Wärmebrücken- & Dampfdiffusionsbrücken-Programm AnTherm Version 6.115 - 8.133

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Der Eingabeteil

Der Eingabeteil dient der Erstellung von Berechnungsdaten, welche das betrachtete Bauteil beschreiben. Die Modellierung besteht aus der geometrischen und physikalischen Definition des durchzurechnenden Bauteiles, einschließlich der thermischen Eigenschaften der Baustoffe, sowie der Benennung der an den Bauteil grenzenden Räume mitsamt zugehöriger Angaben zu den Wärmeübergangswiderständen. Liegen innerhalb des Bauteiles Wärmequellen vor, deren Heizleistung man vorgeben können soll, so ist zudem deren räumliche Ausdehnung und Benennung festzulegen.

Wie bei jedem Vorgang der numerischen Simulation und Analyse ist eine gewisse Abstraktion der Realität auch in AnTherm erforderlich. Um gewissenhafte Ergebnisse zu erzielen, ist es notwendig, bestimmte Regeln der geometrischen Modellierung mit Rücksicht auf die in AnTherm zu erfolgende numerische Analyse zu befolgen.

Das Grundsätzliche des Eingabevorganges soll zunächst kurz für den zweidimensionalen Fall geschildert werden. Im dreidimensionalen Fall gelten die gleichen grundlegenden Vorgehensmethoden.

Das Abstrahieren der Geometrie

Orthoganlisierung des ModellsAls erstes und wichtigstes ist zu verstehen, dass AnTherm ausschließlich im orthogonalen, kartesischen Koordinatensystem arbeitet. Diese Einschränkung resultiert aus der benutzten Untersuchungsmethode, welche, vereinfacht gesagt, das Modell in ein Netzwerk von Zellen ("Rasterung") unterteilt, das dann mit mathematischen Methoden ausgewertet wird. Die mathematische Beschreibung dieses Zellen-Netzwerkes erfolgt in Form eines Gleichungssystems. Je detaillierter die Rasterung, desto genauer werden die Rechenergebnisse. Allerdings führt ein sehr feiner Raster selbstverständlich zur Erhöhung der Zahl der Zellen, die berechnet werden müssen, und erhöht somit auch die Zahl der Gleichungen, die gelöst werden müssen. Diese Größe ist lediglich durch die technischen Eigenschaften des benutzten Computers begrenzt. Aus der orthogonalen Einteilung der Zellen entsteht ein verhältnismäßig einfaches Gleichungssystem, welches jede Zelle vollständig beschreibt. So ist es leicht möglich, auf einem Personal Computer auch sehr detailliert gerasterte Strukturen zu berechnen und auszuwerten.

Daher besteht die erste notwendige Abstraktionsstufe beim Modellieren von Gebäudekomponenten darin, die Geometrie mit ihren Bestandteilen mit ausschließlich rechtwinkeligen Objekten zu approximieren. Es wird empfohlen, eine einfache Skizze des zu berechnenden Objektes mit Bemaßung zu erstellen, bevor mit der eigentlichen Modellierungsarbeit im Programm begonnen wird. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass sich die Vereinfachungen im Zuge der Abstraktion an thermisch relevanten Kriterien orientieren sollten, sodass das resultierende Modell mit dem "realen" Bauteil thermisch äquivalent ist. Obwohl es keine harten und schnellen Regeln zur Erstellung eines perfekten Modells gibt (jeder konkrete Fall muss gesondert betrachtet werden), gibt es einige Richtlinien und Vorgehensmethoden, welche zu befolgen sind. Wertvolle Hinweise diesbezüglich finden sich auch in den Normen - vor allem sei hier auf die EN ISO 10211 hingewiesen.

Wenn es anderweitig vermeidbar ist, sollten die nicht rechtwinkeligen Teile einer Bauteilkonstruktion nicht mit "abgestuften" Konturen orthogonal angenähert werden, da dies die Komplexität sehr stark erhöht. Eine kompliziertere Kontur wird im Allgemeinen auch in einer erhöhten Oberfläche des umschriebenen Volumens resultieren und so die Schlüsselparameter der thermischen Analyse signifikant beeinflussen und verändern. Daher sollten die nicht-orthogonalen Geometrien durch einfaches "Begradigen" wo nur möglich angenähert werden, das heißt in allen Situationen, wo der quantitative Einfluss auf die Wärmeströmung vernachlässigbar ist.

Wenn abgestufte Konturen zum Zusammensetzen des Modells benutzt wurden, dann muss auch die Erhöhung der Oberfläche des umschriebenen Volumen durch die Anpassung der zugehörigen Oberflächeneigenschaften entsprechend kompensiert werden. Typischerweise wird dies durch das Erhöhen des Wertes des Oberflächenwiderstandes Rs um den Faktor, der dem Anstieg der Fläche (bzw. Länge) entspricht, erreicht.

Umfang und Detaillierungsgrad

Der Umfang der beabsichtigten Auswertung soll bereits bei der Erstellung der vorläufigen Modellskizze beachtet werden. Der Detailgrad sollte konsistent mit der Ausdehnung des gesamten untersuchten Objektes bleiben.

Obwohl alle Dimensionsangaben in Millimetern erfolgen müssen, kann sich die Ausdehnung des gesamten Modells auf mehrere zig Meter belaufen. Eine überzogen feine Detaillierung von großen Strukturen kann zu einem wesentlichen Anstieg der Zellenzahl in der Rasterung führen, was ebenfalls die Rechenzeiten beeinflussen kann, ohne einen Vorteil für die Genauigkeit der für die Auswertung relevanten Informationen (Verteilung der Temperaturen und Struktur der Wärmeströme).

Daher können und sollten alle thermisch nicht relevanten Teile der Baukonstruktion vom Modell verbannt werden, welche keinen primären Einfluss auf den Wärmetransport durch die Konstruktion haben (z.B. thermisch getrennte Außenbauteile wie hinterlüftete Fassaden, Geländer, Befestigungen etc.).

 

Siehe auch: Die Elemente eines Bauteils, Ein Bauteil, Überlappung/Überlagerung der Elemente, Ein Raum


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2017-10-19 12:04 +0100