Das Programm THERAKLES

Wenn die Software unter Windows installiert wird, erstellt das Installationsprogramm automatisch bei Übernahme der Standardeinstellungen im Startmenü einen Eintrag IBK/Therakles. Neben dem Programmstart-Eintrag ist auch die physikalische Modelldokumention als Menüeintrag installiert.

Für Mac-Nutzer (MacOS X 10.11 und höher) ist das Programm einschließlich der physikalischen Modelldokumentation in der dmg-Datei enthalten.

Unter Linux ist das Programm in einem gepackten Archiv verfügbar, welches Programmdateien und Dokumentation enthält. Die Installation der benötigten geteilten Bibliotheken (Qt5 Bibliotheken) wird vorausgesetzt.

Die Software benötigt etwa einen Datenspeicher von 40 MB im Installationsordner.

THERAKLES verwendet ein numerisches Lösungsverfahren mit folgenden Besonderheiten:

Durch Verwendung dieses modernen und effizienten Berechnungsalgorithmus ist es möglich, detaillierte physikalische Modelle mit hoher Genauigkeit sehr effizient zu lösen.

Mit DIN 4108-2 Modus ist die speziell für den normgerechten Nachweis aufbereitete Eingabemaske, das Berechnungsmodell und die entsprechende Auswertung nach DIN 4108-2 gemeint. Dies beinhaltet auch den druckbaren Bericht mit allen Projekteingabedaten und Ergebnisgrößen.

Details zur Eingabe und Auswertung in diesem Modus sind im Kapitel DIN 4108-2 Modus beschrieben.

Neben dem leistungsfähigen Rechenkern ist eine der Stärken von THERAKLES die kompakte und übersichtliche Eingabe alles Modelldaten unter Verwendung der verfügbaren Datenbanken.

Die einmal parametrisierten Modellprojekte können in Eingabedaten für andere Modelle/Simulationsprogramme bzw. in eigenständige Simulationskomponenten exportiert werden:

Details dazu sind im Kapitel Modellexport beschrieben.

Die Programmoberfläche von THERAKLES ist in die obere (1) und untere (2) Programmhälfte geteilt. An der rechten Seite (3) befindet sich die Leiste mit den Programmschaltflächen (Projektmenü und Datenbanken).

In der Standardansicht werden in der oberen Hälfte die Eingabefenster eingeblendet, welche durch Klick auf die Reiter oben ausgewählt werden können. Im Bild ist der Reiter Geometrie und Klima ausgewählt. Die untere Hälfte enthält die Ergebnisansicht.

THERAKLES enthält folgende Eingabefenster:

Je nach Einstellung des Raumbearbeitungsmodus sind nur bestimmte Eingabefenster wählbar, wobei Reiter 1, 2, 10 und 12 immer aktiv sind. Im Falle der Auswahl der Berechnung nach DIN 4108-2 erfolgen fast alle Eingaben mit Feld 11. Die anderen Eingabefenster sind dann nicht wählbar. Im Folgenden werden die einzelnen Fenster beschrieben.

Im Reiter „Geometrie und Klima“ werden die Geometrie der zu berechnenden Zone bzw. des zu berechnenden Raumes (1), die Eigenschaften der Raumbegrenzungsflächen (2) und das Standortklima (3) angegeben.

Die Erläuterungen zum Thema Standortklima finden sie im Kapitel Klima und Standort

Die Geometrie wird definiert durch die Umfassungsflächen: - Wände (einschließlich Fenster und Türen) - Decken bzw. Dach - Fußboden

Im oben dargestellten Schnitt sind folgende Bauteile bzw. Elemente dargestellt:

Die grundlegenden Raumeigenschaften können im Dialog 1 (Abbildung oben) eingestellt werden. Ein Klick auf die Schaltfläche neben Volumen öffnet zusätzlich eine Möglichkeit zur Eingabe von Speichermassen wie im unteren Bild dargestellt.

Die Fläche beschreibt die Nettogrundfläche eines Raumes, d.h. die nach Innenmaßen ermittelte Grundfläche in der Einheit m². Die Raumhöhe beschreibt die lichte Raumhöhe in der Einheit m. Gibt es Höhenversprünge im Raum, so ist als lichte Raumhöhe die über die Flächen gemittelte Raumhöhe anzusetzen. Aus Raumhöhe und -fläche wird automatisch das Netto- bzw. Luftvolumen des Raumes in der Einheit m³ berechnet.

Das Luftvolumen ist ausschließlich maßgebend für die Ermittlung der Lüftungswärmelasten. Angaben zur mechanischen Lüftung werden raumvolumenunabhängig in m³/h angegeben. Die Raumfläche stellt den Bezugswert für die flächenbezogenen Wärmelasten dar. Außerdem werden aus Gründen der Vergleichbarkeit die Kennwerte der Jahresbilanz auf diese Flächeneinheit bezogen W/m².

Rechts neben dem Eingabefeld des Volumens befindet sich das Symbol für erweiterte Einstellungsmöglichkeiten des Raumspeicherverhaltens. Dort können eine zusätzliche absolute Speichermasse in kg und die dazugehörige spezifische Speicherfähigkeit dieses Terms in J/kgK angegeben werden. Als zusätzliche Speichermassen sind Einbauten mit nennenswerter Speicherkapazität anzugeben, z.B. Möbelstücke. Hierbei ist zu beachten, dass es sich um die Speichermassen handelt, welche dem Raum zeitunabhängig, d.h. sofort zur Verfügung stehen. Für realistische Berechnungen sollten daher nur oberflächennahe Schichten in der Massenberechnung berücksichtigt werden.

Das untere Fenster (2) zeigt eine Liste aller Raumumschließungsflächen. Durch Doppelklick auf einen Eintrag öffnet sich ein Auswahlmenü. Dieses menü erlaubt die Auswahl eine Konstruktion aus der Konstruktionsdatenbank. In der Abbildung ist diese Liste mit einem ausgeklappten Menü für die Konstruktionsauswahl zu sehen.

Um die Auswahl der Konstruktion zu vereinfachen gibt es mehrere Filtermöglichkeiten:

Desweiteren gibt es noch zwei freie Eingabefelder zum Filtern nach nutzerdefienierten Bezeichnungen. Diese Einträge können in der Konstruktionsdatenbank gesetzt werden. Nach Auswahl einer Konstruktion erscheint rechts daneben die Schichtenfolge der gewählten Konstruktion.

Es gibt unterschiedliche Typen von Bauteilen welche unterschiedliche Eingabedaten erfordern. Diese sind Außenbauteile (1), Innenbauteile (2) sowie Bauteile zu angrenzenden,konstant temperierten Zonen (3). Für jedes dieser Bauteile ist ein Konstruktionsaufbau in der Spalte „Konstruktion“ auszuwählen. Durch Doppelklick auf die entsprechende Zelle in dieser Spalte, wird die vorhandene Auswahlliste geöffnet. Bei dieser Liste handelt es sich um alle Konstruktionen, welche in der Konstruktionsdatenbank angelegt wurden. Wenn neue Konstruktionen erstellt werden, sind diese in der Konstruktionsdatenbank anzulegen und erscheinen dann automatisch in der Auswahlliste. Um ein vorhandenes Bauteil zu löschen wählt man den Punkt Keine Konstruktion;

Für Außenbauteile (1) sind, neben der Konstruktion und dem Verwendungstyp „Äußere Konstruktion“ nachfolgen aufgeführte Eigenschaften in den jeweiligen Spalten anzugeben.

Ausrichtungs- und Neigungswinkel sind Angaben, welche für die Berechnung der Strahlungseinträge notwendig sind. Die im Wetterdatensatz hinterlegten Werte müssen umgerechnet werden, da der Strahlungseintrag von Einfallswinkel abhängig ist und Eigenverschattung stattfindet. Der Absorptionsgrad ist ebenfalls für Berechnung der Strahlungseinträge notwendig. Je heller und glatter eine Bauteiloberfläche ist, desto geringer ist der Betrag des Absorptionsgrades. Als Beispiel für mögliche Werte wird hier die Tabelle 9 aus DIN 18599-2 angegeben.

Der Fenstertyp einschließlich Fläche und Verschattungstyp ist nur dann anzugeben, wenn ein Fenster vorhanden ist. In diesem Fall wird die Bauteilfläche bei der Berechnung korrigiert. Sie wird automatisch um die dort angegebene Fläche reduziert. Im Programm ist keine Angabe von Fenstern in Innenbauteilen vorgesehen und möglich. Die vorhandenen Fenstertypen werden der Fensterdatenbank entnommen ebenso wie der Typ der Verschattung. Eine evtl. vorhandene bauliche Verschattung des Fensters kann im Reiter Bauliche Verschattung angegeben werden. Die Auswahl erfolgt genau wie bei den Konstruktionen mittels eines Dialoges welcher durch Doppelklick auf den Spalteneintrag geöffnet wird. Die folgende Abbildung zeigt den Fensterauswahldialog.

