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.
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