else1
potsdamer-platz
brandenburger-tor
BerlinPDP_593kl
BerlinAlex3_623kl

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.
 
paket thermsim

Ziele und Methoden

  • Ziele

die zeitliche Entwicklung der Raumtemperaturen vorhersagen
klimatische Einflüsse einschätzen
baukonstruktive Maßnahmen planen (Verschattung, Belüftung)
Heiz- und Kühllasten abschätzen
Kompetenz beweisen

  • DÄMMWERK Methoden

schnelle und einfache Definition der Berechnungsmodelle
Verwendung der vorhandenen Querschnitte und Flächen
instationäre Finite-Differenzen-Methode
grafische Darstellung der Berechnungsmodelle
grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse

Definition der Berechnungsmodelle mit DÄMMWERK - Faltmodellen nach oben

  • Betrachtung des vorhandenen Gebäudes

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.

  • keine neue Datenaufnahme

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.

  • komplettes Berechnungsmodell wird vorgeschlagen

Um das Berechnungsmodell sofort zu komplettieren, werden die Außentemperaturen, die Solarstrahlung, Luftwechselzahlen und interne Wärmegewinnen zunächst mit Standardwerten vorbelegt.

Außenklima aus Meßwerten oder idealisiertnach oben

  • 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.

  • Validierung: idealisiertes Außenklima

Für die Validierung wird ein eintägig definiertes, idealisiertes Außenklima angenommen, das bis zur Temperaturkonstanz im Raum 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 Referenzklimadatensätzen (TRY) des BMVBS für diverse, deutsche Referenzstandorte der Fall.

Luftwechsel, Wärmequellen im Raum und einflussreiche Bauteilparameternach oben

  • 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 bei Wohngebäuden für jeden Tag Gültigkeit haben. Bei Nichtwohngebäuden wird am Wochenende ohne interne Wärmequellen und mit einem geringen Luftwechsel (Infiltration) gerechnet. Der Luftwechsel kann nach DIN4108-2 im Bedarfsfall (> 23°C Raumtemperatur) erhöht werden, erhöhter Tag- / Nachtluftwechsel

  • 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.

Berechnung + Auswertungennach oben

  • zeitlicher Verlauf der Raumtemperatur

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 über zwei Tage. Die roten Kreismarkierungen stehen für die Raumlufttemperatur in Halbstundenschritten, die blauen Markierungen für die operative Raumtemperatur = Mittelwert aus Raumluft- und Strahlungstemperatur. Über den beiden sichtbaren Bauteilen ist die Bestrahlungsstärke für 24 Stunden (orientierungsabhängig) und die aktivierten Sonnenschutzvorrichtungen (graue Balken, ggf. strahlungsabhängig gesteuert) angegeben. Sonnenschutzvorrichtungen reduzieren den Wärmeeintrag aus Direkt- und Diffusstrahlung durch die Fenster.

  • Heiz- und Kühllast

Ergänzend ist es möglich, die Heiz- und Kühllast darzustellen. Es handelt sich dabei um die Energie, die erforderlich ist, um die Raumlufttemperatur auf einem Mindest- bzw. Höchstwert zu halten.

  • Ergebnislisten

Die Eingabe- und Berechnungsparameter werden in unterschiedlichen Listen und Tabellen protokolliert. Die "Ergebnistabelle" ist eine Zusammenfassung der Einstellungen und wichtigsten Ergebnisse für mehrere, vergleichende Berechnungsgänge. Das Stundenprotokoll protokolliert alle berechneten Stundenwerte und variablen Einstellungen inklusive Übertemperaturgradstunden sowie Heiz- und Kühllast. Die "Berechnugsparameter-2" protokollieren zusätzlich die Bauteilparameter und die zuletzt berechneten Bauteiltemperaturen. Alle Protokolle können mit einer Tabellenkalkulation eingesehen und nach Bedarf ausgewertet werden.

Grenzen + Einschränkungennach oben

  • derzeit nicht berücksichtigt

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 (außer Keller und Erdreich)
Temperaturschichtungen und Temperaturverteilungen in den Räumen

  • Validierungsverfahren

Unsere Software wurde in einem aufwändigen Prozess einer Validierung nach EN ISO 13791 unterzogen. Dies konnte nur in Selbstkontrolle erfolgen, denn kein Externer wäre in der Lage, die Zusammenhänge bis ins Detail zu verfolgen und Programmanpassungen vorzunehmen. Der Tagesmittelwert bleibt in allen 18 Validierungsbeispielen unter 0,5°K Abweichung von den Vorgaben der Norm, die größte, festgestellte Einzelabweichung (Stundenwert) ist etwa 1°K. Damit ist ein gutes Ergebnis erzielt, das von jedem Interessierten selbst nachgeprüft werden kann. Die Berechnungen finden Sie im Ordner "TS-Validierung".
Wegen der nicht hinreichenden Beschreibungen in den Normen mussten viele gewünschten Parametereinstellungen auf der Basis von Vergleichsrechnungen im komplexen Zusammenhang „erarbeitet“ werden. Dabei wurde z.B. festgestellt, dass zwar in Diffusstrahlung und reflektierte Strahlung unterschieden wird, dass aber alle Strahlungsarten mit den selben Fc-Werten für den Sonnenschutz reduziert werden. Auch haben wir festgestellt, dass die Validierung ohne den Korrekturwert für die Abstrahlung zum Himmel berechnet werden muss und dass das Berechnungsmodell für den Wärmeübergang an den Bauteiloberflächen tückisch ist. Themen, über die man diskutieren könnte.
Es wird ergänzend darauf hingewiesen, dass das System auf geringfügige Parameteränderungen empfindlich reagieren kann. Wir empfehlen daher einen sorgsamen und verantwortungsvollen Umgang!

Zusammenfassungnach oben

  • Instationäre Berechnung der Innentemperaturen in Räumen und Gebäuden ohne technische Kühlung oder Beheizung nach EN ISO 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, die Bauteile der Raumhülle, Konstruktion, Speicher-, Strahlungsparameter, Größe, Neigung, zeit- strahlungsabhängige Verschattung, den Raumluftwechsel und die inneren Wärmequellen
  • Grafische Bedieneroberfläche, zeitliche Entwicklung der Raumlufttemperatur

 

Weitere Informationen: Video-Tutorial zur Thermischen Simulation
Preisinformation: Paket Thermische Simulation | weitere Informationen zu den Modulen: Modul 1 | E-Modul 2
Fachbeitrag: Thermische Gebäudesimulation nach DIN 4108-2:2012 zum Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes
Verfasser: Andreas Kern, März 2014 (PDF 130 KB)
Produktinformation: Thermische Gebäudesimulation (PDF ca. 1.0 MB | April 2015)
Beachten Sie auch unsere ausführlich kommentierten Berechnungsbeispiele | weitere Software-Pakete

nach oben    nach oben

© KERN ingenieurkonzepte 2019