Ähnlich wie bei der Konstruktionsauswahl besteht auch hier die Möglichkeit nach bestimmten Kriterien zu filtern. Für die Verglasungsart stehen dabei folgende Typen zur Wahl:

Die anderen Filter erlauben freie Eingaben. Dabei wird geprüft ob der eingegebene Text bei der passenden Kategorie des Fensters enthalten ist.

Auch die Auswahl des Verschattungstypes kann durch Doppelklick auf des entsprechende Element gestartet werden. In diesem Fall erfolgt die Auswahl aus einer einfachen Liste ohne Filtermöglichkeiten.

Die Übergangskoeffizienten sind von den Strahlungsverhältnissen, d.h. der Bauwerksumgebung (Strahlungsaustausch mit Erdreich und Umgebungsbebauung), den Klimabedingungen (Strahlungsaustausch mit Himmelsgewölbe) sowie den konvektiven Verhältnissen, d.h. den Luftgeschwindigkeiten, an der Bauteiloberfläche abhängig. Nähere Informationen und Richtwerte enthält die Norm EN ISO 6946.

Für Innenbauteile (2) zu angrenzenden Räumen gleicher oder ähnlicher Temperaturverhältnisse sind neben der Konstruktion und dem Verwendungstyp „Innere Konstruktion“ lediglich die Fläche und der innenseitige Übergangskoeffizient anzugeben.

Für Bauteile zu angrenzenden, konstant temperierten Zonen (3) sind der innere und der äußere Übergangskoeffizient sowie die Temperatur in der angrenzenden Zone einzutragen. Beispiele für derartige Räume sind unbeheizte Keller oder unbeheizte Räume. Im ersten Fall kann als Näherung die Jahresmitteltemperatur der Außenlufttemperatur angesetzt werden. Im zweiten Fall kann die Schwankung der Lufttemperatur sehr groß sein. Dann ist es möglich, in das Feld „Temperatur in angrenzender Zone“ keinen Einzelwert anzugeben, sondern einen Pfad zu einer ccd-Datei mit den Raumlufttemperaturen in dieser Zone angeben.

Der Pfad zu der Klimadatei kann absolut oder relativ zur aktuellen Projektdatei angegeben werden. In der obigen Abbildung ist ein absoluter Pfad gewählt. Im Fall eines relativen Pfades muss das aktuelle Projekt als Projektdatei gespeichert sein. Bei Klick auf die Schaltfläche rechts im Feld öffnet sich ein Dateiauswahldialog zur Wahl der Klimadatei.

Das ccd-Dateiformat ist in der Programmreferenz beschrieben.

Diese Klimadaten könnten z. Bsp. aus Messungen, externen Programmen oder auch THERAKLES Berechnungen dieses unbeheizten Raumes stammen. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann man mit Hilfe der Ausgabedaten über mehrere Räume iterieren.

Bei erdberührenden Bauteilen sollte 50cm Erdreich als Puffer mit zur Konstruktion zugerechnet werden (siehe ISO 13791). Als Temperatur können hier konstant die Jahresmitteltemperatur oder (besser) Monatsmittelwerte des gewählten Gebietes genommen werden. Für eine genauere Betrachtung kann die Erdreichtemperatur auch mit einem externen Tool vorberechnet werden (z. Bsp. DELPHIN). Für eine Berechnung nach ISO 13791 ist folgendermaßen vorzugehen.

Bei diesem Eingabedialog können Informationen zum Projekt bzw. zum Bearbeiter angegeben werden. Sie dienen hauptsächlich der Dokumentation und werden im Report verwendet.

In diesem Bereich wird festgelegt, nach welchem Model die Zone beheizt wird und wie sich der zeitliche Verlauf der Solltemperatur darstellt. Die Reiter ``Heizung'' gliedert sich in einen linken Bereich für die Definition des Systems (1 - Modellparameter) und einen rechten Bereich für die Definition des Steuerungsprofils (2 - Solltemperatur für Heizung).

Im linken Bereich kann der Typ der Heizungsanlage gewählt werden. Es gibt folgende Auswahlmöglichkeiten:

Die darunter angegebene maximale Heizleistung entspricht in der Regel der Norm- Heizlast des Raumes (siehe dazu EN 12831). Heizlast- Richtwerte bewegen sich etwa zwischen 50 (Niedrigenergiehausstandard) bis 150 (Altbaustandard) Watt pro m² Nettogrundfläche.

Die zeitlichen Profile der Solltemperatur können, ebenso wie die Temperatur- und Feuchtesollwerte für die Klimaanlage und die Lüftungsanlage, die Förderströme für die Lüftungsanlage, die Luftwechselraten für die freie Lüftung, die Wärmelasten und die Verschattungsgrade, in vier verschiedenen Varianten angegeben werden. Zur Auswahl gelangt man über einen Mausklick auf das Feld „Typ". Dabei gibt es folgende Typen:

Für den Typ „Konstant“ kann der konstante Sollwert direkt über die Oberfläche eingegeben werden.

Im Fall eines Tageszyklusprofils erscheinen zwei Tagesprofile für welche jeweils linksseitig Angaben zum Gültigkeitszeitraum angezeigt werden:

Rechtsseitig sind die Zahlenwerte der Profile dargestellt. Die Einstellung der Werte kann entweder über das dargestellte Profildiagramm (bewegen der Punkte mit der Maus) oder über das Eintragen der Werte in der rechtsseitigen Spalte vorgenommen werden. Beim Eintragen der Zahlenwerte können auch mehrere Zellen ausgewählt und zusammen geändert werden wenn sie zuvor einheitliche Ausgangswerte beinhalteten. Hierfür wird der erste Wert angeklickt, „Strg“ gedrückt gehalten und der zweite Wert ausgewählt. Anschließend kann die neue Zahl eingegeben werden und erscheint dann in allen Feldern. Mehrere Einzelwerte werden in ähnlicher Weise mit der Taste „Shift“ ausgewählt. Links unten kann, wie in jeder Profileinstellung, der Maximalwert der y-Achse eingstellt werden.

Die Jahresprofile können nicht im Diagramm bearbeitet werden. Da die Eingabe komfortabler über ein externes Programm (z.B. Texteditor oder Tabellenkalkulationsprogramm) durchführbar ist, bietet die Oberfläche drei Möglichkeiten für den Import der Daten aus dem Zwischenspeicher. Hierfür wird eine der drei unten aufgeführten Varianten als Jahresprofil im externen Programm erstellt, markiert und kopiert und anschließend über das entsprechende Feld über dem Jahresprofildiagramm eingefügt. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel aus einer in Excel erstellten Zahlenreihe.

Hier sind nun die eingefügten Werte in THERAKLES als Diagramm zu sehen. Eine tabellarische Ansicht ist ebenfalls möglich.

Als Standardansicht erscheint im Diagramm immer eine Ganzjahresansicht. Hier kann mit Aufziehen eines Rechtecks mit der linken Maustaste gezoomt werden. Ein Klick mit der rechten Maustaste führt zurück zur Ganzjahresansicht.

Die berechnete Heizenergie wird entsprechend der Einstellung des eingestellten konvektiven Anteils der Nutzungswärmelasten in konvektiven (zur Raumluft) und Strahlungsanteil (gleichmäßig auf die Wandoberflächen) aufgeteilt. Diesen Wert findet man im Reiter Erweiterte Einstellungen. Als Standardwert ist dort 100% eingetragen, d.h. eine rein konvektive Heizung.

Als Kühlanlage ist in der aktuellen Version eine einfache Klimaanlage zur Kühlung der Raumluft angelegt (d.h. rein konvektiv). Die Auswahl erfolgt analog zur Heizungsanlage über die Modelleigenschaften durch den Eintrag „Einfache Klimaanlage“ im Auswahlfeld. Wenn keine Kühlung vorhanden ist wählt man "Keine Kühlung". Die maximale Kühlleistung ergibt sich auf Grundlage der berechneten Kühllast (z.B. nach VDI 2078). Üblicherweise liegt die Kühllast bei Räumen ohne außergewöhnliche Nutzungseigenschaften und mit erfüllten Mindeststandards des sommerlichen Wärmeschutzes unter 50 Watt pro m² Nutzfläche. Sollten die inneren Wärmelasten besonders hoch sein oder andere Überhitzungsfaktoren gegeben sein, so kann sie auch höher sein. Für die maximale Kühlleistung kann auch eine Funktion, Kühlleistung in Abhängigkeit der Temperatur, verwendet werden. Diese ist aber nicht über die Oberfläche, sondern nur direkt in der Projektdatei eingebbar (siehe Formatspezifikation). Als Sollwerte können sowohl Temperaturen als auch relative Luftfeuchten angegeben werden. Die Solltemperaturen werden gemäß der vorgesehenen Nutzung definiert. Richtwerte für Solltemperaturen enthält unter anderem die DIN 18599-10. Für die meisten Nutzungstypen werden hier Maximaltemperaturen von 26°C während der Nutzungszeit empfohlen.

