Was ist Thesim 3D?

Thesim 3D ist ein Simulationsprogramm, das die sich in einem Raum während einer hochsommerlichen Hitzeperiode einstellenden thermischen Verhältnisse zu prognostizieren gestattet.

Zielgruppe sind zum einen Bauplaner, die bereits in der ersten Entwurfsphase die Wirksamkeit von baulichen Maßnahmen zur Begrenzung der Überwärmungsneigung mit Thesim 3D abfragen können. Zum anderen eignet sich Thesim 3D auch zum gezielten Finden wirksamer Maßnahmen gegen die Überhitzung bestehender Räume und ist damit durchaus auch für Personen außerhalb der Bauplanung sinnvoll einsetzbar.

Warum war diese Entwicklung notwendig?

Die Diskussionen, aber auch die normativen Vorgaben zum sommerlichen Verhalten von Räumen und Gebäuden waren sehr lange von Kennzahlen dominiert, die für eine Bewertung der Sommertauglichkeit herangezogen wurden und in der Folge zu Sichtweisen führten, die das komplexe Zusammenspiel verschiedenster Einflussfaktoren unberücksichtigt ließen. Vorteil dieser Kennzahlen war und ist es, dass diese relativ einfach – im Rahmen sog. „vereinfachter Verfahren“ – ermittelt werden können. Neben der solchen Verfahren anhaftenden Ungenauigkeit ist als größter Nachteil für den Bauplaner zu nennen, dass die generierten Kennzahlen nicht nur als Planungshilfsmittel unbrauchbar sind, sondern sogar zu Trugschlüssen führen können.

Erst in den letzten Jahrzehnten wurde nach und nach auf diese unbefriedigende Situation reagiert und die thermische Simulation des sommerlichen Raumverhaltens als adäquate Methode zur Unterstützung des Planungsprozesses und zum Nachweis der erforderlichen thermischen Qualität von Räumen (auch) im Sommer erkannt. Vorteil einer solchen Simulation ist nicht nur die hohe Genauigkeit, sondern auch ihre Eignung als planungsbegleitendes Instrument, das unmittelbar die zu erwartenden innenklimatischen Verhältnisse unter hochsommerlichen Bedingungen zutreffend zu beschreiben vermag. Nachteil fast aller derzeit für eine Simulation zur Verfügung stehender Programmpakete ist deren eher schwere Handhabbarkeit, der hohe Eingabeaufwand und Ergebnisdarstellungen, die meist nicht geeignet sind, unmittelbar Planungsempfehlungen abzuleiten. Aus diesem Grund wird heute nach wie vor empfohlen, Simulationen an geeignete Fachplaner auszulagern.

Wie reagiert Thesim 3D auf diese Situation?

Mit Thesim 3D liegt ein Planungswerkzeug vor, das die Vorzüge der Thermischen Simulation ausnutzt, gleichzeitig aber deren Nachteile vermeidet. Zum einen kann die Geometrie des durchaus auch komplex aufgebauten Raums einfach und großteils selbsterklärend modelliert werden. Zum anderen bewirkt der Simulationsansatz - der sog. „periodisch eingeschwungene“ Zustand – eine drastische Begrenzung der erforderlichen Eingabedaten. Auch führt dieser Berechnungsansatz mittels Darstellung des zu erwartenden Tagesverlaufs der Temperatur im Raum zu einer sehr leicht interpretierbaren und prägnanten Ergebnisdarstellung. Die periodisch eingeschwungene Simulation erlaubt es, die Wärmespeicherfähigkeit der vorkommenden Baumaterialien in ansonsten nicht erreichbarer Genauigkeit zu erfassen. Dies ist insbesondere bei der Beschreibung des sommerlichen Raumverhaltens von zentraler Bedeutung. Zudem führt dieser Ansatz zu extrem kurzen Rechenzeiten, was das in Thesim 3D umgesetzte interaktive Arbeiten erst möglich macht.

