Strahlungsflächen
Zur Wahrnehmung der Wärmestrahlung in die VR Simulationsumgebung wurde ein ein Zylinder mit diskretisierten Strahlungsflächen im Inneren der Klimakuppel hinzugefügt, wobei sich der Nutzer in der Mittelachse des Zylinders befindet.
Die zylindrische Mantelfläche ist vertikal und horizontal in 30 cm x 30 cm große rechteckige Strahlungsflächen diskretisiert. Für jede dieser Strahlungsflächen des Zylinders werden die Sichtfaktoren auf alle umschließenden Innenoberflächen des Raumesmodells in Abhängigkeit von der Nutzerposition zeitabhängig berechnet. Diese Sichtfaktoren bilden die Grundlage für die Berechnung einer gewichteten Ersatztemperatur, die eine Projektion aller Oberflächentemperaturen des Raummodells auf eine einzelne virtuelle Strahlungsfläche darstellen.
Thermo-Pixel
Die einzelnen quadratischen Strahlungsflächen werden digital angesteuert und strahlen thermisch in einem weitem Temperaturbereich von 10 bis 60 °C einer vorgegebenen Soll-Temperatur. Hierfür wurden sogenannte Thermo-Pixel entwickelt, welche jeweils mit vier thermoelektrischen Elementen (TECs) mit Heiz- und Kühlfunktion versehen sind. Auf der Vorderseite erfolgt die Wärmeabgabe über thermische Strahlung und auf der Rückseite wird die Abwärme der TECs über ein Wasserkühlsystem abgeführt.
Die TECs auf der Rückseite der Thermo-Pixel werden mit einer konstanten DC-Stromversorgung versorgt, deren Polarität je nach Heiz- oder Kühlbetrieb wechselt. Zu diesem Zweck wurde ein digitaler THErmal PIxel COntroller (ThePiCo) entwickelt. Jeder ThePiCo verfügt über zwei unabhängige H-Brücken mit Tiefpassfiltern zur Glättung des PWM-Signals. Der Controller regelt die elektrische Leistung und wechselt falls notwendig die Polarität, so dass die Thermo-Pixel durch Kühlen oder Beheizen der Oberfläche stets die gewünschte Solltenperatur erreichen.
Die Infrarotaufnahme zeigt eine Anordnung von 5 x 3 Thermo-Pixeln, weche abwechselnd horizontal und vertikal auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und danach wieder abgekühlt werden.