Die Sollwerte für die Luftfeuchten werden nur verwendet wenn die Feuchteberechnung aktiviert ist (siehe Erweiterte Einstellungen). Ebenso wird auch die Entfeuchtungsleistung nur dann mit berücksichtigt.

Für die mechanische Lüftung sind drei Einstellungen möglich:

Für den Typ, mechanische Lüftungsanlage, wird der Verlauf des Luftförderstroms über den Zeitplan definiert. In diesem Fall kann eine Wärmerückgewinnungseffizienz angegeben werden, d.h. die in der Abluft enthaltene Wärme kann zum gegebenen Prozentsatz zur Erwärmung der frischen, kalten Zuluft (Außenluft) über einen Wärmetauscher genutzt werden. Die Wärmerückgewinnung ist nur dann sinnvoll, wenn die Zuluft auch erwärmt werden muss, d.h. wenn die Raumlufttemperatur unterhalb der Solltemperatur für die Beheizung liegt. Der Luftförderstrom kann als konstanter Wert, als typisches saisonales oder wochentagsabhängiges Tagesprofil oder als Jahresprofil definiert werden (siehe Heizung ). Wärmerückgewinnungseffizienz und Maximaltemperatur sind konstante Werte. Der erforderliche Förderstrom der mechanischen Lüftungsanlage richtet sich gemäß DIN 13779 für Nichtwohngebäude nach der Gebäudekategorie und dem Zweck der Lüftung. Letzterer kann der erforderliche hygienische Mindestluftwechsel (Abführung von CO2) sowie der zur Wärme-, Feuchte-, Geruchsstoff- oder Schadstoffabführung notwendige Luftwechsel sein. Die genannte Norm definiert den personenbezogenen Luftwechsel mit 10 bis 40 l pro Sekunde und Person (2,8 bis 11 m³/h Person). Bestimmungen für Wohngebäude enthält zudem die DIN 1946-6. Die Mindestvolumenströme betragen demnach für kleinere Wohneinheiten 0.5 bis 2 m³/hm². Ist keine Wärmerückgewinnungsanlage installiert, so sollte als Effizienz der Wert 0.0% angegeben werden. Ist eine Wärmerückgewinnungsanlage vorhanden, so ist die Rückwärmzahl abhängig vom installierten System. Ein einfacher Plattenwärmetauscher erreicht Rückwärmzahlen zwischen 40 und 80% (siehe VDI 2071).

Im Falle einer förderstromgeregelten Lüftungsanlage wird im Zeitplan direkt eine Solltemperatur angegeben. Als Eingabegrößen werden hier die Zulufttemperatur und ein maximaler Luftförderstrom benötigt. Der erforderliche Luftstrom bemisst sich danach, welche Kühlleistung die Zuluft mit der angegebenen Zulufttemperatur erreicht, d.h. ab welchem Förderstrom diese Kühlleistung zur Einhaltung der definierten Solltemperatur ausreicht. Bei der Festlegung der Zulufttemperatur ist darauf zu achten, dass die Temperaturspreizung, d.h. die Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Raumluft, aus Gründen der Komfortempfindung nicht zu hoch wird.

Unter dem Reiter „Freie Lüftung“ ist der Luftwechsel anzugeben, welcher sich aus der natürlichen Lüftung ergibt. Das entspricht der Summe aus Fensterlüftung und Infiltration. Es existieren in der aktuellen Version 4 Eingabevarianten. Diese sind:

In allen Fällen besteht wiederum die Möglichkeit, die Zeitprofile für den maximalen Luftförderstrom, analog zur Heizung und Kühlung als konstantes, wochentagsabhängiges, saisonales Profil oder Jahresprofil auszuwählen (siehe Heizung ).

Ein vorgegebener Luftstrom (1) wird direkt als Zeitprofil vorgegeben und ist nicht von weiteren Faktoren abhängig. Einschlägige Richtwerte enthalten beispielsweise die Normen zur Berechnung des Energiebedarfs (z.B. DIN 18599-10). Die aufgeführten Werte orientieren sich in Anlehnung an die Bemessung mechanischer Lüftungsanlagen an den Sollwerten. Die aufgeführten Mindestaußenluft-volumenströme bewegen sich zwischen 20 und 60 m³ pro Stunde und Person. Sie sind über das im Reiter „Geometrie und Klima“ angegebene Raumluftvolumen in die Luftwechselrate umzurechnen.

Im Gegensatz zum direkt definierten Luftstrom enthält der nutzungsabhängig geregelte Luftstrom (2) die Vorgabe eines Minimalwertes für die Raumlufttemperatur ab welchem der angegebene Luftstrom gegeben ist und einen Grundluftwechsel welcher nicht unterschritten wird. Solange also die Raumlufttemperatur kleiner als der Minimalwerte oder die Außenlufttemperatur höher als die Raumlufttemperatur ist wird der Grundluftwechsel verwendet. Anderenfalls kann der Luftförderstrom bis zum Maximalwert erhöht werden.

Der nutzungszeitabhängige Luftstrom (3) ähnelt dem vorigen Schema, enthält aber mehr Einstellmöglichkeiten. Hier können zusätzlich noch erhöhte Tag- und Nachtluftwechsel eingestellt werden. Des Weiteren kann eine Außenlufttemperaturdifferenz angegeben werden. Das bedeutet, die Außenlufttemperatur muss um den angegebenen Betrag niedriger sein als die Raumlufttemperatur damit die erhöhte Lüftung aktiv sein kann.

Wenn eine erhöhte Lüftung möglich ist (Bedingung Tag oder Nacht ist erfüllt), wird die Lüftung bis auf den im Zeitplan angegeben Wert erhöht. Die Werte im Zeitplan sollten immer größer oder gleich jeweiligen Grundluftwechsel sein. Wenn nicht, erfolgt eine Absenkung des Luftwechsels wenn die Bedingungen erfüllt sind. Für die Bedingungen hier ein Beispiel:

Wenn also die vorhandene Raumlufttemperatur größer als 23°C und gleichzeitig die Außenlufttemperatur 1K niedriger als die Raumlufttemperatur ist, dann sind die Bedingungen für eine intensive Lüftung erfüllt. In diesem Fall wird die im Zeitplan angegebene Luftwechselrate gewählt. Das geschieht auch wenn diese Luftwechselrate niedriger als der Grundluftwechsel ist. Zur Kontrolle empfiehlt es sich die resultierenden Luftwechselraten in den Ergebnisdateien auszuwerten.

Hier werden alle flächenbezogenen inneren Wärmelasten festgelegt die nicht über Personen generiert werden. Über die Flächenpauschallasten können beispielsweise die Wärmelast durch Beleuchtung sowie die Wärmelast durch wärmeabgebende technische und elektrische Geräte erfasst werden. Richtwerte für diese Flächenlasten enthält ebenfalls die DIN 18599. Demnach liegen die Flächenlasten in den meisten Fällen zwischen 2 und 8 W/m². Im Wärmelast-Zeitprofil kann, ebenfalls wie für die Heizung, Kühlung und mechanische Lüftung, zwischen Einzelkennwert, Sommer- und Winterprofil, Wochentagsprofil oder Jahresprofil ausgewählt werden. Die Flächenpauschallast ergibt sich aus der Summe aller ausstattungsbedingten Wärmelasten geteilt durch die Nutzfläche der thermischen Zone bzw. des Raumes. In den meisten Fällen entspricht die Wärmeabgabe nahezu der Anschlussleistung dieser Geräte. Als Nutzfläche wird die Grundfläche des Raumes (definiert im Reiter "Geometrie und Klima") angenommen.

Die Personenwärmelast wird als zeitabhängige Anzahl der Personen und personenbezogene Wärmelast angegeben. Das zeitabhängige Produkt aus beiden Werten entspricht der resultierenden Personenwärmelast. Die angegebenen Zeitprofile geben nicht nur die zeitliche Verteilung der Wärmelasten an, sie sind auch für die Bewertung nach DIN 15251 maßgebend, da sie den Nutzungszeitbezug darstellen. Die personenabhängige Wärmeemission richtet sich nach der Aktivität der Nutzer und beträgt im Minimum (Grundumsatz) ca. 70 bis 80 Watt pro Person. Es ist hierbei zu beachten, dass es sich nicht um die Gesamtwärmeabgabe einer Person, sondern die sensible, d.h. fühlbare bzw. trockene, Wärmeabgabe handelt. Richtwerte hierfür enthalten abermals die Nutzungsprofile der DIN 18599-10. Die Lasten liegen demnach zwischen 60 (sitzender Schüler) und 125 Watt pro Person (Sportler).

