Daniel Brandl, Thomas Mach
Die strömungstechnischen Vorgänge durch und innerhalb historischer Kastenfenster besitzen einen gewichtigen Einfluss auf das thermische Verhalten dieser Fenster. Die Methoden der
„klassischen Bauphysik“ geben in Bezug auf die Modellierung dieser strömungstechnischen Vorgänge jedoch nur bedingt Auskunft. Ein grundlegendes Verständnis dieser Vorgänge bildet jedoch die Grundlage einer angestrebten Verbesserung im Sanierungsfall. Aus der Motivation qualitative und erste Ansätze quantitativer Aussagen über das Strömungsverhalten in historischen Kastenfenstern zu erhalten werden ergänzend zu den thermisch-hygrischen Untersuchungen in Kapitel 3.2 gekoppelte Wärmeleitungs-Strömungssimulationen durch-geführt. Dabei wird das untersuchte Kastenfenster im unsanierten Zustand und unter der An-nahme verschiedenster SanierungsmaßAn-nahmen modelliert und punktuell mit den Messergeb-nissen verglichen. Das Ziel dieser Untersuchung liegt im Generieren eines besseren Verständnisses des strömungstechnischen Verhaltens in einem unsanierten Fenster und der Änderung desselben bei unterschiedlichen Sanierungsmaßnahmen. Um einen Abgleich der Ergebnisse zwischen der thermisch-strömungstechnischen und der thermisch-hygrischen Untersuchung zu ermöglichen werden die Fenstergeometrie, die klimatische Randbedingungen und die thermischen Stoffwerte aus Kapitel 3.2 übernommen. Die in der Folge dargestellten Ergebnisse stützen sich auf den entsprechenden Annexbericht:
Thermisch- strömungstechnische Simulation der Konzepte zur Sanierung von Kastenfenstern siehe Kapitel 6.3
Aufbau des Simulationsmodells 3.3.1
Die Untersuchung des thermisch-strömungstechnischen Verhaltens wird mit Hilfe des Werkzeugs der CFD (Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. CFD ist eine Simulationsmethode um Strömungsverhalten, Wärmeleitung, Strahlung und Stoffübergänge virtuell nachzubilden. Die Simulationen werden mit der CFD-Software FLUENT ANSYS Version 12.1.4. durchgeführt. Alle verwendeten Berechnungsmodelle in Bezug auf Strömung, Energie und Strahlung sind im FLUENT ANSYS Theorie-/User’s Guide (ANSYS, Inc. (a), 2011;
ANSYS, Inc. (b), 2011) genau beschrieben (siehe Kapitel 6.4). Zur Ermittlung des Strömungsverhaltens im Kastenfenster wird das „Realizable k- “ Modell mit dem Zusatz
„Enhanced Wall Treatment“ eingesetzt. Der Einfluss durch die Gravitation muss aktiviert sein um eine natürliche Konvektion zu ermöglichen. Die Luft wird als ideales inkompressibles Gas behandelt. Zusätzlich ist in den Simulationen der verschiedenen Sanierungsvarianten das
„Discrete Ordinate“ Modell zur Berücksichtigung des Strahlungsaustausches eingeschaltet.
Der Effekt der solaren Strahlung für den Sommerfall wird unter zu Hilfenahme der Literatur-quellen (Streicher, o.A.; Duffie & Beckman, 1991) ermittelt, und an den betroffenen Positionen in der Simulationsgeometrie als Randbedingung einer Wärmequelle angegeben. Bevor man jedoch mit den Simulationen starten kann benötigt man ein Netzgittermodell des Kastenfensters inklusive aller untersuchungstechnisch relevanten Komponenten und Zonen.
