Thermische Simulation

mit DÄMMWERK Bauphysik- und EnEV-Software

Modul 1 (Basismodul + Bauteilwärmeschutz) + Ergänzungsmodul E2 (Thermische Simulation)

Die zeitliche Simulation der thermischen Vorgänge in Räumen und Gebäuden trägt zum Verständnis der Gebäudefunktion bei und kann wichtige Planungshinweise z.B. für den sommerlichen Wärmeschutz liefern.

Ziele DÄMMWERK Methoden

die zeitliche Entwicklung der Raumtemperaturen vorhersagen klimatische Einflüsse einschätzen baukonstruktive Maßnahmen planen (Verschattung) Heiz- und Kühllasten abschätzen Kompetenz beweisen schnelle und einfache Definition der Berechnungsmodelle Verwendung der vorhandenen Querschnitte und Flächen instationäre Finite-Differenzen-Methode grafische Darstellung der Berechnungsmodelle grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse

Betrachtung des vorhandenen Gebäudes keine neue Datenaufnahme komplettes Berechnungsmodell wird vorgeschlagen

Die vorhandenen Faltmodelle, die z.B. für die Nachweise nach der EnergieeinsparVO eingegeben wurden, können ohne weitere Detaillierung auch für die thermische Simulation verwendet werden. Man führt die Betrachtung also für das vorhandene Gebäude durch. Individuelle (manuelle) Eingaben sind aber möglich. Die automatische Programmroutine sammelt die Hüllflächenbauteile (Außenwände, Fenster, Dach, Grundflächen) nach Art, verwendetem Bauteil und Orientierung. Notwendige Berechnungsparameter, wie z.B. Flächengrößen, Parameter für den konvektiven Wärmeübergang an den Bauteiloberflächen, Strahlungsparameter oder Rahmenanteile werden aus den Bauteilbezügen abgeleitet oder mit Standardwerten vorbelegt. Um das Berechnungsmodell sofort zu komplettieren, werden die Außentemperaturen, die Solarstrahlung, Luftwechselzahlen und interne Wärmegewinnen zunächst mit Standardwerten vorbelegt.

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Außentemperatur, Direkt- und Diffusstrahlung		Den größten Einfluss auf das Berechnungsergebnis hat das Außenklima, Solarstrahlung und Lufttemperaturen in Stundenschritten. Bei der Solarstrahlung muss man die direkte Strahlung und die reflektierte, diffuse Strahlung (Reflexion an Wolken, an anderen Gebäuden oder der Erdoberfläche) unterscheiden. Direkte Strahlung, die bei klarem Wetter überwiegt, dringt über die Fenster gerichtet (Einfallswinkel und Richtung) in das Gebäude ein, diffuse Strahlung wirkt an verschatteten und nicht verschatteten Flächen gleichermaßen.
idealisiertes Außenklima		Man kann mit einem eintägig definierten, idealisierten Außenklima rechnen, das immer wieder abgearbeitet wird. Die Außentemperatur und die Solarstrahlung wird dabei in Stundenschritten manuell angegeben oder über den Standort (geografische Lage, Höhe über NN, Himmelsfarbe ...) ermittelt.
Messwerte für einen Zeitraum		Alternativ kann man mit realen Klimabedingungen über einen längeren Zeitraum (in der Regel 1 Jahr = 8760 Stundenschritte) rechnen. Die Klimadaten müssen dazu bekannt sein, also gemessen und für die Benutzung freigegeben sein. Dies ist z.B. bei den Refernzklimadatensätzen (TRY) des BMVBS für diverse, deutsche Referenzstandorte der Fall.

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Definition der Randbedingungen in Stundenschritten		Die Luftwechselzahl wird ebenso wie der Wärmeeintrag durch interne Wärmequellen (Personen- und Geräteabwärme) in Stundenwerten angegeben (manuell oder aus Programmvorschlägen). Es wird davon ausgegangen, dass diese Größen für jeden Tag Gültigkeit haben. Die Luftwechselzahl (Anzahl der Luftwechsel pro Stunde) führt zu einer Temperaturmischung zwischen Raum- und Außenluft, bei Berechnungszyklen von 60 Sekunden z.B. zu einer Mischung 1:59 , 1 Teil Außenlufttemperatur auf 59 Teile Raumlufttemperatur je Berechnungszyklus.
Bauteilparameter aus Bauteilbezügen		Die Bauteilparameter können zum großen Teil aus den Bauteildefinitionen (siehe Bauteilberechnung) und den Einbauinformationen (siehe Faltmodelle) abgeleitet werden. Fehlende Parameter (z.B. Reflexions- und Emissionsgrade der Oberflächen) werden mit Standardwerten vorbelegt. Alle Werte können kontrolliert und individuell angepasst werden.

