IDA Early Stage Building Optimisation (ESBO) VDI 2078

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[Juni 2019]

IDA Early Stage Building Optimisation (ESBO)

VDI 2078

ESBO UND DAS VDI 2078 ADD-IN

Einführungstutorium

ESBO und das VDI 2078 Add-In

1

Inhalt Einleitung .................................................................................................................................................... 2

Verwendete Symbole ............................................................................................................................. 2

Hilfetext .................................................................................................................................................. 2

1 Einführung in die ESBO-Software ............................................................................................................ 3

2 Geometrieimport über IFC und Raumdatenzuordnung .......................................................................... 5

Erstellen einer Raumvorlagen-Liste, Vorgabewerte der Baukonstruktionen ........................................ 5

Anpassung der Daten von Raumvorlagen .............................................................................................. 6

Erstellung eines Gesamtmodells .......................................................................................................... 13

3 Sollwertanpassung der Zulufttemperatur ............................................................................................. 15

4 Anpassungen im Standard-Lüftungsgerät ............................................................................................. 16

5 Definition der Gebäudeinfiltration ........................................................................................................ 18

6 Verschattung ......................................................................................................................................... 19

7 Das Registerblatt ”VDI 2078” ................................................................................................................ 21

8 Ergebnisbericht ...................................................................................................................................... 22


2

Einleitung In diesem Dokument geben wir einen Überblick über die Erstellung eines Simulationsmodells und die

Durchführung einer VDI 2078 Lastberechnung mit dem Softwarepaket ESBO und dem VDI 2078 Add-In.

Dieses Einführungstutorium konzentriert sich auf Funktionen der ESBO-Software, die für eine

Lastberechnung nach VDI 2078 relevant sind. Einen vollständigen Überblick über ESBO finden Sie im

ESBO-Handbuch. Zudem beschränkt sich die Beschreibung auf den Modellierungsprozess basierend

auf einem IFC (BIM)-Modell eines Gebäudes. Wenn dieser Prozess jedoch verstanden ist, ist der Aufbau

eines Modells von Grund auf ohne BIM Unterstützung einfach.

Hinweis: Bei der Durchführung einer Kühllastberechnung gemäß VDI 2078 mit ESBO und dem VDI 2078

Add-In müssen Anwender mit bestimmten Hintergrundinformationen vertraut sein. Diese

Informationen sind im Anwendungshandbuch beschrieben. Es ist daher notwendig, sich mit diesem

Dokument vertraut zu machen, bevor Sie ESBO und das VDI 2078 Add-In in Projekten einsetzen. Dies

ist jedoch für die Verwendung dieses Einführungstutoriums nicht erforderlich.

Verwendete Symbole

Referenz zwischen graphischer Darstellung und erläuterndem Text

Hinweise auf mögliche Schritte, die vom Benutzer aber nicht unbedingt abgehandelt

werden müssen. Sie fallen in die Kategorie “gut zu wissen”, sind aber für das weitere

Abarbeiten des Übungs-Beispiels nicht von Bedeutung.

Angabe eines Ausschnitts aus der Benutzeroberfläche

Einfacher linker Mausklick

Einfacher rechter Mausklick

Doppelter linker Mausklick

Ziehen

Ziehen mit gedrückter Steuerungstaste (je nach Tastatur „Strg“ oder „Ctrl“)

Hilfetext Bei auftauchenden Fragen zum Programm beachten Sie immer als erstes den Online Hilfetext. Diese

erreichen Sie am einfachsten durch Drücken der F1 Taste, wenn das die Frage betreffende Fenster

aktiv ist. Alternativ wählen Sie Hilfe -> Hilfe-Thema, um nach Hilfetexten zu suchen, oder Sie

verwenden den -Cursor (in der Werkzeugleiste) und Klicken auf das fragliche Element auf dem

Bildschirm.


3

1 Einführung in die ESBO-Software

In diesem Abschnitt geben wir einen kurzen Überblick über den Aufbau der ESBO-Software. Vorgänge,

die sich auf die verschiedenen Registerblätter beziehen, werden später im Dokument ausführlich

erläutert.

