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HTflux

Thermische und hygrothermische Simulation

Das U-Wert Tool

Das Messtool „U-Wert“ ist ein vielseitiges Tool, mit dessen Hilfe eine Reihe von Aufgaben durchgeführt werden können. Dies sind:

  • 1d U-Wert Bestimmung  (=Wärmedurchgangskoeffizient aus Schichtaufbau)
  • 2d U-Wert Bestimmung  (=Wärmedurchgangskoeffizient aus Wärmestrommessung)
  • Dokumentation des Schichtaufbaus
  • Anzeige des Wärmedurchgangswiderstands
  • Anzeige von dynamisch-thermischen Kenngrößen (wirksame Speicherkapazität, Phasenverschiebung etc.)

U-Wert 1d – analytische Berechnung

In HTflux wird als eindimensionaler U-Wert, jener Wärmedurchgangskoeffizient bezeichnet, welche sich durch analytische Berechnung aus den einzelnen Schichten des Bauteils ergibt. Hierzu werden die Wärmedurchgangswiderstände aller Bauteilschichten und die beiden Wärmeübergangswiderstände der Bauteiloberflächen addiert und anschließend der Kehrwert gebildet:

U-Wert Definition Rsi ….Wärmeübergangswiderstand innen
Rse ….Wärmeübergangswiderstand außen
Rn ….Wärmedurchgangskoeffizient der Bauteilschicht n
d ….Dicke der Schicht
λ ….Wärmeleitfähigkeit der Schicht

Diese Methode der Berechnung setzt voraus, dass ein homogener Schichtaufbau vorliegt, bei welchem alle Schichten quasi „unendlich“ ausgedehnt sind und nicht von anderen Elementen unterbrochen werden.

U-Wert 2d – Bestimmung aus dem Wärmestrom

Als zweidimensionaler U-Wert wird in HTflux jener U-Wert bezeichnet welcher sich aus einer Wärmestrombestimmung errechnet. Mit dieser Methode ist sehr einfach möglich auch den U-Wert von inhomogen aufgebauten Bauteilen zu bestimmen. Der U-Wert ergibt sich dann aus:

U-Wert aus Wärmestrom Φ ….gesamter Wärmestrom
A ….bei Messung betrachtete Fläche
ΔT ….anliegende Temperaturdifferenz

Der zweidimensionale U-Wert stimmt immer dann mit dem eindimensionalen überein, wenn ein homogener aus ausgedehnten Schichten bestehender Bauteilaufbau besteht und wenn der Wärmestrom nicht durch eine in der Nähe liegende Störung (Wärmebrücke oder ungeeignete Begrenzung des Simulationsbereichs) beeinflusst wird. Bei HTflux wird der Wärmestrom auf beiden Seiten des Bauteils ermittelt und standardmäßig der Mittelwert dieser beiden Messungen zur U-Wert Berechnung herangezogen. Dies erhöht die Genauigkeit. Grundsätzlich sollten die beiden Werte jedoch identisch sein.

Anwenden des U-Wert Tools

Starten Sie das U-Wert Tool durch Drücken des entsprechenden Buttons im Messungen Menüband:
U-Wert-sym-Messung-Button  U-Wert-asym-Messung-Button

