Gebäudesimulation

Thermische Gebäudesimulation

Die thermische Gebäudesimulation ist ein dynamisches Berechnungsverfahren zur Ermittlung von Lasten und Jahresenergiemengen für Heizen und Kühlen bei vorgegebenen Raumparametern und Wetterdaten. Bei den Berechnungen wird der Energiehaushalt der zu untersuchenden Räume/Bereiche in seiner Gesamtheit bilanziert.

Vorteile

  • Klärung energierelevanter Fragestellungen in frühen Planungsphasen
  • frühzeitige Ermittlung gesicherter Planungsgrundlagen zur Systemauslegung
  • Dynamische Ermittlung der thermischen Lasten unter Berücksichtigung der Außenklimaparameter, des Nutzerverhaltens, der bauphysikalischen Gebäudeeigenschaften und der Umgebungsbebauung
  • Möglichkeit von Variantenuntersuchungen zur Optimierung der Investitions- und Betriebskosten
  • Gesicherte Aussagen zu energetischen Bewertungen eines Gebäudes (Jahresenergiebedarf, ENEV, Passivhausstandard)

Thermische Anlagensimulation

Die Simulationsberechnungen der thermischen Anlagensimulation ermöglichen bereits zu Beginn der Planung auch für komplexe Bauwerke, unter Beachtung der vielfältigen Wechselwirkungen infolge der Gebäudenutzung, der Einflüsse des Außenklimas und den Eigenschaften des Baukörpers unterschiedliche Systemvarianten zu quantifizieren und das spätere Gebäudeverhalten insbesondere hinsichtlich der Wirksamkeit und Effizienz gebäudetechnischer Anlagen vorauszusagen.

Die Anforderungen, Berechnungsverfahren und Randbedingungen sind in der VDI 6020 festgelegt.

Vorteile

  • Vorbetrachtung und Bewertung des späteren thermischen Gebäudeverhaltens in Bezug auf die Wirksamkeit von technischen Anlagen für Heizung, Kühlung bzw. von Sonnenschutzmaßnahmen
  • Ermittlung frühzeitig gesicherter Planungsgrundlagen zur Systemauslegung und der damit verbundenen Wechselwirkungen
  • Dynamisches Berechnungsverfahren zur Ermittlung von sich einstellenden Temperaturen und deren Häufigkeiten bei vorgegebenen baulichen und anlagentechnischen Randbedingungen zur Bewertung der thermischen Behaglichkeit
  • Überprüfung der Auslegung von energie- und lüftungstechnischen Anlagen in der Planungsphase. Nachweis der Absicherung von Zielparametern des gewünschten Raumklimas bei möglichst minimalem Energiebedarf bereits in der Konzeptphase
  • Möglichkeit von Variantenuntersuchungen zur Optimierung der Investitions- und Betriebskosten
  • Nachweis der Einhaltung der Mindestanforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz gemäß DIN 4108 Teil 2
  • Bestimmung wirtschaftlicher Systemkopplungen und Fahrweisen von Anlagen sowie Sonnenschutzvorrichtungen
  • Prüfung der Versorgungsschienen
  • Möglichkeit der energetischen Gesamtbewertung eines Gebäudes (Jahresenergiebedarf, EnEV, Passivhausstandard)

StrömungssimulAtion

Mit der numerischen Strömungssimulation (CFD, Computational Fluid Dynamics) wird der Wärme- und Stofftransport mit hoher räumlicher Auflösung untersucht.

Sie stellt damit im Rahmen der Planung eine wichtige Ergänzung der Untersuchungen zur thermischen Gebäudesimulation dar und ermöglichen konkrete Vorhersagen z.B. hinsichtlich des thermischen Komforts an einem Büroarbeitsplatz, der Schadstoffkonzentration in einer Tiefgarage, den Sichtweiten im Brandfall. Im Falle von Brand- und Entrauchungssimulationen erlaubt eine hohe zeitlich Auflösung die Berechnung der zeitlichen Entwicklung sicherheitsrelevanter Kriterien (Rauchkonzentrationen, Lufttemperaturen, Sichtweiten).

Da bei der Berechnung der Strömung die konkreten gebäude- und anlagentechnischen Details, wie U-Werte der Umfassungsflächen, Art und Lage der Zuluftöffnungen und vieles mehr Eingang finden, können damit unterschiedliche Systeme bzw. Konzepte verglichen und optimiert werden.