Dafür wird zunächst ein dreidimensionales Modell des Fensters mitsamt Rahmen, Mauer und Fensterbänken laut Abmessungen der Kastenfenster aus den In-Situ-Messungen (siehe Kapitel 3.2.4) im Dachgeschoss des Kindergartens in der Schönbrunngasse 30 erstellt ((a) in Abb. (63)). Dieses dient als Basis für die Simulationsmodellerstellung. Da in den fenstern der Zwischenraum einem Rechteck ähnelt, reicht in den Simulationen des Kasten-fensters ein zweidimensionales Simulationsmodell aus. Dieses ergibt sich durch den Schnitt durch das dreidimensionale Modell ((b) und (c) in Abb. (63). Nachdem die zweidimensionale Geometrie erstellt ist kann die Generierung des Simulations-Gitternetzes erfolgen.
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(a) 3D-Modell des Kastenfensters, (b) mit eingezeichnetem Schnitt zur Erzeugung der (c) Abb. (63)
Modelle für die 2D-Simulation, (d) Ausschnitt aus einem der Kastenfenstergittermodelle
Zur Netzgittererzeugung wird in diesem Fall die Software GAMBIT verwendet (Beschreibung siehe Kapitel 6.4). Die Kastenfenstergeometrie wird von den Zonen der Luftkanäle ausgehend mit der Methode „Pave“ vernetzt (Abb. (64)). Die Luftkanäle bestehen aus 0.5 [mm] Quads.
Von dort wächst das Gitter in alle restlichen Zonen des Modells. Vor Start der Simulation werden noch die Grenzbereiche der Luft zu festen Materialien verfeinert, wobei die Zellen eine Größe bis zu 0,1 [mm] erreichen können.
Darstellung zweier Auschnitte des Netzgitters im Bereich des oberen inneren Luftkanals Abb. (64)
des Kastenfensters.
Das gesamte Simulationsmodell (siehe Abb. (65)) besteht aus folgenden Komponenten:
Die erste Komponente im Modell ist das Kastenfenster, mitsamt allen notwendigen Details, wie z.B. die Luftkanäle zwischen Rahmen und Fensterrahmen.
Zusätzlich ist auch noch der Teil der Gebäudehülle hinzugefügt, in dem das Kasten-fenster eingebaut ist. Als obere und untere Grenze dienen die Deckenzone und die Geschosszwischenzone.
Für den späteren Vergleich des Einflusses der Sanierungsvarianten des Kasten-fensters, soll ein Innenraum dienen, der durch die Innenwand-Zone abgeschlossen ist.
Die Abmessungen des Raums sind dem Gebäude in der Schönbrunngasse nach-empfunden.
Um den Einfluss des Luftwechsels im Fenster mitberücksichtigen zu können, ist im Modell eine Zone, die einen Teil der Außenumgebung darstellt, hinzugefügt. In dieser Zone kann auch der Einfluss des Winds auf die Gebäudefassade mitberücksichtigt werden.
Im Innenraum ist zusätzlich auch ein Heizkörper abgebildet, um den Raum in den Simulationen beheizen zu können.
Die Zonen, die den Einfluss der Solaren Strahlung wiederspiegeln, sind im Modell nicht explizit dargestellt.
Der Zweck der Untersuchung ist zwar nur die Untersuchung des Verhaltens innerhalb des Kastenfensters, die zusätzlichen Zonen sind jedoch notwendig, um die Einflüsse von außen auf das Fenster in der Simulation nachbilden zu können. Die Randbedingungen an den Grenzen des Simulationsmodells zur simulationstechnischen Untersuchungen, die in Abb. (65) ange-führt sind, lauten wie folgt:
Die untere Geschossgrenze ist als eine adiabate Grenze definiert, unter der Annahme, dass der Raum unterhalb das gleiche thermische Verhalten aufweist.
Die obere Geschossgrenze beinhaltet die Wärmeverluste über das Dach, mit der Angabe einer Temperatur.
In der Ganggrenze ist die Wechselwirkung zwischen dem Innenraum und dem Gang in diesem Geschoss definiert.