Die Verschattungssteuerung bezieht sich auf die im Reiter „Geometrie und Klima“ angegebenen Fenster mit Verschattungselementen. Alle Fenster, für welche ein Verschattungssystem in Form einer Konstruktionsreferenz angegeben wurde, werden nach diesem Zeitplan aktiviert. Es besteht die Auswahl zwischen drei Modellen:

Konstant bedeutet, dass die Verschattung immer aktiv ist.

Im Falle einer zeitplanabhängigen Sonnenschutzsteuerung (2) wird der Verschattungsgrad des für die Fensterkonstruktion definierten Sonnenschutzgrades mit dem im Zeitplan angegebenen Wert multipliziert. Sind mehrere Fensterkonstruktionen mit unterschiedlichen Sonnenschutzsystemen definiert, so wird der Zeitplan auf alle angewandt. Die Steuerung des Sonnenschutzes kann in diesem Fall nur einheitlich angegeben werden. Die Abbildung unten zeigt eine Verschattungseinrichtung, die im Sommer zwischen 8:00 und 18:00 Uhr vollständig aktiviert, sonst aber deaktiviert ist.

Die Variante, intensitätsgeregelte Steuerung (3), kommt den praktischen Verhältnissen näher, da der Sonnenschutz immer dann aktiviert wird, wenn der angegebene Wert der Strahlungsintensität (Globalstrahlung) auf der jeweiligen Ausrichtungsseite des Raumes erreicht wird. Diese Variante kann nicht mit einem Zeitplan kombiniert werden. Sie ähnelt dem Ansatz, welcher für den Normnachweis angenommen wird. Die ausrichtungsabhänigen Grenzwerte können der Norm 4108-2 entnommen werden. Die hier angegebenen Grenzwerte werden nur für Fenster angewendet welche ein Neigung von über 45° haben. Flacher geneigte Fenster werden nicht verschattet.

Eine bauliche Verschattung kann auf zwei Arten angegeben werden:

Wie in obiger Grafik zu sehen, wird in diesem Dialog die Liste der Bauteile vereinfacht angezeigt. Wenn ein Bauteil ein Fenster enthält, kann in der rechten Auswahlbox ein Dateiname zu einer Verschattungsdatei eingetragen bzw. der Eingabedialog für eine einfache feste Verschattung gestertet werden. Die Bauteilliste wird mit der Liste aus der Eingabe im Feld „Geometrie und Klima“ synchron gehalten und kann nur dort geändert werden. Der hier ermittelte Verschattungsgrad wird mit dem der beweglichen Verschattung kombiniert (multipliziert).

Die Erläuterungen zu den Einstellungen des Berechnungsmodus für DIN 4108-2 konforme Bemessung finden Sie in einer separaten Hilfeseite.

Im letzten Reiter des Eingabebereichs sind Optionen für die Berechnungseinstellungen enthalten. Es können unter anderem Angaben zum Speichern der Berechnungsmodelle, zu Berechnungsbezugswerten und zur Behandlung von Wärmegewinnen vorgenommen werden.

Die Ausgangstemperatur des Raumes gibt an, welche Temperatur die Raumluft und die Raumumschließungskonstruktionen bei Beginn der Berechnung aufweisen. Sie sollte bei mitteleuropäischen Standorten näherungsweise der Solltemperatur für die Beheizung entsprechen, da die Berechnung in diesem Fall in der Heizperiode (01. Januar) beginnt. Der gewählte Wert wirkt sich vornehmlich auf den ersten, bei extremen Werten noch auf den zweiten bis dritten Berechnungstag aus. Die Anfangsphase von zwei bis drei Tagen sollte daher nur bedingt in die Auswertung einbezogen werden. Sehr hohe Speichermassen können diese Phase verlängern. Dann empfiehlt es sich, die Berechnungszeit auf 2 Jahre zu verlängern.

Eine weitere Einstellungsmöglichkeit ist der konvektive Anteil der solaren Wärmelasten durch die Fenster. Das ist also der Anteil der kurzwellige Strahlung (Diffus- und Direktstrahlung), welcher direkt auf die Raumluft wirkt. Dieser Anteil ist unter anderem von den Strahlungsverhältnissen und der Raumgeometrie abhängig und liegt näherungsweise bei 50% des gesamten Strahlungseintrags.

Der konvektive Anteil der inneren Wärmelasten beschreibt den gleichen Sachverhalt wie der Konvektivanteil der kurzwelligen Einstrahlung. Dieser Wert wird für die inneren Lasten sowie für die Heizung verwendet. Wärmequellen wie Computer geben ihre Wärme fast vollständig konvektiv ab, während beispielsweise Leuchten einen erheblichen Strahlungsanteil aufweisen. Im Zweifelsfall ist auch hierfür ein Anteil von 50% zu empfehlen.

Neben diesen Optionen ist eine Check-Box für die Durchführung einer Feuchtebilanzrechnung aufgeführt. In diesem Fall ist auch eine Ausgangsfeuchte, analog zur Ausgangstemperatur, für die Raumluft und die Konstruktion anzugeben. Die Feuchtebilanzrechnung berücksichtigt den Einfluss der Dampfdiffusion durch die Raumumschließungskonstruktionen und den Einfluss der Lüftung (keine förderstromgeregelte Lüftungsanlage) auf die Feuchtebilanz der Raumluft. Wenn diese Option aktiviert ist können zusätzlich Feuchtelasten analog zu den Wärmelasten über die Oberfläche eingegeben werden (siehe Abschnitt unten). Der entsprechende Reiter wird dann aktiviert. Eine Berücksichtigung des kapillaren Wassertransports ist nicht vorgesehen da diese Berechnung detailliertere Angaben für die Materialien, Konstruktionen und Klimaverhältnisse am Standort erfordert. Derartige Berechnungen können mit DELPHIN durchgeführt werden.

Im Bereich Ausgabeoptionen sind zwei weitere Einstellungen aufgeführt, die Bezugszeitreihe für die thermische Komfortbewertung und der Bezugswert für die Perioden- Wärmebilanzen. Der erste Wert („bewerte thermischen Komfort unabhängig von Anwesenheit“) bezieht sich auf die Auswertung nach EN 15251. Die darin aufgeführten Werte entsprechen entweder nur den Bedingungen, welche während der unter „Personenlasten“ angegebenen Nutzungszeit vorherrschen (Check-Box deaktiviert) oder schließen den gesamten Zeitraum ein. Die zweite Option erlaubt eine nutzflächenbezogene Ausgabe der Wärmeströme und damit eine bessere Vergleichbarkeit der Kennwerte unter den Projekten.

In diesem Dialog können Feuchtelasten für die Raumluft eingestellt werden. Diese können ähnlich wie bei den anderen Lasten als konstanter Wert oder zeitabhängig eingestellt werden (siehe Heizung).

Beispiele für Feuchtelasten zeigen die folgenden Tabellen.

THERAKLES enthält 4 Datenbanken. Diese können mit eigenen Einträgen erweitert werden. Dazu muss in der Programmoberfläche aus dem ``Raumbearbeitungsmodus'' in einen der Datenbankmodi gewechselt werden. Das gelingt über die Auswahl des entsprechenden rechtsseitigen Schaltflächen.

Ein Klick auf die jeweilige Schaltfläche blendet die entsprechende Datenbank im Hauptfenster ein.

Der Reiter „Geometrie und Klima“ enthält den Eingabebereich „Standort und Klima“. In diesem werden der Klimadatensatz und die Albedo angegeben. Die Albedo wird in Eingabefeld 1 angezeigt und kann dort geändert werden.

Jedes Gebäude ist in seinem bauklimatischen Entwurf für die am Standort vorherrschenden klimatischen Bedingungen zu optimieren. Für diese Optimierung sind typische Klimadatensätze zu wählen, welche je nach Bemessungszweck unterschiedlich ausgewählt werden. Beispielhaft seien hier die typischen Jahresdatensätze, die Testreferenzjahre (TRY) für die Bemessung des Energiebedarfs, des Sommerfalls und des Winterfalls zu nennen. Im Fall einer Bemessung nach DIN 4108-2 sind die Daten für die dort beschriebenen Klimagebiete hinterlegt. Den Klimadatensatz kann man mittels Auswahlbox 2 wählen. Im Feld 3 werden weitere Informationen dazu angezeigt. Wenn der Haken bei Optionsfeld 4 gesetzt ist, wird eine nicht isotrope Strahlungsverteilung der diffusen Solarstrahlung über den Himmel verwendet. Dabei kommt das Model nach Perez zur Anwendung. Siehe dazu auch:

Perez, R., Seals, R., Ineichen, P., Stewart, R., Menicucci, D., 1987. A new simplified version of the Perez diffuse irradiance model for tilted surfaces. Solar Energy 39 (3), 221–232.

