Bauphysikalische Modellierung eines mechanisch belüfteten

Bachelor-Diplomarbeit Bautechnik
Bauphysikalische Modellierung eines mechanisch belüfteten Kastenfensters
OPTISCHES MODELL
MECHANISCH BELÜFTETES
KASTENFENSTERMODELL
THERMISCHES MODELL
°C
n ρ c d θout
I1(λ)
1
I2(λ)
I3(λ)
I4(λ)
τtot = Σ I5(λ) Sλ ∆λ
ρtot = Σ I10(λ) Sλ ∆λ
I9(λ)
I8(λ)
Λg,23
Λg,34
Λg,45
θ
α4 = Σ [(1˗τ4(λ)˗ρ4(λ)) I3(λ) ˖ (1˗τˈ4(λ)˗ρˈ4(λ)) I6(λ)] Sλ ∆λ
θ
θ
θ
θ
θ
he
Ι α1
Ι α2
Ι α3
Ι α4
Ι α5
θ
hi
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θi
θ
θe
Λr,12
I6(λ)
I7(λ)
θ
θ
α5 = Σ (1˗τ5(λ)˗ρ5(λ)) I4(λ) Sλ ∆λ
α3 = Σ [(1˗τ3(λ)˗ρ3(λ)) I2(λ) ˖ (1˗τˈ3(λ)˗ρˈ3(λ)) I7(λ)] Sλ ∆λ
α1 = Σ [(1˗τ1(λ)˗ρ1(λ)) ˖ (1˗τˈ1(λ)˗ρˈ1(λ)) I9(λ)] Sλ ∆λ
α2 = Σ [(1˗τ2(λ)˗ρ2(λ)) I1(λ) ˖ (1˗τˈ2(λ)˗ρˈ2(λ)) I8(λ)] Sλ ∆λ
Λg,12
Λr,23
Λr,34
Λr,45
0
θD
mm
(λ
τˈ 5
/
)/
)
λ)
(
ρˈ 5
)
(λ
ρ5
λ)
Wellenlänge
(
ρˈ 4
Globalstrahlung
)
Reflexion
(λ
ρ4
)
Transmission
(λ
τ5
/
(λ
ρˈ 3
)
(λ
ρ3
λ)
(
ρˈ 2
)
(λ
ρ2
λ)
(
ρˈ 1
)
(λ
ρ1
Absorption
)/
(λ
τˈ 4
)
(λ
τ4
/
)/
(λ
τˈ 3
)
(λ
τ3
/
)/
(λ
τˈ 2
)
(λ
τ2
/
)/
(λ
τˈ 1
)
(λ
τ1
α:
τ :
ρ :
I :
λ:
n ρ c d θin
hi :
he :
Λr :
Λg :
Ια:
n :
Wärmeübergangskoeffizient Innen
Wärmeübergangskoeffizient Aussen
Durchlasskoeffizient Wärmestrahlung
Durchlasskoeffizient Wärmeleitung / Konvektion
Absorbierte Globalstrahlung
Luftwechsel
ρ :
c :
d :
θin :
θout :
spez. Dichte Luft
spez. Wärme
Schichtabstand
Luft Einströmtemperatur
Luft Ausströmtemperatur
AUSGABEWERTE
• Schicht- bzw. Gastemperaturen θ
• Taupunkttemperatur θD im Belüftungszwischenraum
• optische Eigenschaften τtot , ρtot , αtot ,τv , ρv
• U-Wert
• g-Wert
• Selektivität
• Jahresberechnung aus Klimadaten
Problemstellung
Die natürliche Belüftung von Zwei-Haut-Fassaden hat den Nachteil starker Verschmutzungen im Fassadenzwischenraum. Um diese
Problematik zu umgehen, kommt deshalb
immer häufiger die innovative Konstruktionsweise des mechanisch belüfteten Kastenfensters zum Einsatz.
Verhalten unter bestimmten Klimabedingungen aufzeigen.
Um das mechanisch belüftete Kastenfenster bauphysikalisch modellieren zu können,
müssen die optischen- sowie die thermischen
Eigenschaften der Schichtenfolge berücksichtigt werden.
Die spektralen Transmissions- und Reflexionseigenschaften jeder Schicht werden im optischen Modell verwertet. Als Ausgabewerte
liefert dieses Modell die durch das Fenster in
den Innenraum transmittierte, sowie die vom
Fenster nach aussen reflektierte solare Strahlung. Die von jeder Schicht absorbierte solare
Strahlung wird anschliessend im thermischen
Modell verarbeitet.
Als Hilfestellung sollen die einschlägigen Normen beigezogen werden und auf das vierrespektive fünfschichtige Kastenfenstermodell angewendet werden. Das eindimensionale Kastenfenstermodell soll Kennzahlen
zu Vergleichszwecken ermitteln und das
Lösungskonzept
Das optische- und das thermische Modell
werden in Microsoft-Excel implementiert und
bilden zusammen das Modell des mechanisch belüfteten Kastenfensters.
Durch die gegebenen Randbedingungen wie
der Aussen- und Innentemperatur, der Luft-
wechselzahl, der Lufteinströmtemperatur und
derer relativen Luftfeuchte, sowie der Solarstrahlung und der Geometrie, werden die
Ausgabewerte des stationären thermischen
Modells ermittelt. Das thermische Modell
liefert Angaben zu den Schichttemperaturen,
des sekundären Energieabgabegrades, des
g-Wertes und zeigt den U-Wert der Schichtenfolge.
Wolfgang Hausammann
Betreuer:
Prof. Dr. Heinrich Manz
Expert:
Dipl. Ing. Thomas Walther
Mit Hilfe aufgezeichneter Klimadaten können
Aussagen zu den Energiströmen zum Innenraum, Extremalwerte der belüftungszwischenraumtemperaturen und Komfortbetrachtungen erstellt werden. Durch die Ermittlung der
minimalen Oberflächentemperatur im Belüftungszwischenraum kann die einströmende
Luft im Belüftungszwischenraum so kofektioniert werden, dass kein Oberflächenkondensat auftreten kann.
FH Zentralschweiz
Prallscheibe
Sonnenschutz
3-fach Isolierglas