- Bei Vorliegen von 3 oder mehr verschiedenen Temperatur-Randbedingungen versagt das indirekte Verfahren der EN ISO 10211. Verwendet man dennoch psi-Werte, so werden diese temperaturabhängig. Das indirekte Verfahren ist somit nur für den 2-Raum-Fall („innen“ und „außen“) geeignet.
- Bei dem von Ihnen skizzierten Fall gibt es nur 2 Randbedingungen: die Innen- und die Außenlufttemperatur. Die Temperaturverteilung im Erdreich wird berechnet, nicht vorgegeben. Bezüglich der Modellierung bodenberührter Bauteile siehe EN ISO 10211 (es gehen somit weite Bereiche des das Gebäude umgebenden Erdreichs in das Berechnungsmodell ein).
- Zur Berechnung des psi-Werts für den Anschluss des gedämmten Paneels (Türblatts?) an die Fundamentplatte würde ich wie folgt vorgehen:
- a) Berechnung des Modells mit Paneel; Modellierung der Fundamentplatte gemäß EN ISO 10211. Ergebnis: Leitwert zwischen innen und außen: La
- b) Überdecken des Paneels inklusive Anschlussprofil (bis Fußbodenoberkante) durch eine Löschzelle und Wiederholung der Berechnung. Ergebnis: Leitwert Lb.
- c) Berechnung des psi-Werts: psi = La – Lb – Up*hp, wobei Up der U-Wert des Paneels und hp die Höhe des Paneels, gemessen von der Fußbodenoberkante, ist.
- a) Berechnung des Modells mit Paneel; Modellierung der Fundamentplatte gemäß EN ISO 10211. Ergebnis: Leitwert zwischen innen und außen: La
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Thursday, 30 August 2012
Psi-Wert-Berechnungen - Außenluft, Innenraum, Erdreich - Anschluss einer Bodenplatte
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Tuesday, 21 February 2012
AnTherm und THESIM_Earth - Mehrdimensionale, instationäre Berechnungen
Eine Weiterentwicklung von AnTherm die in unseren Augen einen wesentlichen Schritt zur Verbesserung der Planungssicherheit darstellt und hilft, Fehleinschätzungen und Planungsfehler zu vermeiden.
Mehrdimensionale, instationäre Berechnungen
Es geht um die Möglichkeit, nun auch zeitabhängig - also instationär - rechnen und damit nicht nur den Wärmedurchgang sondern auch die Wärmespeicherfähigkeit mehrdimensional erfassen zu können. Für Sie als Programmbenutzer besteht der Mehraufwand für eine instationäre Berechnung vorerst lediglich darin, dass Sie neben der Wärmeleitfähigkeit eines Baustoffs auch dessen Massendichte und spezifische Wärmekapazität eingeben müssen.
Erdbodenberührte Bauteile
Die üblicherweise verwendete zeitunabhängige, d. h. stationäre oder quasistationäre Berechnung führt dann und nur dann zu brauchbaren Ergebnissen und Planungsempfehlungen, wenn die Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit vernachlässigbar ist oder die Schwankungen der als Randbedingungen auftretenden Temperaturen klein sind. Für den Spezialfall erdbodenberührter Bauteile und Baukonstruktionen sind diese Voraussetzungen faktisch nie erfüllt.
Der heute üblicherweise verwendete quasistationäre Berechnungsansatz (stationäre Monatsbilanzierung) führt tendenziell zu deutlich zu hohen Wärmeverlusten über die erdbodenberührten Bauteile. Diese im Berechnungsansatz begründete Fehleinschätzung führt zu einer zu schlechten Bewertung der thermischen Qualität der Gebäudehülle, zu einer zu hohen Energiekennzahl und in der Folge womöglich zu einer zu niedrigen Einstufung bei der Förderung.
Aus diesem Grund haben wir uns der Problematik angenommen und Werkzeuge für eine möglichst genaue Erfassung der Wärmeverluste über erdbodenberührte Bauteile entwickelt. Neben der physikalisch sauberen Behandlung der Problemstellung lag uns dabei die Benutzerfreundlichkeit der entwickelten Werkzeuge besonders am Herzen.
