Liste Anbieter Thermische Simulation
Industriestraße 3, 39443 Atzendorf
Sachsen-Anhalt
Mehr über Thermische Simulation
Die Thermische-Simulation bildet das thermische Verhalten von Bauteilen, Anlagen und Gebäuden digital ab und ermöglicht belastbare Aussagen zu Temperaturbedingungen, Komfort und Betriebssicherheit. Sie verknüpft die Modellierung von Geometrie und Materialien mit den Mechanismen der Wärmeübertragung durch Konduktion, Konvektion und Strahlung. Für Planer entsteht in der Entwurfsphase Planungssicherheit: Risiken wie Überhitzung, unzureichende Kühlung oder hoher Energieverbrauch werden früh sichtbar, und geeignete Verbesserungsmaßnahmen lassen sich zielgerichtet bewerten.
Physikalische Grundlagen und Modellansatz
Die Genauigkeit beruht auf belastbaren Kennzahlen: Wärmeleitfähigkeit, Dichte, spezifische Speichermassen und die Oberflächentemperatur bestimmen das Temperaturfeld und die Wärmeverteilung. Randbedingungen umfassen Außentemperatur, solare Strahlung, interne Quellen und Wetter-Zeitreihen. Feuchtigkeit, Tauwasser und Raumluft werden erfasst, um Innenraumqualität, Behaglichkeit und Temperaturschwankung realistisch abzubilden und die Reaktion des Systems auf dynamische Einwirkungen zu verstehen.
Die Modellierung verknüpft Gebäudegeometrie, Kubatur und Raumumschließung mit Materialleitfähigkeit und Speichermasse. In Bauteilstudien fließen Ausdehnung, Festigkeit und Kriechvorgang ein, um Instabilität zu vermeiden. Elektronikmodelle berücksichtigen Temperaturklasse, Kelvin-basierte Grenzwerte und Temperaturdifferenz zwischen Sperrschicht und Umgebung. Gehäuse und Schrank werden inklusive Strömungsfeld, Oberflächentemperatur und Verlustleistung abgebildet. Präzise Stoffwerte, belastbare Messmethode und Verifizierung durch Qualitätssicherung sichern die Nachvollziehbarkeit gegenüber Auditoren.
Anwendungsfelder und quantitative Wirkung
Gebäudesimulation, Komfort und Hitzeschutz
Die Gebäudesimulation prognostiziert Raumklima, Raumtemperatur und Energiebedarf für Heizung und Kühlung. EN ISO 16798 fordert im Sommer operative Temperaturen von 21–23 °C und eine Überschreitungshäufigkeit der 26-°C-Grenze unter 5 % der Betriebszeit. Isolierung, Dämmung, Verschattung, Fassadengestaltung in Hellgrau, thermische Aktivierung und Nachtlüftung werden als gekoppeltes System bewertet, um Hitzeschutz, Behaglichkeit und Nutzerzufriedenheit zu sichern.
Fallstudie: Ein Musterbau in einer Metropole reduzierte die Erwärmung sommerlicher Spitzen um 1,8 K durch hellgraue Fassaden und optimierte Lüftungsanlage. Der Variantenvergleich zeigte bei gleichem Komfortziel eine Senkung des Energiebedarfs um 9 %. Für Klinikum und Pflegeeinrichtung sind Tagesgang der Lasten, Raumluftqualität und Pufferwirkung der Baustoffe besonders relevant. Strahlungseinwirkung über Dachziegel und Fenster wird als Zeitreihe abgebildet, um Komfortprobleme und Überschreitungshäufigkeit im Einzelfall belastbar zu beurteilen.
Elektronik, Gehäuseklimatisierung und Lüftermanagement
In der Elektronik schützt präzise Temperaturkontrolle Bauteile der Leistungselektronik. Häufig gelten Sperrschichtgrenzen von 125–150 °C. Eine Reduktion um 10–15 Kelvin kann die Verlängerung der Lebensdauer gemäß Arrhenius-Modell bewirken. Strömungssimulation und Strömungsanalyse leiten Lüfterauslegung, Lüftertyp, Kennlinie, Arbeitspunkt und Kühlleistung ab, um Temperaturanstieg und Temperaturhöhepunkte zu begrenzen und Bauteiländerungen zu vermeiden.
