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Thermische und hygrothermische Simulation

Die folgende Anleitung ist sehr detailliert. Sie werden aber sehen, dass Sie je nach Sicherheit oder Vorkenntnissen sehr schnell über die einzelnen Punkte hinweggehen, oder auf alternative Weise zum Ergebnis gelangen können. Mit etwas Übung ist es möglich das folgende Beispiel in wenigen Minuten zu erstellen!

1 Einige wichtige Funktionen, welche Sie kennen sollten

Beim Arbeiten mit den Zeichen-Tools werden Sie von einer Reihe von Hilfsfunktionen unterstützt, die wir kurz vorstellen möchten:

1.1 Navigieren in der Ansicht

Wenn Sie noch keine Erfahrung mit HTflux haben, ist es für dieses Tutorial wichtig zu wissen, wie Sie in der Ansicht navigieren:

  • Zum Vergrößern der Ansicht: Rollen Sie das Mausrad nach vorne. Halten Sie den Cursor dabei über den zu vergrößernden Ausschnitt.
  • Zum Verkleinern der Ansicht: Rollen Sie das Mausrad nach hinten. Der Ort des Cursors ist wiederum ausschlaggebend für das Zentrum der Verkleinerung.
  • Zum Verschieben der Ansicht: Drücken Sie das Mausrad (oder die mittlere Maustaste). Verschieben Sie die Maus während Sie die Taste halten. Lassen Sie die Taste los.

Sollten die Mauseingaben nicht gleich den gewünschten Effekt erzielen. Dann klicken Sie zuerst mit der linken Maustaste in die Ansicht um sicherzustellen, dass diese aktiviert ist.

1.2 Die Fang-Funktionen

Klicken Sie mit der Maus im unteren rechten Bereich der Ansicht auf die entsprechenden Buttons um diese zu aktivieren (blau) oder zu deaktivieren (grau).

  •  footer_snapGridBtn
    Gitterfang: Ist die Funktion aktiviert, so wird immer im vorgegebenen Raster des Gitternetzes gearbeitet. Um Einstellungen am Gitternetz vorzunehmen, klicken Sie mit der RECHTEN Maustaste auf diesen Button.
  • footer_snapPointBtn
    Stützpunkt-Fang: Wenn diese Funktion aktiviert ist, können Sie beim Zeichnen Objekte an Stützpunkten bereits gezeichneter Geometrien ausrichten.
  • footer_snapLineBtn
    Linien-Fang: Wenn diese Funktion aktiviert ist, können Sie beim Zeichnen Objekte an Linien bereits gezeichneter Geometrien ausrichten.
  • footer_snapAngleBtn
    Winkel-Fang: Diese Funktion ermöglicht es Ihnen ausgehend vom Referenzpunkt in vorgegebene Winkelrichtungen zu zeichnen. Um diese einzustellen, klicken Sie mit der RECHTEN Maustaste auf diesen Button. Vergessen Sie nicht die Funktion wieder zu deaktivieren wenn Sie diese nicht mehr benötigen, da sie dann hinderlich sein kann.
  • Vertikale Hilfslinie – Tastatur X: Durch Drücken der Taste ‚x‘ während des Zeichnens kann die X-Koordinate der aktuellen Mausposition fixiert werden („vertikale Hilfslinie“). Diese Funktion ist sehr hilfreich um Objekte exakt horizontal auszurichten. Durch erneutes Drücken der ‚x‘ Taste wird die Fixierung wieder aufgehoben.
  • Horizontale Hilfslinie – Tastatur Y: Durch Drücken der Taste ‚y‘ während des Zeichnens, kann die Y-Koordinate der aktuellen Mausposition fixiert werden („horizontale Hilfslinie“). Diese Funktion ist sehr hilfreich um Objekte exakt vertikal auszurichten. Durch erneutes Drücken der ‚y‘ Taste wird die Fixierung wieder aufgehoben.
    Anmerkung: Sollten die Tastatur-Funktionen nicht gleich verfügbar sein, so klicken Sie in das Eingabefeld der Kommandozeile um sicherzustellen, dass die Tastatureingabe aktiviert ist.

1.3 Der Referenz-Punkt

RefPoint
Bei fast allen Zeichenfunktionen können Sie die Hilfe eines Referenzpunktes in Anspruch nehmen. Verwenden Sie in den Zeichenfunktionen die RECHTE Maustaste um diesen zu setzen.
Der Referenz-Punkt dient entweder als Ausgangspunkt für die Funktion „Winkel-Fang“, oder als Nullpunkt für die Angabe von relativen Koordinaten. Geben Sie etwa „R“ + Koordinaten, z.B. R 0,5;2,5 in die Kommandozeile ein, so wird die Koordinate 0,5 cm horizontal nach rechts und 2,5 cm vertikal nach oben als Punkt festgelegt.

 

2 Geeignete Projektvorlage öffnen

Gehen Sie im Hauptmenü „Datei“ auf den Menüpunkt „Neu“ und wählen Sie dort die Projektvorlage „Wärmebrücke-Tutorial“ aus. Sie können später beliebige Projekte als Vorlage sichern. Dies ermöglicht Ihnen rasch neue Projekte auf Basis eines bestehenden Umfelds, welche z.B. Materiallisten und Randbedingungen bereits enthält, zu erstellen.

