5 wichtige Anwendungen

FMI 1.0/2.0

Unterstützung für Co-Simulation

Grafische Verknüpfung der FMUs

Vereinfachte Verfahren für die Verbindungen der FMUs


Screenshots


Funktionsüberblick

Zur Anwendung in der Planung/Ingenieurspraxis

  • Wärmebrückenberechnung mit Beurteilung hygrischer Problemstellen (Oberflächenkondensat, internes Kondensat)
  • Bemessung und Bewertung von Innendämmsystemen
  • Beurteilung von hinterlüfteten Fassenden, belüftete Dächer
  • Instationäre Berechnung des ganzjährigen Heizenergiebedarfs (unter Berücksichtung der feuchteabhängigen Wärmeleitfähigkeiten)
  • Trocknung (Keller, Baufeuchte, Flut, …)
  • Berechnung von Schimmelwachstumskriterien
  • … und weiteren Anwendungen

Vielfältige Klima & Randbedingungen

  • Aufsteigende Feuchte mit höhenabhängigem Druck
  • Klimadatenbank enthalten
  • Einbeziehung von diverser Strahlungsarten (z.B. lang- und kurzwellig, diffus/direkt etc.), Schlagregen oder Luftdruck möglich
  • Verwendung beliebiger (eigener) Klimate
  • Import von Klimaformaten möglich: TRY, IWEC, TMY2, WAC/HRY
  • Lokal sehr fein aufgelöste Zuordnung von Klima möglich, z.B. in Fugen
  • Import von Klimadaten aus eigenen Raumklimaberechnungen (Software Therakles)
  • Definition nur zweitweise vorhandener Einflüsse (Klima oder Havarie) möglich
  • Schwerkraft kann berücksichtigt werden
  • Abkühlung von Oberflächen durch ablaufenden Regen

Umfangreiche Materialdatenbanken

Materialdatenbank
  • Genau überprüfte, verifizierte Materialfunktionen
  • Variierbare Materialeigenschaften
  • Neue Materialeigenschaften und Materialien können definiert werden
  • Detaillierte Informationen zu allen Materialeigenschaften möglich
  • Umfangreiche Materialdatenbank enthalten
  • Dreidimensionale, anisotrope Materialeigenschaften (nur DELPHIN 6)

Verwendung zu Geothermie-Auslegung

  • Simulation von oberflächennaher Geothermie: Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden
  • Berücksichtigung von Wärme und Feuchtetransport im Erdreich sowie Eisbildung, Grundwasserströmung, Umgebungsklima und Niederschlag
  • 2D- und 3D-Geometrie sowie beliebige Anordnungen möglich (mehrlagiger Kollektor, Einbau unter Gebäude, Erdwärmesondenfelder)
  • Datenbank mit allen 34 Bodenarten nach KA5 bzw. DIN 4220 und detaillierten Parametern (feuchteabhängige Wärmeleitfähigkeit, Saugspannungskurve und Flüssigwasserleitfähigkeit)
  • Rohrströmungsmodell zur Berechnung der Fluidtemperatur in Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden

Detaillierte Problembetrachtungen

  • Definition beliebiger Anfangsbedingungen
  • Anordnung zeitabhängiger Feuchte- und Wärmequellen in Konstruktionen z.B. aufgrund von Havarien)
  • Sehr flexible Erstellung und Zuordnung von Ergebnisausgaben (Monitorpunkte)
  • Abbildung von Wand- oder Fußbodenheizung oder Deckenkühlung möglich
  • Miteinbeziehung von Rohrströmungen
  • Anordnung von Luftwechselraten in luftgefüllten Hohlräumen der Konstruktion
  • Definition von Kontaktbedingungen in der Konstruktion (Flüssigwasserwiderstand oder Dampftransportwiderstand)
  • Berücksichtigung von externen Langzeitspeichern
  • Langwellige Strahlungsaustauch in Hohlräumen
  • Luftströmungsmodell enthalten
  • Feuchteeintrag durch Leckagen in Holzkonstruktionen in Anlehnung an WTA-Merkblatt 6-2
  • Regelung des Wasserhaushalts in Flachdächern
  • Einbeziehung von PCM-Materialien (derzeit in Bearbeitung)

Große Auswahl an Ausgaben und Visualisierungen

  • Sehr flexible, vielseitige Erstellung von Diagrammen und 2-D und 3-D-Bildern
  • Sehr große Bandbreite von Ergebnisausgaben: Temperatur, Luftfeuchte, Wassermengen, Wassergehalt in Vol%, M% etc., Sättigungsgrad, Eisbildung, Kapillardruck, überhygroskopische Feuchte, Wärme- und Feuchtequellen u.v.m.
  • Berechnung von Frost-Tau-Wechseln
  • Berechnung von Schimmelwachstum nach VTT-Modell (Viitanen)
  • Berechnung der Holzzerstörung nach VTT-Modell (Viitanen)
  • Berechnung des Holzabbaus durch Pilze nach WTA-Merkblatt 6-8
  • Ausgabe von Energie-, Feuchte- (Dampf und Flüssigwasser) und Luftflüssen
  • Isoplethensysteme hinsichtlich Schimmel und Holzabbau
  • Laminare Luftdurchströmungen in Bereichen der Konstruktion