Voraussetzungen?

Sie können gleich loslegen, wenn Sie auf Ihrem Laptop oder PC arbeiten und einen WebGL-fähigen Browser verwenden - am besten Chrome. Eine Maus für die Geometrieanpassung und Navigation wird Ihnen die Arbeit um einiges erleichtern. Bei einer Bildschirmauflösung von ≥ 1280x1024 haben Sie auch alles voll im Bild. Thesim 3D ist derzeit nicht für Tablets oder Mobiles bestimmt.

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Funktionsumfang

Einige besondere Merkmale von Thesim 3D herausgefasst und kurz vorgestellt:

3D-Modellierung

Direkt in Thesim 3D modellieren Sie online den zu untersuchenenden Raum. Die vorgegebene Geometrie ändern Sie mit Verschiebe- oder Extrusions-Werkzeugen einfach auf Ihre Bedürfnisse. Sie müssen sich nicht um Flächenermittlung, Bauteilorientierungen und -neigungen sowie Volumen kümmern - das passiert vollautomatisch!

Ortsdatenbank

Sie benötigen keine geografischen Daten - alle österreichischen Katastralgemeinden sind inkl. entsprechenden Höhendaten einfach auszuwählen. Es wird auch das umgebende Gelände dargestellt. Für beliebige (internationale) Orte können Sie auch die Geo-Position angeben.

Klimaberechnung und Verschattung

Sie benötigen auch keine Klimadaten! Bei österreichischen Standorten werden automatisch Strahlungsdaten (15. Juli) und die sommerliche Normaußentemperatur (NAT-T13) ermittelt. Auch die Verschattung erfolgt automatisch. Es können verschattende Elemente hinzugefügt werden, es wird die Beschattung durch das 3D Modell selbst und auch die Verschattung durch das umgebende Gelände (Horizontüberhöhung) berücksichtigt.

Material- und Glasdatenbank

Für die Bauteilaufbauten können Sie aus einer Liste normgemäßer Baustoffe auswählen, auch ein Glasdatenkatalog ist verfügbar. Bald werden Sie auch Konstruktionen speichern können.

Periodisch eingeschwungene Simulation

Der normgemäße, periodische Berechnungsansatz (ÖNorm B 8110-3, EN ISO 13791) ist für die Berechnung der sommerlichen Überwärmung von Räumen besonders geeignet, da das periodische Ansetzen eines heißen Sommertages dem Ende einer Hitzeperiode nahekommt (kritischer Fall).

Auswertung und Berichterstellung

Die Auswirkung jeder Veränderung am Modell wird für Sie unmittelbar ersichtlich. Nicht nur der Tagesverlauf der sommerlichen operativen Raumtemperatur als Diagramm. Sie können auch Varianten ablegen. Bei Interesse können Sie sehr viele Detailinformationen wie Bauteiltemperaturen, Wärmestromdichten usw. auslesen und einen modularen Bericht erstellen.

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Anleitung

Im Grunde können Sie die Reihenfolge der einzelnen Schritte beliebig ausführen. Folgend trotzdem ein Vorschlag. In Thesim 3D gibt es links unten übrigens unter dem Hilfe-Symbol ein 3 Minuten-Video-Tutorial. Auch die Werkzeuge sind dort kurz und bündig erklärt. Schauen Sie es sich an - danach sollte alles klar sein!

Schritt 1: Standort festlegen

Klicken Sie im mittleren, oberen Bereich auf die "Ortstafel". Danach können Sie im Submenü links aus einer Liste eine Katastralgemeinde auswählen, mit der auch gleich ein Klima verknüpft ist. Passen Sie ggf. auch die Höhenlage an! Danach können Sie im 3D-Bereich den Kompass so verdrehen, dass die Ausrichtung passt.

