Widersprüchliche Simulationsergebnisse

[Christian.P]

Sehr geehrtes WUFI2D Team,

im Rahmen meiner Masterarbeit untersuche ich die Auswirkungen von Dämmstoffschichten auf die Oberflächentemperaturen beheizter Asphaltkörper. Die 150 Watt Starke Heizschicht liegt in der Zweiten Asphaltlage (immer gleich Lage und Stärke). Die Asphaltflächen sind in jedem der 3 Systeme mit dem gleichen Klima/Orientierungen/Oberflächenübergangskoeff. hinterlegt und Simuliert worden.

Zum besseren Verständnis das System besteht immer aus 2x 4cm Asphalt (Deckschicht/Schutzschicht) einer 1cm Starken Abdichtungsschicht und ein 30 cm Stahlbetonteil als Tragwerk (siehe Abbildungen)

SystemMit4cmDämmung.png (4.29 KiB) Viewed 2401 times

SystemMit10cmDämmung.png (4.56 KiB) Viewed 2401 times

Erstaunlicherweise kam es zu den Ergebnissen das Ohne Dämmung + Heizung am besten abschließt, was sehr seltsam scheint (siehe Abbildung)

Ergbenisse Simulation.png (40.34 KiB) Viewed 2401 times

Hier bei muss es sich um einen Fehler handeln, nur wo könnte er liegen?
Nach der Theorie sollte die Rote Line unter der der grauen und Gelben verlaufen oder nicht?

Ich hoffe nun ein zweites Mal auf ihre Hilfe

[Christian Bludau]

Hallo Christian
ich könnte mir vorstellen, dass irgendwas beim kopieren / ändern der Varianten nicht geklappt hat.
Vergleich vielleicht mal die input.dat (das ist die Übergabedatei an den Rechenkern) der einzelnen Varianten ich verwende dazu das freie Tool winmerge.
Und überprüfe auch die Lage der Quelle in der Oberfläche, die verschiebt sich ja bei Änderung der Dämmstärke.
Christian

[Christian.P]

Hallo Herr Bludau,

in der Tat waren bei zwei der Simulation die Neigung Oberflächen( 90° statt o°) falsch, was eine kleine Veränderung bewirkt hat.

Die Dateiübergabe war auch korrekt, die Lager der Quellen auch.

Wie im folgenden Bild zusehen hatte falsche Neigung (nun richtig) einen großen Effekt.

Ergbenisse Simulation3..PNG (30.52 KiB) Viewed 2380 times

Nach dem ich Ihre Vorschläge überprüft hatte, habe ich mich einem befreundeten Elektroingenieur darüber unterhalten. Dieser meinte meine Simulation Ergebnisse sollten plausibel sein, weil die Dämmstoffschicht aus Kalziumsilikatplatten zum einem die Wärmespeicherkapazität des Gesamten Systems unterbricht und der Dämmstoff als eine Art Wärmesenke fungieren könnte, weil er sich ca. 20 Fach langsamer erwärmt als die restlichen Schichten.
Weshalb darum bei dem Ungedämmt System mit Heizung bessere Oberflächen Temperaturen auftreten als bei dem Gedämmten. Aber ganz sicher mit ich mir da als Bauingenieur aus dem Bereich der Straße/Brücke nicht so sichert, vor allem weil ja nur Unterschiede um die 0,2 bis 0,3 Kelvin auftreten.

[Thomas]

Hallo Christian.P,

Ihr Diagramm stellt einen 24stündigen Zeitraum dar, mit einer Nacht am Anfang, dem Tag in der Mitte und wieder einer Nacht am Ende. Das merkwürdige Temperaturverhalten tritt während der ersten Nacht auf, aber nicht während des Tages und auch nicht während der zweiten Nacht.

Möglicherweise ist das Temperaturverhalten während der ersten Nacht durch nächtliche Wärmeabstrahlung bei klarem Himmel verursacht. Das Bauteil gibt ja Wärmestrahlung ab, erhält bei klarem Himmel aber weniger vom Himmel zurückgestrahlt als es in Richtung Himmel verliert. Dieser Energieverlust kann zu einer deutlichen Abkühlung führen. (Ich gehe davon aus, dass Sie die Rechnungen mit aktivierter Option "Explicit Radiation Balance" gemacht haben, dann wird der Abstrahlungsverlust berücksichtigt.)

Diese Abkühlung der Oberfläche wäre im Fall des am besten gedämmten Asphaltkörpers am deutlichsten, weil hier kaum Wärme aus den tieferen Bauteilschichten nachfließen kann und die äußeren Asphaltschichten daher schnell auskühlen. Die Oberfläche des ungedämmten Asphaltkörpers unterkühlt am wenigsten, weil hier Wärme aus dem Stahlbetontragwerk an die Oberfläche fließen und die Abkühlung verringern kann.

Ob diese Vermutung zutrifft, können Sie überprüfen, wenn Sie die drei verschieden stark gedämmten Fälle einmal ohne Heizung nachrechnen. Dann müssten Sie ebenfalls unterschiedliche Oberflächentemperaturen erhalten, allein aufgrund der verschiedenen Dämmstärken: die höchste Oberflächentemperatur für den ungedämmten Fall und die niedrigste Temperatur für den am besten gedämmten Fall.

Während des Tages wird der Abstrahlungsverlust durch die Sonneneinstrahlung kompensiert. Die zweite Nacht war eventuell bedeckt, so dass es nicht zu ausgeprägten Abstrahlungsverlusten kam.

Wenn Sie auch noch die Lufttemperatur mit einzeichnen, können Sie sehen, ob die Oberflächentemperaturen nachts vielleicht sogar unter die Lufttemperatur fallen - das ist dann auf alle Fälle ein Anzeichen für deutliche Abstrahlungsverluste (bei nur mäßigen Verlusten und/oder viel gespeicherter Wärme aus dem vorherigen Tag muss eine Unterschreitung der Lufttemperatur allerdings nicht zwingend eintreten).

Mit besten Grüßen,
Thomas

[Christian.P]

Hallo Thomas,

ja die Kontrolle passt nun zu den anderen Ergebnissen.

Vielen dank für die schneller Hilfe/Aufklärung, ich hätte besser deutlich früher um Hilfe Fragen sollen.

Mit besten Grüßen

Christian