Da man nur einen Ausschnitt der äußeren Umgebung in der Simulation darstellen kann, benötigt man eine Abgrenzung dieser Zone. Die Abgrenzung besteht aus einer virtuellen Wand, für die die Eigenschaften der Luft gelten, und aus einem Ein- und Auslass für die Luft, um den Einfluss des Winds in die Simulation mit einfließen zu lassen.
Zur näheren Untersuchung des thermisch –strömungstechnischen Verhaltens sind zwei unter-schiedliche klimatische Zustände gewählt worden. Diese beiden Fälle sind als großzügig angenommene Extrembedingungen für die Region anzusehen, in der sich das Gebäude mit dem Kastenfenster befindet.
Winterfall
mit einer Außentemperatur von -20 [°C], keiner Solaren Einstrahlung, aber mit einer Heizkörperoberflächentemperatur von 60 [°C]
Sommerfall
mit einer Außentemperatur von 40 [°C], und einer Globalstrahlung von 1000 [W/m²] bei einem Einstrahlwinkel von 66 [°].
Simulations-Modellaufbau für die Kastenfenster-Sanierungs-Varianten-Studie Abb. (65)
Im Zuge des Projektes wurden verschiedenartigste Konzepte zur Sanierung historischer Kastenfenster diskutiert. Für die Sanierungsvarianten mit der höchsten Umsetzungswahr-scheinlichkeit in denkmalgeschützten Gebäuden werden Strömungsmodelle erstellt, sowie CFD-Simulationen durchgeführt und ausgewertet. Abb. (66) zeigt die Ausgangsvariante (001-unsaniert) und fünf mögliche Sanierungsmöglichkeiten. Die detaillierte Beschreibung der einzelnen Varianten und Sanierungsmaßnahmen ist in Kapitel 3.3.3 nachzulesen.
Darstellung der Kastenfenster-Sanierungsvarianten Abb. (66)
Strömungsverhalten des unsanierten Kastenfensters 3.3.2
Die erste Variante ist das Kastenfenster im unsanierten Zustand. Durch die Konstruktionsweise der Kastenfenster bzw. auch durch die Alterung und den Verzug der Materialien entstehen eben zwischen Fensterrahmen und Rahmen (Falz) Luftkanäle, durch die Luft zwischen Innenraum und äußerer Umgebung ausgetauscht werden kann. Dies kann in den Heizperioden zu Wärmeverlusten bzw. im Sommer zu unbehaglichen Zuständen im Innenraum führen. Die Abmessungen der Luftkanäle variieren im Bereich der historischen Kastenfenster oft sehr stark, darum muss diesbezüglich eine Annahme getroffen werden. Darum sind in alle Simulationsvarianten die Luftkanäle mit einer Breite von je 2 [mm] versehen. Die für die Auswertung besonders interessanten Bereiche sind in der Nähe des Fenster-Sockels, die Fenstermitte obere Fensterbereich.
Ausschnitt aus Simulationsmodell Variante 001, Kastenfenster unsaniert Abb. (67)
Die Simulationen zu den Bedingungen des Winterfalls lieferten für die Variante (001) des unsanierten Kastenfensters folgendes Ergebnis. In Abb. (68) ist die Luftströmung im Sockelbereich des Kastenfensters dargestellt. Die dort nummerierten Bereiche sind markante Bereich, die im Detail betrachtet werden. Die Luft strömt außen die Fassade aufwärts, unter-liegt einem Strömungsabriss im Bereich der Fensterbank außen. Dadurch entsteht im Bereich des unteren äußeren Luftkanal eine Zirkulation (1). Im Innenraum strömt die an der Inneren Fensterscheibe abgekühlte Luft abwärts, wird vom Fensterrahmen umgelenkt und strömt weiter über die innere Fensterbank in Richtung der vom Heizkörper aufgeheizten Luft und vermischt sich dort mit dieser (2). Von außen strömt die kalte Luft von außen durch den Luftkanal des unteren äußeren Fensterrahmens in den Kastenfensterinnenraum (3). Die Luft strömt weiter bis zum unteren inneren Fensterrahmen (4), und wird zum Teil über den inneren unteren Luftkanal in den Raum geleitet (5). Der innere Fensterrahmen im Sockelbereich des Kastenfensters verursacht einen Luftwirbel im Bereich des Luftkanals (8). Der Teil der nicht in den Raum strömt, wird an der Innenscheibe erwärmt und strömt aufwärts (6). An der Außenscheibe strömt die Luft abwärts, wird durch den Fensterrahmen unten außen gestört und umgelenkt (7). Die Strömung teilt sich an dieser Stelle auf. Unterhalb der Kante des Rahmens sind zwei Strömungswirbel zu beobachten.
