{"id":2327,"date":"2017-08-28T11:10:48","date_gmt":"2017-08-28T09:10:48","guid":{"rendered":"http:\/\/www.htflux.com\/de\/?page_id=2327"},"modified":"2017-08-28T14:46:37","modified_gmt":"2017-08-28T12:46:37","slug":"luft-hohlraeume-thermische-modellierung","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.htflux.com\/de\/documentation\/anlegen-und-zuweisen-von-materialien\/luft-hohlraeume-thermische-modellierung\/","title":{"rendered":"Luft-Hohlr\u00e4ume"},"content":{"rendered":"

Die Modellierung von Lufthohlr\u00e4umen<\/h1>\n

Das Model der \u00e4quivalenten W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/h2>\n

Zur Beschreibung des W\u00e4rmeaustausches in einem Lufthohlraum im Rahmen einer bauphysikalischen Simulation, wird \u00fcblicherweise das Modell der \u00e4quivalenten W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit herangezogen. Hierbei wird quasi davon ausgegangen, dass Lufthohlraum mit einem virtuellen Material gef\u00fcllt ist. Die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit dieses Materials wird innerhalb des Hohlraums als konstant angenommen, der exakte Wert wird jedoch spezifisch f\u00fcr jeden Lufthohlraum dynamisch berechnet. Physikalisch gesehen basiert der W\u00e4rmetransport im Hohlraum auf komplexen sich wechselweise beeinflussenden Mechanismen, welche einerseits auf Strahlungsaustausch und andererseits auf Konvektion beruhen. F\u00fcr die Effektivit\u00e4t dieser Prozesse, und damit die Gr\u00f6\u00dfe des W\u00e4rmeaustausches, sind eine Reihe von Parametern ma\u00dfgeblich, insbesondere: Geometrie, Gr\u00f6\u00dfe, Oberfl\u00e4chentemperaturen, Temperaturgradienten, Emissionskoeffizienten und die Richtung des W\u00e4rmestroms.<\/p>\n

All diese Abh\u00e4ngigkeiten werden in einem vereinfachten, halb-empirischen Berechnungsmodell ber\u00fccksichtigt. Trotz der hierbei n\u00f6tigen starken Vereinfachungen ist das Modell f\u00fcr die in der Bauphysik \u00fcblichen Lufthohlr\u00e4ume \u00fcberraschend gut in der Lage den W\u00e4rmeaustausch zu beschreiben. Auf Grund der Vereinfachungen gilt dies aber nur innerhalb gewisser Grenzen, z.B. besondere konvektive Str\u00f6mungen oder stark strahlungsdominierte Prozesse (bei sehr hohen Temperaturen) k\u00f6nnen damit nur begrenzt beschrieben werden.<\/p>\n

Grunds\u00e4tzlich ber\u00fccksichtigt das Modell aber die ma\u00dfgeblichen Parameter (Gr\u00f6\u00dfe und Gestalt des Hohlraums, Emissivit\u00e4t der Oberfl\u00e4che, Richtung des W\u00e4rmestroms, Temperaturniveau und Temperaturgradient) in einem vereinfachten arithmetischen Ansatz, der auf Basis empirischer Untersuchungen entwickelt wurde. Die grundlegenden Beziehungen und Definitionen dieser Modelle finden sich in den Normen ISO 6946 und ISO 10077-2.<\/p>\n

Die Simulation von Lufthohlr\u00e4umen mit HTflux<\/h2>\n

Die Art der Berechnung des Lufthohlraums kann in HTflux beim Eingabefeld f\u00fcr die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit (1) gew\u00e4hlt, und allenfalls mittels Mausklick im Parameter-Feld (2) angepasst werden. Es wird jedoch empfohlen die entsprechenden, vordefinierten Materialien aus der \u00f6ffentlichen Material-Datenbank zu w\u00e4hlen, da bei diesen auch die anderen Parameter (Dichte, W\u00e4rmekapazit\u00e4t, Wasserdampfdiffusionswiderstand) bereits voreingestellt sind.<\/p>\n

\"Lufthohlraum-W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit\"<\/p>\n

In HTflux stehen die folgenden Optionen zur Simulation eines Lufthohlraums zur Verf\u00fcgung:<\/p>\n

ISO 6946 Lufthohlraum \u2013 automatisch<\/h3>\n

F\u00fcr die meisten Anwendungen d\u00fcrfte diese Wahl das beste Ergebnis liefern. HTflux ermittelt bei der Anwendung dieses Modells automatische die Unterteilung, Geometrie und Oberfl\u00e4chentemperaturen des Lufthohlraums und errechnet entsprechend der Normenvorgabe die resultierende W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit – spezifisch f\u00fcr jeden detektierten Lufthohlraum. Da die Oberfl\u00e4chentemperaturen von der ermittelten W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit abh\u00e4ngig sind, ist ein iterativer Vorgang notwendig. Das hei\u00dft die thermische Simulation, wird bei der Verwendung dieses dynamischen Materials automatisch mehrmals hintereinander durchgef\u00fchrt (in der Regel ca. f\u00fcnfmal).
\nZu beachten ist, dass das Modell auch die Richtung des W\u00e4rmestroms hinsichtlich der Gravitation ber\u00fccksichtigt. Dies ist zur Beschreibung der konvektiven Effekte notwendig.\u00a0 Aus diesem Grunde muss darauf geachtet werden, dass die Orientierung des Modells korrekt ausgew\u00e4hlt ist<\/strong>. \u00dcberpr\u00fcfen oder w\u00e4hlen Sie hierzu die Art des Modells (Vertikalschnitt, Horizontalschnitt, etc.) im entsprechenden Tabellenblatt des Dialogs Randbedingungen.<\/a>\u00a0 Abgesehen hiervon arbeitet das Modell automatisch: getrennte Hohlr\u00e4ume werden automatisch detektiert\/unterteilt, deren Parameter ermittelt und die spezifischen resultierenden W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeiten berechnet.<\/p>\n