 

3 Zeichnen der Geometrie

In HTflux kann entweder ein CAD-Modell über den sogenannten „DXF-Import“ übernommen werden, oder es kann mithilfe einfacher Zeichenfunktionen innerhalb von HTflux eine Geometrie erstellt werden.  Wir werden in diesem Beispiel eine Wärmebrücke, welche durch einen Deckenanschluss entsteht berechnen. Entnehmen Sie die Maße und Materialzuordnung zu diesem Beispiel bitte der folgenden Grafik:

01-Material-und-Maße-Geometrie

In diesem Tutorial wird die Geometrie mit Hilfe der Zeichenfunktion „Rechteck“ erstellt. Rufen Sie diese im obersten Menüband unter „Zeichnen“ mithilfe des folgenden Buttons auf:
Buton_Rechteck

Die Funktion ist nun aktiviert. Beachten Sie beim Zeichnen immer den blauen Text in der Kommandozeile (am unteren Rand der Zeichen-und -Simulationsoberfläche). Dieser unterstützt Sie beim Arbeiten mit den Funktionen, indem er Ihnen den aktuellen Status und die möglichen Eingaben vorgibt. Wenn Sie die Funktion aktivieren steht dort „1.Punkt [Maus] [x;y] [X][Y]:“. Die Eingabe des ersten Punktes des Rechtecks wir also gefordert. Die eckigen Klammern geben Hinweise auf die möglichen Eingaben. [Maus] ermöglicht es Ihnen einen Punkt mit Hilfe der Maus einzugeben. [x;y] bedeutet, dass die Koordinaten numerisch eingegeben werden können. [X][Y] ist ein Hinweis auf die mögliche Verwendung der horizontalen und vertikalen Fang Funktionen (siehe oben).
Im Beispiel empfiehlt es sich beim ersten Objekt die Koordinaten numerisch einzugeben. Dadurch werden spätere Koordinateneingaben einfacher. Geben Sie also 0;0 in die Kommandozeile ein. Der erste Punkt des Rechtecks wird dadurch auf den Koordinatenursprung gelegt.  In der Kommandozeile wird nun die Eingabe des 2. Punktes des Rechtecks erwartet. Hier ist es hilfreich die beiden neu hinzugekommenen Optionen [B Breite] und [H Höhe] zu verwenden. Mit Hilfe dieser lassen sich rasch und einfach die Maße der gewünschten Objekte vorgeben. Als erstes zeichnen wir die Außenwand des Untergeschosses. Geben Sie dazu B 36 (oder b36) in die Kommandozeile ein und bestätigen Sie dies mit der Eingabetaste. Bewegen Sie die Maus in der Arbeitsfläche um den Einfluss der Eingabe sichtbar zu machen. Die Breite des Rechtecks ist nun mit 36cm fixiert. Geben Sie für die Höhe  h150 ein und bestätigen Sie mit der Eingabetaste. Sie können nun mit der Maus nur noch die Ausrichtung des Rechtecks festlegen. Fahren Sie nach rechts oben um das Rechteck rechts über dem Koordinatenursprung zu fixieren und fixieren Sie das Rechteck mit der linken Maustaste. Das erste Objekt ist nun gezeichnet.

Sollte Ihnen ein Fehler unterlaufen sein, so können Sie das eben Gezeichnete rechts im Projektmanager mit Hilfe der rechten Maustaste wieder löschen. Während der Eingabe können Sie jederzeit in die Kommandozeile ein U eingeben, das macht die letzte Eingabe bei der aktuellen Zeichenfunktion wieder rückgängig.

Fahren Sie wie folgt fort (der vorgegebene Weg stellt nur eine der vielfachen Möglichkeiten dar, die Geometrie zu erstellen, mit Übung können Sie die Funktionen natürlich anders anwenden):