Die im Datensatz enthaltenen Zeitreihen umfassen die Wetterelemente kurzwellige Solarstrahlung, eingeteilt in Diffus- und Direktstrahlung, Lufttemperatur und relative Luftfeuchte im Außenraum. Weitere Wetterelemente können von THERAKLES derzeit nicht berücksichtigt werden. Im Falle einer hygrothermischen Bauteilsimulation wie sie beispielsweise mit DELPHIN erfolgen kann, könnten darüber hinaus auch Niederschlagsmenge, Windrichtung und Windgeschwindigkeit sowie langewellige Himmelsgegenstrahlung Berücksichtigung finden.

Die Zeitreihen der direkten Solarstrahlung sind als Sonnennormalstrahlung in den Klimadateien hinterlegt. Zur Ermittlung der direkten Strahlungseinträge auf eine beliebig geneigt und ausgerichtete Bauteilfläche aus diesen Daten ist die Berechnung des Sonnenstandes im Jahresverlauf, üblicherweise in Form von Stundenwerten, erforderlich. Dieser Sonnenstand ist von der lokalen Zeit (aus dem Wetterdatensatz übernommen) sowie von Breiten- und Längengrad (Zeitkorrektur) abhängig. Daher ist neben den Zeitreihen der Wetterelemente auch stets eine Angabe des Breitengrades des Gebäudestandortes erforderlich. Diese Standortangabe ist in den c6b- Datensätzen sowie auch in den alternativen Datensätzen (epw) enthalten und kann nicht über die Programmoberfläche geändert werden. Neue Klimastandorte können durch Kopieren der entsprechenden Klimadatei in den Klimaordner von Therakles eingefügt werden (Therakles_Ordner/resources/DB_Climate). Als Formate sind hier c6b (eigenes Format) und epw (EnergyPlus weather) möglich.

Eine weitere standortbezogene Eigenschaft des Gebäudes ist die Albedo, auch als mittlerer Reflexionsgrad des Gebäudeumfeldes bezeichnet. Typische städtische Flächen (z.B. asphaltierte oder betonierte Flächen) weisen einen Reflexionsgrad von ca. 10-20% auf. Helle Umgebungsflächen (z.B. helles Mauerwerk) können eine Albedo von ca. 50-60% ergeben, verschneite Flächen bis zu 90%.

THERAKLES bietet grundsätzlich unterschiedliche Auswertungsmöglichkeiten:

Die Erstellung der Ergebnisdateien muss im Startdialog ausgewählt werden. Die Ergebnisse werden im gleichen Ordner abgelegt, in welchem auch die Projektdatei gespeichert wurde (weswegen die Projektdatei vorher auch schon einmal gespeichert worden sein muss).

Das Aufziehen eines Rahmens mit der Maus erzeugt eine vergrößerte Ansicht des ausgewählten Bereichs (Hineinzoomen). Ein Klick mit der rechten Maustaste innerhalb der Diagrammfläche geht wieder einen Schritt zurück (Herauszoomen). Mehrere Klicks erzeugen die anfängliche Übersichtsabbildung mit den Werten für ein Jahr.

Wird die Maus bewegt, während die mittlere Maustaste gedrückt gehalten wird, lässt sich der aktuelle Diagrammbereich verschieben.

Der Reiter Temperaturen enthält die im Klimadatensatz vorgegebenen Außenlufttemperaturen und relativen Luftfeuchten sowie, nach erfolgreicher Berechnung, die Lufttemperatur und operative Temperatur des Raumes. Der letztere Wert stellt den Mittelwert aus Lufttemperatur und Strahlungstemperatur (Mittlere Oberflächentemperatur der Raumumschließungsbauteile) dar.

Das Ausgabefeld EN 15251 beinhaltet die im Reiter „Temperaturen“ dargestellte operative Temperatur, aufgetragen über dem gleitenden Mittel der Außenlufttemperatur als Streudiagramm. Dieses Diagramm ist ein Ansatz zur Langzeit- Komfortbewertung des Raumklimas. Es basiert auf der Annahme, dass die optimale operative Raumtemperatur linear von der Außenlufttemperatur abhängig ist. Die empirischen Gleichungen zu diesem Ansatz können der EN 15251 entnommen werden. Darin sind auch unterschiedliche Komfort-Kategorien aufgeführt, welche im Diagramm jeweils mit einem oberen und unteren Grenzwert und der entsprechenden Kategoriekennung (I, II, III) versehen sind. Ist die Anforderung an eine Kategorie erfüllt, so erscheint oberhalb der Legende der Hinweis „Anforderungen der Kategorie … erfüllt“. Eine Kategorie gilt als erfüllt, wenn weniger als 5% der Stundenwerte außerhalb der Grenzen liegen.

In diesem Reiter wird eine kurze tabellarische Ansicht wichtiger Eingaben und Ergebnisse gezeigt. Die Art der Daten hängt vom gewählten Berechnungsmodus ab. Das folgende Bild zeigt die Ausgabe im normalen Modus.

Hierbei wird eine feste Grenztemperatur von 26°C für die Übertemperaturstunden verwendet sowie eine Maximaltemperatur ausgegeben.

Für den DIN 4108 Modus stehen mehr Ausgaben zur Verfügung. Für die Übertemperaturstunden wird der Grenzwert gemäß der gewählte Klimaregion verwendet. Wenn ein Übertemperaturstundenwert den Grenzwert für den Gebäudetyp übersteigt wird dieser Wert in rot dargestellt (siehe Bild oben).

Unter dem Reiter Strahlungslasten werden die kurzwelligen Strahlungslasten, eingeteilt in diffuse und direkte Strahlungseinträge, angezeigt. Es handelt sich dabei um die im Klimadatensatz abgelegten Werte der kurzwelligen Strahlung. Auch hier können Einzelbereiche mit der Maus vergrößert bzw. wieder verkleinert werden und der aktuelle lokale Wert wird am Mauscursor angezeigt.

Die Stundenwerte der thermischen Lasten und die Stundenwerte der Feuchtelasten zeigen die Zeitreihen der für die Bilanzierung erforderlichen Wärme- und Feuchteströme des Raumes an. Diese sind jene Ströme welche sich aus der Beheizung, Kühlung, Lüftung (mechanisch /natürlich) und den Nutzungslasten ergeben. Sie können auch in der Ausgabedatei „Fluxes_Integrals.tsv“ eingesehen und weiterverarbeitet werden. Die Stundenwerte der Feuchtelasten stehen nur dann in den Ausgaben zur Ansicht wenn die Feuchtebilanzierung in die Berechnung mit eingeschlossen wurde. Diese Einstellung wird im Projektbearbeitungsbereich unter „Erweiterte Einstellungen“ vorgenommen. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit können in beiden Ausgabereitern die Wertereihen durch Klicken auf den jeweiligen Legendeneintrag aktiviert bzw. deaktiviert werden. Die üblichen Navigationsfunktionen stehen außerdem zur Verfügung.

Der nächste Reiter enthält die Monatssummenwerte der thermischen Lasten. Er besitzt die gleichen Funktionen wie der voriger Reiter mit den stündlichen Werten.

Der Reiter Jahressummenwerte enthält im linken Bereich die Gesamtenergiebilanz des Jahres und im rechten Bereich die Wärmemengen welche von den Geräten zur Raumluftkonditionierung (Heizung, Kühlung, Zuluftkühlung) bereit gestellt werden. Der rechtsseitig dargestellte Energiebedarf stellt den Nutzenergiebedarf in der Zone dar. Zur Berechnung des Endenergiebedarfs ist dieser Wert mit den Verteilungs- und Erzeugungsverlusten zu ergänzen.

Die Auswahl der zur Verfügung stehenden Klimabedingungen wird auf die 3 in der Norm beschriebenen Gebiete beschränkt.

Die Region muss, entsprechend des Standortes des zu bemessendes Gebäudes, aus der unten gezeigten Karte gewählt werden (Auszug aus DIN 4108-2 2013 S. 21).

Bei den Projektinformationen können erläuternde Angaben und Beschreibungen zugefügt werden. Diese erscheinen dann auch im Ausgabereport.

Zur Eingabe der Parameter kann der Reiter `DIN 4108-2' verwendet werden. Dieser Dialog ist in folgende Reiter aufgeteilt:

Die Einstellungen für die bauliche Verschattung erfolgt, wie auch im freien Modus, im entsprechenden Reiter.