Weitere Funktionen

  • Ein-, zwei- und rotationssymetrisch dreidimensionale (DELPHIN 5) bzw. voll dreidimensionale Berechnungen (DELPHIN 6)
  • Mehrere Berechnungen können gleichzeitig ablaufen
  • Erstellung von „Batch“-Dateien möglich
  • Automatische oder manuelle Diskretisierung möglich
  • Berücksichtigung von VOC-Transport möglich
  • Festlegung eines beliebigen Anfangszeitpunkts möglich
  • Mit Texteditor bearbeitbare Projektdateien

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5 wichtige Anwendungen

MasterSim ist ein FMI Co-Simulation Master und eine Programmierbibliothek. Es wird das Functional Mockup Interface für Co-Simulation in Version 1.0 und 2.0 unterstützt. Unter Verwendung der Funktionalität von Version 2.0-Funktionalität sind verschiedene Iterationsalgorithmen implementiert, welche die Fähigkeit einer FMU zum Zurücksetzen des Zustands nutzt und dadurch die Stabilität der Simulation verbessert.

MasterSim wird aktiv am Institut für Bauklimatik der TU Dresden (siehe Kontaktseite) entwickelt.

Die MasterSim Installationsprogramme für die verschiedenen Plattformen werden auf SourceForge gehostet:

Teile von MasterSim

MasterSim besteht aus drei Teilen:

  • MasterSimulator Kommandozeilenprogramm
  • MasterSimulator Programmoberfläche
  • MasterSim Programmierbibliothek

Warum MasterSim?

Zuerst einmal, es ist frei! Der komplette Quelltext ist auf der GitHub-Projektseite unter einer Open-Source Lizenz verfügbar.

Aber es gibt viele andere Gründe, MasterSim zu verwenden:

  • MasterSim ist plattformübergreifend entwickelt und verfügbar für Windows, Linux und MacOS
  • unterstützt geskriptete Ausführung
  • unterstützt mehrere FMU-Instanzen innerhalb eines Co-Simulationsszenarios
  • Detailliert konfigurierbare Master-Algorithmen
  • Auto-Verbindungs-Funktion in der Programmoberfläche (sehr nützlich, wenn FMUs mit vielen passenden Ein- und Ausgängen verknüpft werden sollen)
  • Detaillierte Simulationsstatistiken informieren über die zeitkritischen Teile der Co-Simulation; Das ist sehr hilfreich bei der Geschwindigkeitsoptimierung und bei der Auswahl geeigneter Algorithmen
  • Unterstützung von parallel ausgeführten Variationsstudien (mehrere MasterSimulator-Prozesse), wo die gleiche FMU gleichzeitig in mehreren parallel laufenden Simulationen verwendet wird
  • Diagnoseoptionen assistieren FMU Entwicklern beim Debugging von FMUs
  • Quelltext hat nur wenige Abhängigkeiten zu Dritt-Bibliotheken (nur C/C++ Standardbibliothek und Qt für die Programmoberfläche), welches eine lange Lebenszeit und Kompatibilität mit vielen Plattformen sichert.
  • Software und Quelltext wird aktiv entwickelt, verwendet und gepflegt am Institut für Bauklimatik, TU Dresden

Bibliotheksfunktionalität

Mit der Programmbibliothek von MasterSim kann man Co-Simulationsfunktionalität recht einfach in eigene Programme implementieren.

FMU Importfunktion

Die Bibliothek unterstützt das Entpacken von FMUs (Archiven), das Einlesen der modelDescription.xml-Datei, Importieren der Funktion in der dynamischen Bibliothekt in den Speicher, welche dann durch C++ Funktionen sinnvoll und bequem gekapselt sind.

Master-Algorithmem

In der Bibliothek enthalten sind die Standard-Master-Algorithmen, wie Gauss-JacobiGauss-Seidel und Newton. Diese können ohne größere Anpassungen in eigenem Programmcode integriert oder aufgerufen werden. Dabei können natürlich verschiedene numerische Parameter getuned werden.

Best-Practice-Anleitungen und Beispiele

Der Quelltext des Kommandozeilen-Simulators MasterSimulator und der Benutzeroberfläche können als Anschauungsbeispiel und Anleitung für eigenen Entwicklungen genutzt werden.

Unterstützter Co-Simulations-Standard

Die Bibliothek unterstützt aktuell den FMI Co-Simulations-Standard 1.0 and 2.0. Einige Algorithmen (z.B. alle Algorithmen, welche den Zustand einer FMU zurücksetzen) benötigen FMI v2.0, aber Gauss-Jacobi und Gauss-Seidel funktionieren auch mit FMI v1.0 Schnittstelle.

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