Effiziente Strahlungssimulation für ein thermisches Behaglichkeitsmodell

Der Beitrag untersucht globale und lokale Effekte asymmetrischer kurzwelliger und langwelliger Strahlung in Gebäudemodellen mit komplexen 3D-Geometrien. Das neu entwickelte Simulationsverfahren berechnet die thermische Last auf Personen durch nicht-uniforme Umgebungstemperaturen und solare Strahlung in Innenräumen. Das Berechnungsverfahren nutzt dabei eine effiziente Strahlverfolgung und Sichtfaktorberechnung mittels programmierbarer Grafik-Hardware. Dadurch werden aufwendige geometriebasierte Strahlverfolgungsalgorithmen auf Arbeitsplatzrechnern für die Praxis ermöglicht. Hierzu wird der temperaturabhängige langwellige Strahlungsaustausch berechnet, sowie die Einträge kurzwelliger diffuser und direkter Solarstrahlung. Zur Gesamtbewertung wird die in der Norm definierte langwellige Strahlungstemperatur Tumrt mit den Einträgen kurzwelliger Strahlung zu Tmrt erweitert. Zur lokalen Auswertung aller Strahlungseinträge werden virtuelle “Proben“ modelliert, wie z. B. Globe-Thermometer, und an ausgewählten Raumpositionen in ein Gebäudemodell integriert. Für eine genauere Analyse der lokalen thermischen Randbedingungen werden detaillierte virtuelle Menschmodelle verwendet. Die Strahlungstemperaturen werden pro Flächenelement durch richtungsabhängige Größen ermittelt, da insbesondere asymmetrische Bestrahlung als Einflussfaktor auf die Behaglichkeit in Innenräumen gilt.

Efficient radiation simulation for thermal comfort.
The presented work analyses the local effects of asymmetric shortwave and longwave radiation in complex 3D building models. The new simulation tool provides thermal loads caused by non-uniform radiant temperatures and solar irradiation in indoor environments. The method implements efficient raytracing and viewfactor calculation on programmable graphic processing units. Therefor temperature based longwave radiation exchange and heat gains from direct and diffuse solar radiation are computed. Models of globe- thermometers are placed in selected room positions, in order to investigate local radiation impacts. Accurate analysis of local thermal conditions is enabled by detailed virtual manikin models. Radiant temperatures are evaluated by means of directional quantities, since asymmetric radiation is known to effect thermal comfort.