Einführung

Das Programm AnTherm® dient zur Berechnung von stationären (zeitunabhängigen) und instationären (mit der Zeit periodisch veränderlichen) Temperaturverteilungen und Wärmeströmen in Bauteilen, insbesondere zur Ermittlung von Oberflächentemperaturen und thermischen Leitwerten. Ebenfalls dient es zur Bestimmung der Diffusion des Wasserdampfs durch Baukonstruktionen. Umfangreiche Visualisierungen unterstützen und ergänzen die mögliche Analyse.
Für den dynamischen, nicht stationären Fall von veränderlichen, harmonischen, periodischen Randbedingungen dient AnTherm der Berechnung der thermischen harmonischen Leitwerte.

In jenen einfachen Fällen, in denen die Temperatur im Bauteil nur von einer Ortskoordinate abhängt, also eindimensionale Wärmeleitung vorliegt, benötigt man kein EDV-Programm; die Berechnung kann mit allgemein bekannten einfachen Formeln leicht bewältigt werden.

Hängt die Temperatur im Bauteil von zwei der drei kartesischen Raumkoordinaten ab, so spricht man von zweidimensionaler Wärmeleitung und linienförmigen Wärmebrücken. Der allgemeine Fall der dreidimensionalen Wärmeleitung liegt vor, wenn die Temperatur im Bauteil von allen drei Raumkoordinaten abhängt.

Das Programm AnTherm® ermöglicht die Berechnung von Temperaturverteilungen sowohl für zweidimensionale als auch für dreidimensionale Wärmeleitung.

Das Programm AnTherm®  wurde für Bauteile konzipiert, deren Begrenzungen parallel zu den Koordinatenebenen eines rechtwinkeligen kartesischen Koordinatensystems verlaufen. Dank der Beschränkung auf ein orthogonales Netz ist eine praktische und schnelle Eingabe möglich. Es können alle aus aneinandergrenzenden oder überlappenden Quadern zusammengesetzten Konstruktionen mit willkürlichen Materialkombinationen simuliert werden. Die Beschränkung auf rechtwinkelige Strukturen ermöglicht es, die Berechnung der Temperaturverteilung mit einem Personal Computer in einem relativ feinen Netz durchzuführen. Da die Temperaturen nicht nur in den Kästchenmitten sondern auch in den Mitten der Begrenzungsflächen und Begrenzungslinien sowie in den Ecken der Kästchen berechnet werden können, bedeutet dies die Berechnung von z.B. 20.000 Kästchen mit 80.000 Temperaturwerten im zweidimensionalen Fall und 160.000 im dreidimensionalen Fall. Bei 1.000.000 Kästchen sind dies im 3d-Fall mehr als 8.000.000 errechnete Temperaturwerte!

Die Temperaturverteilung in einem Bauteil hängt einerseits von den geometrischen und physikalischen Eigenschaften des Bauteils ab, andererseits von den Lufttemperaturen der an den Bauteil grenzenden Räume (Randbedingungen). An einen Bauteil können - darin unterscheiden sich der zwei- und dreidimensionale Fall vom eindimensionalen - mehr als zwei Räume grenzen.

Die rechnerische Beschreibung der Diffusion des Wasserdampfs durch Baukonstruktionen ist insofern von Interesse, als Hinweise erhalten werden, ob mit schädlicher Wasserdampfkondensation innerhalb des Bauteils gerechnet werden muss oder nicht. Die hier vorliegende Implementierung sollte somit vorwiegend zur Klärung der Frage, ob und - wenn ja - wo in der Baukonstruktion unter den vorgegebenen Randbedingungen (Lufttemperaturen und relative Luftfeuchtigkeiten) Kondensat ausfällt.

Eine Besonderheit des Programms AnTherm® ist darin zu sehen, dass die relativ aufwändige Berechnung der Temperaturverteilung durch Lösen eines großen Systems linearer Gleichungen bei geänderten Randbedingungen nicht neuerlich durchgeführt werden muss. Vielmehr werden im ersten Berechnungsgang nur sogenannte ”Grundlösungen” bestimmt (Basislösungen). Diese werden dann bei gegebenen Randtemperaturen zu der gewünschten Temperaturverteilung superponiert, was die Rechenzeit beim Durchrechnen mehrerer Randbedingungsvarianten erheblich verkürzt.

Hinsichtlich der theoretischen Grundlagen wird auf das Buch ”WÄRMEBRÜCKEN” (Heindl, Kreˇc, Panzhauser, Sigmund; Springer-Verlag Wien-New York) verwiesen.

• Warum mehrdimensional rechnen? •
• Europa-Normen bezüglich Wärmebrücken •
• Aufbau des Programms •
• Der Eingabeteil •
• Die Elemente eines Bauteils •
• Ein Bauteil •
• Überlappung/Überlagerung der Elemente •
• Ein Raum und die Oberfläche •
• Die Wärmequelle •
• Die Rasterung •
• Die Berechnung •
• Die Überrelaxation •
• Die Auswertungen •
• Visualisierung - Graphische Auswertungen •
• Wasserdampf-Diffusionsvorgänge •
• Harmonische (periodische) dynamische Kennzahlen •
• Dynamische (periodische) zeitabhängige Simulation •
• Rechenzeitenoptimierung für Mehrprozessor-/Mehrkern-Systeme •
• Fesselnde binokulare Beobachtungen in 3D Stereo •

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