  • Deckenrandschalung (Dämmstreifen): steuern Sie mit der Maus die linke obere Ecke des eben gezeichneten Rechtecks an. Wählen Sie den Eckpunkt mit der linken Maustaste. Geben Sie als Breite b8 ein. Geben Sie als Höhe h16 an (da die Betondecke 16 cm stark ist). Wählen Sie die Ausrichtung des Rechtecks mit der Maus nach links oben und bestätigen Sie mit der linken Maustaste.
  • Obere Außenwand: steuern Sie mit der Maus die linke obere Ecke der Deckenrandschalung an. Wählen Sie den Eckpunkt mit der linken Maustaste. Geben Sie als Breite b36 ein. Geben Sie als Höhe h150 ein. Wählen Sie die Ausrichtung des Rechtecks mit der Maus nach links oben und bestätigen Sie mit der linken Maustaste.
  • Außenputz: steuern Sie mit der Maus die linke untere Ecke der unteren Außenwand an und wählen Sie diese mit der linken Maustaste. Geben Sie als Breite b1,5 ein. Fahren Sie mit dem Mauscursor zur oberen linken Ecke der OBEREN Außenwand. Vergrößern Sie dort den Ausschnitt durch Drehen des Mausrades. Fahren Sie präzise über die linke obere Ecke bis der Stützpunkt-Fang-Cursor (Raute) erscheint. Drücken Sie nun Y auf der Tastatur um die vertikale Koordinate zu fixieren. Fahren Sie nun noch mit der Maus links aus der Wand hinaus um sicherzustellen, dass der Putz außen angelegt wird und bestätigen Sie mit der linken Maustaste.
  • Innenputz unten : rechte untere Ecke der unteren Außenwand ansteuern -> linke Maustaste ->  Breite eingeben: b1 -> obere rechte Ecke der unteren Außenwand ansteuern ->  Koordinate mit Y fixieren -> mit Maus Rechteck nach rechts ausrichten -> linke Maustaste zum Fixieren.
  • Innenputz oben: rechte untere Ecke der oberen Außenwand ansteuern -> linke Maustaste ->  Breite eingeben: b1 -> obere rechte Ecke der oberen Außenwand ansteuern ->  Koordinate mit Y fixieren -> mit Maus Rechteck nach rechts ausrichten -> linke Maustaste zum Fixieren.
  • Stahlbetondecke: rechte untere Ecke des Deckenrandschalung anwählen -> Breite eingeben: b200 -> obere rechte Ecke des Dämmstreifens ansteuern -> mit Y fixieren -> mit Maus nach rechts fahren und mit linker Maustaste Rechteck fixieren.
  • Innenputz Decke: rechte untere Ecke der Betondecke mit linker Maustaste anwählen -> Höhe h1 eingeben -> mit Maus rechte Kante des Innenputz unten ansteuern und wenn Linienfang aktiv ist (diagonales Kreuz) mit linker Maustaste fixieren.
  • Zum Fußbodenaufbau:  zuerst der Randstreifen: rechte untere Ecke des oberen Innenputz mit linker Maustaste anwählen. -> Breite b1 eingeben -> Höhe h9 eingeben -> mit Maus nach rechts oben ausrichten und mit linker Maustaste fixieren.
  • Trittschalldämmung: rechte untere Ecke des Randstreifens mit linker Maustaste anwählen -> Höhe h4 eingeben -> rechte Ecke der Betondecke anfahren und horizontale Koordinate mit X fixieren. Rechteck nach oben ausrichten und mit linker Maustaste fixieren.
  • Estrich: rechte untere Ecke des Randstreifens mit linker Maustaste anwählen -> Höhe h5 eingeben -> rechte Ecke der Trittschalldämmung anfahren und horizontale Koordinate mit X fixieren. Rechteck nach oben ausrichten und mit linker Maustaste fixieren. Nun müssen Sie nur noch die Randbedingungen (Klimata) eingeben:
  • Außenklima: linke untere Ecke des Außenputz mit linker Maustaste anwählen -> obere Ecke des Außenputz anfahren und mit Y vertikal fixieren -> in beliebiger Breite (z.B. ca. doppelte Wandstärke) nach rechts vergrößern und mit linker Maustaste fixieren.
  • Innenklima: rechte untere Ecke des Innenputz mit linker Maustaste anwählen -> rechte Ecke eines Deckenelements (z.B. Estrich) anfahren und mit  X horizontal fixieren -> obere Ecke eines oberen Wandelements (z.B. Innenputz) anfahren und Koordinate mit Y vertikal fixieren, mit linker Maustaste abschließen.

Wichtig: Das letzte Rechteck liegt nun über allen bereits gezeichneten Objekten, das sieht im ersten Moment ungewollt aus. Die Möglichkeit Objekte zu zeichnen, welche übereinander liegen können, bietet aber Vorteile, die Sie bei zukünftiger Arbeit mit HTflux schätzen werden. Im nächsten Punkt erfahren Sie, wie Sie das zuletzt gezeichnete Rechteck-Objekt (Innenklima) umsortieren können.

 

4 Umsortieren

Um das zuletzt gezeichnete Rechteck in den Hintergrund zu bringen gehen Sie wie folgt vor: Aktivieren Sie die Standardfunktion „Auswählen“. Entweder im oberen Menüband, oder im kleinen Menüband unten rechts. Der Button ist mit einen Auswahlpfeil select_tmbtn gekennzeichnet.
Selektieren Sie das zuletzt gezeichnete Rechteck (Innenklima) indem Sie mit der Maus darauf klicken. Das Objekt wird nun mit grüner Umrandung als ausgewählt angezeigt. Ganz rechts im Projektmanager ist das Objekt nun ebenfalls als angewählt markiert. Da Sie dieses Objekt zuletzt gezeichnet haben ist es das oberste in der Objekt-Liste. Klicken Sie nun auf dieses oberste Objekt und ziehen Sie es mit gehaltener Maustaste ganz nach unten an das Ende der Objekt-Liste und lassen Sie dort die Maustaste los.

02-Objekte-umsortieren-Htflux

Da in HTflux ein Objekt welches in der Liste weiter oben steht immer die darunterliegenden verdeckt, haben Sie das Rechteck Innenklima nun ganz in den Hintergrund geschoben. Die Betondecke samt Aufbau sollte nun wieder sichtbar sein.
Die Möglichkeit Objekte übereinander zu zeichnen erlaubt es, den Zeichenvorgang sehr zu vereinfachen. (So hätten Sie z.B. im vorliegenden Fall auch die Außenwand als einzelnes großes Rechteck zeichnen, und die Betondecke und den Dämmstreifen anschließend einfach „darüber“ zeichnen können.)

 

5 Material zuweisen

Grundsätzlich kann die Materialzuordnung auf drei verschiedene Arten erfolgen:

  1. Durch Ziehen von der Materialpalette auf die grafische Ansicht
  2. Durch Ziehen von der Materialpalette auf die Objekt-Liste rechts
  3. Durch Öffnen des Eigenschaften-Dialogs in der Objekt-Liste mit Hilfe der rechten Maustaste

Für unser Beispiel wählen wir die erste Möglichkeit. Wenn die Materialienpalette nicht geöffnet ist, klicken sie am rechten Rand auf den Button „Materialienliste“. Klicken Sie danach mit der linken Maustaste auf das gewünschte Material und ziehen Sie das Material mit gehaltener Maustaste auf das gewünschte Objekt. Wiederholen Sie diesen Schritt, bis Sie allen Objekte einem Material zugeordnet haben.
03-Material-zuweisen-HTflux

Mittels des Buttons „Material-Dialog“ oder durch Doppelklicken auf ein Material in der Liste gelangen Sie das Dialogfenster für die Materialien. Dort können Sie neu Materialien aus der Datenbank hinzufügen, bestehende Materialeigenschaften ändern etc. Diese Funktionalitäten sollen aber nicht Teil dieses Tutorials sein.

