WUFI 2D

WUFI 2D je software pro dynamické modelování dvojrozměrného šíření tepla, vlhkosti a energie ve stavebních konstrukcích a materiálech.

Obrázek. Vlevo nahoře na obrázku je znázorněn detail rohu - jedná se o zděnou konstrukci s vnějším kontaktním zateplovacím systémem. Horní dva barevné obrázky znázorňují hodnoty vypočtené ve WUFI 2D, tj. množství vlhkosti v kg/m³ a teplotu °C napříč detailem vypočtenou pro konkrétní den a hodinu.
Spodní dva obrázky zobrazují roční průběh relativní vlhkosti v % a teploty ve °C v konkrétním místě detailu.

Obecně

WUFI 2D je software určený především výzkumným pracovníkům a projektantům specialistům na stavební fyziku - tepelnou techniku. WUFI 2D umožňuje velmi přesně modelovat dynamické dvojrozměrné šíření tepla, vlhkosti a energie ve stavebních detailech, konstrukcích a materiálech. Díky přesnému modelování šíření tepla a vlhkosti je možné vyhodnotit rizika spojená s nadměrnou akumulací vlhkosti, s kondenzací vodní páry anebo s růstem plísní na vnějších a vnitřních površích stavebních konstrukcí.

Správné používání softwaru WUFI 2D - na rozdíl od WUFI Pro - vyžaduje pokročilejší znalosti v oblasti tepelné techniky, avšak svým uživatelům umožňuje efektivněji řešit dvojrozměrné detaily stavebních konstrukcí.

Výpočetní program WUFI 2D (stejně jako program WUFI Pro) byl vyvinut na základě disertační práce H.M.Künzela [1] v roce 1995. V současné době je vyvíjen ve Fraunhofer-Institutu für Bauphysik (IBP) v Německu. Software byl v České republice využit například k vývoji dřevěného lehkého obvodového pláště [2] (WIEDENWOOD s.r.o.) nebo k posouzení detailů vnitřního zateplení budov (XELLA CZ, s.r.o.).

Výhody

Hlavní výhody používání softwaru WUFI 2D oproti zastaralým stacionárním výpočetním postupům jsou:

1) Přesnější modelování transportních jevů (teplo, vlhkost, energie)

Unikátní použití diferenciálních rovnic v [1] umožňuje na rozdíl od zastaralých výpočetních postupů zahrnout při modelování šíření tepla a vlhkosti konstrukcí následující fyzikální jevy:

orientaci stavební konstrukce vůči světovým stranám,
sklon konstrukce vůči horizontální rovině,
vliv barvy vnějšího povrchu stavební konstrukce na šíření tepla,
akumulaci tepla v konstrukci,
závislost součinitele tepelné vodivosti materiálu na množství vlhkosti v materiálu,
akumulaci vlhkosti v konstrukci,
závislost faktoru difúzního odporu na množství vlhkosti v materiálu,
šíření kapalné vlhkosti v porézních materiálech,
absorpci hnaného deště na vnější povrch stavební konstrukce.

Na rozdíl od WUFI Pro je možné navíc zadávat materiály s ortogonálními anizotropickými vlastnostmi jako jsou například dřevo, některé deskové materiály nebo děrované cihelné bloky.

2) Databáze okrajových podmínek a materiálů

Softwaru WUFI 2D využívá rozsáhlou databázi vnějších a vnitřních okrajových podmínek naměřených po celém světě. Použití této rozsáhlé databáze umožňuje modelovat nejrůznější tepelně vlhkostní zatížení stavebních konstrukcí. Do databáze je možné přidávat vlastní vnější i vnitřní okrajové podmínky.

Databáze vnějších okrajových podmínek obsahuje nejčastěji měřené hodinové hodnoty těchto veličin:

vnější teplotu vzduchu v [°C],
relativní vlhkost vnějšího vzduchu v [%],
množství srážek v [mm],
rychlost větru v [m/s],
směr větru v [°],
přímé sluneční záření v [W/m²],
difúzní sluneční záření v [W/m²],
dlouhovlnné záření oblohy v [W/m²].

Databáze vnitřních okrajových podmínek obsahuje parametry vnitřního vzduchu podle českých technických norem [3,4] a dalších doporučení [5].

