Untersuchung und Analyse neuartiger Methoden zur Modellierung von Luftströmungen zwischen Bauteilschichten : hygrothermische Simulation und Vergleich mit Messdaten

Abstract

In den letzten Jahrzehnten ist in der Gesellschaft die Nachhaltigkeit und Energieffizienz ein weit diskutiertes Thema geworden. In der Planung von Konstruktionen wird meistens von fehlerfreier Ausführung ausgegangen, was in der Praxis selten der Fall ist. Durch Ungenauigkeiten in Baukonstruktionen können unbeabsichtigte Spalten zwischen Bauteilen entstehen, in denen Luftströmung - aufgrund Temperatur- und Druckdifferenz - auftreten könne. Das Ziel dieser Arbeit ist, für solche Problemstellungen neuartige Modellierungsansätze für die Implementierung in der hygrothermischen Simulation zu untersuchen und anzusetzen. Dazu wird auch eine Literaturrecherche durchgeführt, um den aktuellen Wissenstand sowie der Stand der Technik zu analysieren und ein tieferes Wissen über die theoretischen Grundlagen zu erhalten. Im zweiten Teil der Arbeit werden neuartige Ansätze für hygrothermische Berechnungen für den Praxisfall angewendet. Die hygrothermischen Simulationen erfolgen mit zwei Simulationsprogrammen, HAM4D_VIE der TU Wien sowie mit dem kommerziellen Programm Delphin, entwickelt von der TU Dresden, wobei die Ergebnisse mit Labormessungen vergliechen werden. Die Ergebnisse der Literaturrecherche sowie das Experiment, als auch die hygrothermische Simulation zeigen, dass es durch erzwungene Konvektion zu zusätzlichem Feuchteeintrag in die Konstruktion kommen kann, der bei der Planung berücksichtigt werden soll. Für das vorhandene Modell konnte durch verschiedene Modellierungsansätze und Kalibrationen festgestellt werden, dass für die Simulation die Modellierung von Luftspalten nur zwischen weichen und harten Materialien die besten Resultate liefern. Die Schlussfolgerung der Untersuchung ist, dass die Durchlässigkeit der Mineralwolle sowie des Spalts eine bedeutende - Verbesserung bis zu 11,96% zwischen ersten und letzten Kalibrierung - Auswirkung auf die Menge der auftretenden Luftströmung hat.

In recent decades, sustainability and energy efficiency have been widely discussed in science and society. In planning of constructions, it is usually assumed that the design is flawless, which is rarely the case in practice. As a result of inaccuracies, unintended gaps can occur between components, in which air flow can occur due to temperature- or pressure difference. The aim of this thesis is to investigate and apply novel modeling approaches for the implementation of such in hygrothermal simulation such problems. For this purpose, a literature review was carried out in order to investigate the state-of-the-art and to obtain a deeper knowledge of the theoretical foundations. In the second part, novel approaches for hygrothermal calculations are applied in a practical case. The hygrothermal simulations were carried out with two simulation programs (HAM4D_VIE from TU Wien and with the commercial program Delphin developed by TU Dresden) and compared to experiment data.The results of the literature research as well as the hygrothermal simulation show that forced convection results in additional moisture content in the construction, which should be taken into consideration in the planning. Interestingly, it has been determined that only the modeling of air gaps between different material properties give the best results for the hygrothermal simulation. For the existing model various modelin approaches and calibrationd have shown that the modeling air gaps only between hart and soft materials provides the best results for the simulation.