Thermische Gebäudesimulation: Energetische und thermische Analyse des Gebäudes
Einleitung (Definition)
Die thermische Gebäudesimulation ist ein rechnergestütztes Verfahren zur zeitabhängigen, dynamischen Berechnung des thermischen Verhaltens eines Gebäudes. Dabei werden die Wärme- und Stoffströme zwischen Gebäude, Technik und Umgebung modelliert, um Temperaturen, Energiebedarfe und den thermischen Komfort über definierte Zeiträume (Stunden, Tage, Jahre) zu bestimmen.
Damit können Anlagen bedarfsgerecht statt auf konservativen Annahmen beruhend ausgelegt werden. Das senkt Betriebs- und Investitionskosten unter Sicherstellung der Komfortanforderungen. Darüber hinaus bietet die zeitlich aufgelöste Simulation die Basis für verschiedene Nachweise (bspw. Sommerlicher Wärmeschutz) und Zertifizierungsverfahren (bspw. DGNB-Zertifizierung).
Wann ist eine thermische Gebäudesimulation sinnvoll?
Eine thermische Gebäudesimulation ist insbesondere sinnvoll:
- zur Bedarfsgerechter Dimensionierung der Anlagentechnik unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen der Räume, inneren Lasten und des Klimas;
- bei komplexen Raumgeometrien, bspw. etagenübergreifende Atrien und Foyers, häufig mit architektonisch herausfordernder Gestaltung wie hohem Glasanteil;
- zur Gegenüberstellung unterschiedlicher Kühlverfahren, Verschattungslösungen, baulicher Verschattung;
- zur Abbildung komplexer natürlicher Lüftungsszenarien wie bspw. Fensterlüftung mit vorgegebener Regelung, Nachtlüftung;
- beim Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach anerkannten Regeln, wenn das vereinfachte Verfahren nicht ausreicht;
- zur Ermittlung von Häufigkeitsverteilungen sowie Aussagen zur Über- und Unterschreitung vorgegebener Grenzwerte
- für Nachweise zur Erlangung notwendiger Credits im Zuge der DGNB-Zertifizierung oder vergleichbarer Zertifikate.
Wie INNIUS vorgeht:
INNIUS erstellt ein dreidimensionales Modell des Gebäudes, häufig auf Basis von IFC-Modellen. Dieses wird angereichert mit den Daten der Bauphysik, den inneren Lasten (Personen, Geräte, Beleuchtung) zusammen mit den zugehörigen Nutzungsplänen und, sofern bekannt, der geplanten Anlagentechnik. Ergänzt mit den realitätsnahen Wetterdatensätzen wird die dynamische Simulation durchgeführt. Typische Ergebnisse der Simulation sind Heiz- und Kühllasten, Jahresenergiebedarfe, Komfortkennwerte und Übertemperaturgradstunden. Auf Basis der Ergebnisse können verschiedenartige Bewertungen bspw. zur Einhaltung des sommerlichen Wärmeschutzes (DIN 4108-2) oder der thermischen Behaglichkeit auf Raumebene (DIN EN ISO 7730) erfolgen. Diese Ergebnisse stellen eine hervorragende Ausgangsbasis für die detaillierte Betrachtung der Raumluftströmung mittels CFD (Computational Fluid Dynamics) dar. [Verllinkung einbauen]
Eingesetzte Software: EQUA IDA ICE, Datacubist SimpleBIM, Solibri, Nemetschek Allplan,
Projektbeispiel:
Flughafen Frankfurt / Main, Neubau Terminal 3: Thermische Gebäudesimulation des Gebäudekomplexes zur Bestimmung von Heiz- und Kühllasten. Jahressimulation zur Parametrierung hybrider Anlagentechnik als Eingangsdaten für den EnEV-Nachweis.
House of One: Sicherstellung der erreichten Raumtemperaturen für die geplante Anlagentechnik mittels thermischer Gebäudesimulation. Bewertung verschiedener Verschattungsvarianten hinsichtlich erreichter Übertemperaturgradstunden in den Veranstaltungsräumen.
Museumsdepot Weimar: Heiz- und Kühllastbestimmung sowie Nachweise des sommerlichen Wärmeschutzes für den Erweiterungsbau
Häufige Fragen:
Was ist eine thermische Gebäudesimulation?
Sie ist ein rechnergestütztes Verfahren zur dynamischen Berechnung des thermischen Verhaltens eines Gebäudes im Jahresverlauf als Grundlage der Anlagendimensionierung oder der Bewertung raumklimatischer Größen.
Wann wird sie gefordert?
Wenn die Abbildung der Wechselwirkungen zwischen den Räumen, des Nutzerverhaltens und der zeitlicher Verlauf des thermischen Verhaltens des Gebäudes von Interesse ist. Häufig auch im Bereich der Nachweisführung, bspw. des sommerlichen Wärmeschutzes oder der DGNB-Zertifizierung.
Was bringt sie wirtschaftlich?
Sie ermöglicht eine bedarfsgerechte Auslegung und Bewertung verschiedener anlagentechnischer oder bauphysikalischer Konzepte, wodurch teure Überdimensionierungen vermieden werden können.