Diskussion zu HAMSTAD-Benchmarks

Das HAMSTAD (Heat, Air and Moisture STAndards Development) Projekt war ein europäisches Verbundprojekt (2000-2002) zur Etablierung von Simulationsstandards bei dynamischen Bauteilsimulationsprogrammen. Es kann in gewisser Weise als Vorläufer des SimQuality-Projekts angesehen werden.
Das HAMSTAD-Projekt basierte auf dem IEA Annex 24 Projekt „HAMTIE“, welches bereits selbst das Ziel hatte, hygrothermische Transportmodelle und deren Parametrisierung zu vergleichen. Dabei wurde jedoch versucht, komplexe bauphysikalische Fragestellungen zu modellieren und deren Ergebnisse zu vergleichen. Dies führte im HAMTIE Projekt zu extremen Unterschieden zwischen den Berechnungen und es war defakto unmöglich, die Ursachen für die Abweichungen zu klären. Im HAMSTAD-Projekt wurde deshalb von Beginn an ein Abgleich der Modellierung und Gleichungen angestrebt und als wesentliches Arbeitsergebnis ein geschossener, abgestimmter Formelsatz publiziert. Basierend darauf wurden dann 5 Testfälle definiert, wobei alle Eingangsdaten vorgegeben wurden. Die Fehlerquellen und Unterschiede bei der Materialmessung im Labor und der anschließenden Kalibrierung wurden damit explizit ausgeschlossen. Da auch die physikalischen Modellgleichungen fest vorgegeben wurde, blieben als mögliche Gründe für Ergebnisunterschiede nur noch:

• Unterschiede im numerischen Gitter (gröbere oder feinere Raster),
• Unterschiede in der Zeitdiskretisierung (kleine oder größere Zeitschritte, verbunden mit kürzeren oder längeren Rechenzeiten),
• Eingabefehler (welche durch Reviewing-Prozesse nach und nach eliminiert werden konnten) und
• Implementierungsfehler einschließlich fehlerhaft umgesetzter/angewandter Numerik.

Gerade letztere Fehlerquellen waren anfänglich in nahezu allen Programmen vorhanden und konnten im Verlauf des Projekts größtenteils behoben werden, da die Entwickler der Simulationsprogramme im Projekt beteiligt waren. Im Ergebnis konnten fast alle beteiligten Programme die Testfälle in einer recht kleinen Schwankungsbreite abbilden.
Im HAMSTAD Projekt wurde kein Prüfkriterium festgelegt. Stattdessen wurden die berechneten Zeitreihen für ausgewählte Profilschnitte und Sensorpunkte als Kurvenschar geplottet. Rein visuell lässt sich dabei bereits einschätzen, ob ein Programm die geforderten physikalischen Größen hinreichend gut abbilden kann. Beispiele dafür sind in Abbildung 3 zu sehen.

Beispielergebnisse aus den HAMSTAD Benchmark Testfällen

Einige der verbleibenden Abweichungen sind auf unterschiedliche Interpretationsmöglichkeiten der Testanforderungen zurückzuführen. Beispielsweise wird in einem Testfall zunächst ein konstanter Dampfdiffusionsstrom zwischen Bauteiloberfläche und Umgebung definiert. Dann wird zu bestimmten Zeitpunkten ein Schlagregenereignis definiert. Einige Simulationsprogramme schalten nun während des Schlagregens die Dampfdiffusion ab (Annahme: es trifft mehr Regen auf die Fassade, als diese aufnehmen kann) während andere Projekte beide Prozesse (eindringendes Regenwasser und Verdunstung von der Bauteiloberfläche) parallel berechnen.

Folgende wesentliche Erkenntnisse aus dem HAMSTAD-Projekt können in das SimQuality Projekt übernommen werden:

• Vergleich von klar definierten Modellen und Parametern mit der Konsequenz, dass für ein bestimmtes physikalisches Problem je Modellansatz zur Lösung auch unterschiedliche modellspezifische Referenzergebnisse definiert sein können
• Isolierte Betrachtung verschiedener Modellkomponenten
• Bereitstellung von Teilergebnissen zum Abgleich zwischen Programmen und zur Fehlersuche bei Softwareherstellern