 

6 Simulation durchführen

Wir könnten bereits jetzt das PSI-Wert Messtool anwenden. Da wir aber ungeduldig sind, machen wir vorab eine Simulation um unsere Eingaben zu überprüfen.
Klicken Sie hierzu im „START“-Hauptmenüband oben den Button „stabile Lösung“:
SimulationButton

In HTflux ist es möglich auf Basis einer Grafik einen oder mehrere Simulationsausschnitte zu definieren. Zu diesem Zweck können mit Hilfe der Funktion „Ausschnitt festlegen“ im Menüband „Zeichnen“
Ausschnitt-festlegen
bestimmte Ausschnitt festgelegt werden. In unserem Fall verzichten wir aber auf diese Festlegung. HTflux wird Sie nun darauf hinweisen, dass kein Ausschnitt festgelegt wurde und vorschlagen automatisch einen Ausschnitt zu generieren, welcher alle Objekte umfasst. Bestätigen Sie nun den entsprechenden Vorschlag mit „JA“.

Im nun erscheinenden Dialog könnten Sie  den entsprechenden zu simulierenden Ausschnitt wählen. In diesem Fall steht nun ausschließlich der automatisch generierte Bereich „Gesamt“ zur Verfügung. Im nächsten Feld können Sie die Auflösung für die Simulationsberechnung festlegen. HTflux schlägt 2mm vor. Das vorliegende Beispiel sollten Sie problemlos mit noch niedrigerer Auflösung simulieren können, dies ist hier aber nicht notwendig. Wenn einmal nicht ausreichend Arbeitsspeicher zur Verfügung steht, schließen Sie andere Anwendungen oder wählen Sie eine geringere Auflösung (=ein größeres Maß). Auch mit dieser Auflösung werden Sie die Wärmebrücke ausreichend genau berechnen können. Der HTflux Berechnungsalgorithmus ist sehr schnell, d.h. die maximal mögliche Auflösung einer Simulation wird nicht durch die CPU-Leistung beschränkt, sondern durch den verfügbaren Arbeitsspeicher. Deshalb ist es sinnvoll HTflux möglichst auf einem 64-bit Betriebssystem  einzusetzen und bei hohem Speicherbedarf andere Anwendungen zu schließen.

Zurück zum Beispiel: Klicken Sie auf „Simulation starten“ und binnen weniger Sekunden wird die Temperaturansicht der durchgeführten Simulation sichtbar. Sie können nun in dieser beliebig mit der Maus navigieren, Ausschnitte zoomen etc.
Mit Hilfe des Buttons „Erweiterte Einstellungen“ im Menüband unten können Sie viele Optionen zur Darstellung variieren (z.B. die Farbpalette, den Abstand der Isothermen etc.). Diese Optionen sollen aber nicht Teil dieses Tutorials sein. Mit Hilfe des „Wärmestrom“-Buttons im oberen Menüband „Messungen“ können Sie ebenso einfach auf sehr anschauliche Weise die Wärmestromdichten darstellen. Auch dort gibt es wieder eine Vielzahl an möglichen Darstellungsoptionen.

 

7 Das PSI-Messtool anwenden

Zurück zur Wärmebrücken-Berechnung: Um Fortzufahren wählen Sie im oberen Menüband am besten wieder die Ansicht „Materialien“. Wählen Sie im Menüband „MESSUNGEN“ die Funktion PSI:
PSI-Button
Wie bei den Zeichenfunktionen gibt Ihnen die Kommandozeile unten Hilfestellungen zur geforderten Eingabe. Als erstes werden Sie nun aufgefordert den Stützpunkt A für die Wärmebrückenberechnung festzulegen. Mit diesem wird einerseits die Schnittfläche für die Wärmestrommessung und andererseits die für die Messung bestimmende Randbedingung festgelegt.
Laut Norm muss die Schnittführung i.d.R. mindestens einen Meter bzw. das Dreifache der Dicke des flankierenden Bauteils von der Wärmebrücke entfernt sein, um sicherzustellen, dass der Einfluss der Wärmebrücke wieder verschwunden ist – die Isothermen wieder parallel verlaufen. HTflux liefert hier jedoch sogar eine einzigartige Hilfestellung, da sowohl der theoretische, ungestörte U-Wert, als auch der gemessene U-Wert als Vergleichswert angezeigt werden. Dazu gleich mehr. Wählen Sie also in diesem Beispiel mit der Maus die Lage des Stützpunktes so, dass dieser mehr als einen Meter von der Wärmebrücke entfernt liegt. Aus technischen Gründen sollte der Stützpunkt aber innerhalb des Simulationsbereiches und nicht auf der Berandung liegen.
Wichtig: Die Stützpunkte müssen immer an Grenzflächen zu den Randbedingungen („Klimas“) gesetzt werden. Wenn dies nicht beachtet wird, erscheint später eine Warnung, dass die Berechnung nicht durchgeführt werden konnte.

