VDI 6007に準拠した建物シミュレーション - 理論値
- Artur Sartison
VDI 6007準拠の建物シミュレーションは、熱抵抗を電気抵抗のように処理する動的シミュレーションです。この計算は、建築部材の熱伝達は、抵抗を貫流する電流輸送と同様の動態を示すという物理的事実に基づいています。その際、壁の蓄熱は熱容量で表されます。
VDI 6007- 図1
壁は熱抵抗と熱容量で定義することができます。
VDI 6007- 図2
ただし、熱抵抗器とコンデンサを組み合わせることで、この定義をさらに簡素化できます。屋内の建築部材については、抵抗R2とR3も削除されます。
これで部屋のすべての内壁が1つの内壁に合体し、すべての外壁が1つの外壁に合体します。これは、もっと精巧なモデルに比べて簡素化されています。これによりシミュレーション計算は格段に速くなりますが、精度はやや低下します。
その結果、以下のような部屋のモデルが作成されます。
ΔϑAW | T外壁の温度 |
ΔϑA;eq;gew | 加重等価平均外壁温度 |
ΔϑI/A;Lu | 外気温/室内気温 |
ΔϑLue | 侵入空気、窓換気、換気の給気温度 |
Q ̇HK;kon | 冷暖房負荷合計に占める対流の割合 |
Q ̇HK;str;IW | 内壁における熱源の放射の割合 |
Q ̇IL;kon | 室内の対流式熱源/吸熱 |
空間モデルの熱抵抗と熱容量は、建築部材の層構造から計算されます。例えば、2つの複雑な抵抗器を並列接続します。
空間モデルの熱抵抗と熱容量は、建築部材の層構造から計算されます。
建築部材カタログに示された蓄熱容量はDIN 4108-6に準拠した静的計算に基づくことにご留意ください。したがって、この熱容量は動的シミュレーションには使用せず、静的計算にのみ使用します（DIN V18599に基づくエネルギーコンサルタントなど）。
Es gibt jedoch eine Möglichkeit, mit verringerter Genauigkeit ohne Schichtaufbau zu simulieren. Dazu wird zunächst eine Schicht temporär genereriert, die sich je nach Bauschwere des Gebäudes unterscheidet:
Leichte Bauart: Dichte 500 kg/m³, Wärmekap. 1,5 kJ/kgK, Leitfähigkeit 0,13 W/mKMittlere Bauart: Dichte 1200 kg/m³, Wärmekap. 1 kJ/kgK, Leitfähigkeit 0,5 W/mKSchwere Bauart: Dichte 2200 kg/m³, Wärmekap. 1 kJ/kgK, Leitfähigkeit 1 W/mK
Diese Schicht ist maximal 20cm dick, der Rest wird mit einer Dämmung von 0,04 W/mK und 30kg/m³ aufgefüllt, so dass sich der gewünschte U-Wert ergibt.
Zwischen unterschiedlich warmen Räumen findet ein Wärmestrom durch die Innenbauteile statt, der als strahlende Last auf die zusammengefasste Innenwand modelliert wird. Einen Luftaustausch zwischen Räumen, bspw. durch Türen, gibt es jedoch zur Zeit nicht, entsprechend führen auch Öffnungen (die man in HottCAD zeichnen kann) zu keinem Wärmeaustausch.
Für den Wärmefluss ans Erdreich wird eine Erdreichtemperatur angenommen, die dem Durchschnitt aus der durchschnittlichen Jahrestemperatur und der durchschnittlichen Monatstemperatur des vorangegangen Monats der Außenluft entspricht. Es handelt sich somit um eine grobe Näherung des ungestörten Erdreichs in ca. 1 bis 2 m Tiefe (gedämpfte und verschobene Schwingung als Reaktion auf die Lufttemperatur). Um die Wärmespeicherung im Erdreich zu berücksichtigen, empfiehlt sich bei erdreichberührten Bauteilen eine weitere Schicht von ca. 0,5-1 m mit den Eigenschaften der Erde.