AnTherm und THESIM_Earth
Die Neuentwicklung zweier Komponenten für das mehrdimensionale, instationäre Rechnen, die ein Erfassen der Wärmeverluste über die erdberührten Teile der Gebäudehülle mit bisher nicht gekannter Genauigkeit erlauben:
Auf dieser Homepage finden Sie neben Texten zur Einführung in die spezielle Problematik der erdbodenberührten Bauteile und einer Sammlung zugehöriger Literatur (zum Teil auch als Download) sowie ein Forum, in dem Sie Diskussionsbeiträge, Fragen und Wünsche deponieren können.
Wir würden uns freuen, wenn wir damit unser Ziel erreichen, eine Wissensplattform für mehrdimensionale, instationäre Berechnungen zu etablieren und einen Diskussionsprozess in Gang zu bringen, und hoffen auf rege Teilnahme.
Wir würden uns sehr über Ihr Interesse an den neuen AnTherm-Funktionalitäten und am Simulationsprogramm THESIM_Earth freuen ...
Mehrdimensionale, instationäre Berechnungen
Es geht um die Möglichkeit, nun auch zeitabhängig - also instationär - rechnen und damit nicht nur den Wärmedurchgang sondern auch die Wärmespeicherfähigkeit mehrdimensional erfassen zu können. Für Sie als Programmbenutzer besteht der Mehraufwand für eine instationäre Berechnung vorerst lediglich darin, dass Sie neben der Wärmeleitfähigkeit eines Baustoffs auch dessen Massendichte und spezifische Wärmekapazität eingeben müssen.
Erdbodenberührte Bauteile
Die üblicherweise verwendete zeitunabhängige, d. h. stationäre oder quasistationäre Berechnung führt dann und nur dann zu brauchbaren Ergebnissen und Planungsempfehlungen, wenn die Auswirkung der Wärmespeicherfähigkeit vernachlässigbar ist oder die Schwankungen der als Randbedingungen auftretenden Temperaturen klein sind. Für den Spezialfall erdbodenberührter Bauteile und Baukonstruktionen sind diese Voraussetzungen faktisch nie erfüllt.
Der heute üblicherweise verwendete quasistationäre Berechnungsansatz (stationäre Monatsbilanzierung) führt tendenziell zu deutlich zu hohen Wärmeverlusten über die erdbodenberührten Bauteile. Diese im Berechnungsansatz begründete Fehleinschätzung führt zu einer zu schlechten Bewertung der thermischen Qualität der Gebäudehülle, zu einer zu hohen Energiekennzahl und in der Folge womöglich zu einer zu niedrigen Einstufung bei der Förderung.
Aus diesem Grund haben wir uns der Problematik angenommen und Werkzeuge für eine möglichst genaue Erfassung der Wärmeverluste über erdbodenberührte Bauteile entwickelt. Neben der physikalisch sauberen Behandlung der Problemstellung lag uns dabei die Benutzerfreundlichkeit der entwickelten Werkzeuge besonders am Herzen.
AnTherm und THESIM_Earth
Die Neuentwicklung zweier Komponenten für das mehrdimensionale, instationäre Rechnen, die ein Erfassen der Wärmeverluste über die erdberührten Teile der Gebäudehülle mit bisher nicht gekannter Genauigkeit erlauben:
- der instationäre Berechnungsmodul von Programmpaket AnTherm (siehe www.antherm.eu).
Dieser erlaubt u. a. die Ermittlung der Matrizen harmonischer thermischer Leitwerte, deren Berechnung – analog zum stationären Fall – ohne Angabe von Randbedingungen (Raumlufttemperaturen bzw. – im instationären Fall – Raumlufttempera-turverläufen) möglich ist. - das neue, auf die Problematik erdbodenberührter Bauteile zugeschnittene Simulationsprogramm THESIM_Earth.