An der Abwärtsströmung war des Weiteren noch zu beobachten, dass sich ab etwa der Fenstermitte kontinuierlich mit weiter abnehmender Fensterhöhe ein verhältnismäßig kleiner Luftstrom von der Hauptströmung abspaltet. Dadurch nimmt der abwärts gerichtete Luftstrom entlang der Fensterscheibe ca. ab der Mitte des Fensters ab. Die abgespaltene Luft strömt in der Folge über die Fenstertiefe und fügt sich an die Aufwärtsströmung an der inneren Fenster-scheibe an. Das bewirkt die Verbreiterung der Auftriebsströmung bis ca. zur Mitte des Fensters.
vektorielle Darstellung der Luftströmung im Kastenfenster-Innenraum im Bereich des Abb. (68)
Kastenfenster-Sockels
Strömungs-Details zu Abb. (68), Darstellung der Luftströmungen in Form von Vektoren Abb. (69)
Im Bereich der Fenstermitte des Kastenfensters (dargestellt in Abb. (70)) verhält sich die Luftströmung folgendermaßen. An der inneren Fensterscheibe wird die Luft im Kastenfenster-Innenraum aufgewärmt. Dadurch stellt sich eine Auftriebsströmung ein (1). An der äußeren Fensterscheibe wird die Luft abgekühlt und sinkt Richtung Fenstersockel ab (2). Im Bereich der Fenstermitte sind Auf- und Abtriebs-Strömung am stärksten ausgeprägt (Intensität und Breite des Luftstroms). In der Zone zwischen diesen beiden Strömungen entlang der Fensterscheiben sind vergleichsweise nur sehr geringe Luftbewegungen erkennbar.
Vektorielle Darstellung der Strömung der Luft im Bereich der Mitte des Kastenfenster-Abb. (70)
Innenraums. Zusätzlich ist der Verlauf der Auftriebs-Strömung über die Fenstertiefe an der Febnstermitte dargestellt
In der Darstellung der Luftströmung im oberen Bereich des Kastenfensterinnenraums sind ebenfalls die wichtigen Details markiert. Im oberen Bereich strömt ein Teil der aufgewärmten Raumluft durch den Luftkanal zwischen Falz und innerem oberen Fensterrahmen in den Kastenfensterinnenraum (1). Die mit der aufsteigenden Luft aus dem Kastenfensterinnenraum vermischte Raumluft strömt weiter Richtung äußeren oberen Fensterrahmen (2). Durch den Luftkanal gelangt dort ein Teil der Luft in die äußere Umgebung (3). Der restliche Anteil umströmt den Fensterrahmen und strömt abwärts Richtung Fenstersockel. Weiter ist ab der Mitte des Kastenfensters an der raumseitigen Fensterscheibe zu beobachten, dass der auf-steigende Luftstrom mit weiter zunehmender Höhe schmäler wird. Ähnlich wie im unteren Bereich an der äußeren Fensterscheibe, löst sich kontinuierlich Luft von dem Strom. Diese wandert über die Fenstertiefe auf die andere Seite des Fensters. Das bewirkt die Zunahme der Breite der Abwärtsströmung außenseitig. Die an der Decke des Fensterzwischenraums nach unten umgelenkte Luftströmung wird durch den oberen äußeren Fensterrahmen gestört, was in diesem Bereich noch zusätzlich zu Luft Verwirbelungen führt.