Außerhalb der Seitenränder befinden sich Kopf- und Fußzeile. Dort sind die Programmversion sowie Lizensierungsinformationen (Name und Firma) dargestellt. Die Daten in Kopf- und Fußzeile werden immer angezeigt und können nicht deaktiviert werden. Lediglich ob eine Seitenzahl angzeigt wird ist wählbar. Auf der ersten Seite des Reportes oben befinden sich unter der Haupüberschrift (nicht änderbar) die Projektinformationen. Diese sind im entsprechenden Reiter des Hauptfensters einzugeben (siehe hier). Wenn keine Projektinformationen eingegeben wurden bleibt dieser Bereich leer. Ebenfalls dort ist das Eingabefeld für die Anmerkungen zum Projekt. Diese werden an das Ende des Reportes angefügt wenn dort Daten vorhanden sind. Weiterhin kann eine Schriftart und Größe gewählt werden. Diese Einstellungen gelten für die normale Schrift. Alle anderen Textelemente werden basierend darauf angepassst.

Zuerst kommt der Bereich für die Raumdaten. Dort werden Geometrieinformationen zum Raum (Geometrie und Klima) sowie der Gebäudetyp angezeigt.

Im Abschnitt Klima werden der Standort, die gewählte Klimaregion und der Umgebungsalbedo dargestellt. Der Standort kann bei den Projektinformationen eingegeben werden. Klimaregion und Albedo werden im Fenster Geometrie und Klima gewählt.

Als Nächstes folgen die Bauteile. Hier werden in 4 Tabellen die wichtigsten Bauteildaten und die dazugehörigen Konstruktionen angezeigt. Da sind:

Das entspricht im Wesentlichen den Eingaben der Tabelle in Geometrie und Klima. Die ID in der ersten Spalte der Tabelle dient der Kennzeichnung des Bauteils. In der Spalte `Konstruktionsname' wird in eckigen Klammern noch die ID der Konstruktion angezeigt. Diese ID taucht später in den Konstruktionstabellen in der Überschrift auf und erlaubt so eine eindeutige Zuordnung. Die Tabelle Fenster zeigt allgemeine Daten des Fensters sowie die ID des verwendeten Verschattungssystems und ob eine bauliche Verschattung zugeordnet ist. In der darunterliegenden Tabelle wird dann das gewählte Verschattungssystem gezeigt. Dort ist auch noch einmal die ID des zugehörigen Fensters mit dargestellt. Daten über eine bauliche Verschattung finden sich im entsprechenden Abschnitt.

Der Abschnitt Details für Bauteile und Materialien zeigt weitere Details zu Fenstern und den in den Konstruktionen verwendeten Materialien. Hier geht es weniger um Kennwerte als um daten wie Hersteller, Produktbezeichnung etc. Das folgende Bild zeigt ein Beispiel.

Die Daten können über Ihre ID den anderen Tabellen zugeordnet werden.

Im Abschnitt Konstruktionen werden alle verwendeten Konstruktionen mit Schichtenfolge und Basismaterialdaten dargestellt. Jede Konstruktion hat eine eigene Tabelle. Der Name und die ID werden in der Tabellenüberschrift dargestellt. Die ID des jeweiligen Materials befinden sich in der ersten Spalte. Die Material- und Konstruktions-IDs finden sich auch in den THERAKLES-Projektdateien sowie Datenbankdateien wieder.

Der Bereich Lüftung zeigt verschiedene Darstellungen für freie Eingabe und dem DIN 4108-2 Modus. Im DIN-Modus werden die Einstellungen der Grundlüftung sowie intensiver Tag- bzw. Nachtlüftung dargestellt. Wenn eine der intensiven Lüftungsarten aktiviert ist, wird hier die im Reiter DIN 4108-2 eingebene Beschreibung angezeigt.

Im freien Modus ist aktuell noch keine Beschreibung implemetiert. Es besteht aber die Möglichkeit für beide Modi die real verwendeten Lüftungsraten grafisch darzustellen. Hier kann man bei den Optionen drei Diagramme auswählen:

Im nächsten Bereich, innere Lasten, werden im DIN 4108-Modus, abhängig vom gewählten Gebäudetyp, die innere Last, die Nutzungszeit sowie die Sollwerttemperatur für die Heizungsanlage beschrieben. Eine Darstellung für den freien Modus ist noch nicht implementiert.

Beim Abschnitt Verschattungskontrolle erfolgt die Darstellung der Art der Kontrolle und evtl. vorhandene Parameter. Es gibt eine kompakte Darstellung für den DIN-Modus und eine detaillierte Darstellung für den freien Modus und für den DIN-Modus bei Wahl einer nutzerdefinierten Verschattungskontrolle.

Dann folgt der Abschnitt passive Kühlung. Falls diese vorhanden ist wird die maximale Kühlleistung, die Sollwerttemperatur, die jährliche Gesamtkühllast und die Beschreibung mit ausgegeben.

[[Bauliche Verschattung]] Der Abschnitt Bauliche Verschattung zeigt an ob eine solche Verschattung verwendet wurde. Wenn ja, wird der Verschattungsgrad für das ganze Jahr dargestellt. Dieser Verschattungsgrad beinhaltet eine konfigurierte einfache Verschattung und eine evtl. angegebene externe Verschattung. Unter dem Diagramm werden die vorhandenen Verschattungsarten dokumentiert.

Der Abschnitt Ergebnisse gliedert sich in zwei Bereiche, Übertemperaturgradstunden und Temperaturverläufe.

Die Übertemperaturstunden werden gemäß DIN 4108-2 Kapitel 8.4.1 in Abhängigkeit der Klimaregion und des Gebäudetyps berechnet. Zusätzlich kann noch die Ausgabe der +2K und +4K Übertemperaturen mit dargestellt werden. Die berechneten Werte werden mit dem laut Norm zulässigen Wert verglichen und auf Zulässigkeit geprüft. Im freien Modus wird als Grenztemperatur immer 26°C verwendet da hier kein Geäudetyp einstellbar ist. Es erfolgt auch kein Vergleich mit einem Sollwert für die Übertemperaturstunden.

Der letzte Abschnitt zeigt noch ein Diagramm mit der berechneten operativen Temperatur, der Außenlufttemperatur und der Bemessungsgrenze der gewählten Klimaregion.

Die Reportanzeige kann vergrößert bzw. verkleinert sowie gedruckt oder exportiert werden. Dazu dienen die Schaltflächen am unteren Rand des Reportfensters.

Die Schaltflächen haben folgende Funktionen:

Die Konsolenversion von THERAKLES erfordert zwingend die Angabe einer Projektdatei (relativer oder absoluter Pfad zur Datei):

Syntax:

Mögliche Optionen:

Beispiel:

Neben den Projekteingabedaten sind alle verwendeten Datenbankeinträge ebenfalls in der Projektdatei enthalten. So können Projektdateien mit eigenen Definitionen von einem Rechner zu einem anderen ohne Austausch der Datenbanken selbst transferiert werden.

Beim Einlesen einer Projektdatei in THERAKLES werden alle noch nicht vorhanderen Definitionen (Materialien, Konstruktionen etc.) in die benutzerdefinierten Datenbanken der THERAKLES Installation übertragen.

Es besteht aus einem Header und den Daten:

Wichtig ist die Zeile mit der Typdefinition und der Einheit: Temperature C, danach folgen die eigentlichen Daten.

Die Zahlen sind mit Leerzeichen oder Tabulatorzeichen voneinander getrennt. Jede Zeile definiert einen Zeitpunkt und in der letzten Spalte den Temperaturwert (englisches Zahlenformat, kein Komma verwenden!).

Die Zeitpunkte müssen streng monoton steigend sein, wobei die Zeitabstände beliebig sein können (variable Zeitschritte sind möglich).

Da THERAKLES Jahressimulationen durchführt, sind die Zeitpunkte 0 00:00:00 und 365 00:00:00 gleich und dürfen entsprechend nicht beide (mit eventuell unterschiedlichen Temperaturen) in der Datei vorhanden sein.

Die Datei CCD-Dateivorlage.ods kann zur bequemen Erstellung von CCD-Dateien verwendet werden (LibreOffice, Excel etc.). Die eigentliche CCD-Datei erstellt man am Besten in einem Texteditor, in den man mit Kopieren+Einfügen den gesamten vorher markierten Inhalt der CCD-Dateivorlage kopiert.

TSV-Dateien sind einfache Dateien, wie sie direkt beim Kopieren einer Tabelle aus der Tabellenkalkulation entstehen. Die einzelnen Spalten sind mit Tabulatoren getrennt (daher die Erweiterung TSV - tab separated values). THERAKLES verlangt für einfache Zeitreihen exakt zwei Spalten. Die erste Zeile der Datei muss die Kopfzeile mit folgendem Format sein:

Statt der Zeiteinheit h kann auch eine andere Zeiteinheit (s, m, d, a) verwendet werden. Ebenso kann statt C (für Grad Celsius) auch K (für Kelvin) verwendet werden. __ steht für das Tabulatorzeichen.