Dieses erlaubt es, den Jahresverlauf der Wärmeverluste über erdbodenberührte Bauteile aber auch den Jahresverlauf der sich in einem unbeheizten Keller einstellenden Lufttemperatur zu berechnen. THESIM-Earth greift auf die von AnTherm errechneten Matrizen harmonischer thermischer Leitwerte zu und erzeugt Standortbezogen die gewünschten Jahresverläufe.
Der Fokus bei der Programmentwicklung lag hierbei darauf, dem Benutzer die komplexe Methode dreidimensionalen, instationären Rechnens so leicht als irgend möglich zugänglich zu machen.
Auf dieser Homepage finden Sie neben Texten zur Einführung in die spezielle Problematik der erdbodenberührten Bauteile und einer Sammlung zugehöriger Literatur (zum Teil auch als Download) sowie ein Forum, in dem Sie Diskussionsbeiträge, Fragen und Wünsche deponieren können.
Wir würden uns freuen, wenn wir damit unser Ziel erreichen, eine Wissensplattform für mehrdimensionale, instationäre Berechnungen zu etablieren und einen Diskussionsprozess in Gang zu bringen, und hoffen auf rege Teilnahme.
Wir würden uns sehr über Ihr Interesse an den neuen AnTherm-Funktionalitäten und am Simulationsprogramm THESIM_Earth freuen ...
Friday, 5 March 2010
Konzept der harmonischen thermischen Leitwerte
Das Konzept der harmonischen thermischen Leitwerte wird verwendet, um die in den Bauteilen eines Gebäudes mehrdimensional ablaufenden Wärmeleitungsvorgänge unter Berücksichtigung der Wärmespeicherung zu beschreiben. Der Entwurf eines thermischen Netzwerkes führt auf ein leicht überschaubares Konzept für mehrdimensional arbeitende Programme zur Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden.
Die Bedeutung dieses Konzeptes läßt sich leichter fassen, wenn die Gesamtheit der Innen- und Außenräume als thermisches Netzwerk interpretiert wird.
Das Konzept der thermischen Leitwerte fußt auf der Linearität der Wärmeleitungsgleichung. Diese Linearität ist nur dann gegeben, wenn angenommen wird, daß die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität und die Massendichte aller im Gebäude vorkommender Baumaterialien konstante, von der Temperatur unabhängige Werte haben. Für die Mehrzahl der im Planungsprozeß anstehenden Fragestellungen sind diese Annahmen sicherlich zulässig.
Das Konzept der thermischen Leitwerte ist bestens geeignet, die Transmissionswärmeströme im Gebäude zu beschreiben. Aufgrund der einfachen, linearen Beziehungen ist dieses Konzept im stationären Fall sogar der Handrechnung zugänglich. Hierbei ist jedoch anzumerken, daß die thermischen Leitwerte, die unter Berücksichtigung mehrdimensional ablaufender Wärmeleitungsvorgänge zu ermitteln sind, nur mittels Einsatz eines geeigneten “Wärmebrückenprogrammes” berechnet werden können.
Grundsätzlich ist es möglich, ein Gebäude mit all´ seinen Innenräumen mit einem geeigneten Wärmebrückenprogramm zu modellieren. Ergebnis einer solchen Berechnung ist direkt die Leitwertmatrix. Derzeit ist die Modellierung und Durchrechnung eines ganzen Gebäudes nur in Ausnahmefällen unter Zugriff auf besonders leistungsfähige Wärmebrückenprogramme möglich. Im Normalfall werden die Elemente der Leitwertmatrix durch Berechnung und anschließende Summation von Teilleitwerten errechnet. Das Gebäude wird hierzu fiktiv in Teilbereiche zerlegt, für die jeweils die Matrizen der Teilleitwerte errechnet werden. Hierbei muß darauf Bedacht genommen werden, daß die fiktiven Schnittebenen in Bereiche des Gebäudes gelegt werden, für die in guter Näherung das Vorliegen eindimensionaler Wärmeleitung angenommen werden kann. In der internationalen Norm EN ISO 10211 wird diese Art der Berechnung der Leitwertmatrix “direktes Verfahren” genannt.
