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Building Cooling Dynamic

Die neue liNear-Kühllastberechnung nach ASHRAE

Die ASHRAE-Coolingload-Calculation: Ein über Jahrzehnte bewährtes, anerkanntes und validiertes Arbeitspferd in der physikalischen Raum- und Gebäudesimulation weltweit. Mit der neuen Kühllastberechnung nach ASHRAE erfüllt das liNear-Entwicklerteam die gestiegenen Ansprüche der Kunden an die thermische Simulation und Auslegung unter korrekter physikalischer Lösung der Fourier’schen Wärmeleitungsgleichung nach der „Heat-Balance-Method“.

Die Berechnungskomplexität gegenüber dem vereinfachten Verfahren der VDI 2078 (Juli 1996) ist wesentlich höher. Statt nur eingegebene Lasten zu sammeln und zu summieren, wird hier die Wärmeleitungsgleichung der Wände mit ihren geometrischen und physikalischen Eigenschaften mithilfe der „State-Space-Method“ (Zustandsraummethode) direkt gelöst. Dadurch ergeben sich wesentlich mehr Möglichkeiten, wie z. B. die Simulation der Raumtemperatur (freischwingende Temperatur) bei vorgegeben Lasten oder die zeitlich beliebige Vorgabe von inneren und äußeren Lasten und Lastbedingungen. Das bedeutet ein physikalisch wesentlich genaueres, naturwissenschaftlich nachvollziehbares Ergebnis, das nur mit einer Lösung korrelieren darf: Der Lösung der Fourier’schen Wärmeleitungsleichung. Das gilt für jedes thermische Simulationsmodell.

Damit ist dieses Verfahren noch präziser als das 2K-Raummodell der neuen VDI 2078 (Gründruck)/VDI 6007. Das liegt daran, dass bei dem neuen VDI-Verfahren Faktoren und Rechenansätze enthalten sind, deren Herkunft nicht näher erläutert oder hergeleitet werden, und z. B. der Strahlungsaustausch nur zwischen den Außen- und Innenflächen praktiziert wird. Ist eines der Flächenteile abwesend (z. B. bei innenliegenden Räumen), so wird der Strahlungsaustausch unterbunden. Das neue VDI 2078-Verfahren in Verbindung mit dem zu diesem Regelwerk angebotenen Validierungsverfahren prüft nur gegen die Vereinfachungen dieses 2K-Raummodell-Verfahrens und ist im Sinne der Vereinfachung nicht zielführend. Die Unklarheit über das Verfahren, die Validierung und der für das Jahr 2012 bereits versprochene, aber immer noch nicht erschienene Weißdruck des Regelwerks tragen im Wesentlichen dazu bei, dass liNear nun ein weltweit einsetzbares Simulations- und Auslegungsverfahren bereitstellt. Die weitere Entwicklung der VDI 2078 werden wir natürlich beobachten.

Was ist ASHRAE

Die „American Society of Heating, Refrigerating & Air-Conditioning Engineers“, kurz ASHRAE, ist ein Amerikanischer Ingenieurverband, welcher weltweit agiert. Dieser hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Entwicklung im Bereich Gebäudetechnik und -systeme, deren Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Luftqualität in den Bereichen Heizen, Kühlen und Luftklimatechnik für die gesamte Industrie voranzubringen.

Dieser Verband veröffentlicht regelmäßig Publikationen, ein eigenes Journal und aktualisiert darüber hinaus jährlich sein zusammengetragenes Wissen in Form des Grundlagenhandbuchs, welches alle Kernthemen des Verbands abdeckt. (Für weitere Informationen siehe ashrae.org)

Raum und Daten

Das thermische Verhalten im Raum hängt stark von seinen Hüllflächen ab. Die Hüllflächen können wie gewohnt in liNear Building mit den physikalischen Materialeigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Dichte, Geometrie, thermooptische Eigenschaften) versehen werden. Auf beiden Seiten der Wand werden zeitlich variable Lasten in die Wand induziert. Diese sind Lufttemperaturen und Sonneneinstrahlung, innerer Wärmestrahlungs-Austausch sowie konvektive Vorgänge als Einflussfaktoren. Im Prozess des Lösungsvorgangs werden physikalisch präzise Wärmemengen und Wandoberflächen-Temperaturen ermittelt, die für ein Erreichen der gewünschten Raumtemperaturen veränderlich sein müssen.

Wetterdaten

Für die Definition des Ortes und die sich damit ergebenden korrekten Daten für Sonneneinstrahlung und Außentemperaturen wird auf die vom „U.S. Department of Energy“ zur Verfügung gestellten Daten zurückgegriffen, genauer vom „Department of Energy Weather Data“, welches dem „Office of Energy Efficiency and renewable Energy“, kurz EERE, untersteht. Dieses Institut bietet eine regelmäßig aktualisierte Datenbank von Wetterdaten aus über 2100 Orten auf der Welt. Weitere Orte werden ständig ergänzt. Das erlaubt den sofortigen internationalen Einsatz dieses Moduls. Durch die definierten Ortsinformationen lassen sich dann präzise die direkten und indirekten Strahlenmengen der Sonne und der Himmelsstrahlung, welche auf die Außenflächen einwirken und durch die Fenster eintreten, berechnen.

Sonne und Schatten

Da die solare Strahlung einen wesentlichen Beitrag zur Wärmeeinbringung in einen Raum Neuheit in Frankfurt darstellt, wurde ein Verschattungseditor für äußere Fenster-Verschattungen entwickelt. Hiermit können auf verständliche Art und Weise äußere Verschattungskonfigurationen einmal erstellt und den verschiedenen Raumfenstern zugewiesen werden. Diese Verschattungskonfigurationen werden dreidimensional mit einer Sonnenstrahlensimulation dargestellt und jede Veränderung ist sofort visuell nachvollziehbar.

User-Interface

Um diese Menge an Daten transparent darzustellen, wurde ein neuartiges User-Interface entwickelt. Dieses bietet einen intuitiven Zugang zu allen benötigten Dialogen und Daten, ohne dass der Nutzer Gefahr läuft, den Überblick zu verlieren. Damit entfällt eine lange Ein arbeitungszeit und eine hohe Produktivität ist sofort gegeben. Ferner hält das neue User-Interface mehrschichtig Informationen bereit und hält den Anwender so mit einem Blick auf dem aktuellen Stand. Auf den verschiedenen Ebenen der Ansicht sind jederzeit zusammenfassende Informationen auf Schaltflächen und Tooltips direkt verfügbar.

Fazit

Die neue Kühllastberechnung nach ASHRAE wurde erstmals auf der ISH 2015 vorgestellt. Das Release ist für Mitte dieses Jahres im Rahmen der neuen 16er Versionen der liNear-Produkte geplant. Wir werden die Entwicklung der VDI 2078 weiterhin beobachten und sind uns gleichzeitig sicher, mit der Implementation dieses Verfahrens einen richtigen Schritt getan zu haben. Wir stellen hiermit unseren Kunden ein weiteres leistungsfähiges und innovatives Werkzeug zur Verfügung.

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Das neue User-Interface hält den Benutzer mit seinem mehrschichtigen Informationssystem immer auf dem aktuellsten Stand.
Verschattungseditor mit Beispiel Lamellen Jalousie
Mit dem Verschattungseditor sind dem Benutzer vom einfachen Überhang über komplexe Außen-Jalousien endlose Möglichkeiten gegeben verschiedenste Verschattungen abzubilden und deren Effektivität im Zeitraffer prüfen zu können.
Verschattung Beispiel Überhang
Verschattung Beispiel Überhang