  1. Wählen Sie nun mit der Maus einen geeigneten Punkt an der Bauteilaußen oder -innenseite. Wichtig ist dass das Messtool im an der äußersten Ebene des Bauteils angelegt wird, d.h. immer dort wo eine Materialschicht mit einer Randbedingung in Kontakt steht.
  2. „Schneiden“ Sie nun das Bauteil senkrecht zur Bauteiloberfläche durch, d.h. wählen Sie nun einen Punkt an der gegenüberliegenden Seite des Bauteils, welcher mit der jeweils anderen Randbedingung (Außen- oder Innenklima) in Kontakt steht.
    (Anm. zur Erleichterung wird automatisch das Winkel-Fangtool aktiviert. Sollen Sie ein Bauteil bearbeiten welches nicht horizontal oder vertikal verläuft, so können Sie den entsprechenden Winkel im Fangtool einstellen)
  3. Als nächstes müssen Sie den Messbereich für die Wärmestrombestimmung (2d-Uwert) definieren.
    Die Vorgehensweise unterscheidet sich je nachdem ob Sie die symmetrische oder die asymmetrische Funktion gewählt haben:
  • symmetrischer Messbereich:
    Wählen Sie mit der Maus einen geeigneten Bereich zur Wärmestrombestimmung aus, oder geben Sie den Wert nummerisch im Eingabefeld ein. Beachten Sie, dass sich die Eingabe nur auf eine Halbseite beziehen. Der gegenüberliegende Bereich wird dann vom Programm symmetrisch gewählt.
  • asymmetrischer Messbereich:
    Wählen Sie mit der Maus eine geeignete Berandung aus, oder geben Sie den Abstand zum bereits gezeichneten Schenkel nummerisch im Eingabefeld ein. Anschließend für Sie denselben Vorgang für die gegenüberliegende Seite durch. Als Messbereich wird jener Bereich definiert, welcher zwischen diesen beiden Schenkeln liegt.

Genaueres zur geeigneten Wahl des Messbereiches, bzw. über die U-Wert Bestimmung bei inhomogenen Bauteilen erfahren Sie hier.

U-Wert-Tutorial

Das Messtool ist nun vollständig definiert. Starten Sie nun die Simulation um die U-Wert Bestimmung auszuführen.

Die Ergebnisse der Messung werden, wie üblich, mittels eines Mess-Tags angezeigt.
Sollten Sie später die Außenmaße des Bauteils ändern, so müssen Sie die das Messtool erneut anlegen – oder ein neues verwenden. Zum erneuten Anlegen des Tools verwenden Sie bitte die entsprechende Funktion im Kontext-Menü (Rechts-click auf Messtool):
Geometrie-neu-setzen-U-wert

 

U-Wert Tool – Einstellmöglichkeiten

Durch Doppel-click auf den Messtag oder auf das Messtool im Projektmanager gelangen Sie in den Einstellungs-Dialog der Messung.
U-Wert-Tool-Einstellungen

  1. Hier wird der aktuell ausgewählte U-Wert angezeigt
  2. Wählen Sie hier welchen U-Wert Sie verwenden bzw. anzeigen möchten.
    Bei inhomogenem Aufbau sollte grundsätzlich der 2d-U-Wert herangezogen werden. (siehe oben)
  3. Hier kann die Größe des Referenzbereichs, welcher zur Bestimmung des 2d-U-Werts verwendet wird nachträglich verändert werden. Anschließend ist es erforderlich die Simulation neu zu starten.
  4. Wählen Sie hier die Anzahl der Dezimalstellen mit welcher der U-Wert ausgegeben werden soll.
  5. Hier können Sie wählen, welche zusätzlichen Werte in der Detailansicht des Messtags angezeigt werden sollen.
  6. In diesem Bereich kann die graphische Ansicht des Messtools verändert werden. Einzelne Elemente können ein- oder ausgeblendet werden.
  7. Hier können Sie entscheiden, ob der Schichtaufbau im Messtag angezeigt werden soll. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Dokumentation des Bauteils.
    Tipp: wenn Sie die Anzeige aller anderen Werte deaktivieren, können Sie das U-Wert Tool auch ausschließlich zur Beschreibung von Aufbauten einsetzen.
  8. Hier können zusätzlich auch die dynamisch-thermischen Kenngrößen des Bauteils angezeigt werden.
    Eine nähere Beschreibung dieser Werte kann hier oder in der zugrundeliegenden Norm ISO 13786 gefunden werden.
  9. Wenn Sie mit mehreren Simulationsbereichen arbeiten, oder komplexere Simulationen durchführen kann es erforderlich sein, das Messergebnis „einzufrieren“. Wenn Sie hier ein Häkchen setzen wird bei einer erneuten Simulation keine Neuberechnung mehr durchgeführt und der aktuelle Wert dauerhaft angezeigt.