Das Leitwert-Konzept läßt sich auf instationäre, periodisch eingeschwungene Vorgänge verallgemeinern. Der Leitwert ist komplexwertig und wird harmonischer thermischer Leitwert genannt.
Es entsteht somit für jede Harmonische ein Gleichungssystem mit komplexwertigen Koeffizienten, dessen Lösung – je nach Fragestellung – entweder zu den komplexen Amplituden der Raumlufttemperatur oder zu den komplexen Amplituden der im Raum aufzubringenden Heiz- oder Kühlleistung führt.
Das Verwenden des periodisch eingeschwungenen Ansatzes hat den Vorteil, daß für jede zu berücksichtigende Harmonische lediglich ein Gleichungssystem aufzustellen und zu lösen ist. Da die Gleichungen zeitfrei sind, werden Fehler, wie sie bei anderen Lösungsmethoden durch zeitliche Diskretisierung entstehen, vermieden.
Eine dreidimensionale, instationäre thermische Simulation wird dann benötigt, wenn der Wärmetransport mehrdimensional abläuft und zudem zu erwarten ist, daß Wärmespeicherfähigkeitseffekte das Berechnungsergebnis maßgeblich beeinflussen werden. Die Mehrdimensionalität des Wärmeflusses durch die Bauteile eines Gebäudes ist generell gegeben; eindimensionale Wärmeleitung ist im Bauwesen eine seltene Ausnahme und nicht die Regel.
Wärmespeicherfähigkeitseffekte spielen bekanntlich bei Sommertauglichkeitsuntersuchungen eine große Rolle. Es ist daher naheliegend anzunehmen, daß die dreidimensionale thermische Simulation die Planungssicherheit in Hinblick auf das Sommerverhalten von Räumen und Gebäuden zu erhöhen geeignet ist.
Normalerweise spielen Wärmespeicherfähigkeitseffekte bei der Berechnung des Heizwärmebedarfes von Gebäuden nur eine untergeordnete Rolle. Erst wenn die Wärmespeicherfähigkeit der Bauteile des Gebäudes sehr groß wird, ist zu erwarten, daß die dreidimensional instationäre Berechnung deutlich andere Ergebnisse liefern wird als die übliche Art der Simulation, in der Wärmebrücken lediglich über die Einführung stationärer Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Beispiele, für die eine dreidimensionale instationäre Modellierung notwendig sein wird, sind Altbauten mit sehr dicken, massiven Mauern, Kirchen, Schutzbauten, etc. . Eine dreidimensional instationäre Modellierung ist zudem generell bei Fragestellungen angezeigt, bei denen der Wärmedurchgang durch den Erdboden eine wesentliche Rolle spielt.
Zitiert aus "Zur dreidimensionalen Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden" von Klaus Kreč - zum nachlesen auf http://antherm.eu/ unter http://hilfe.antherm.eu/Theory/TheoretischeGrundlagen.htm
Die Bedeutung dieses Konzeptes läßt sich leichter fassen, wenn die Gesamtheit der Innen- und Außenräume als thermisches Netzwerk interpretiert wird.
Das Konzept der thermischen Leitwerte fußt auf der Linearität der Wärmeleitungsgleichung. Diese Linearität ist nur dann gegeben, wenn angenommen wird, daß die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität und die Massendichte aller im Gebäude vorkommender Baumaterialien konstante, von der Temperatur unabhängige Werte haben. Für die Mehrzahl der im Planungsprozeß anstehenden Fragestellungen sind diese Annahmen sicherlich zulässig.
Das Konzept der thermischen Leitwerte ist bestens geeignet, die Transmissionswärmeströme im Gebäude zu beschreiben. Aufgrund der einfachen, linearen Beziehungen ist dieses Konzept im stationären Fall sogar der Handrechnung zugänglich. Hierbei ist jedoch anzumerken, daß die thermischen Leitwerte, die unter Berücksichtigung mehrdimensional ablaufender Wärmeleitungsvorgänge zu ermitteln sind, nur mittels Einsatz eines geeigneten “Wärmebrückenprogrammes” berechnet werden können.