Fallstudie: Ein kompaktes Gehäuse mit 50 W Verlustleistung erreichte nach Lüftermanagement-Optimierung bei gleichem Betriebszustand eine ±12 %-genaue Prognose des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten und senkte die Gehäuseklimatisierung um 2 dB(A). Das Ergebnis zeigt die Wirkung der Kopplung von Wärmetransport, Strömungsfeld und Klimatisierung sowie die Einhaltung der herstellerspezifischen Temperaturklasse.
Prozessführung, Wärmebilanz und Emissionen
In industriellen Anwendungen quantifiziert die Thermische-Simulation Wärmeverlust, Kältebedarf und Wärmeerzeugung, prüft Betriebsstrategie und Regelstrategie und bildet die Wärmebilanz für Gutachten ab. Bei Trocknungsanlagen, Öfen oder Dachziegel-Produktionslinien werden Einwirkung, Hitzeschutz und Verteilung der Temperaturen bewertet. Für Gebäude- und Anlagennachweise zählt die Senkung des Treibhauspotenzials, wobei DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen) und LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) Zertifizierung unterstützen.
Präzision, Validierung und Kopplung
CFD (Computational Fluid Dynamics) verknüpft Strömungsmechanik und Thermodynamik. Bei komplexen Geometrien liegen Wärmeübergangskoeffizienten häufig innerhalb von ±10–15 % der Messdaten des VDI (Verein Deutscher Ingenieure). Dynamische Gebäudemodelle nutzen Energiebilanzen als Systeme gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODE) und berücksichtigen die Variabilität der Lasten. Verifizierung erfolgt über Messmethode, Beobachtungszeitpunkt und Vergleichsreihen. Die Qualitätssicherung sichert belastbare Aussagen für Auditoren und die Einhaltung von Normen.
Kopplung mit Lichtplanung, Klimasimulation und Feuchtigkeitsproblem-Modellen deckt Tauwasser, Innenraumqualität und Temperaturbedingungen ab. Für Planer zählt die Erarbeitung reproduzierbarer Modelle, die Benutzerstruktur und das Qualitätskriterium „transparente Dokumentation“. Eine Befreiung von Vorgaben erfolgt nur auf Basis nachvollziehbarer Volltext-Referenzen und Prüfberichte. Für Farbwahl und Fassadenmaterial zeigen Simulationen, dass hellgrau oft geringere solare Erwärmung verursacht als dunkle Alternativen.
Softwareauswahl: Funktionsumfang, Integration und Betrieb
Funktionsumfang und Integrationsmöglichkeiten
Die Auswahl richtet sich nach Leistungsangebot, geforderter Modellierungstiefe und der Fähigkeit, kennzahlbasierte Wärmebilanzen zu erstellen. Wichtige Aspekte sind Kopplung zu CAD und PLM (Product Lifecycle Management), Schnittstellen zu Lichtplanung, Feuchtigkeitsmodulen und zu Gehäuse- sowie Gebäudemodellen. Für Planungssicherheit sollten Randbedingungen, Zeitreihen und Stoffwerte versioniert hinterlegt sein, um Zeiteinsparung und Rückverfolgbarkeit zu erzielen.
- Integrationsgrad: CAD-/PLM-Anbindung, Datenkonsistenz, Austausch von Zeitreihen und Materialdaten.
- Modellansatz: CFD für lokale Phänomene, dynamische Gebäudesimulation für Systemfragen und klare Definition der Randbedingungen.
- Materialdaten: geprüfte Stoffwerte, Feuchtigkeitseinfluss, Speichermasse und Leitfähigkeit mit Quellenangaben.
- Reporting: verständliche Kennzahl-Dashboards, Variantenvergleich, gutachtentaugliche Dokumente.
Marktüberblick, Lizenzen und Betrieb
Relevante Anbieter sind Ansys, Siemens Digital Industries Software, Dassault Systèmes, Autodesk, COMSOL Multiphysics, OpenFOAM, Altair, PTC, IESVE, EnergyPlus, TRNSYS, MathWorks, SimScale und Cadence. Lizenzmodelle reichen von Kauf über Abonnement bis zur Cloud. Die Kosten-Nutzen-Analyse berücksichtigt Wartungsaufwand, Hardware und Schulung. Für die Klimatisierung komplexer Räume oder Gehäuse zählen Stabilität im Betrieb, klare Benutzerstruktur und belastbarer Support.
