Thermische, optische und elektronische Simulationen
Zum Verständnis und zur optimalen Auslegung von komplexen Systemen sind Modellrechnungen unerlässlich. Am ZAE Bayern kommen je nach geometrischer und physikalischer Komplexität der Fragestellung verschiedene Simulationswerkzeuge zum Einsatz.
Zur thermischen Modellierung steht das Computational Fluid Dynamics Programm cfx zur Verfügung. Kombinierte Simulationen von Strömungsmechanik, Wärmeleitung, Strahlung und Stofftransport sind möglich. Zur numerischen Lösung partieller Differentialgleichungssysteme wird außerdem das Finite-Elemente-Simulationsprogramm FlexPDE verwendet. Das thermische Verhalten von geometrisch koplexen CAD-Modellen wird mit dem FE-Modul CosmosFlo Works simuliert. CosmosWorks ermöglicht darüber hinaus die Durchführung von mechanischen Spannungs- und Verschiebungsanalysen.
Wärmeleitung in rechtwinklige Geometrien kann mittels einfacherer Programme wie HEAT2 und HEAT3 modelliert werden. Der kombinierte Wärme- und Feuchtetransport in mehrschichtigen Bauteilen lässt sich mit geeigneten Programmen wie z.B. WUFI instationär untersuchen.
Das thermische Verhalten von Gebäuden im Jahresverlauf wird mittels dynamischer Gebäudesimulationsprogramme wie TRNSYS oder esp-r untersucht, insbesondere auch bei Integration innovativer Komponenten wie Latentwärmespeichermaterialien oder Systemen zur Tageslichtnutzung.
Für einfachere stationäre Berechnungen kann auf EnEV-Planungssoftware zurückgegriffen werden (das ZUB unterstützt uns durch Energieberater-Software für EnEV 2009 und DIN V 18599, ZUB – Institut für Energieberater, DIN V 18599, Software und EnEV).
Die lichttechnische Modellierung von Komponenten wie z.B. Sonnenschutzsystemen oder Elementen zur Tageslichtnutzung erfolgt durch Forward-Raytracing-Programme wie z.B. ASAP. Zur Bestimmung der Helligkeitsverteilung in einem Raum wird das Backward-Raytracing-Programm Radiance eingesetzt, auch in Kombination mit der thermischen Gebäudesimulation.
Zur Beschreibung von Solarzellen ist die Simulation der Strom-Spannungs-Charakteristik photovoltaischer Zellen mit und ohne Beleuchtung und die Simulation raumladungsbegrenzter Ströme in amorphen Halbleitern mit niedriger Ladungsträgerbeweglichkeit möglich.
Die Simulation der Lichtausbreitung in Mehrschichtsystemen mit Hilfe des Transfer-Matrix Formalismus eignet sich zum Beispiel zur Optimierung des Absorptionsprofils in Solarzellen.
Ansprechpartner
Dr. Werner Körner
Tel.: ++49-(0)931/70564-37
e-mail: koerner@zae.uni-wuerzburg.de