Schritt 2: Raumgeometrie anpassen

Mit dem Verschiebe-Tool z.B. können Sie Flächen, Kanten und Eckpunkte verschieben. Klicken Sie einfach mittig auf eine gewünschte Seitenfläche und verschieben diese entlang der passenden Koordinatenachse. Verschieben lässt sich entweder durch Klick mit linker Maustaste und gleichzeitiger Mausbewegung und dann Taste loslassen, oder durch Klick, loslassen, Mausbewegung und wieder Klick. Bei der 2. Option können Sie während des Verschiebens eine Länge in cm mit der Tastatur eingeben (relative Distanz vom Verschiebestartpunkt ausgehend). Sie können auch Flächen teilen oder extrudieren!

Schritt 3: Elemente hinzufügen

Fügen Sie Elemente wie weitere Fenster oder Türen hinzu. Auch interne Wärmelasten wie Personen oder Geräte können hinzugefügt werden. Zudem auch Lüftung mit Außenluft. Einfach auswählen und Eigenschaften festlegen.

Schritt 4: Bauteileigenschaften

Durch einen Klick auf einen Bauteil wie eine Wand, einen Boden oder eine Decke wird das Submenü links angezeigt. Dort klicken Sie auf den Aufbau um den Vorgegebenen anzupassen. Selbiges machen Sie mit den Fenstern um die Eigenschaften des Glases, der Fensterrahmen oder der Fensterlüftung festzulegen.

Schritt 5: Auswertung

Durch einen Klick auf "Raumtemperatur simulieren" im Hauptmenü wird die Berechnung gestartet. Umgehend wird Ihnen der Verlauf der operativen Raumtemperaturen als Diagramm angezeigt. Darunter finden Sie auch noch wesentlich mehr Informationen als Protokoll der Simulation.

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Schritt 6: Bericht erstellen

Nach Simulationsdurchlauf einfach durch einen Klick auf "Bericht erstellen" einen modularen Bericht als PDF-Datei erstellen, der neben dem eigentlichen Ergebnis auch eine Dokumentation aller vom Benutzer eingegebenen Größen beinhaltet.

Theorie

Thesim 3D simuliert das thermischen Verhalten eines Raumes im periodisch eingeschwungenen Zustand (Periodenlänge: 1 Tag). Es ist daher insbesondere für normgemäße Sommertauglichkeitsuntersuchungen (z. B. gemäß EN ISO 13791 oder ÖNorm B8110-3) geeignet.

Thesim 3D greift auf einen Simulationskern namens GEBA V10.0 zu - ein thermisch dynamisches Gebäudesimulationspaket, mit dem weitaus mehr simuliert werden kann, als zur Zeit mit Thesim 3D abgebildet wird. Eine Funktionserweiterung von Thesim 3D ist daher bereits in Planung.

Thesim 3D wurde im Zuge von Joachim Nacklers Dissertation zum sommerlichen Verhalten von Gebäuden mit Hilfe von Klaus Kreč entwickelt. Die Dissertation mit detaillierten Informationen können Sie hier downloaden.

Dissertation Herunterladen

Thesim 3D Forum

Um Ihnen den ersten Umgang mit Thesim 3D durch die Beantwortung von typischen Fragen (FAQs) zu erleichtern, sowie detailliertere Fragen stellen zu können - oder aber auch um Anregungen für Erweiterungen und andere Kritik abzugeben, können Sie das Forum nützen.

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Wenn Ihre Frage oder Anregung nicht für das Forum bestimmt ist, dann senden Sie uns doch bitte eine Nachricht! Wir freuen uns über jede Meldung.

  • Email:
  • Website: www.thesim.at

Das Team

Für die Idee, Umsetzung und Wartung von Thesim 3D sind folgende zwei Personen verantwortlich:

 

Joachim N. Nackler

Univ.Lekt. Dipl.Ing.Dipl.Ing.(FH) Dr.techn.

Architekt

Klaus Kreč

Ao.Univ.Prof.i.R. Dipl.Ing. Dr.techn.

Physiker

 

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