  1. Stützpunkt A: Wir wählen den Punkt mit den Koordinaten -1,5; 20 mit der Maus (alternativ können auch die Koordinaten eingeben werden), aber wie gesagt bei dieser Wärmebrücke ist die Lage des Punktes wenig relevant, solange dieser in ausreichendem Abstand von der Wärmebrücke und auf einer Grenzfläche zu einer Randbedingung liegt. Sie könne die Höhe auch „ungefähr“ festlegen.
  2. Richtung A: Als nächstes muss die Richtung der Achse zur Wärmebrücke festgelegt werden. Diese verläuft bei diesem Beispiel naturgemäß nach oben. Wählen Sie einen beliebigen Punt an der Außenkante über dem Stützpunkt um die Richtung als Vertikale festzulegen.
  3. Referenzbereich A: Da beim PSI-Wert Tool immer auch zwei U-Werte „gemessen“ werden, müssen Sie im nächsten Schritt die Länge des Referenzbereichs zur U-Wert Bestimmung festlegen. Machen Sie dies wiederum entweder per Maus, oder geben Sie z.B. 25 in der Kommandozeile ein. Damit wird in einem 25cm breiten Bereich über dem Stützpunkt zusätzlich eine U-Wert Bestimmung durchgeführt. Da beim PSI-Wert Tool immer auch zwei U-Werte „gemessen“ werden, müssen Sie im nächsten Schritt die Länge des Referenzbereichs zur U-Wert Bestimmung festlegen. Machen Sie dies wiederum entweder per Maus, oder geben Sie z.B. 25 in der Kommandozeile ein. Damit wird in einem 25cm breiten Bereich über dem Stützpunkt zusätzlich eine U-Wert Bestimmung durchgeführt. Sollte dies nicht der Fall sein, so können Sie jederzeit mit Hilfe der „U“ Taste (Undo) zum vorherigen Schritt zurückkehren.
  4. Stützpunkt B: Analog gehen Sie nun mit dem zweiten Stützpunkt (B) vor. Wir setzen diesen entsprechend dem unteren Stützpunkt 20 cm innerhalb des Simulationsbereichs (also bei den Koordinaten -1,5; 261). Aber auch in diesem Fall führt die Berechnung unabhängig von der genauen Lage des Stützpunktes immer zum gleichen Ergebnis, so lange dieser Punkt nicht zu nahe an der Wärmebrücke liegt.
    Als Richtung zur Wärmebrücke wird diesmal die Senkrechte nach unten festgelegt, und der Kontrollbereich für den U-Wert wird wieder mit 25cm Länge festlegt.
  5. Knotenpunkt: Wenn es sich um eine Wärmebrücke mit nicht parallelen Achsen (z.B. eine klassische Ecke) handeln würde, so wären wir zu diesem Zeitpunkt mit der Festlegung des PSI-Tools bereits fertig. Da die beiden Schenkel hier aber parallel verlaufen, kann HTflux die Längen der beiden Schenkel nicht über den Schnittpunkt errechnen. Die Lage muss in diesem Fall per Maus definiert werden. Da die untere Wand, denselben U-Wert wie die obere Wand besitzt, ist auch hier die Lage eigentlich nicht relevant. Grundsätzlich muss aber immer jener Ort bestimmt werden, an welchem bei der Energieberechnung der Übergang vom einen U-Wert zum anderen angenommen wird. Wir wählen mit der Maus die Oberkante der Decke als Bezugsebene. Auf dieser Höhe wird nun gleich auch das Ergebnis der Berechnung dargestellt werden.

Wärmebrücken-Werkzeug-HTflux

Die Messfunktionen werden immer im Zuge der Simulation ausgeführt. Starten Sie deshalb erneut die thermische Simulation mittels des Buttons „T – stabile Lösung“ im „Start“ Menü oben.

 

8 PSI-Messtool Optionen

Nach der Simulation wird ein sogenannter „Tag“, also ein Schildchen mit dem berechneten PSI-Wert angezeigt. Die Tags erscheinen bei allen Messfunktionen und bieten Ihnen eine Reihe von Möglichkeiten die Darstellung zu optimieren:

  1. Sie können den Tag mithilfe der gehaltenen linken Maustaste beliebig verschieben, um die Darstellung zu verbessern
  2. Mittels der +/- Schaltflächen über dem Tag können Sie die Größe des Tags verändern
  3. Durch Drücken des „nach unten Pfeils“ können Sie zusätzliche Details zur Messung einblenden.
  4. Durch das „X“ können Sie den Tag unsichtbar machen. Um ihn wieder einzublenden, können Sie auf die magentafarbenen runden Markierungen doppelklicken
    (oder rechts im Projektmanager über den Eigenschaften-Dialog des Messtools den Anzeigestatus verändern)
  5. Durch Doppelklicken im Tag gelangen Sie in den zugehörigen Eigenschaften-Dialog des Messtools.