vektorielle Darstellung der Luftströmung im oberen Bereich des Kastenfenster-Abb. (71)
Innenraums
Strömungs-Details zu Abb. (71), Darstellung der Lutströmungen in Form von Vektoren Abb. (72)
In Abb. (73) wird die Luftströmung entlang des Fensters raumseitig dargestellt. In diesem Bereich wird der Effekt des Aufheizens der Luft durch den Heizkörper und der Einfluss der durch die im Kastenfenster bestehenden Luftkanäle ein- bzw. austretende Luftströme sichtbar.
In diesem Bereich wird sich die Strömung in Abhängigkeit von der Sanierungsvariante ein bestimmtes Strömungsbild ergeben. Dies ist besonders interessant, wenn es um den Vergleich zwischen der Simulationsvariante mit dem unsaniertem Fenster (Fall 001) und der Variante mit der Dichtung innenseitig (Fall 002) geht. Hier in Abb. (73) sind zwei Luft-Verwirbelungen erkennbar, die vermutlich aus dem Zusammenspiel der aufsteigenden Luft vom Heizkörper und der Luftströme der Luftkanäle entstehen. Unter Detail 1 ist die Zirkulation im unteren Bereich des Kastenfensters und über dem Heizkörper dargestellt. Die Zirkulation reicht bis knapp über die unter Hälfte des Kastenfensters. Im oberen Bereich (siehe Detail 2 in Abb. (73)) ist eine weitere größere Zirkulation zu erkennen, welche die von Richtung Heizkörper aufwärts-strömende Luft beeinflusst. Ob diese Verwirbelungen, laut Vermutung, tatsächlich durch die Luftkanäle im Kastenfenster entstehen, kann mit der Auswertung der zweiten Sanierungs-variante beantwortet werden.
Darstellung der Luftströmung, vom Heizkörper bis zur Decke des Innenraums, im Bereich Abb. (73)
der inneren Fensterscheibe des Kastenfensters. Detail 1 stellt den Strömungs-Wirbel im Deckenbereich, Detail 2 die Luftzirkulation knapp über dem Heizkörper dar
In Abb. (74) ist der Verlauf der Temperatur zwischen den Grenzen von -20 und 20 [°C] im (a) unteren und (b) oberen Bereich des Kastenfensterzwischenraums dargestellt. Man erkennt das Eindringen der kalten Luft von außen im unteren Bereich bzw. das Entweichen der aufge-heizten Luft im Raum durch die oberen Luftkanäle bis in die Umgebung zu zeigen.
Darstellung des Temperaturverlaufs von -20 bis 20 [°C] im (a) unteren und (b) oberen Abb. (74)
Bereich des Kastenfenster-Zwischenraums
Die folgenden Diagramme dienen zum Vergleich von Temperaturen und Strömungsgeschwin-digkeiten (die Komponente, die den Auftrieb der Luft beschreibt) an verschiedenen Positionen des Kastenfensterzwischenraums. Im ersten Diagramm sind Temperatur und Strömungs-geschwindigkeit entlang der Fenstertiefe (x-Achse) im unteren und oberen Bereich des Kastenfensters, sowie in dessen Zentrum, abgebildet (siehe Abb. (75)).