Databáze materiálů obsahuje vlastnosti přes 600 stavebních materiálů naměřených ve výzkumných ústavech po celém světě. Do databáze je možné přidat svoje vlastní materiály.

Databáze obsahuje naměřené hodnoty například těchto veličin:

objemová hmotnost v [kg/m³],
porosita v [m³/m³],
měrná tepelná kapacita v [J/(Kg.K],
součinitel tepelné vodivosti v [W/(m.K)], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu),
faktor difusního odporu v [-], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu),
sorpční isotermu (rovnovážnou vlhkost),
součinitel kapilárního transport vlhkosti - sání [m²/s], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu),
součinitel kapilárního transportu vlhkosti - redistribuce [m²/s], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu).

3) Simulování nejrůznější tepelně vlhkostních dějů

Dynamické kontinuální modelování s libovolným časovým krokem (běžně 1 hodina) umožňuje modelovat nejrůznější fyzikální děje, které se běžně vyskytují ve stavebních konstrukcích a materiálech, například:

čas potřebný k vysušení vlhké konstrukce,
riziko kondenzace na vnitřním povrchu konstrukce,
riziko růstu plísní na vnitřním povrchu konstrukce,
vliv hnaného deště na chování obvodové konstrukce,
riziko nadměrné akumulace vlhkosti uvnitř stavební konstrukce,
chování konstrukce pří zatékání dešťové vody,
porovnání různých skladeb při rekonstrukci stávající konstrukce.

4) Grafické výstupy a jednoduché uživatelské prostředí

Obrovskou výhodou softwaru WUFI 2D je způsob prezentování výsledků výpočtů. Výstupy výpočtů je možné prezentovat pomoci:

datových řad - data je možné převést do běžných tabulkových programů (MS Excel),
obrázků - grafy závislost veličiny (např. teplota, vlhkost) v daném místě na čase,
obrázků - zobrazení polí (teploty, relativní vlhkost, množství vlhkostí napříč detailem v konkrétním čase.

Na rozdíl od WUFI Pro v softwaru WUFI 2D nelze pořizovat video, avšak je možné stanovit průběhy požadované veličiny (teplotu, relativní vlhkost, množství vlhkosti, atd.)v čase v konkrétním místě detailu, v celé vrstvě materiálu nebo v celém detailu.

Další informace

Software WUFI je kompatibilní s operačními systémy Windows. WUFI Pro využívá deseti jazykových mutací včetně češtiny. WUFI Pro má příjemné a jednoduché uživatelské prostředí známé z běžných programů. Vyčerpávající nápověda a dokumentace k softwaru obsahují cca 200 stránek ale jsou pouze v anglickém jazyce.

Srávné používání softwaru WUFI 2D vyžaduje základní znalosti WUFI Pro a zkušenosti z oblasti stavební fyziky (resp. tepelné techniky) a některé základní znalosti numerických výpočetních metod.

Závěr

WUFI 2D je software pro dynamické modelování dvourozměrného šíření tepla, vlhkosti a energie ve stavebních konstrukcích a materiálech. Software využívá moderní poznatky z oblasti stavebních fyziky tepelné techniky a sleduje vývoj v českých a evropských technických normách.

WUFI 2D je určen především výzkumným pracovníkům, konzultantům a expertním kancelářím, které se zabývají problematikou stavební fyziky - tepelné techniky.

Literatura

[1]	Künzel, H.M. Simultaneous Heat and Moisture Transport in Building Components.One- and two-dimensional calculation using simple parameters. PhD Thesis. Stuttgart: Fraunhofer Institute of Building Physics, 1995.
[2]	Slanina, P., Moravec, J., Pantůčková, T., Řehák, J., Šulman, R., Vojta, A., & Wieden, P. (2024). A novel design of a unitized curtain wall with a timber only frame–basic mechanical, moisture, and fire tests and hygrothermal simulations. Journal of Building Engineering, 97, 110985.
[3]	ČSN EN 15026:2024. Hodnocení šíření vlhkosti stavebními dílci pomocí numerické simulace. Praha: ÚNMZ, 2024.
[4]	ČSN EN ISO 13788: 2019. Tepelně vlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků - Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení kritické povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce - Výpočtové metody. Praha: ÚNMZ, 2019.
[5]	WTA 6-2-01. Simulation of heat and moisture transfer. Munchen: WTA Publicatons, 2004.