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Auslegung

Zur Detailauslegung kommen neben den Standardverfahren für die mechanische Lüftung unter anderem folgende Verfahren für die natürliche Lüftung zur Anwen-dung:

single-zone modell / multi-zone modell

Das Zonenmodell basiert auf einer Abstraktion des Gebäudes als Strömungsnetzwerk aus Zonen und Strömungselementen. Die Zonen repräsentieren dabei ein Volumen im Gebäude, das durch je einen Wert für Druck, Temperatur und Fremdstoff-Konzentration beschrieben werden kann.

Diese Zonen und Knoten sind verbunden durch die Strömungselemente, die die Luftrate in Funktion der Druckdifferenz beschreiben. Strömungselemente können z.B. Tore, Zuluftjalousien und Windleitflächenlüfter oder aber Komponenten eines einfachen Lüftungssystems wie Kanäle, Durchlassgitter und Verbindungsstücke sein.

Auch Ventilatoren können mit ihrer Luftstrom-Druck-Charakteristik berücksichtigt werden. Winddruckkoeffizienten verbinden den Druck an den externen Knoten mit der aktuellen Windgeschwindigkeit. Nicht nur Windeffekte, sondern insbesondere auch der sich durch Kamineffekte (infolge unterschiedlicher Luftdichten der Innen- und Außenluft) einstellende Luftaustausch kann berechnet werden. Mit der Forderung nach Massenerhalt in jeder Zone werden die nichtlinearen Gleichungen für jeden Zeitschritt iterativ gelöst.

Durch dieses Dimensionierungsverfahren ist es möglich,

  • beliebig viele Öffnungen zu berechnen,
  • alle relevanten Parameter dieser Öffnungen, wie z. B. Höhe über Niveau, geometrische oder aerodynamisch wirksame Fläche, Druckverlustbeiwert oder Widerstandsbeiwert, lokaler Winddruckbeiwert, zu variieren,
  • die Werte für Außenlufttemperatur, Windrichtung und Windgeschwindig-
    keit zu berücksichtigen,
  • das Einwirken einer Zwangsbe- oder Entlüftung auf die natürliche Lüftung zu berücksichtigen.
Damit sind in der Regel präzise Angaben zu den Lufttemperaturen in der Arbeits-zone, zu der Ablufttemperatur, den Luftmasseströmen und den Luftgeschwindig-keiten sowie der Lage der neutralen Ebene in Abhängigkeit von den Werten der genannten Größen möglich.

CFD - Computational Fluid Dynamics

CFD Software erlaubt die Computersimulation von Strömungen und damit ver-wandten physikalischen Phänomenen wie Wärme- und Stofftransport von Kom-ponenten und Anlagen der industriellen Lufttechnik.

Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Modellierung laminarer und turbu-lenter Innen- und Außenströmungen über die Berechnung von Temperaturen einschließlich Wärmeaustausch und Strahlung bis hin zur Erfassung von Misch-vorgängen, Stofftransport und Ausbreitung von Konzentrationsfeldern, wie z.B. Rauchausbreitung und Brandsimulation.

Um CFD-Modelle anwenden zu können, muß das zu untersuchende Gebäude zunächst als dreidimensionale Geometrie mit sämtlichen strömungstechnisch relevanten Details erstellt werden. Das so entstandene Volumen wird anschließend in eine finite Anzahl von kleinen Kontrollvolumina (Zellen) unterteilt. Die Anzahl der benötigten Zellen hängt dabei von der Größe sowie der Komplexität des Gebäudes ab (Schwankungsbreite 20.000 bis einige Mio. Zellen).

Der letzte Schritt besteht in der Lösung von Erhaltungsgleichungen für Impuls, Energie, Masse sowie ggf. Turbulenz und Gasspezies und zwar für jedes einzelne Zelle. Da die Verhältnisse der einzelne Zelle von ihren Nachbarzellen beeinflußt werden, erfolgt die Lösung des sich ergebenden Gleichungssystems iterativ.