(Sollten die Tags wider Erwarten nicht aktiv sein, so überprüfen Sie, ob die Sichtbarkeit der Tags für diese Ansicht eingeschaltet ist. Die Ansicht der Messfunktionen und Tags können Sie über den Button TagButton im unteren Menüband steuern)

Um die Funktion und Möglichkeiten des PSI-Tools besser erläutern zu können, öffnen Sie nun die Detailansicht durch Drücken des „nach unten Pfeils“ über dem Tag.
Psi-Wert Berechnung automatisch

Der Tag vergrößert sich und die Berechnungsgrundlagen für den PSI-Wert erscheinen:
PSI-Wert-Berechnung-Details

Eine kurze Erläuterung der angeführten Parameter:

  • Ua,2d: der U-Wert des Schenkels A (in diesem Beispiel der unteren Außenwand) ermittelt auf Basis des gemessenen Wärmeflusses in der Simulation durch den zuvor definierten 25cm breiten Referenzbereich.
  • Ua,1d: der U-Wert des Schenkels A errechnet als theoretischer Wert auf Basis der einzelnen Materialschichten, Dicken und Wärmeübergänge. (siehe auch weiter unten)
  • Ub,1d, Ub,2d: analog zu oben für den Schenkel B (obere Außenwand)
  • lA,lB: die Längen der Schenkel auf Basis der durchgeführten Simulation. Je nach Rasterung, können diese Werte etwas von den Vorgaben abweichen. Die Längen sind die tatsächlich für die Wärmestrommessung relevanten Größen.
  • Φtotal: der gemessene gesamte Wärmestrom (Wärmefluss)
  • ΔT: die für die Messung relevante Temperaturdifferenz.

Die 1d und 2d Werte ermöglichen es Ihnen sehr rasch und einfach die Qualität der Simulation zu beurteilen. Solange die 2d-Werte nur wenige Prozente neben den 1d-Werten liegen, ist die Qualität der Berechnung zufriedenstellend. Wenn die Abweichungen größer werden, deutet dies darauf hin, dass die Wirkung der Wärmebrücke noch nicht abgeklungen ist, oder eine weitere Wärmebrücke den Wärmestrom dort beeinflusst. In diesem Falle ist der angezeigte Ψ-Wert zu hinterfragen. Wenn die Werte wie in diesem Fall identisch sind, d.h. der in der Simulation „gemessene“ 2d-Wert dem theoretischen Wert der quasi unendlich ausgedehnten Wand (1d) entspricht, dann ist die Qualität der Simulation bzw. Berechnung optimal.

Aus den oben angezeigten Detail-Werten lässt sich grundsätzlich auch die Berechnung des PSI-Werts nachvollziehen:
Psi-Formula
Beim Einsetzen der oben angeführten Werte ergibt sich in der dritten Nachkommastelle eine Abweichung. Diese resultiert daraus, dass HTflux intern die Werte mit einer noch höheren Genauigkeit als der angezeigten berechnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden etwa beim U-Wert nur drei Nachkommastellen ausgegeben.
Wenn Sie auf den Tag doppelklicken, gelangen Sie in den Eigenschaften Dialog des PSI-Tools. Dort können Sie etwa die Berechnungsbasis für die PSI-Wert Berechnung, oder die gewünschte Anzeige der Werte beeinflussen.

Eine weitere nützliche Funktion ist die separate U-Wert Anzeige des PSI-Tools. Per Doppelklick auf entweder den oberen oder unteren magentafarbenen Stützpunkt können Sie ein weiteres Tag (=Schildchen) öffnen. Dieses ermöglicht Ihnen den U-Wert, den Schichtaufbau der Wand und die Wärmeübergangswiderstände übersichtlich anzuzeigen.
U-Wert Berechnung automatisch
Die Anzeige des Schichtaufbaus können Sie wieder durch Klicken auf die kleine schwarze „nach unten“ Schaltfläche über dem Tag aktivieren. Weitere Optionen stehen wiederum nach Doppelklick auf das Schildchen im Eigenschaften-Fenster zur Verfügung.

 

8 Alternative Methode zur Bestimmung des Ψ-Werts mittels Wärmestrom-Messtool [optional]

Sie können den PSI-Wert natürlich jederzeit auch über die klassische, besser bekannte Methode mittels Wärmestrom-Bestimmung – quasi manuell – berechnen. In unserem Beispiel würden Sie hierzu wie folgt vorgehen:
Fügen Sie eine Wärmestrom-Messung zum Projekt hinzu. Dies geschieht einfach durch Drücken des Buttons „Wärmestrom„:
Waermestrom-Tool
Rechts im Projektmanager erscheint ein neuer Eintrag „Wärmestrom.1″ im Abschnitt Messungen. Die Wärmestrom-Messung ermittelt den gesamten Wärmestrom an beliebig definierbaren Material-Grenzflächen und in beliebig eingeschränkten Bereichen. Wir müssen also zunächst die Materialgrenzfläche definieren. Doppelklicken Sie auf den neuen Eintrag „Wärmestrom.1.“ um das Eigenschaften-Fenster des Messtools zu öffnen. In diesem können Sie festlegen, an welchen Grenzflächen der Wärmestrom bestimmt werden soll. In unserem Beispiel wollen wir den Gesamtwärmestrom ermitteln. Dies geschieht am einfachsten, wenn Sie in der linken Auswahl mittels des Buttons „ALLE(1) alle Materialen anwählen und in der rechten Auswahl entweder die Randbedingung „Klima Innen(2)  ODER „Klima außen“ anwählen (HTflux rechnet präzise genug, dass in beiden Fällen derselbe Wärmestrom bestimmt wird. Sie können das gerne überprüfen).
Schließen Sie nun den Dialog (3).
Warmestrom_Dialog
Im nächsten Schritt gilt es, den Messbereich für das Tool festzulegen. Wir möchten den gesamten Simulationsbereich bei dieser Messung erfassen. Dazu könnten wir einen neuen, entsprechend großen Ausschnitt zeichnen. Einfacher ist es aber, den bestehenden Ausschnitt „Gesamt“ zu duplizieren. Dies können Sie im Projektmanager sehr einfach machen. Klicken Sie mit der RECHTEN Maustaste auf den Ausschnitt „Gesamt(1). Im erscheinenden Kontextmenü wählen Sie „Duplizieren(2). Ziehen Sie das neu entstandene Duplikat des Ausschnitts „Gesamt D“ mit gehaltener Maustaste auf die Messung „Wärmestrom.1(3) (4). Der Messbereich für diese Messung ist nun festgelegt.
Ausschnitt_duplizieren_zuweisen
Die Messung wird nun die Summe über jegliche Wärmeströme erfassen, welche an einer Grenzfläche der gewählten Randbedingung (Klima) und einem beliebigen Material auftritt. Als Messbereich haben wir den gesamten Simulationsbereich festgelegt. Somit wir nun der GESAMTE in den Bauteil eintretende oder von diesem austretende Wärmefluss durch die Messung erfasst.
Starten Sie erneut die Simulation mit Hilfe des Buttons „T Stabile Lösung“ im Hauptmenü oben.

