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Die energetisch dynamische Gebäudesimulation

Was ist eine energetisch dynamische Gebäudesimulation?

Die energetisch dynamische Gebäudesimulation ist die Bilanzierung aller relevanten Energieflüsse eines Gebäudes zu ausgewählten Zeitpunkten. Bilanziert werden besonders die Transmissionswärmeströme, die Enthalpieströme, die Veränderung der inneren Energie durch Speicherprozesse und auch elektrische Leistungen. Die Bilanzierung erfolgt in der Regel über festgelegte Zeitschritte, häufig im Abstand von 1 h über einen bestimmten Zeitraum, zumeist einem ganzen Jahr oder auch nur über den Zeitraum der Heiz- oder Kühlperiode. Dazu wird das zu berechnende Objekt, wie zum Beispiel ein Gebäude in Zonen unterteilt. Für diese Zonen, z.B. einzelne Räume kann dann jeweils eine Energie-, ggf. auch Massenbilanz aufgestellt werden. Stehen Zonen, Räume oder die Haustechnik in Interaktion entsteht auf diese Weise ein Gleichungssystem, das die Simulation numerisch zu lösen hat. Anders als bei der Strömungssimulation, welche sich der räumlichen Diskretisierung bedient, benötigt die energetische Gebäudesimulation lediglich exakt definierte Zonen. Man spricht deswegen auch gerne von der Methode der Zonenbilanzierung.


Unterteilung einer Aufgabe in einzelne Zonen mit Interaktion zueinander

Die zeitliche Auflösung durch definierte Zeitschritte muss dabei dem physikalischen Prozess genügen. In der Gebäudetechnik ist die wesentliche Einflussgröße das Wetter. Um das Wetter möglichst exakt in einer Simulation berücksichtigen zu können, bedient man sich zumeist sogenannter Jahrestestreferenzdaten (TRY – Test Reference Year), welche die wichtigsten gemittelten Wetterdaten, wie beispielsweise Lufttemperatur, Wind, Feuchte und Sonnenstrahlung aus den zurückliegenden Aufzeichnungen vergangener Jahre beinhalten und in einer zeitlichen Auflösung von 1 h für unterschiedliche Regionen bereitstellen.

Während die Verwendung gemittelter Wetterdaten ein möglichst exaktes Ergebnis bzgl. zu erwartender Energieströme und damit der Energieeffizienz ermöglicht, greift man zur Auslegung der Haustechnik gerne auf extreme Klimajahre zurück. Auf diese Weise kann die Dimensionierung der Haustechnik ohne übliche Sicherheitsaufschläge und damit ohne deutliche Überdimensionierung erfolgen.

Übliche Bedarfsprognosen, der auf vereinfachten Regularien basierenden Energieausweise, sind in ihrer Genauigkeit eingeschränkt. Besonders deutlich wird das am nachfolgendem Beispiel, welches für ein ausgewähltes Zweischeibenisolationsfenster den Wärmedurchgangskoeffizienten und damit die Transmissionsverluste in Abhängigkeit der Windverhältnisse darstellt. Es wird deutlich, dass je nach anliegenden Windgeschwindigkeiten sehr unterschiedliche Wärmeströme das Fenster passieren und damit zu deutlich unterschiedlichen Wärme- und Kältelasten beitragen. Dies ist besonders bei gering opaken Gebäuden bedeutsam.


Beispiel für den dynamischen Einfluss des Wetters