In den darauffolgenden Zeilen stehen nun jeweils zwei Zahlen: die Zeit und die Temperatur.

Die Zeitpunkte müssen streng monoton steigend sein und bei zyklischen Jahresdaten dürfen die Zeitpunkte 0 d und 365 d nicht doppelt vorkommen.

Seit Version 3.2 wird THERAKLES als 64 Bit-Programm vertrieben. Dies hat unter Windows Auswirkungen auf den Namen des Installationsordners. Er würde dann für die Programmversion 3.3 folgendermaßen lauten:

C:\Program Files\IBK\Therakles Professional 3.3

wobei dieser Pfad im Explorer als

C:\Programme\IBK\Therakles Professional 3.3

angezeigt wird.

Der Installationsordner enthält die originalen Übersetzungs-und Klimadateien sowie die Bauteil-, Material-, Fenster-und Verschattungsdatenbanken.

Im Hauptordner werden unter Windows folgende Dateien angelegt:

Im Verzeichnis resources befinden sich die Datein für die Datenbanken, die Übersetzungen und die Klimadateien. Alle anderen Verzeichnisse enthalten weitere Laufzeitbibliotheken.

Auf dem Mac sind die Programmresourcen im Application-Bundle enthalten, d.h. im Pfad

TheraklesApp.app/Contents/resources

Der Inhalt des resources Verzeichnis stimmt mit dem des unten gezeigten Linux-Verzeichnisbaums überein.

Unter Linux wird THERAKLES als komprimierte Verzeichnisstruktur verteilt. Nach dem Entpacken sieht diese Verzeichnisstruktur wie folgt aus:

Die Programmressourcen befinden sich im Unterverzeichnis resources. Dort finden Sie direkt die Dateien für die THERAKLES-Datenbanken:

Eine genaue Beschreibung des Aufbaues dieser Dateien finden Sie in der Programmreferenz.

Die eingebauten Datenbanken werden bei Programmaktualisierungen überschrieben und sollten daher nicht verändert werden. Daher werden auch alle benutzerdefinierten Materialien, Konstruktionen, Fenster- und Verschattungstypen in benutzerdefinierten Datenbankdateien abgespeichert, siehe Benutzerdefinierte Datenbanken

Im Unterverzeichnis translations befinden sich die Dateien, die für das Umschalten der Benutzeroberfläche in andere Sprachen notwendig sind. Für Englisch ist keine gesonderte Datei notwendig. Zwischen Sprachen schaltet mit in der Programmoberfläche mit der entsprechenden Schaltfläche in der rechten Menüleiste um, oder durch Aufruf von THERAKLES mit dem Kommandozeilenparameter --lang=<sprachkürzel> (siehe )

Im Unterverzeichnis DB_climate liegen die Klimadateien. Für jeden vorhandenen Klimadatensatz ist in einem Unterverzeichnis eine c6b- Klimadatei vorhanden. Diese Klimadatei enthält die (Jahres-) Zeitreihen der Klimadaten und eine Standortbeschreibung. Als Unterverzeichnisse werden standardmäßig bei der Installation das Verzeichnis Validation, DIN4108-2 und das Verzeichnis TRY_2010 („Test Reference Year“ =Testreferenzjahres- Datensätze, Deutscher Wetterdienst) angelegt. Seit THERAKLES Version 3.3 befindet sich dieser Ordner als Unterordner in Europe\Germany. Der Ordner TRY_2010 enthält die für die ingenieursmäßige Auslegung von Räumen ausgelegten Bemessungsklimadatensätze für unterschiedliche Referenzstandorte der Bundesrepublik Deutschland. Im Ordenr Europe befinden sich weitere europäische Klimadatensätze. Unterverzeichnis DIN4108-2 befinden sich die Daten der 3 Klimaregionen der Norm.

Es können alternativ zu diesem internen THERAKLES- Format auch Klimadateien im Format *.ccd oder *.epw abgelegt und eingelesen werden (siehe Programmreferenz). Zur Verwendung der neuen deutschen TRY 2017 müssen diese erst mittels des Tool CCMEditor.exe in eine c6b-Datei umgewandelt werden. Informationen dazu finden sie auch auf unserer Klimawebseite.

Sobald man in THERAKLES eine neue Definition (Material, Konstruktion, …) anlegt und das Programm beendet, wird diese in einer benutzerspezifischen Datenbankdatei gespeichert. Diese Datenbankdateien befinden sich je nach Betriebssystem in folgendem Ordner:

In diesem Verzeichnis befinden sich die Dateien:

und das Verzeichnis mit benutzerspezifischen Klimadateien DB_climate.

Beim Einlesen der Datenbanken liest THERAKLES grundsätzlich die eingebauten Datenbankdateien und Klimadaten zuerst ein und hängt danach die benutzerdefinierten Daten an die Listen an.

Die Log-Datei ist insbesondere bei der Fehlersuche hilfreich. Wenn also die Berechnung abbricht oder Fehler beim Einlesen einer Datenbankdatei oder Projektdatei gemeldet werden, steht zumeist in der Logdatei etwwas mehr über das Problem bzw. die Ursache.

Die Ergebnisse einer THERAKLES-Simulation können als Dateien gespeichert werden. Dies erfolgt entweder automatisch am Ende der Simulation wenn im Startdialog die entsprechende Option ausgewählt wurde, oder durch Klick auf die Schaltfläche `Ausgabedateien speichern'. Im letzteren Fall kann der Ausgabeordner selbst gewählt werden.

Beim automatischen Speichern der Ergebnisdateien werden die Dateien im gleichen Ordner abgelegt, in welchem auch die Projektdatei gespeichert wurde.

Beispiel:

In beiden Fällen, Einzeljahr- und Zweijahressimulation, werden die Berechnungsergebnisse eines ganzen Jahres, bei der Zweijahressimulation die des letzten Jahres abgelegt. Dabei wird folgende Verzeichnisstruktur verwendet:

Im Ordner log befinden sich folgende Dateien:

Die Solverstatistiken sind insbesondere für die Performanceanalyse und -optimierung (siehe Kapitel Diagnose und Performanceoptionen) hilfreich.

Im Ordner results befinden sich die Stundenwerte der Berechnungsergebnisse als tsv-Dateien. Die Daten sind spaltenweise angeordnet und durch Tabulatoren getrennt. Dadurch lassen sie sich leicht in Tabellenkalkulationsprogramme einlesen. Die Ergebnisse sind dabei in folgende Bereiche aufgeteilt:

Für die Auswertung der tsv-Dateien ist die IBK-Software PostProc 2 zu empfehlen (siehe bauklimatik-dresden.de/postproc).

Weiterhin ist dort noch die Datei RoomTemperature.ccd gespeichert. Diese enthält die Raumlufttemperaturen als Stundenwerte im Format einer DELPHIN Klimadatei. Falls die Feuchteberechnung bei erweiterte Einstellungen aktiviert war, wird außerdem noch die relative Luftfeuchte in der Datei RoomRelativeHumidity.ccd gespeichert. Beide Dateien können dann in einer DELPHIN-Simulation für das Innenklima verwendet werden.

Die neue Klimadatei wird dafür einfach in ein beliebiges Unterverzeichnis unterhalb der benutzerdefinierten Klimadatenbankpfades kopiert (siehe Benutzerdefinierte Datenbanken). Beispielsweise könnte die Klimadatei für Dresden Dresden.epw in folgendes Verzeichnis kopiert werden:

Es wäre aber auch möglich, zusätzliche Unterverzeichnisse zu verwenden:

In THERAKLES würde diese Klimadatei unabhängig vom Standort in der Liste der Klimadaten angezeigt werden. Dabei wird der in der Datei angegebene Standortname angezeigt.

Auf [bauklimatik-dresden.de] gibt es das Klimadatentool CCMEditor herunterzuladen, mit dem man Klimadateien erstellen kann, deren Daten in eine Tabellenkalkulation (z.B. Excel, Calc, …) kopieren und von dort wieder zurückführen kann.

Für thermische Berechnungen im THERAKLES sind folgende Klimadaten zwingend notwendig:

Für hygrothermische Berechnungen (Feuchtebilanz eingeschaltet) ist zusätzlich notwendig:

Alle anderen Klimadaten werden derzeit von THERAKLES ignoriert.

Es ist auch möglich, die im DELPHIN verwendeten CCD-Dateien in eine der von THERAKLES verwendeten Klimadatendateien zu konvertieren. Dazu müssen die CCD-Dateien korrekt benannt werden und in ein Verzeichnis kopiert werden:

Die Datei DirectRadiation.ccd beinhaltet die direkte Strahlung auf eine Horizontalfläche. Fehlt eine Datei, so wird beim Import die entsprechende Spalte komplett auf 0 gesetzt.