Je nach gewählter Randbedingung (Klima Innen/Klima außen) erscheint ein weiterer magentafabener Marker in der Simulation. Durch Doppelklick auf diesen lässt sich wiederum der zugehörige Tag zur Ansicht des Messwerts öffnen.

Wärmestrom-Messung

Der PSI-Wert lässt sich nun als Differenz des tatsächlich gemessenen Gesamtwärmestroms bzw. des daraus ermittelten thermischen Leitwerts und des thermischen Leitwerts errechnet aus den U-Werten ermitteln:
Formel-PSI-Berechnung-aus-Waermestrom-L2D
Beim letzten Term Fi handelt es sich um die Temperaturkorrekturfaktoren, auf welchen hier nicht näher eingegangen wird. Bei unserem Beispiel und dem Übergang zu Außenluft ist dieser Faktor 1.
Somit haben wir nun alle Informationen, um den PSI-Wert aus dem Wärmestrom zu berechnen. Der gesamte Wärmestrom ist 34,895 W, die Temperaturdifferenz ist 25° C, der U-Wert der Außenwand errechnet sich zu 0,4079 W/m²K. Da die Außenwand oben und unten identisch ist, genügt es diesen U-Wert mit der Gesamtlänge von 3,16 m zu multiplizieren. Somit ergibt sich:
PSI-Berechnung-Formel

In Übereinstimmung mit der direkten Bestimmung bei Verwendung des HTflux PSI-Tools (siehe oben). Als Tool für weitere Berechnungen haben wir ein Excel-Sheet zur Bestimmung des PSI-Werts mit Hilfe dieser Methode erstellt. In diesem können Sie auch die Berechnung zu diesem Beispiel nochmals detailliert nachvollziehen: PSI-Wert-Excel-Tool

 

9 Ermittlung der minimalen Oberflächentemperatur und des Temperaturfaktors fRsi

Neben der Ermittlung des Wärmeverlustes durch die Wärmebrücke (EN ISO 10211) ist es in der Regel auch notwendig nachzuweisen, dass im Bereich der Wärmebrücke die Anforderungen an die minimale Oberflächentemperatur hinsichtlich Schimmel und Kondensation eingehalten werden (z.B. nach DIN4108-2 oder ÖNorm B8110-2). Hierzu kann mittels HTflux die minimale Oberflächentemperatur bzw. der Temperaturkorrekturfaktor ermittelt werden.

Hierzu ist es vorerst notwendig, den Wärmeübergangswiderstand innen anzupassen. Für die energetische Betrachtung musste der Wert 0,13 m²K/W herangezogen werden. Bei der Bemessung hinsichtlich der Oberflächentemperatur wird durch die einschlägigen Normen aber der erschwerende Wert 0,25 m²K/W vorgegeben. Dieser erhöhte Wert soll sicherstellen, dass auch bei geringerer Belüftung oder vermindertem Strahlungseintrag (z.B. durch Vorhänge oder in Ecken) die erforderlichen Temperaturen erreicht werden. Zur Änderung des Wärmeübergangswiderstandes könnten wir nun die bestehende Randbedingung entsprechend abändern (einfach durch Doppelklick auf den entsprechenden Eintrag in der Randbedingungsliste rechts) oder wir legen eine neue Randbedingung an. Letzteres hilft beim Erlernen von HTflux und erleichtert beim Beispiel später ein Zurückwechseln auf die ursprüngliche Randbedingung. Öffnen Sie also zunächst den Randbedingungen-Dialog – entweder durch Doppelklicken auf eine der Randbedingungen oder durch Drücken des Buttons „Randbedingungen“ im Menü „START„.
Randbedingungen-Dialog

  1. Klicken Sie auf den Button hinzufügen, um eine neue Randbedingung anzulegen
  2. Ändern Sie den Namen der Randbedingung, z.B. auf „Klima R 0.25
  3. Wählen Sie als Typ Innentemperatur, damit kann die Eingabe der Temperatur entfallen, da für alle Randbedingungen dieses Typs die gleiche Temperatur übernommen wird.
  4. Ändern Sie den Wärmeübergangswiderstand auf 0,25
  5. Klicken Sie auf das Farbfeld und wählen Sie eine geeignete Farbe, z.B. einen kräftigeren Rotton.
  6. Schließen Sie den Dialog

