof. Kornev gekommen. Sie ist Expertin für mathematische Modellierung und wertet die vielen Daten aus der Kältekammer aus. Sie hat bereits einen Anzug mit eingebetteten Sensoren und Heizung entwickelt. Damit hat sie für große Aufmerksamkeit in der Fachwelt gesorgt.

Einen weiteren Partner für seine Forschungen hat Nikolai Kornev in Professor Egon Hassel vom Lehrstuhl für Technische Thermodynamik der Universität Rostock gefunden, dessen Mitarbeiter Norbert Schmotz wertet die zahlreichen Messdaten gemeinsam mit Professorin Cherunova aus. "Die ersten ausgewerteten Daten haben gezeigt, dass die untersuchte Schutzkleidung mit der Dicke von etwa drei Zentimetern, gefüllt mit Gänsedaunen, in der Lage ist, Menschen (ohne Bewegung) bei Temperaturen bis zu minus 30 Grad und einem Wind von bis zu zehn Meter pro Sekunde wirksam vor der Kälte zu schützen", sagt Prof. Kornev. Bei dieser Windstärke und einer Umgebungstemperatur von minus 20 Grad sinke die Temperatur auf dem Rücken nur um etwa 0.5 Grad. "Der Wind hat eine Doppelwirkung auf den Wärmeübergang", stellt Prof. Kornev klar. Zuerst nehme die erzwungene Konvektion, also die Wärmeübertragung, beim Wind zu und erhöhe die Wärmeverluste beim Menschen. Der zweite Effekt, der noch kaum erforscht wurde, bestehe darin, dass die wärmeisolierende Schicht durch Winddruck dünner werde. Das führe zur Verdichtung der Daunenschicht und zur Vergrößerung seiner Wärmeleitfähigkeit. "Die Wärmeverluste des menschlichen Körpers können bei starkem Wind zehn Prozent höher werden", so Prof. Kornev.

Quelle: Universität Rostock




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