Die dynamische Gebäude-Simulation
Das Zusammenspiel von Wärme und Kälte
Durch neue Verordnungen rund um das Thema Energieeffizienz wird die Gebäudeplanung immer komplexer und umfangreicher. Die Gebäudehülle wird kontinuierlich besser gedämmt und damit luftdichter gebaut, sodass die Deckung der Heizlast zunehmend einfacher wird. Gleichzeitig häufen sich Probleme mit Übertemperaturstunden und dem individuellen Behaglichkeitsempfinden der Nutzer. Um in Räumen gewünschte bzw. erforderliche Temperaturen zu erreichen und zu halten dürfen Wärmegewinne (z.B. durch Personen und Geräte oder solare Strahlung) sowie Wärmeverluste (Transmission und Lüftung), nicht außer Acht gelassen werden. Nur wer das Zusammenspiel von Heizlast und Kühllast berücksichtigt, kann das energieeffiziente Gebäude auf die individuellen Bedürfnisse der Nutzer ausrichten.
Bei der genauen Planung eines Gebäudes sollten somit nicht nur statische Regelwerke zurate gezogen werden. Die Norm DIN EN 12831 befasst sich zwar mit normkonformen Berechnung der Heizlasten; diese werden aber oft zu hoch bestimmt, da die Heizlastberechnung interne Lasten nicht mit einbezieht. Auf Basis der DIN V 18599 werden Wärme- und Kältebedarf des Gebäudes unter Berücksichtigung von Nutzungsprofilen, Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten berechnet. Sie stößt im praktischen Einsatz aber an ihre Grenzen, da die klimatischen Bedingungen nur vereinfacht mit 12 Monatswerten in die Berechnung einfließen. Selbst die Richtlinie VDI 2078 beinhaltet zwar die dynamische Berechnung der Kühllast, ist in ihrem Einsatz wegen fester Klimafaktoren („Cooling Design Periode“) allerdings begrenzt. Eine detaillierte dynamische Simulation bietet hier die Lösung.
Mit der von uns entwickelten Gebäude-Simulation kann der Planer und Anlagenhersteller das Verhalten eines Gebäudes mit praxisnahen Nutzungsprofilen und Klimafaktoren simulieren. Welche Kühllasten und Heizlasten treten in den verschiedenen „Nutzungszonen“ auf? Welches Tagesverlaufsprofil haben die einzelnen Zonen? Wie wirken sich Personen und deren Tätigkeiten aus? Welche unterschiedlichen Baustoffe, Fenster oder Glasarten (z.B. g-Werte) können die Kühllasten mindern? Im Fokus stehen auch immer mehr die Behaglichkeitskriterien, die sich anhand der Anzahl der Übertemperaturstunden bzw. der Übertemperaturgradstunden auswerten lassen. Das bedeutet konkret: Wie viele Stunden im Jahr wird eine in den Profilen festgelegte Temperatur in „kritischen Räumen“ überschritten?
Eine Gebäude-Simulation ermöglicht dem Planer folglich die Berechnung der Kühl- und Heizlasten (inkl. der internen und solaren Gewinne) von Gebäuden, Zonen oder Räumen als Stundensimulation. Die Berechnungen erfolgen nach den VDI Richtlinien 2078 und 6007. Während bei der VDI 2078 der ermittelte Höchstwert als maximale Raumkühllast bezeichnet und entsprechend ausgewertet wird, bildet die Richtlinie VDI 6007 das grundsätzliche Verfahren (Modellbildung und Algorithmen) ab. Zusätzlich untersucht und bewertet die Software Räume und Gebäude bauphysikalisch auf instationäres thermisches Verhalten. Die Simulation eignet sich neben der Erstellung von Nachweisen bei der Planung von Neubauten auch für die Optimierung von Anlagen im Gebäudebestand.
Das Programm Gebäude-Simulation bietet folgende Programmbestandteile:
- Berechnung der Raumkühllasten bzw. „freischwingenden“ Raumlufttemperaturen in Abwesenheit von Kühl-/Heizanlagen.
- Berücksichtigung von begrenzten Anlagenkühl- und Heizleistungen
- Gebäudeerfassung mittels umfangreicher tabellarischer Eingabe des Projektes oder grafische Eingabe (CAD) des Gebäudes, auch mit Übernahme von Gebäudezonierung und Nutzungsprofilarten
- Zusätzliche grafische Darstellung der Lasten und anderer Ergebnisse mittels selbstgestaltbarer Diagrammtypen.
- Übernahme der Gebäudedaten mittels Datenmodell (3D PLUS Versionen) aus anderen Berechnungsarten wie z.B. die normgerechte Heizlast nach DIN 12831.
- Übernahme von Gebäudedaten aus IFC und gbXML Formaten
- Mögliche Erweiterung von weltweiten Klimadaten (gegen Aufpreis)
Wer sich bereits in der Entwurfsphase der Planung auf praktische Ergebnisse verlassen möchte, kommt jetzt und in Zukunft nicht an einer detaillierten Gebäude-Simulation vorbei.