Rechenverfahren der Kühllast-ÖNORM H 6040
Kühllast‑H6040 arbeitet mit einem dynamischen multikapazitiven Rechenverfahren, das in seinen Grundzügen seit über 40 Jahren im Einsatz ist und laufend weiterentwickelt und optimiert wird. Die Berechnungen sind außergewöhnlich genau und zuverlässig durch das ausgewachsene Gebäudesimulationsverfahren im Hintergrund, das immer auf dem aktuellen Stand der Technik gehalten wird.
Überblick
Kühllast H6040 arbeitet mit einem dynamischen multikapazitiven Rechenverfahren, das laufend weiterentwickelt und optimiert wird. Das von PokornyTec (bzw. dem Zivilingenieurbüro DI Walter Pokorny) entwickelte Rechenverfahren wurde für die Erstellung der Kühllast-Norm ÖNORM H 6040 herangezogen.
Der Aufwand für die Entwicklung des Rechenverfahrens war sehr hoch und die Weiterentwicklung ist es immer noch. Da das Ergebnis ein überaus genau rechnendes Simulationsverfahren ist, lohnt sich der Aufwand allerdings. Bei jedem Projekt laufen im Hintergrund sehr viele komplexe Berechnungen ab – dies passiert unsichtbar für Benutzer des Programms. Dadurch ist für Benutzer der Software die Projektbearbeitung genauso einfach wie bei deutlich einfacher rechnenden Kühllastprogrammen!
Was bedeutet "dynamische" Simulation?
Berechnung von Kühllast- und Temperaturgängen mit zeitlich veränderlichen äußeren und inneren Bedingungen in vielen Zeitschritten. Ausgehend von den Tagesgängen der Außenlufttemperatur, Außenluftfeuchte, Sonneneinstrahlung, inneren Lasten sowie Zuluft-, Solltemperatur- und Sollfeuchte-Vorgaben erfolgen die Berechnungen in kleinen Zeitschritten. Als Ergebnis werden Tagesgänge von Kühllast und/oder sommerlichen Temperaturen in Stundenschritten ausgegeben. Auch möglich ist die Ermittlung der Raumtemperaturgänge ohne Kühlung.
Was bedeutet "multikapazitive" Simulation?
Das Rechenverfahren unterteilt jeden opaken Bauteil rechnerisch in dünne Schichten (Dicke ca. 1cm). Für jede dieser n Schichten der m Bauteile des aktuellen Raums werden alle benötigten physikalischen Werte für jeden Zeitschritt berechnet und entsprechend auch für jede dieser Schichten deren Wärmekapazität (=Speichermasse) getrennt berücksichtigt.
Da sich Berechnungen für n x m Schichten für jeden Raum, also für sehr viele Schichten und damit für viele Speichermassen pro Raum ergeben, wird von multi-kapazitiver Simulation gesprochen.
Die Berechnungen können dadurch mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden, als z.B. mit einem 2-Kapazitäten-Modellen (Zusammenfassung von Bauteilen zu zwei fiktiven Speichermassen) oder ähnlichen Verfahren möglich ist. Ganz zu schweigen von noch primitiveren Verfahren.
Durch die Umsetzung mittels rekursiver Lösung der Gleichungssysteme (statt der üblicherweise eingesetzten iterativen Lösung) erfolgt die Berechnung trotz des komplexen Lösungsweges sehr schnell.
Beispiel dynamische multikapazitive Simulation:
Einfluss des Außentemperaturgangs auf den Innentemperaturgang
Statische Berechnung (linkes Bild):
Eine bestimmte Außentemperatur führt zu einer bestimmten Innentemperatur.
Dynamische multikapazitive Simulation (rechtes Bild):
Dynamische multikapazitive Simulation am Beispiel des Einflusses eines Temperaturgangs auf der einen Seite (links) auf die Temperaturen in der Wand und dahinter (rechts). Die farblich unterschiedlichen Linien stellen den Temperaturverlauf in der Wand zu unterschiedlichen Zeitpunkten dar.
Durch die rechnerische Unterteilung in 1cm-dicke Schichten kann für jede Stunde die Temperatur in jeder Ebene der Wand genau bestimmt werden. Die Dämpfung und Verzögerung durch die Speichermassen aller Bauteilschichten können mit dieser Methode ebenfalls sehr genau berücksichtigt werden. Dadurch sind natürlich auch die berechneten Auswirkungen auf den Innenraumtemperaturgang sowohl von der Stärke als auch vom zeitlichen Auftreten sehr genau.
(Anm. die Grafik wurde zur einfacheren Erklärung ohne Sonneneinstrahlung und Wärmestrahlung erstellt – in der Berechnung werden diese natürlich berücksichtigt)