Sind die Dateien erstellt, kann im CCMEditor im Dateimenü die Option CCD Verzeichnis importieren… gewählt werden. Für die Umrechnung von Horizontal- auf Normalstrahlung wird der Standort der Klimastation (Längengrad und Breitengrad und die Zeitzone) benötigt.

Es besteht die Möglichkeit einzelne Wandkonstruktionen als DELPHIN 6 Projektdateien zu exportieren um damit weitere Analysen zum feuchtetechnischen Verhalten durchzuführen. Dies geht von der Datenbankansicht für Konstruktionen aus (siehe Konstruktionsdatenbank).

Bei Klick auf die Schaltfläche rechts unten (siehe Bild oben) öffnet sich ein Dialog um den Ordner und den Dateinamen auszuwählen. THERAKLES schlägt hier schon einen Dateinamen, bestehend aus dem Konstruktionsnamen und einer ID, vor.

Alle Optionen zum Projektexport werden durch den Kommandozeilensolver durchgeführt. Die dafür notwendigen Kommandozeilenargumente sind im Kapitel Kommandozeilenargumente des Konsolensolvers beschrieben.

Das Mehrzonengebäudesimulationsprogramme NANDRAD (siehe bauklimatik-dresden.de/nandrad) ist in der Lage, die gleichen Berechungen wie THERAKLES durchzuführen. Es enthält jedoch viel mehr Möglichkeiten und Flexibilität hinsichtlich der Modellierung und Ausgaben.

Ein NANDRAD Projekt enthält zum die Projektdatei, alle verwendeten Materialien und Konstruktionen (welche jeweils DELPHIN 6 Projekte sind) und Klimadaten.

Der Export wird aus dem Hauptfenster durch den Tastaturkurzbefehl Strg+E gestartet.

Es öffnet sich der Exportdialog mit drei Optionen:

Options (1) wählt den NANDRAD Export aus. Der Export startet mit dem Klick auf Exportieren, wobei der Projektname der NANDRAD-Projektdatei ausgewählt werden muss.

Im Verzeichnis der zu erstellenden Projektdatei werden die folgenden Unterverzeichnisse erstellt:

Darin befinden sich die aus der NANDRAD-Projektdatei referenzierten Dateien.

THERAKLES berechnet die dynamischen Temperaturprofile und Wärmeströme in den Raumumschließungsbauteilen mittels der Finite-Volume-Methode. Wenn man ein solches Modell in Modelica aufsetzen möchte, muss man sehr mühselig die einzelnen Schichten und deren Materialparameter verknüpfen.

THERAKLES bietet daher einen Modellexport, welche die opaken Bauteile und deren Verknüpfung mit dem Raumknoten mit den gleichen Gleichungen des THERAKLES-Modells als Modelica-Modell exportiert.

Analog zum NANDRAD-Export wird ein Modelica-Modell über den Exportdialog (Strg+E) erstellt. Bei Auswahl der Modelica-Modell Exportoption muss man noch den Namen des Modelica-Packages angeben. Nach Klick auf Exportieren muss man dann noch das Zielverzeichnis für das Modelica-Package auswählen. In diesem Verzeichnis werden folgende Dateien erstellt:

Eine weitere Exportoption ist die Erstellung einer Functional Mockup Unit, d.h. einer Simulationskomponenten, welche FMI (Functional Mockup Interface) unterstützt. THERAKLES kann hierbei als ModelExchange und CoSimulation-FMU eingesetzt werden, und unterstützt die Schnittstellenspezifikation in der Version 2.0, einschließlich des Zurücksetzens des FMU-Zustands.

Beim Export einer THERAKLES-FMU wird der Rechenkern und alle benötigten Resource, d.h. Projektdatei und Klimadaten.

Bei Auswahl der FMU-Export-Option im Exportdialog (Strg+E) muss man einen Modellnamen eingeben. Dieser wird dann als Bezeichner der FMU in der Modellbeschreibungsdatei verwendet. In Version 3.2 ist die Schnittstelle der FMU festgelegt und kann noch nicht angepasst werden. Daher sind die entsprechenden Optionen ausgegraut.

Bei Klick auf Exportieren muss man noch den Dateinamen der zu generierenden FMU auswählen.

Die generierte FMU (zip-Archiv) enthält dann die Projektdatei, die benötigten Klimadaten, die Laufzeitbibliothek mit der implementierten FMU-Schnittstelle und zusätzlich benötigte Resourcen.

THERAKLES enthält ein modulares System von numerischen Zeitintegratoren und Gleichungssystemlösern. Solver-Statistiken bieten ein geeignetes Analyseinstrument im Fall einer nicht-performanten Simulation. Häufig ist zu beobachten, dass eine ungewöhnlich lange Simulationszeit ein Indiz für falsche/ungünstige Modellparameter oder ungeeignete Solvereinstellungen sind.

Bei der Fehleranalyse ist zu beachten, dass das Lösungsverfahren aus meheren Komponenten besteht. Hierzu gehören

Für alle Komponenten existieren verschiedene Auswahlmöglichkeiten. Für nichtlineare Gleichungssysteme (wie bei THERAKLES) wird standardmäßig ein Newton-Verfahren verwendet. Dieses erzeugt eine Sequenz linearer Gleichungssysteme, die durch einen Gleichungslöser (LESSolver) behandelt werden müssen.

Bei den linearen Gleichungssystemlösern stehen direkte und iterative Methoden (Krylow-Unterraum-Methoden) zur Verfügung. Krylow-Unterraum-Methoden erzeugen eine Näherungslösung des linearen Gleichungssystems, die in der Regel nur bei Konditionierung des Gleichungssystems zu einer schnellen Lösung führt.

Standardmäßig verwendet THERAKLES den CVODE-Integrator in Verbindung mit einem direkten Gleichungsystemlöser für schwach-besetzte Matrizen.

Zur Analyse der Simulationsperformance werden Statistik- und Zeitmessungsdaten in die Dateien log/summary.txt bzw. log/screenlog.txt geschrieben. Die Simulationszeiten für verschiedene Schritte werden vom Programm aufgezeichnet und in Form einer Statistik in die Logdateien geschrieben. Bei Ausführung des Kommandozeilensolvers wird diese Statistik auf dem Bildschirm zu Ende jeder Simulation ausgegeben.

Nachfolgend ist ein Beispiel für diese Statistik bei Verwendung eines direkten LES-Solvers angegeben (495 Bilanzgleichungen/Unbgekannte):

Bei einer hygrothermischen Simulation dauert die Berechnung etwas länger (990 Bilanzgleichungen/Unbgekannte):

Alle Arbeitsschritte in der Kategorie Framework und Integrator summieren sich auf die gesamte Simulationszeit auf (Wall clock time) (eine kleine Differenz kann sich durch den nicht erfassten Overhead ergeben):

Die unter der Kategorie LES aufgeführten Zeiten zeigen, wie sich der Aufwand für die Erstellung der Jacobi-Matrix (LES setup) zusammensetzt.

Interessant für die Simulationsanalyse sind vor allem die Zähler für die Konvergenzfehler (Integrator: Newton convergence failures) und die Fehlerschätzerüberschreitungen (Integrator: Error test failures). Eine sehr große Anzahl von Konvergenzfehlern deutet auf eine ungültige/schlechte Parametrisierung des Modells hin. Die konkreten Werte der Statistiken und Verhältnisse der Zählervariablen hängen jedoch maßgeblich vom berechneten Problem ab.

Normalerweise wird im THERAKLES eine idealisierte Sorptionsisotherme mit 3 Stützstellen verwendet:

w80 und wsat sind Teil der Standardmaterialparametrisierung und sollten für alle Materialien, die prinzipiell feuchtetransportfähig sind (d.h. kein Stahl oder Glas), definiert sein.

Es ist aber auch möglich, in der Projektdatei bzw. benutzerdefinierten Materialdatenbank eine detailliertere Sorptionsisotherme zu definieren. Dafür sind im Material XML-Tag einfach weitere wXXX Attribute einzuführen, wobei XXX eine ganzzahlige relative Luftfeuchtigkeit ist.

Beipiel:

Die 3. Zeile, beginnend mit w33=…​ definiert die Sorptionsisotherme, wobei die Feuchtegehalte und dazugehörigen Luftfeuchten streng monoton steigend angegeben sein müssen. Der letzte Wert muss zwingend immer wsat sein. w80 muss für diverse Konsistenztests ebenfalls gültig definiert sein.

Bei der Berechnung wird zwischen diesen Stützstellen linear über der relativen Luftfeuchte interpoliert.

Die Eingabe der Dampfdiffusionsübergangskoeffizienten ist in der Programmoberfläche nicht möglich. In der Projektdatei müssen dafür die XML-Attribute beta_e (außenseitig) und beta_i (innenseitig) angepasst werden:

Die Dampfdiffusionsübergangskoeffizienten werden in der Einheit s/m angegeben.