Vorteile

  • Kostengünstige Untersuchung von verschiedenen Konzepten im Vorfeld der Planung von Systemen,
  • Erarbeitung/Ableitung  fundierter Lösungsansätze
  • Untersuchung von wenn-dann-Szenarien
  • Nachweis der Wirksamkeit von nicht nach Norm ausgelegten bzw. auslegbaren Anlagen, insbesondere bei Sonderbauten
  • Optimierung der TGA auf Basis von definierten Zielgrößen

Brandsimulation

Der vorbeugende und abwehrende Brandschutz stellt einen eigenen Planungsbereich mit hohem Stellenwert dar. Hierbei ist die Kenntnis über die Rauchausbreitung von besonderer Bedeutung. Diese Rauchausbreitung kann auf Basis von definierten Brandszenarien durch Simulation sehr genau berechnet werden.

Die Berechnungen basieren wie bei der Strömungssimulation auf dem CAD Modell des betroffenen Bereiches. Hinzu kommen brandspezifische Modellierungsansätze. Wechselwirkungen bestehen insbesondere mit der Gebäudesimulation (Wandoberflächentemperaturen, Wärmeströme über Begrenzungsflächen) und der Gebäudedurchstömung (Infiltration).

Vorteile

  • Berechnung der sich einstellenden Sichtweiten auf den Fluchtwegen
  • Sicherstellung der geforderten Eigen- oder Fremdrettungszeiten
  • Aussagen über die zu erwartenden Auslösezeiten bei Sprinkleranlagen
  • Werden die Auslösetemperaturen auch örtlich erreicht?
  • Bestimmung der auf Bauteile einwirkenden Temperaturen
  • Ermittlung und Optimierung der für die Entrauchung erforderlichen Luftmengen

Gebäudeum- und -Durchströmung

Die Simulationsberechnungen der Gebäudeumströmung / Gebäudedurchströmung ermöglichen trotz der Komplexität von Bauwerken und der vielfältigen Wechselwirkungen infolge der Gebäudenutzung die wirkenden äußeren Einflüsse in unterschiedlichen Varianten zu quantifizieren und den daraus resultierenden Luftaustausch mit damit verbundenen Wärme-, Feuchte- und Schadstofftransporten im Gebäudeinneren vorherzusagen.

Vorteile

  • exakte Kenntnis der infiltrationsbedingten Gebäudedurchströmung
  • Vorhersage von sich daraus ergebenden Problemzonen im Gebäude
  • genaue Vorgaben über abzudeckende Lasten für die Anlagenauslegung
  • Diskussion kritischer Grenzwerte auf Grundlage der Wetterbedingungen
  • Aussagen zur Einhaltung der Türöffnungskräfte (z.B. bei Hochhäusern)
  • Planungssicherheit für die weitere Fachplanung (z.B. Fassadenparameter, Gestaltung der Zugangssituation)

Lichtssimulation

Licht geht von den unterschiedlichsten Quellen aus und seine Art und Stärke kann sich entscheidend auf das Wohlbefinden des Menschen auswirken. Im Hinblick auf die Konservierung z.B. wertvoller kunsthistorischer Objekte ist das Schädigungspotential des Lichts im Fokus. In beiden Fällen ist neben der Beleuchtungsstärke oft auch die spektrale Zusammensetzung, die sich im visuellen Bereich in der Farbigkeit des Lichts zeigt, von großer Bedeutung.

Insbesondere im Zusammenspiel zwischen Tageslicht und Kunstlicht ist ein Optimum für die jeweilige Beleuchtungssituation nur mittels Lichtsimulation zu ermitteln. In photorealistischen Darstellungen können die Ergebnisse anschaulich dargestellt werden.

Mit dem Werkzeug der Strahlverfolgung können die wechselseitigen Einflüsse zwischen der Fassade, den Fenstern, dem Sonnenschutz, der künstlichen Beleuchtung sowie der Inneneinrichtung exakt dargestellt und quantifiziert sowie eine Optimierung der Beleuchtungssituation erreicht werden.

Vorteile

  • exakte Kenntnis der sich ergebenden Lichtsituation
  • Vorhersage von sich daraus ergebenden Problemzonen
  • Prüfung, ob Grenzwerte eingehalten werden (Beleuchtungsstärke, Blendung, Strahlungsbelastung, etc.)
  • Optimierung der Tageslicht- und Energienutzung
  • Planungssicherheit für die weitere Fachplanung