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zeitlicher Verlauf der Raumtemperatur konstruktive Maßnahmen Varianten		Die Berechnungsmodelle werden in kleinen Zeitschritten berechnet, z.B. in 60 Sekunden-Zeitschritten. Am Ende eines Zeitschritts wird die Raumlufttemperatur basierend auf der vorherigen Temperatur und der zu- oder abfließenden Wärmemengen (aus Luftwechsel, internen Gewinnen, direkter und diffuser Solarstrahlung durch die Fenster, Wärmestrahlung der inneren Bauteiloberflächen) neu berechnet. In Halbstundenschritten wird die so ermittelte Raumtemperatur grafisch dargestellt.
		Darstellung der Entwicklung der Raumtemperatur mit und ohne Sonnenschutzvorrichtung. Sonnenschutzvorrichtungen reduzieren den Wärmeeintrag aus Direkt- und Diffusstrahlung durch die Fenster.
tabellarische Darstellungen		Die dargestellten und alle anderen Eingabe- und Berechnungsparameter werden protokolliert und können an eine Tabellenkalkulation übergeben werden.
Heiz- und Kühllast
		Ergänzend ist es möglich, die -in erster Näherung- erforderliche Kühlenergie darzustellen, die für eine technische Kühlung der Raumluft auf ein vorgegebenes Temperaturniveau nötig wäre – ebenso die Heizlast.

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derzeit in DÄMMWERK nicht berücksichtigt allgemeine Probleme der thermischen Simulation

In DÄMMWERK werden derzeit nicht berücksichtigt: geregelte Wärme- und Kälteeinträge aus haustechnischen Anlagen ungeregelte Wärme- und Kälteeinträge aus haustechnischen Anlagen (Rohrleitungs, Speicher- und Erzeugerverluste) Einflüsse aus angrenzenden, ggf. unterschiedlich temperierten Zonen Temperaturschichtungen und Temperaturverteilungen in den Räumen Auch wenn die vorgenannten Einschränkungen programmtechnisch aufgehoben würden, sehen wir weiterhin diverse Argumente, die gegen eine Verwendung der thermischen Simulation zum Nachweis z.B. der Energieeinsparung sprechen: die stündliche Erstellung von Wärmebilanzen in Räumen und Gebäuden ist derzeit nicht genormt (keine öffentlich anerkannten Berechnungsvorschriften) der Berechnungsvorgang dürfte sehr aufwändig und kaum zu vermitteln sein Referenzklimadaten können nicht allgemeinverbindlich sein, weil das Wetter nicht reproduzierbar ist die Ziele einer energetischen Bilanzierung mittels thermischer Simulation sind nicht definiert

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Thermische Simulation

Zusammenfassung

• Instationäre Berechnung der Innentemperaturen in Räumen und Gebäuden ohne technische Kühlung oder Beheizung in Anlehnung an ISO/DIS 13791.
• Planung von Maßnahmen zum sommerlichen Wärmeschutz
• Berechnung der Kühllast im Sommer oder der Heizlast im Winter.
• Die Finite-Differenzen-Methode berücksichtigt die Außentemperaturen, zeitabhängig, die Solarstrahlung, zeitabhängig und standortbezogen, die Bauteile der Raumhülle, Konstruktion, Speicher-, Strahlungsparameter, Größe, Neigung, zeitabhängige Verschattung, den Raumluftwechsel und die inneren Wärmequellen.
• Grafische Bedieneroberfläche, zeitliche Entwicklung der Raumlufttemperatur , der Kühl- oder Heizlast und der Bauteiltemperaturen.

Preisinformation und Modulbeschreibung

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