Die Diagramme stellen den Verlauf von Temperatur und Aufttriebs-Strömungsgechwindigkeit Abb. (75)
entlang der Fenstertiefe im Kastenfenster (= als x-Achse definiert) dar. Grüne Kurve: Schnitt durchs Fenster 20 [mm] über dem Sockelboden, Blaue Kurve: Schnitt in der Fenstermitte, Rote Kurve: Schnitt 20 [mm] unter dem Rollo-Kasten
Ausgehend von der Seite, an der sich der Innenraum befindet, sinkt die Temperatur im Bereich der Aufwärtsströmung ab. Über die Tiefe des Zwischenraums bleibt die Temperatur annähernd konstant (vor allem im Bereich der Fenstermitte = blaue gefärbte Kurve). Im Bereich der Abwärtsströmung entlang der äußeren Fensterscheibe fällt die Temperatur weiter.
Die Temperaturkurve im unteren Bereich des Kastenfensters weißt eine Temperaturspitze auf, die sich durch die Vermischung von einströmender Außenluft und der an der äußeren Fenster-scheibe abwärtsströmenden Luft im Kastenfenster erklären. Im Bereich des Zentrums (bei x=0) des Zwischenraums ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr gering. Die Intensität nimmt jedoch in Richtung der beiden Fensterscheiben zu. Auf- und Abtrieb an den Fensterscheiben sehen in den ungestörten Bereichen in ihrer Form und Intensität sehr ähnlich aus, lediglich die Strömungsrichtung ist umgekehrt. Im Bereich der Fenstermitte sind die Auslenkungen am stärksten ausgeprägt. Die Strömungsspitze an der Außenseite im Strömungsverlauf für den unteren Fensterbereich (grün) zeigt den Einfluss der von außen einströmenden kalten Luft.
Weiter sind Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit entlang der Fensterhöhe (y-Achse) verlaufend, wiederum für drei Positionen, in Diagrammen dargestellt (siehe Abb. (76)).
Abgesehen vom oberen und unteren Randbereich beschrieben die Kurven einen stetigen Anstieg der Temperatur vom Sockel bis zum oberen Zwischenraumbereich. Die Kurve besitzt einen Wendepunkt etwa in der Mitte der Fensterhöhe. Dort ist der Temperaturanstieg (Steigung = T/ y) am geringsten. Die Unregelmäßigkeiten im oberen und unteren Bereich entstehen durch die Luftströmungen in den Luftkanälen. Die Temperaturspitzen im oberen und unteren Bereich des Kastenfensters beschreiben den Temperatureffekt, der durch die ins Kastenfenster eindringenden Luftströme entsteht. Auf- und Abtrieb der Luftströmung beschreiben in den von den Luftkanälen ungestörten Bereichen entlang der Fensterhöhe jeweils eine bauchförmige Kurve. Das heißt, dass die Luft an der Fensterscheibe bis ca. zur Fenstermitte der beschleunigt, und anschließend von dort weg wieder abgebremst wird. Die zwei Strömungsspitzen im grün gefärbten Verlauf, der die Geschwindigkeit der Luftströmung entlang der äußeren Fensterscheibe darstellt, zeigen den Einfluss der Luftströmungen im oberen und unteren äußeren Luftkanal an. Die Abschnitte mit Sinus-ähnlichen Verläufen kenn-zeichnen eine Zirkulation der Luft.
Die Diagramme stellen den Verlauf von Temperatur und Auftriebs-Strömungsgeschwindigkeit Abb. (76)
entlang der Fensterhöhe im Kastenfenster (= als y-Achse definiert) dar. Grüne Kurve: Schnitt über die Kastenfensterhöhe, 10 [mm] entfernt von der inneren Scheibe, Rote Kurve: Schnitt 10 [mm] entfernt von der äußeren Scheibe, Blaue Kurve: Schnitt in der Fenstermitte
Die Ergebnisse aus der Simulation zu den Randbedingungen des Sommerfalls verändert sich das Strömungsbild im Kastenfensterzwischenraum im Vergleich zum Winterfall zuvor. Vor allem im unteren Bereich treten ein paar signifikante Veränderungen auf. Die wichtigsten Stellen in diesem Bereich sind in Abb. (77), (b) gekennzeichnet.