Ziehen Sie nun die neu angelegte Randbedingung (wie oben bei der Materialzuweisung) mit der Maus von der Randbedingungenliste rechts auf die Ansicht. Ersetzen Sie damit die bisherige Zuweisung des großen Rechtecks (Innenklima).
Wichtig: da Sie nun die Randbedingungen innen geändert haben, ist die PSI-Wert-Berechnung nicht mehr gültig. Schalten Sie deshalb die entsprechende Anzeige ab (entweder durch Drücken auf das „Auge“-Symbol neben dem PSI-Tool rechts im Projektmanager, oder klappen Sie den Tag weg, indem Sie auf den Marker doppelklicken).
Da wir die minimalen Oberflächentemperaturen am besten gleich zweimal (oben und unten) bestimmen möchten, klicken Sie zweimal auf den entsprechenden Button im Menü „MESSUNGEN“ oben:
Oberflächentemperatur-Button
Zwei neue Oberflächentemperatur-Messtools erscheinen rechts im Projektmanager. Für diese können wir nun zwei Ausschnitte beliebig definieren. Da wir an der Wärmebrücke interessiert sind, zeichnen wir zwei Ausschnitte im Bereich des Deckenanschlusses (oben und unten).
Verwenden Sie dazu die Funktion „Ausschnitt festlegen“ im Menü „ZEICHNEN“ oben.
Ausschnitt-festlegen
Erstellen Sie damit zwei Ausschnitte, welche jeweils den Übergang Innenklima/Wand erfassen:
Ausschnitte_Temperaturbestimmung
Weisen Sie als nächstes die beiden neu gezeichneten Ausschnitte den Temperaturmessungen zu. Dies geschieht einfach durch Ziehen der Ausschnitte mit gehaltener Maustaste (1)(2):
Ausschnitt-Temperaturmessung

Öffnen Sie anschließend das Eigenschaften-Fenster für jede der beiden Temperaturmessung (3)(4) und nehmen Sie die folgenden Einstellungen vor:
Oberflächentemperatur-Dialog
Ähnlich wie bei der Wärmestrommessung sind wir an den Temperaturen zwischen dem Innen-Klima und einem beliebigen Material interessiert. Wir wählen deshalb links „Alle(1) und rechts wählen wir das eben angelegte Klima (2).  Da wir später vielleicht nochmals auf die alte Randbedingung wechseln und dann die Auswirkungen auf die Temperatur sehen wollen, können wir auch das ursprüngliche Klima (3) wählen. Schließen Sie den Dialog mit (4).  Wiederholen Sie den Vorgang für die die zweite Temperaturmessung.
Jetzt können Sie die Simulation erneut starten (mittels des Buttons „T-Stabile Lösung“ im Start-Menü).
Es erscheinen nun für jedes Temperatur Messung neue Marker. Uns interessieren die blauen Marker, da diese die Minimaltemperatur anzeigen. Im vorliegenden Beispiel liegen diese Stellen jeweils im Eckbereich des Deckenanschlusses.
Zur zusätzlichen Anzeige von Bemessungswerten und Optimierung der Darstellung fahren Sie bitte wie folgt fort:
Anzeige Oberflächentemperatur Frsi
Schließen Sie die Anzeige des PSI-Werts (1), sofern Sie dies noch nicht durchgeführt haben. Öffnen Sie die Anzeige des Temperaturtags für die Minimaltemperatur durch Doppelklicken auf den blauen Marker (2). Verschieben Sie den Tag mit gehaltener Maustaste zur Verbesserung der Darstellung (3). Doppelklicken Sie auf den Tag (4). Der Eigenschafts-Dialog der Messung erscheint erneut, aber diesmal ist die Seite „Kondensation und Schimmel“ geöffnet. Diese ermöglicht Ihnen abhängig von den klimatischen Randbedingungen eine Reihe von Bemessungswerten anzuzeigen. Sie können diese je nach Anwendung beliebig ein- und ausschalten – wir lassen alle aktiviert. Die einzige Voraussetzung für die Anzeige der Werte ist, dass Sie das Bezugsklima für Innen (1) und Außen (2) selektieren:
Temperatur_Bemessungswerte

Schließen Sie den Dialog (3). Und wiederholen Sie bei die Einstellungen für die zweite Temperaturmessung. Infolge des Fußbodenaufbaus wird jedenfalls im unteren Stockwert die kritische Temperatur zu suchen sein. Wie sich zeigt wird an dieser Stelle eine minimal Temperatur von 16,42°C berechnet.
Anmerkung: wie Sie sehen, stellt diese Wärmebrücke hinsichtlich Schimmelgefahr oder Kondensation kein Risiko dar. Die inneren Oberflächentemperaturen im Bereich der Wärmebrücke liegen sogar über jenen der Wand und auch dort wir das z.B. von der deutschen Norm geforderte Kriterium fRSI > 0,7 mit  fRSI = 0,857 jedenfalls eingehalten.

Die Simulation ist nun abgeschlossen, die Ergebnisse können mit Hilfe der Grafik-Export- und PDF-Export-Funktionen auf vielfältige Weise dokumentiert werden ( im Menü „AUSGABE & TOOLS„).
Im Folgenden einige Beispiele für Ansichten und PDF-Exporte zu diesem Beispiel:

Wärmberücke-minimale Oberflächentemperaturen

Wärmebrück-Tutorial-Psi

Wärmebrücke, Wärmestrom

 

PDF-Berichte:

Wärmebrücke-PSI-Berechnung

Wärmebrücke-Temperatur-Bemessung