Grundsätzlich ist es möglich, ein Gebäude mit all´ seinen Innenräumen mit einem geeigneten Wärmebrückenprogramm zu modellieren. Ergebnis einer solchen Berechnung ist direkt die Leitwertmatrix. Derzeit ist die Modellierung und Durchrechnung eines ganzen Gebäudes nur in Ausnahmefällen unter Zugriff auf besonders leistungsfähige Wärmebrückenprogramme möglich. Im Normalfall werden die Elemente der Leitwertmatrix durch Berechnung und anschließende Summation von Teilleitwerten errechnet. Das Gebäude wird hierzu fiktiv in Teilbereiche zerlegt, für die jeweils die Matrizen der Teilleitwerte errechnet werden. Hierbei muß darauf Bedacht genommen werden, daß die fiktiven Schnittebenen in Bereiche des Gebäudes gelegt werden, für die in guter Näherung das Vorliegen eindimensionaler Wärmeleitung angenommen werden kann. In der internationalen Norm EN ISO 10211 wird diese Art der Berechnung der Leitwertmatrix “direktes Verfahren” genannt.
Das Leitwert-Konzept läßt sich auf instationäre, periodisch eingeschwungene Vorgänge verallgemeinern. Der Leitwert ist komplexwertig und wird harmonischer thermischer Leitwert genannt.
Es entsteht somit für jede Harmonische ein Gleichungssystem mit komplexwertigen Koeffizienten, dessen Lösung – je nach Fragestellung – entweder zu den komplexen Amplituden der Raumlufttemperatur oder zu den komplexen Amplituden der im Raum aufzubringenden Heiz- oder Kühlleistung führt.
Das Verwenden des periodisch eingeschwungenen Ansatzes hat den Vorteil, daß für jede zu berücksichtigende Harmonische lediglich ein Gleichungssystem aufzustellen und zu lösen ist. Da die Gleichungen zeitfrei sind, werden Fehler, wie sie bei anderen Lösungsmethoden durch zeitliche Diskretisierung entstehen, vermieden.
Eine dreidimensionale, instationäre thermische Simulation wird dann benötigt, wenn der Wärmetransport mehrdimensional abläuft und zudem zu erwarten ist, daß Wärmespeicherfähigkeitseffekte das Berechnungsergebnis maßgeblich beeinflussen werden. Die Mehrdimensionalität des Wärmeflusses durch die Bauteile eines Gebäudes ist generell gegeben; eindimensionale Wärmeleitung ist im Bauwesen eine seltene Ausnahme und nicht die Regel.
Wärmespeicherfähigkeitseffekte spielen bekanntlich bei Sommertauglichkeitsuntersuchungen eine große Rolle. Es ist daher naheliegend anzunehmen, daß die dreidimensionale thermische Simulation die Planungssicherheit in Hinblick auf das Sommerverhalten von Räumen und Gebäuden zu erhöhen geeignet ist.
Normalerweise spielen Wärmespeicherfähigkeitseffekte bei der Berechnung des Heizwärmebedarfes von Gebäuden nur eine untergeordnete Rolle. Erst wenn die Wärmespeicherfähigkeit der Bauteile des Gebäudes sehr groß wird, ist zu erwarten, daß die dreidimensional instationäre Berechnung deutlich andere Ergebnisse liefern wird als die übliche Art der Simulation, in der Wärmebrücken lediglich über die Einführung stationärer Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Beispiele, für die eine dreidimensionale instationäre Modellierung notwendig sein wird, sind Altbauten mit sehr dicken, massiven Mauern, Kirchen, Schutzbauten, etc. . Eine dreidimensional instationäre Modellierung ist zudem generell bei Fragestellungen angezeigt, bei denen der Wärmedurchgang durch den Erdboden eine wesentliche Rolle spielt.
Zitiert aus "Zur dreidimensionalen Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden" von Klaus Kreč - zum nachlesen auf http://antherm.eu/ unter http://hilfe.antherm.eu/Theory/TheoretischeGrundlagen.htm
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