Durch die Solare Einstrahlung werden die im Sichtbereich liegenden Flächen entsprechend der in der Simulation definierten Absorptionseigenschaften aufgeheizt. Dadurch werden Sockel-bereich und Fensterrahmen (1) unterschiedlich temperiert. Die unterschiedlichen Temperaturen wirken sich in strömungs-technischer Hinsicht in Form von Verwirbelungen im unteren Bereich aus (2), (3), (4), (5), (6). Die Strömung beruhigt sich ca. Mitte der Fensterhöhe. Im Zentrum (7) des Kastenfensterzwischenraums ist ein Auftrieb der Luft zu erkennen. Die Luft strömt von dort weg gleichmäßig aufwärts bis zum oberen Abschluss des Zwischenraums. An den Fenster-scheiben hingegen tritt in diesem Bereich (8), (9) eine Abwärtsströmung auf. Da die Temperatur der Luft im Fensterzwischenraum höher als im Innenraum und an der äußeren Umgebung ist, wird diese an den Scheiben abgekühlt und sinkt in den Bereich der Verwirbelung ab, bzw. trägt zusätzlich zu den Unregelmäßigkeiten im Strömungsbild bei. Durch die unteren Luftkanäle, (10), (11) gelangt Luft aus dem Innenraum und der Umgebung in den Fensterzwischenraum. Die Strömungsintensität ist jedoch relativ gering (Im Winterfall beträgt die Strömungsgeschwindigkeit zirka das Zwanzigfache im Vergleich zum Sommer). Im Bereich der Luftkanalöffnungen im Raum und in der Umgebung (12), (13) entstehen aufgrund der Störung der Strömung durch die Fensterbänke wiederum Luft-Verwirbelungen.
In Abbildung (a) ist die Strömung vom unteren Bereich bis ca. zur Mitte des Kastenfenster-Abb. (77)
zwischenraums in Form von Geschwindigkeitsvektoren dargestellt. In Abbildung (b) stellt der Farbverlauf die Temperatur dar. Zusätzlich ist die Strömung hier ebenfalls mittels Vektoren veranschaulicht.
Abb. (78) zeigt den oberen Bereich im Kastenfensterzwischenraum. Die Luft, die zentral aufwärts strömt (1), wird an der Decke nach innen und außen umgelenkt (4). Ein Teil der Luft geht durch die Luftkanäle in den Innenraum und die Äußere Umgebung verloren (5), (6), der restliche Anteil strömt an den Fensterscheiben entlang abwärts Richtung Sockelbereich (2), (3). Vom aufwärts orientierten Luftstrom (1) wird kontinuierlich Luft nach in Richtung beider Fenster abgezweigt, die ihre Richtung um 180 [°] dreht, und mit den Abwärtsströmungen an den Fensterscheiben vermischt wird (2), (3).
In Abbildung (a) ist die Strömung vom oberen Kastenfensterbereich in Form von Abb. (78)
Geschwindigkeitsvektoren dargestellt. In Abbildung (b) ist die Temperatur als Farbverlauf inklusive Strömungsvektoren dargestellt
In den oberen Regionen des Kastenfensters ist der Temperaturverlauf über die Fenstertiefe (x-Achse) Abb. (79) annähernd linear. An den Grenzen zu den Fensterscheiben ist eine leichte Temperaturabsenkung erkennbar. In der Mitte in Bezug auf die Fensterhöhe gesehen ist die Absenkung an den Grenzen stärker ausgeprägt. Der sich stark verändernder Temperaturver-lauf im unteren Bereich entsteht durch den Einfluss der zum Teil unterschiedlichen Aufheizung der Luft an den Oberflächen im Fensterzwischenraum.
Die Diagramme stellen den Verlauf von Temperatur und Auftriebs-Strömungsgeschwindigkeit
Die Diagramme stellen den Verlauf von Temperatur und Auftriebs-Strömungsgeschwindigkeit