Different calculation methods for determining the heat flow of earth‐contacting components

Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

Abstract

A building loses a not insignificant part of its heat through over the earth‐coupled elements. Although these heat losses of are not as enormous as those of the elements that are in contact with the outside air, they still play an important role in determining the total heat loss of a building. The heat flow, which flows from the heated areas via the earth‐coupled elements to the outside air, undergoes damping. The main influence on this damping is the large thermal inertia of the ground. That is why the time delays occur. It is very important to consider these influences when calculating the heat flow of earth‐coupled elements. In this study, the results of the calculation of heat losses to the ground according to EN ISO 13370 are compared with two‐ and three‐dimensional simulations. The heat losses for the indirect method with ψg‐values according to EN ISO 13370 were calculated on the one hand based on median monthly temperatures with the formulas, on the other hand using sinusoidal variations in temperature and with the aid of a two‐dimensional thermal bridge programs. Three different applications were examined and analyzed: bottom slab, conditioned basement and unconditioned basement. Furthermore, different component structures were defined for these systems. With this approach, the effects of the thermal quality of the earth‐coupled elements on the heat losses were analyzed. In addition, the base details of the systems were examined in different variants to determine the major influence of the installation situation on the heat losses.
Translated title of the contributionDifferent calculation methods for determining the heat flow of earth‐contacting components
Original languageGerman
Pages (from-to)104-110
JournalBauphysik
Volume41
Issue number2
DOIs
Publication statusPublished - 2 Apr 2019

Fingerprint

Heat losses
Heat transfer
Damping
Air
Contacts (fluid mechanics)
Enthalpy
Time delay
Temperature
Hot Temperature

Keywords

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    • Engineering(all)

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    Unterschiedliche Berechnungsverfahren für die Berechnung der Wärmeströme erdberührter Bauteile. / Lipovcic, Dejan; Hafellner, Johann; Kautsch, Peter.

    In: Bauphysik, Vol. 41, No. 2, 02.04.2019, p. 104-110.

    Research output: Contribution to journalArticleResearchpeer-review

    @article{9b97c7a0013b4b12bba3c3a5824f75fb,
    title = "Unterschiedliche Berechnungsverfahren f{\"u}r die Berechnung der W{\"a}rmestr{\"o}me erdber{\"u}hrter Bauteile",
    abstract = "Ein Geb{\"a}ude verliert einen nicht zu vernachl{\"a}ssigenden Teil seiner W{\"a}rme {\"u}ber die erdber{\"u}hrten Bauteile. Diese W{\"a}rmeverluste sind zwar nicht so gro{\ss} wie jene von den Bauteilen, die an Au{\ss}enluft angrenzen, dennoch spielen sie eine wichtige Rolle bei der Ermittlung des Gesamtw{\"a}rmverlustes eines Geb{\"a}udes. Der W{\"a}rmestrom, der von den beheizten Bereichen {\"u}ber die erdber{\"u}hrten Bauteile zur Au{\ss}enluft flie{\ss}t, erf{\"a}hrt eine D{\"a}mpfung. Den wesentlichen Einfluss auf diese D{\"a}mpfung hat die d{\"a}mmende und speichernde Wirkung des Erdreiches. Deswegen treten zeitliche Verz{\"o}gerungen auf. Es ist von gro{\ss}er Bedeutung, diese Einfl{\"u}sse bei der Berechnung des W{\"a}rmestromes von erdber{\"u}hrten Bauteilen zu ber{\"u}cksichtigen. Ziel dieser Untersuchung ist, die Ergebnisse der Berechnung von W{\"a}rmeverlusten {\"u}ber das Erdreich nach EN ISO 13370 mit jenen aus zwei‐ und dreidimensionalen Simulationen zu vergleichen. Die W{\"a}rmeverluste f{\"u}r die indirekte Methode mit ψg‐Werten nach EN ISO 13370 wurden einerseits anhand von Monatsmitteltemperaturen mit den Formeln, anderseits unter Verwendung sinusf{\"o}rmiger Temperaturschwankung und mit Hilfe von zweidimensionalen W{\"a}rmebr{\"u}ckenprogrammen berechnet. Drei verschiedene Anwendungsbereiche wurden untersucht und analysiert: nicht unterkellert, konditionierter Keller und unkonditionierter Keller. Weiterhin wurden f{\"u}r diese Systeme unterschiedliche Bauteilaufbauten definiert. Mit dieser Betrachtungsweise wurden die Einfl{\"u}sse der w{\"a}rmetechnischen Qualit{\"a}t der erdber{\"u}hrten Bauteile auf die W{\"a}rmeverluste analysiert. Au{\ss}erdem wurden die Sockeldetails der nicht unterkellerten Systeme in unterschiedlichen Varianten untersucht, um den wesentlichen Einfluss der Einbausituation auf die W{\"a}rmeverluste festzustellen.",
    keywords = "W{\"a}rmestrom, W{\"a}rmeverluste, Bodenplatte auf Erdreich, konditionierter Keller, unkonditionierter Keller",
    author = "Dejan Lipovcic and Johann Hafellner and Peter Kautsch",
    year = "2019",
    month = "4",
    day = "2",
    doi = "10.1002/bapi.201900003",
    language = "deutsch",
    volume = "41",
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    journal = "Bauphysik",
    issn = "0171-5445",
    publisher = "Ernst & Sohn",
    number = "2",