ISO 10077-2 Lufthohlraum \u2013 automatisch<\/h3>\n

Dieses Lufthohlraum-Modell basiert auf die Norm ISO 10077-2. Das Modell funktioniert sehr \u00e4hnlich dem eben beschriebenen Modell ISO 6946 und ist gleich anzuwenden, d.h. die Lufthohlr\u00e4ume werden von HTflux automatisch unterteilt und ber\u00fccksichtigt.\u00a0 Die Norm ISO 10077-2 beschreibt prim\u00e4r die anzuwendenden Methoden und Randbedingungen zur Berechnung von Fensterrahmen. Aus dieser Tatsache begr\u00fcndet sich der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Lufthohlraum-Modellen. W\u00e4hrend in ISO\u00a0 6946 Orientierung des Lufthohlraums entsprechend ber\u00fccksichtigt wird, basiert der Lufthohlraum nach ISO10077-2 auf der Annahme eines horizontalen W\u00e4rmestroms. Der Wert der \u00e4quivalenten W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit wird deshalb bei vertikalen W\u00e4rmestrom nach oben etwas untersch\u00e4tzt, und bei jener nach unten \u00fcbersch\u00e4tzt.\u00a0 Bei horizontal verlaufendem W\u00e4rmestrom ergeben sie \u00e4hnliche Werte wie beim ISO 6946-Modell, tendenziell leicht geringere. Soll die ge\u00e4nderte W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit auf Grund von Konvektionsbewegungen im Luftraum f\u00fcr vertikale W\u00e4rmestr\u00f6me ber\u00fccksichtigt werden, dann sollte grunds\u00e4tzlich das Modell ISO 6946 angewendet werden. Bei Berechnungen f\u00fcr Fensterrahmen ist jedoch normativ vorgesehen, dass nach ISO 10077-2 gerechnet wird. Dies erm\u00f6glicht die Angabe von Bemessungswerten, unabh\u00e4ngig von der effektiven Einbaulage.<\/p>\n

ISO 6946 \u2013 Luftschicht (manuell)<\/h3>\n

Das Modell ISO 6946 Luftschicht<\/strong> erlaubt es die f\u00fcr Berechnung notwendigen Randbedingungen manuell zu definieren. Das Modell ist deshalb etwas weniger spezifisch, es erlaubt aber die Generierung von statischen Vorgabewerten f\u00fcr die \u00e4quivalente W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit. Dies ist z.B. dann\u00a0 besonders n\u00fctzlich, wenn ein Modell analog zu einer „eindimensionalen“ oder analytischen Berechnung durchgef\u00fchrt werden soll, wenn z.B. bereits eine U-Wert Berechnung mit Luftschicht f\u00fcr das entsprechende Bauteil durchgef\u00fchrt wurde.
\nEs ist auch sinnvoll das Modell anzuwenden wenn grunds\u00e4tzlich sehr ausgedehnte Luftschichten simuliert werden sollen, etwa bei Doppelwand-Konstruktionen, Blindb\u00f6den etc. In diesem Fall kann unabh\u00e4ngig von der tats\u00e4chlichen Geometrie eine nominaler Dickewert f\u00fcr die Konstruktion vorgeben werden, auch wenn sich diese z.B. auf Grund Verbindungselementen z.T. \u00e4ndern sollte.
\nDa auch die Temperaturdifferenz \u00fcber den Hohlraum in die Berechnung eingeht, w\u00e4re es theoretisch notwendig die Simulation \u00f6fter durchzuf\u00fchren und den entsprechenden Wert einzugeben. Dies ist aber nur f\u00fcr Temperaturdifferenzen gr\u00f6\u00dfer als 5 \u00b0C notwendig. Da dies ein sehr seltener Fall darstellt, ist diese Vorgehensweise meist nicht notwendig.<\/p>\n

Stark bel\u00fcftete Hohlr\u00e4ume\/Luftschichten<\/h3>\n

F\u00fcr den Fall von gut bel\u00fcfteten Hohlr\u00e4umen ist die Anwendung der eben beschriebenen Modelle nicht vorgesehen. In diesem Fall sollte anstelle des Lufthohlraums eine Randbedingung verwendet werden. Hierbei gilt es zu beachten, dass gem\u00e4\u00df Norm (ISO 6946) ein Lufthohlraum sehr schnell als „stark bel\u00fcftet“ angenommen wird. Es gelten die folgenden Bedingungen f\u00fcr die Gr\u00f6\u00dfe der \u00d6ffnungen nach au\u00dfen:<\/p>\n