Einleitung

Dynatherm


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Ein Excel-Programm zur Berechnung der instationären Wärmeleitung in beliebig geschichteten Bauteilen unter Berücksichtigung der meteorologischen Einflüsse 

insbesondere für das Bauwesen

 

Durch den immer größer werdenden Drang zur Energieeinsparung ist die Kenntnis der tatsächlichen Wärmeleitvorgänge in einem Bauteil unabdingbar. Mit den herkömmlichen Berechnungsverfahren, die nur den k-Wert eines Bauteils berücksichtigen, lassen sich die Vorteile moderner Bauteile, wie z.B. Fassaden mit transparenter Wärmedämmung bzgl. des Wärmeschutzes nicht mehr rechnerisch nachweisen.

Die instationäre Wärmeleitung wird im Bauwesen nur in der Forschung konsequent untersucht. Da sich die Berechnung in Abhängigkeit von den im Wärmeschutz für das Bauwesen maßgeblichen Randbedingungen auf analytische Weise außerordentlich aufwendig oder aussichtslos darstellt, weicht man auf ein Differenzenverfahren aus. Bis vor kurzem war aber auch dieses Verfahren äußerst langwierig, kompliziert oder sehr ungenau. Mit der Geschwindigkeit und der Allgegenwart heutiger Rechenmaschinen ist es inzwischen jedoch möglich, die instationäre Wärmeleitung durch Bauteile numerisch in angemessener Zeit, mit geringem Aufwand und sehr guter Genauigkeit zu simulieren.

Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Programmsystem „DynaTherm“ ist es nun auch für den praktischen Ingenieur ein leichtes, die Einflüsse der instationären Wärmeleitung in seine Bauplanung mit einzubeziehen.

In hoher Geschwindigkeit werden Ergebnisse erzielt, die nahezu eine analytische Genauigkeit erreichen. Dies und die offene Art der Programmierung machen das Programmsystem auch für weiterführende wissenschaftliche Anwendungen außerordentlich interessant.

Die leichte Bedienung und die anschauliche Darstellung der Temperaturleitvorgänge können dem Anwender in kürzester Zeit die Problematik und außerordentliche Relevanz der instationären Wärmeleitung verdeutlichen. Dies ist besonders wichtig, da dieses Thema immer noch all zu stark unterschätzt wird.

Die bautechnisch relevanten meteorologischen Randbedingungen werden in ausführlicher Weise untersucht und sind in das Programmsystem eingearbeitet. Es wird ein leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügung gestellt, das es ermöglicht, die Sonnenstrahlung auf ein beliebig orientiertes Bauteil schnell und unkompliziert zu berücksichtigen.

Mit DynaTherm kann berechnet werden, wie viel Energie bei entsprechender Bauweise von der Umgebung im Winter gewonnen bzw. wie verhindert werden kann, dass im Sommer zu viel Wärmeenergie durch ein Außenbauteil fließt.

Die Ergebnisse dieser Arbeit können dazu beitragen völlig neuartige Bauteile zu entwickeln. Durch passives Konstanthalten der Temperatur (allein durch den Wandaufbau) der Innenoberfläche einer Außenwand lässt sich die Behaglichkeit ohne energieverschwendende aktive Klimatechnik erhöhen.

Mit dem entwickelten Programmsystem lassen sich außerdem Aufheiz- und Abkühlvorgänge simulieren, z.B. für Brandwände, Reaktorbehälter, Ofenwände, Silowände und Erdoberflächen.

DynaTherm kann als programmatische Grundlage für alle Fragestellungen dienen, die die Kenntnis instationärer Temperaturverteilungen in Abhängigkeit der für das Bauwesen entscheidenden Randbedingungen erfordern, z.B.:

- Wandheizungen: Temperaturen und Energieverbrauch

- Temperaturveränderungen infolge der Hydratation von Beton

- Spannungen (Dehnungsfugen) infolge Temperaturänderung in Bauteilen

- Feuchtetransport, Diffusionsvorgänge, Eisbildung (tatsächlicher Ort des

Gefrierpunkts)

- Einfluss transparenter Bauteile.

Der größte Anwendungsbereich wird jedoch beim instationären Wärmeschutz liegen. Um das von der Bauforschung angestrebte Nullenergiehaus auch bis in die Wirklichkeit zu transportieren, muss ein Umdenken in der Bauindustrie und in der Gesellschaft stattfinden, wie es von vielen Wissenschaftlern gefordert wird. DynaTherm soll dazu beitragen, diesen Prozess des Umdenkens, der immer noch viel zu langsam voranschreitet, hin zu ökologischerem und dadurch auch wirtschaftlicherem Bauen zu beschleunigen.

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