Fenstermodell

Überblick

Fenster und Glastüren werden als eingebettete Objekte in ihrer Trägerfläche simuliert. Das Fenstermodell berechnet zwei parallele Effekte: den Wärmedurchgang (Transmissionswärmeverlust) und die solare Transmission durch das Verglasungssystem. Datengrundlage sind die zugewiesene Fensterkomponente und ihr Verglasungssystem.

Wärmedurchgang

Der Wärmestrom zwischen den beiden angrenzenden Seiten (Zone/Außenklima) wird als Parallelschaltung von Verglasung, Rahmen und Sprossen berechnet:

• Verglasung — im Modelltyp „Simple“ über den U-Wert des Verglasungssystems (ThermalTransmittance [W/m²K]) auf die Glasfläche; die Wärmeübergangswiderstände beider Seiten stammen aus den Randbedingungen der Trägerfläche.
• Rahmen und Sprossen — falls in der Fensterkomponente definiert, jeweils über Materialwärmeleitfähigkeit und Dicke: $\alpha = \lambda/d$, in Reihe mit den beidseitigen Übergangswiderständen, multipliziert mit der Rahmen- bzw. Sprossenfläche.

Die Glasfläche ergibt sich aus der Fensterfläche abzüglich Rahmen- und Sprossenfläche. Ist eine Seite nicht verbunden (kein Außenklima/keine Zone), verhält sich das Fenster adiabat. Ergebnisgrößen: FluxHeatConductionA/B [W] und die Oberflächentemperaturen SurfaceTemperatureA/B [C] (Glasoberfläche).

Solare Gewinne mit winkelabhängigem SHGC

Für die auftreffende Strahlung liefert das Klimalastenmodell Direkt-, isotrope Diffus- und Horizontaufhellungs-Komponente samt Einfallswinkel — bereits reduziert um die vorberechneten Verschattungsfaktoren der Umgebung (Ergebnisgrößen DirectShadingFactor, DiffuseShadingFactor, HorizonShadingFactor, zusammengefasst ExternalShadingFactor).

Der transmittierte Solarfluss durch die Glasfläche wird im Modelltyp „Simple“ berechnet als

$$q_{\mathrm{solar}} = \mathrm{SHGC}(\theta) \cdot q_{\mathrm{direkt}} \;+\; \mathrm{SHGC}_{\mathrm{hemis}} \cdot q_{\mathrm{diffus}}$$

Dabei ist $\mathrm{SHGC}(\theta)$ der winkelabhängige Gesamtenergiedurchlassgrad aus der SHGC-Kennlinie des Verglasungssystems (ausgewertet am aktuellen Einfallswinkel $\theta$) und $\mathrm{SHGC}_{\mathrm{hemis}}$ der hemisphärische Wert für Diffusstrahlung. Der aktuell wirksame Wert steht als Ausgabegröße SHGCValue zur Verfügung, der Einfallswinkel als IncidenceAngle.

Die transmittierten Gewinne werden anschließend über das Solarverteilungsmodell auf Raumluftknoten und Innenflächen verteilt.

Sonnenschutz (Verschattungsmodell des Fensters)

Zusätzlich zur Umgebungsverschattung kann das Fenster einen Sonnenschutz besitzen (Sonnenschutz zuweisen). Drei Modelltypen:

• Konstant — fester Reduktionsfaktor $z$ (verbleibender Anteil der solaren Gewinne bei geschlossenem Sonnenschutz).
• Vorberechnet — zeitabhängiger Reduktionsfaktor aus einem Zeitplan.
• Geregelt — die Verschattungssteuerung liefert ein Stellsignal $F_z \in [0,1]$ (strahlungsschwellenbasiert mit Hysterese zwischen minimaler und maximaler Strahlungsintensität). Der wirksame Faktor ergibt sich zu

$$z_{\mathrm{eff}} = 1 - (1 - z)\cdot F_z$$

Direkt- und Diffusstrahlung werden gleichermaßen mit dem Faktor reduziert (Annahme: Behang wirkt auf beide Komponenten gleich). Der kombinierte wirksame Verschattungsfaktor steht als Ausgabegröße SolarShadingFactor bereit.