Methodenvergleich nach Fragestellung
| Feature / Aspekt | CFD-Simulation (Strömung & Wärmeübertragung) | Gebäudesimulation (Dynamisch) |
|---|---|---|
| Typische Fragestellung | Lokale Überhitzung, Druckverlust, Strömungsfeld | Energiebedarf, Komfortziel, Temperaturschwankung |
| Detaillierungsgrad | Hohe räumliche Auflösung (mm bis m) | Raum- bis Zonenebene |
| Primäre Methode | Strömungsmechanik, Thermodynamik | Energiebilanzmodelle, ODE |
| Relevante Kennzahlen | Temperaturfeld, Luftgeschwindigkeit, Wärmeleitfähigkeit | Energiebedarf, Überschreitungshäufigkeit, Temperaturdifferenz |
| Typische Randbedingungen | Volumenstrom, Wärmeübergang, Verlustleistung | Außentemperatur (Zeitreihe), Strahlung, Nutzerzufriedenheit |
| Anwenderprofil | Spezialisierte Ingenieure | Energieberater, Architekten, TGA-Planer |
Nachhaltigkeit, Zertifizierung und Praxis
Die Modelle liefern belastbare Grundlagen für Zertifizierung und Senkung von Emissionen über den Lebenszyklus. Sie stützen die Einhaltung von Grenzwerten, die Erarbeitung belastbarer Nachweise und die Auswahl passender Verbesserungsmaßnahmen für Gebäude und Anlagen. Ob Pflegeeinrichtung, Klinikum oder Rechenzentrum: Die Kombination aus Nachhaltigkeitsstrategie, konsistenter Randbedingung-Definition, klarer Speichermasse-Bewertung und transparenter Dokumentation sorgt dafür, dass die Wirkung von Nachtlüftung, Verschattung und Strömungsanalyse nachvollziehbar bleibt.
FAQ zu Thermische Simulation
Wie kann der wirtschaftliche Nutzen einer thermischen Simulation gemessen werden?
Der Nutzen ergibt sich aus dem Vergleich von Investitionskosten und erzielten Einsparungen. Dazu zählen weniger Prototypen, geringerer Energieverbrauch, reduzierte Gewährleistungsfälle und kürzere Entwicklungszeiten durch frühzeitige Designoptimierung, was den ROI deutlich verbessert.
Welche Hauptprobleme treten bei der Durchführung von Wärmesimulationen auf?
Die größte Herausforderung besteht in der Bereitstellung exakter Materialdaten und Randbedingungen. Komplexe Geometrien und die Abbildung gekoppelter physikalischer Prozesse erfordern tiefes Fachwissen. Zudem beanspruchen hochauflösende Modelle erhebliche Rechenzeit und Ressourcen.
Wie verändert Künstliche Intelligenz die Thermische Simulation?
Künstliche Intelligenz beschleunigt die Modellgenerierung und optimiert Parameter in der Thermischen Simulation. Maschinelles Lernen ermöglicht die präzise Vorhersage thermischer Eigenschaften anhand historischer Daten und unterstützt effizientere Designs. Zudem verbessert KI die prädiktive Wartung durch genaue und kostengünstige Temperaturanalysen.
Welche neuen Einsatzfelder eröffnet die thermische Analyse für Unternehmen
Die thermische Analyse findet zunehmend Anwendung im Batteriemanagement von Elektrofahrzeugen, um Reichweite und Sicherheit zu verbessern. In der Medizintechnik optimiert sie die Kühlung von Diagnosegeräten und die Temperaturregelung bei Implantaten. In der Lebensmitteltechnologie unterstützt sie die Optimierung von Kühlketten und Sterilisationsprozessen.
Welches Fachwissen ist für eine erfolgreiche thermische Modellierung erforderlich
Erforderlich sind vertiefte Kenntnisse in Thermodynamik, Strömungsmechanik und Materialwissenschaften sowie Erfahrung im Umgang mit spezialisierter Simulationssoftware. Die besten Resultate erzielen interdisziplinäre Teams aus Physik, Ingenieurwesen und Informatik.
Kann thermische Simulation die Entwicklungskosten dauerhaft senken
Ja, thermische Simulation kann Entwicklungskosten deutlich reduzieren, da sie physische Prototypen weitgehend ersetzt. Sie ermöglicht die frühzeitige Erkennung und Korrektur von Konstruktionsfehlern, vermeidet kostenintensive Nacharbeiten und verkürzt Entwicklungszyklen. Dadurch gelangen optimierte Produkte schneller auf den Markt.