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| HEAT2 Übersicht |
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EinführungHEAT2 ist ein PC-Programm für zweidimensionale stationäre und instationäre Wärmeleitung. Typische Anwendungen sind die Berechnung von Temperaturen, Wärmeströmen und Wärmebrückenverlustkoeffizienten im Bereich von zweidimensionalen Wärmebrücken, wie z.B. Fensterrahmen und Fensteranschlägen, erdberührten Bauteilen oder beheizten Bauteilen. Die Berechnungsergebnisse ermöglichen unter anderem eine Beurteilung des Tauwasser- und Schimmelrisiko auf Bauteiloberflächen, die Ermittlung der Temperaturverteilung innerhalb von Bauteilen oder die Ermittlung von Wärmeverlusten. Die numerische Lösung der Differenzialgleichungssysteme zur Wärmeleitung erfolgt durch ein Finite-Differenzen-Verfahren. Im Fall der stationären Wärmeleitung wird eine sukzessive Überrelaxationstechnik angewendet. HEAT2 und HEAT3 sind nach EN ISO 10211-1 "Wärmebrücken im Hochbau - Wärmeströme und Oberflächentemperaturen - Teil 1: Allgemeine Berechnungsverfahren" validiert. Die Berechnungsergebnisse von HEAT2 und HEAT3 entsprechen den in EN ISO 102111-1 Anhang A dargestellten Prüfreferenzfällen. Die Programme werden deshalb nach EN ISO 10211 als genaue Verfahren eingestuft. Zwei der Prüfreferenzfälle sind in den Handbüchern zu HEAT2 und HEAT3 dargestellt, siehe Seite 138 (HEAT2 Version 5.0) bzw. Seite 126 (HEAT3 Version 4.0). HEAT2 kann zur Analyse zweidimensionaler Konstruktionsdetails bzw. Wärmebrücken verwendet werden. Eine wichtige Einschränkung ist, daß das Problem in einem orthogonalen Raster beschrieben werden muß, d.h. alle Material- und Detailgrenzen müssen parallel zu einer der beiden Achsen des Koordinatensystems sein. Bei schrägen oder gekrümmten Grenzlinien müssen deshalb Idealisierungen getroffen werden (z.B. Abtreppung der Linien). Für einen normal komplizierten Fall benötigt ein erfahrener
Anwender etwa 5 - 10 Minuten, um die Geometrie, das numerische Raster
und die Umgebungsbedingungen einzugeben. Die Berechnungszeit beträgt
für stationäre Fälle meist weniger als eine Sekunde. Das Programm verfügt über eine komfortable grafische Eingabe und Ausgabe. Es können das geometrische Modell, das numerische Netz, die Randbedingungen, das Temperaturfeld und die Wärmeströme betrachtet und ausgedruckt werden. Bei instationären Berechnungen können Wärmeströme und Temperaturen aufgezeichnet und für weitere Auswertungen, z.B. für die Bestimmung thermischer Antwortfunktionen, verwendet werden. Die für die Berechnung erforderliche Materialkennwerte können aus einer Datenbank übernommen werden. Es sind Kennwerte für etwa 1200 Materialien verfügbar. Eine separate Baustoffdatenbank auf der Grundlage der deutschen Norm DIN V 4108-4 umfaßt etwa 200 Baustoffe. Die Materialeigenschaften können auf einfache Weise bearbeitet oder ergänzt werden.
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Ein integrierte grafische Eingabeoberfläche (Preprozessor)
erleichtert die Eingabe. |
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Materialeigenschaften können auf einfache Weise bearbeitet
und ergänzt werden. Es stehen verschiedene Listen zur Verfügung.
Die Liste Default.mtl enthält etwa 200 übliche Baustoffe.
Die Liste General.mtl enthält über 1200 Materialkennwerte.
Außerdem steht eine Datei mit über 200 Baustoffen aus
DIN V 4108-4 zur Verfügung. |
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Umfangreiche grafische Fähigkeiten wie Darstellung
von Geometrie, Materialkennwerten, Berechnungsnetz, Randbedingungen,
Temperatur- und Wärmestromfeldern, Isothermen und Wärmestromlinien.
Zoom, Schwenken, Rotation, Farb- und Grauabstufung sowie Druck mit
hoher Auflösung ist möglich. Wärmeströme und
Temperaturen können aufgezeichnet und während der Simulation
gezeigt werden. Darstellungen von Wärmeströmen können
helfen Wärmebrücken zu ermitteln und die Konstruktion
durch Optimierung der Dämmung zu verbessern. |
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Eine Speicherfunktion kann in festgelegten Intervallen
Temperaturen bzw. Wärmeströme an festgelegten Punkten
sowie Wärmeströme über die Begrenzungsflächen
aufzeichnen. |
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Es steht
eine einfache Option zur Generierung des Berechnungsnetzes zur Verfügung.
Das Raster kann auf einfache Weise verändert werden. |
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Es kann praktisch jede Konstruktion simuliert werden, die
aus angrenzenden oder überlappenden Quadern jeder beliebigen
Materialkombination besteht. |
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Die Temperaturen und Wärmeströme können
zeitabhängig sein. Es sind folgende Funktionen möglich:
Sinusfunktion, schrittweise konstant oder linear. Die Daten können
von Programmen wie Excel importiert oder dahin exportiert werden.
Klimadaten können in verschiedenen Formaten importiert werden
(TRNSYS, METEONORM, HELIOS, DOE, TMY2 - Typisches Meteorologisches
Jahr, SUNCODE, MATCH). |
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Wärmequellen/-senken können angegeben werden. |
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Strahlung und Konvektion innerhalb von Hohlräumen
kann berücksichtigt werden. |
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Das berechnete Temperaturfeld kann
gespeichert und leicht in andere Programme wie Matlab übertragen
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Der Preprozessor im CAD-Stil erleichtert das Eingabeverfahren. Die folgenden Bilder geben einen Überblick über das Pre- und Postprozessing.
Ein
mit dem Preprozessor gezeichneter Fensterrahmen mit Dämmstoffpaneel.
Die obere Darstellung zeigt das gesamte Modell. Darunter ist der Fensterrahmen
vergrößert dargestellt.
Postprozessor mit berechnetem Temperaturfeld und berechneten äquivalenten
Wärmeleitfähigkeiten der einzelnen Hohlräume
Geometrisches Modell einer Rundstütze mit angrenzenden Fassadenelementen.
Die Form der Rundstütze wurde bei der Eingabe durch Abtreppungen idealisiert.
Berechnetes Temperaturfeld und Richtung der Wärmeströme für Randbedingungen innen 20 °C / außen -5 °C.
Berechnetes Temperaturfeld und Richtung der Wärmeströme für eine Variantenrechnung
mit zusätzlicher interner Wärmequelle
(Heizkabel mit einer Wärmeleistung von 20 W/m).
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