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Gebäudetechnik

 

Das Fachgebiet der Gebäudetechnik befaßt sich schwerpunktmäßig mit der Praxis der Technischen Gebäudeplanung, -ausrüstung und -instandhaltung, insbesondere der Heizungs-, Klima-, Kälte- und Lüftungstechnik, der Energiesystemtechnik, der Energiepolitik, dem Brandschutz, Facility Management, Netzwerktechnik und Smart Home.

 

 

GI - Gebäudetechnik in Wissenschaft & Praxis

Lattice-Boltzmann-Methoden zur Berechnung von Raumluftströmungen

Autor: Xunzhang Yuan / Markus Rösler / Ralf Gritzki / Clemens Felsmann
Ausgabe 03  2017 
7 Seiten

Bei der Berechnung von Raumluftströmungen sind in den vergangenen Jahrzehnten große Fortschritte erzielt worden und es gibt kaum noch eine Situation, in der eine numerische Simulation keine Beiträge zur Prognose oder Analyse der Strömungssituation erbringen kann [1], [2]. Diese Fortschritte basieren zumeist auf Modellen, denen Reynolds-gemittelte Gleichungen und die Anwendung von Turbulenzmodellen zugrunde liegen. Das ist umso erstaunlicher, da bei der Herleitung der entsprechenden Gleichungen zum Teil Annahmen speziell zur Turbulenz getroffen werden, die bei Raumluftströmungen nicht oder nur selten zutreffen [3]. Außerdem gibt es Konstellationen, bei denen genau geprüft werden muss, welche Daten einer mit Turbulenzmodellen berechneten Strömungssituation unkritisch weiterverarbeitet werden können, um beispielsweise Aussagen zur thermischen Behaglichkeit abzuleiten. Deshalb sollte die Suche nach Modellen, die das Wesen der Raumluftströmung besser nachbilden, nicht aufgegeben werden. Eine mögliche Alternative zur Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen mit örtlichen und zeitlichen Diskretisierungen auf der Ebene der Kontinuumsmechanik stellen die auf der kinetischen Gastheorie basierenden Lattice-Boltzmann-Methoden (LBM) [4] dar. Entsprechende Modellansätze und Berechnungsprogramme hierzu existieren schon viele Jahre [5]. Sie erfahren aber derzeit eine Renaissance, da sich preiswerte Mehrprozessor- und Mehrkernarchitekturen sowie äußerst leistungsfähige Grafikarten für die Umsetzung der algorithmisch zumeist einfachen und hervorragend parallel abzuarbeitenden Operationen anbieten. Basis für die hier gezeigten vergleichenden Analysen ist eine sowohl messtechnisch als auch numerisch sehr gut dokumentierte Strömungssituation, die aus einem Forschungsvorhaben zur Raumluftströmung aus den 90er Jahren stammt (vgl. [6]).