    }

    TY - JOUR

    T1 - Unterschiedliche Berechnungsverfahren für die Berechnung der Wärmeströme erdberührter Bauteile

    AU - Lipovcic, Dejan

    AU - Hafellner, Johann

    AU - Kautsch, Peter

    PY - 2019/4/2

    Y1 - 2019/4/2

    N2 - Ein Gebäude verliert einen nicht zu vernachlässigenden Teil seiner Wärme über die erdberührten Bauteile. Diese Wärmeverluste sind zwar nicht so groß wie jene von den Bauteilen, die an Außenluft angrenzen, dennoch spielen sie eine wichtige Rolle bei der Ermittlung des Gesamtwärmverlustes eines Gebäudes. Der Wärmestrom, der von den beheizten Bereichen über die erdberührten Bauteile zur Außenluft fließt, erfährt eine Dämpfung. Den wesentlichen Einfluss auf diese Dämpfung hat die dämmende und speichernde Wirkung des Erdreiches. Deswegen treten zeitliche Verzögerungen auf. Es ist von großer Bedeutung, diese Einflüsse bei der Berechnung des Wärmestromes von erdberührten Bauteilen zu berücksichtigen. Ziel dieser Untersuchung ist, die Ergebnisse der Berechnung von Wärmeverlusten über das Erdreich nach EN ISO 13370 mit jenen aus zwei‐ und dreidimensionalen Simulationen zu vergleichen. Die Wärmeverluste für die indirekte Methode mit ψg‐Werten nach EN ISO 13370 wurden einerseits anhand von Monatsmitteltemperaturen mit den Formeln, anderseits unter Verwendung sinusförmiger Temperaturschwankung und mit Hilfe von zweidimensionalen Wärmebrückenprogrammen berechnet. Drei verschiedene Anwendungsbereiche wurden untersucht und analysiert: nicht unterkellert, konditionierter Keller und unkonditionierter Keller. Weiterhin wurden für diese Systeme unterschiedliche Bauteilaufbauten definiert. Mit dieser Betrachtungsweise wurden die Einflüsse der wärmetechnischen Qualität der erdberührten Bauteile auf die Wärmeverluste analysiert. Außerdem wurden die Sockeldetails der nicht unterkellerten Systeme in unterschiedlichen Varianten untersucht, um den wesentlichen Einfluss der Einbausituation auf die Wärmeverluste festzustellen.

    AB - Ein Gebäude verliert einen nicht zu vernachlässigenden Teil seiner Wärme über die erdberührten Bauteile. Diese Wärmeverluste sind zwar nicht so groß wie jene von den Bauteilen, die an Außenluft angrenzen, dennoch spielen sie eine wichtige Rolle bei der Ermittlung des Gesamtwärmverlustes eines Gebäudes. Der Wärmestrom, der von den beheizten Bereichen über die erdberührten Bauteile zur Außenluft fließt, erfährt eine Dämpfung. Den wesentlichen Einfluss auf diese Dämpfung hat die dämmende und speichernde Wirkung des Erdreiches. Deswegen treten zeitliche Verzögerungen auf. Es ist von großer Bedeutung, diese Einflüsse bei der Berechnung des Wärmestromes von erdberührten Bauteilen zu berücksichtigen. Ziel dieser Untersuchung ist, die Ergebnisse der Berechnung von Wärmeverlusten über das Erdreich nach EN ISO 13370 mit jenen aus zwei‐ und dreidimensionalen Simulationen zu vergleichen. Die Wärmeverluste für die indirekte Methode mit ψg‐Werten nach EN ISO 13370 wurden einerseits anhand von Monatsmitteltemperaturen mit den Formeln, anderseits unter Verwendung sinusförmiger Temperaturschwankung und mit Hilfe von zweidimensionalen Wärmebrückenprogrammen berechnet. Drei verschiedene Anwendungsbereiche wurden untersucht und analysiert: nicht unterkellert, konditionierter Keller und unkonditionierter Keller. Weiterhin wurden für diese Systeme unterschiedliche Bauteilaufbauten definiert. Mit dieser Betrachtungsweise wurden die Einflüsse der wärmetechnischen Qualität der erdberührten Bauteile auf die Wärmeverluste analysiert. Außerdem wurden die Sockeldetails der nicht unterkellerten Systeme in unterschiedlichen Varianten untersucht, um den wesentlichen Einfluss der Einbausituation auf die Wärmeverluste festzustellen.

    KW - Wärmestrom

    KW - Wärmeverluste

    KW - Bodenplatte auf Erdreich

    KW - konditionierter Keller

    KW - unkonditionierter Keller

    U2 - 10.1002/bapi.201900003

    DO - 10.1002/bapi.201900003

    M3 - Artikel

    VL - 41

    SP - 104

    EP - 110

    JO - Bauphysik

    JF - Bauphysik

    SN - 0171-5445

    IS - 2

    ER -