Möglichkeiten der Simulation im Gebäudebereich

Je größer, komplexer und innovativer ein Gebäude, je höher der Aufwand für Engineering, desto eher bringen Simulationen Vorteile.

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Was kann modelliert werden?

Zu unterscheiden ist zwischen thermischer Simulation der Gebäudehülle und thermischer Systemsimulation. Die Modellierung kann umfassen:

  • Komponenten
  • Teilsystem
  • Gesamtsystem (Regelstrategie für definierte Betriebsfälle)

Simulationen sind prinzipiell ein mächtiges Werkzeug zur Optimierung.

  • Wechselwirkung Gebäude ↔ Gebäudetechnik
  • Dynamische Lastverläufe → Gesamtsystemoptimierung
  • Regelstrategien – wann läuft welches System?
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Speziell für TBA sind für die Optimierung besonders relevant

Beispiele:

  • Eingriffspunkte Regelung, z.B. Umschaltpunkte, free-cooling, … abhängig von Außen-/Raumtemperatur etc.
  • Auskühlverhalten, Definition des Komfortbandes
  • Regelstrategien können vorab optimiert werden, indem reale Regler mit Daten aus Simulationen gefüttert werden
  • Die Auswahl von Wärmepumpen – ist höhere Leistung für schnelleres Einspeichern von Wärme sinnvoll?
  • Maßnahmen und deren Beitrag zu Gesamtenergiebedarf, Effizienz, CO2

Abbildung: 144 Stunden ohne Nachheizung kann dieser simulierte Wohnraum mit TBA im Bereich des definierten Komfortbandes von 2 °C gehalten werden; am Auslegungstag, d.h. dem kältesten für jede Heizungsauslegung betrachteten Tag.

Die Anforderungen an eine Simulation muss der Auftraggeber (im Sinne eines Pflichtenheftes) stellen. Simuliert werden kann sehr Vieles. Um sich nicht zu verzetteln, gilt: so einfach wie möglich – so komplex wie notwendig!

Beispiele und Projekte

Eine einfach anwendbare Simulation bietet Thesim für das thermische Verhalten eines Raumes im periodisch eingeschwungenen Zustand (Periodenlänge: 1 Tag). Für Sommertauglichkeitsuntersuchungen (gemäß EN ISO 13791 oder ÖNorm B 8110-3) geeignet. http://www.thesim.at

Katharina Eder: Büro- und Geschäftsgebäude POST AM ROCHUS, 1030 Wien; bei diesem Projekt wurde das Betriebsverhalten mittels Gebäudesimulation bereits vorab optimiert. https://nachhaltigwirtschaften.at/

Simon Handler: Steigerung der Effizienz von kleinvolumigen Wohnbauten durch solarthermische Aktivierung von Betondecken. Dissertation an der Technischen Universität Wien, 2013.

Thomas Bednar, Simon Handler, Sabine Wolny: Thermische Behaglichkeit mit Ziegel und Beton (Forschungsprojekt im Auftrag der BAUAkademie Lehrbauhof Salzburg), Wien, 2015

Heimrath Richard: Simulation, Optimierung und Vergleich solarthermischer Anlagen zur Raumwärmeversorgung für Mehrfamilienhäuser. Dissertation an der Technischen Universität Graz, 2004

Thomas Bednar, Karl Ponweiser, Dominik Bothe, Matthias Gladt, Maximilian Neusser, Sabine Wolny, Simon Handler, Barbara Alexander-Bittner: SolCalc – Entwicklung eines normierbaren Rechenalgorithmus für die Energieverbrauchsabschätzung und die Energieausweiserstellung von Wohngebäuden mit einem solaren Deckungsgrad bis 100% unter Berücksichtigung optimaler Einbindung von Biomasse und Wärmepumpen, Wien, 2014

Friembichler Felix, Bednar Thomas, Handler Simon, Gladt Matthias, Neusser Maximilian, Hofer Richard, Schöberl Helmut: Thermische Bauteilaktivierung – Entwicklung eines Rechenkerns; TBA-CALC; Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie Wien, 2013.

Thomas Bednar, Simon Handler, Sabine Wolny: Solares Heizen und Klimatisieren über Bauteilaktivierung (Forschungsprojekt im Auftrag der ARGE Bauteilaktivierung), Wien, 2015