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 technischer Anlagen zur 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)

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Die thermische Anlagensimulation ist ein dynamisches Berechnungsverfahren zur Ermittlung von sich einstellenden Temperaturen und deren Häufigkeiten sowie Jahresenergiemengen bei vorgegebenen baulichen und anlagentechnischen Randbedingungen.

Das Wechselspiel zwischen Gebäude- und Anlagenverhalten kann in Analogie zur reinen thermischen Gebäudesimulation vorab betrachtetet werden. Dadurch ist es möglich, bereits in frühen Planungsphasen gesicherte Grundlagen für die Planung des Gebäudes und der technischen Anlagen zu schaffen.

Der Einfluss von Planungsänderungen an der Gebäudehülle bzw. den technischen Anlagen kann in jeder Planungsphase qualitativ bewertet werden und bietet eine solide Grundlage für die Planungs- und Kostensicherheit.

Die Anlagensimulation stellt einen Baustein unserer Planungsphilosophie der integralen Planung dar. Die komplexen 3D-Simulationsmodelle bieten die Flexibilität Variantenbetrachtungen zur Anlagengestaltung unter Berücksichtigung der baulichen Randbedingungen durchführen zu können.

Innerhalb der Modelle werden entsprechend der inneren Randbedingungen Unterteilungen in verschiedene Zonen vorgenommen. Somit sind auch raumweise detaillierte anlagentechnische Auswertungen möglich.

Durch Variantenuntersuchungen bei der Anlagensimulation sind optimale Ergebnisse für die dynamischen Gebäudelasten (Heizung, Kühlung), für die haustechnischen Anlagen (minimaler Luftvolumenstrom und Auslegungsleistung Erzeuger ), für die Gebäudehülle (bauphysikalische Eigenschaften) und den Jahresheiz- und Kühlenergiebedarf des Gebäudes (Nachweis ENEV, Passivhausstandard) möglich.

Aus den Ergebnissen der energetischen Anlagensimulation lassen sich auch Aussagen zur thermischen Behaglichkeit bezüglich der Empfindungstemperatur, zum Raumklima und zur Einhaltung des Sommerlichen Wärmeschutzes (Häufigkeit operativer Raumtemperaturen) ableiten.

Bei den Betrachtungen zur thermischen Anlagensimulation werden die Wechselwirkungen zwischen Außenklima, Fassade und Innenraum sowie der haustechnischen Anlagen berücksichtigt. Das heißt, zusätzlich zu den Randbedingungen der thermischen Gebäudesimulation werden die geplanten haustechnischen Anlagen wie Heizflächen, Lüftungs- und/oder Klimaanlagen, Umluftkühler, Kühldecken sowie thermisch aktive Flächen wie Fußbodenheizungen und Bauteilaktivierungen und deren konkreten Anlagenfahrweisen und Betriebszeiten in das Berechnungsmodell integriert. Darüber hinaus können verschiedene Nutzerprofile der thermischen Zonen hinsichtlich der inneren Randbedingungen zeitabhängig variiert werden.

Die Berechnungsergebnisse anderer Simulationsprogramme (z.B. Gebäudedurchströmung) können in den Berechnungen zur Anlagensimulation integriert werden. Durch Kombination der Ergebnisse verschiedener Simulationsberechnungsverfahren lässt sich das spätere Gebäudeverhalten realitätsnah abbilden und es sind optimale Planungsergebnisse zur Auswahl und Dimensionierung heiz- und kältetechnischer Anlagensysteme möglich.
Die Berechnungen zur Anlagensimulation werden in der Regel für ein Kalenderjahr durchgeführt.

FOLGENDE ERGEBNISSE FÜR DIE UNTERSUCHTEN VARIANTEN KÖNNEN JE NACH ERFORDERNISS VERGLEICHEND GEGENÜBERGESTELLT WERDEN.

  • Minimale und maximale Temperatur in den untersuchten Bereichen (zur Beurteilung der Behaglichkeit bzw. der Einhaltung der geforderten Zielparameter)
  • Häufigkeit der auftretenden Raumtemperaturen während eines Jahres (zur Beurteilung der Über- oder Unterschreitung von vorgegebenen Temperaturgrenzwerten)
  • Der maximale Leistungsbedarf je Anlagensystem für Heizung und Kühlung je untersuchten Bereich (je thermischer Zone)
  • Die bei den jeweils modellierten Randbedingungen erforderlichen Jahresenergiemengen für Heizung und Kühlung, je Anlagensystem und in Summe
  • Temperaturverlauf Raumtemperaturen je thermische Zone

Innius Beispiel 1

Beispiel: Tagesgang der sich im untersuchten Bereich unter den modellierten Randbedingungen einstellenden Lufttemperaturen an einen hochsommerlichen Tag

Innius Beispiel 2
Beispiel: Summenhäufigkeiten von sich im untersuchten Bereich unter den modellierten Randbedingungen einstellenden Lufttemperaturen und operativer Temperaturen pro Jahr innerhalb der Nutzungszeiten

Innius Beispiel 1

Beispiel 3-D Modell für Gebäudesimulation

Aufteilung Simulationsmodell in thermische Zonen

Jahresverlauf Heiz- und Kühllast eines Objektes

Beispiel Jahresverlauf Kühllast einer thermischen Zone

Beispiel Jahreskühlenergiebedarf einer thermischen Zone

Beispiel Jahresverlauf Empfindungstemperatur einer thermischen Zone

Wolkendarstellung von sich im untersuchten Bereich unter den modellierten Randbedingungen einstellenden Lufttemperaturen und operativer Temperaturen über das gesamte Jahr im Verhältnis zur jeweiligen Außenlufttemperatur