Thermische Anlagensimulation: Versorgungssysteme analysieren und optimieren

Einleitung (Definition)

Die thermische Anlagensimulation dient der detaillierten Untersuchung und Bewertung des energetischen Verhaltens von Gebäuden mit deren technischen Anlagen unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Dabei werden Heizungs-, Lüftungs- und Kälteanlagen sowie deren Regelungsstrategien modelliert und über einen definierten Zeitraum simuliert. Ziel ist es, Energieflüsse, Anlagenwirkungsgrade, Lastverläufe und das Zusammenspiel einzelner Komponenten transparent darzustellen.

Durch die dynamische Simulation können unterschiedliche Betriebszustände, Nutzungsprofile und klimatische Randbedingungen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht die Optimierung von Anlagenkonzepten hinsichtlich Energieeffizienz, Betriebskosten, Komfortanforderungen und Nachhaltigkeit. Darüber hinaus lassen sich die Auswirkungen von Regelungsanpassungen oder Anlagenerweiterungen bereits in der Planungsphase bewerten.

Wann ist eine thermische Anlagensimulation sinnvoll?

Eine thermische Anlagensimulation ist besonders sinnvoll:

  • für den Vergleich verschiedener Anlagenkonzepte (bspw. Wärmepumpe, Fernwärme, Kesselanlagen);
  • zur Bewertung des Zusammenspiels von Gebäude und Anlagentechnik;
  • zur Verifizierung und Optimierung von Regelungs- und Betriebsstrategien;
  • zur Untersuchung von Lastspitzen und dem Verhalten im Teillastbetrieb;
  • bei der Dimensionierung von Pufferspeichern und der Bewertung von Speicherstrategien;
  • bei regenerativen und sektorgekoppelten Konzepten mit mehreren Erzeugern;
  • zum Nachweis von Energieeffizienz- und Nachhaltigkeitszielen, bspw. im Rahmen von Zertifizierungsprogrammen wie dem DGNB;
  • wenn Betriebskosten und Jahresarbeitszahlen vorab belastbar ermittelt werden sollen.

Wie INNIUS vorgeht:

INNIUS modelliert die Anlage komponentenweise und simuliert ihren Betrieb zusammen mit deren Regelung über repräsentative Zeiträume im Zusammenspiel mit der thermischen Simulation des Gebäudes selbst. Typische Ergebnisse sind Laufzeiten der einzelnen Komponenten und deren Auslastung, das resultierende Raumklima sowie energetische Bilanzgrößen des berechneten Zeitraumes. Auf Basis der Ergebnisse können Energieverbräuche bewertet und zwischen Varianten verglichen, Regelungskonzepte validiert und geprüft, die Einhaltung vorgegebener Klimakorridore nachgewiesen und Optimierungspotentiale in der vorgesehenen Anlagentechnik sowie der Regelung ermittelt werden.

Eingesetzte Software: EQUA IDA ICE, OpenModelica, ZUB HELENA


Projektbeispiel:

Flughafen Frankfurt / Main, Neubau Terminal 3:
Anlagensimulation zur Einhaltung des geforderten Primärenergiebedarfs im Rahmen des EnEV-Nachweises für den gesamten Terminal mit gekoppelter, zentraler Wärme- und Kälteversorgung, kombiniert mit zusätzlichen Erzeugern.

Schloss Dresden:
Aufbau eines digitalen Zwillings eines neuartigen Regelalgorithmus zur energieeffizienten Sicherstellung eines geforderten Klimakorridors im musealen Bereich und anschließende Begleitung der baulichen Umsetzung.

House of One:
Verbesserung des Raumklimas in den sakralen Räumen bei Nutzung adiabater Abluftbefeuchtung in den Lüftungsanlagen. 

HÄUFIGE FRAGEN:

Worin unterscheidet sich die Anlagensimulation von der thermischen Gebäudesimulation?

Während die thermische Gebäudesimulation den Energiebedarf ermittelt, analysiert die Anlagensimulation die Bereitstellung und den dafür erforderlichen Energieeinsatz. Erst das Zusammenspiel beider Simulationen ermöglicht eine ganzheitliche Bewertung des energetischen Gesamtverhaltens eines Gebäudes.

Wofür wird sie vor allem genutzt?

Sie analysiert und optimiert das Betriebsverhalten und die Energieeffizienz technischer Gebäudeanlagen unter realen Lastbedingungen. Sie ermöglicht die Bewertung verschiedener Anlagenkonzepte und Regelungsstrategien bereits in der Planungsphase, bevor Investitionen getätigt werden.

Welchen Nutzen hat sie?

Sie unterstützt die Entwicklung energieeffizienter, wirtschaftlicher und zukunftsfähiger Versorgungskonzepte und trägt dazu bei, den späteren Anlagenbetrieb bereits während der Planung zu optimieren.