Im Registerblatt "Raum" werden raumbezogene Daten definiert. Es ist aktiv, wenn ein Modell

zum ersten Mal geöffnet wird.

Die auf dem Registerblatt ”Raum” angezeigten Daten beziehen sich immer auf den Raum, der in

der Übersichtstabelle im unteren Bereich des Registerblatt aktuell ausgewählt ist.

Im Registerblatt "Gebäude" werden generellere Informationen über das Simulationsmodell

sowie die HLK-Anlage, die das Gebäude versorgt, angegeben. In dieser Registerblatt gibt der

Benutzer beispielsweise die Zulufttemperatur des Lüftungsgeräts an.

Das Registerblatt "VDI 2078" ist nur verfügbar, wenn das VDI 2078 Add-In installiert ist. Es

dient der Definition VDI 2078-spezifischen Eingabedaten.

Hinweis: Es gibt zwei weitere Stellen in der Software, an denen VDI-spezifische Daten definiert werden

können: In den Benutzeroberflächen ”Fenster” und ”Personen”.

Aus dem Registerblatt "Simulation" kann eine energie- und komfortbezogene Simulation

gestartet werden.

Hinweis: Eine VDI 2078-Simulation wird immer über das Registerblatt ”VDI 2078” und nicht über das

Registerblatt "Simulation" gestartet. Wir werden in diesem Tutorium nicht näher auf das

Registerblatt "Simulation" eingehen.


4

Die Seitenleiste enthält Objekte, die in das Modell aufgenommen werden können. Der Inhalt

wird an das gerade aufgerufene Registerblatt angepasst. Einige Objekte, wie z.B. Fenster und

Türen, werden durch Ziehen direkt in die 3D-Ansicht eingefügt. Objekte der

HLK-Anlage werden direkt an die entsprechende Stelle im Formular gezogen.

Mit diesem Symbol kann die Seitenleiste angezeigt oder ausgeblendet werden.


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2 Geometrieimport über IFC und

Raumdatenzuordnung

Erstellen einer Raumvorlagen-Liste, Vorgabewerte der

Baukonstruktionen

Wir werden ab jetzt in einer Schritt-für-Schritt-Anleitung arbeiten, die Sie mit der Software selber

nachvollziehen können. Zunächst definieren wir die Gebäudegeometrie über einen IFC-Import und

ordnen den Räumen dabei auch für die Lastberechnung benötigten Daten zu (z.B. Konstruktionen,

innere Wärmequellen, Regelung der Anlagentechnik).

Klicken Sie im Registerblatt ”Raum” auf Importieren > Raumvorlagen von IFC.... und wählen Sie

<ESBO Installationsordner >/Samples/ESBO/ifc/SmallOffice_d_IFC2x3_SB.ifc.

Nach einigen Sekunden öffnet sich das Fenster "Vorgabewerte". Es definiert die Konstruktionen,

die den verschiedenen Flächen des Modells zugeordnet werden. Die Standardwerte wurden aus

dem Ursprungs-ESBO-Modell übernommen.

Öffnen Sie eine Konstruktionsdefinition. Beachten Sie, dass die Konstruktionen über ihre

Materialschichten definiert sind. Ein U-Wert wird als Referenz angegeben, geht aber nicht in die

Berechung ein.

Öffnen Sie die Eigenschaften eines Materials und sehen Sie sich die Daten an.


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Hinweis: Natürlich ist es möglich, alternative Konstruktionen auszuwählen oder eigene Konstruktionen

zu definieren und diese zur späteren Verwendung in der Datenbank zu speichern. Einzelheiten dazu

finden Sie im ESBO-Handbuch.

Anpassung der Daten von Raumvorlagen

Im nächsten Schritt listet das Registerblatt ”Raum” alle Raumvorlagen auf, die in der IFC-Datei

gefunden wurden. Sie haben nun die Möglichkeit, die richtigen Datenattribute für die verschiedenen

Raumvorlagen zu definieren. Für eine Kühllastberechnung werden Sie in der Regel Bezug nehmen auf:

Interne Wärmequellen

Lüftung

Anforderung Innenraumklima

Fensterdefinition

Wir werden Ihnen nun einige Beispiele für Benutzeroperationen geben, die Sie durchführen könnten.

Für einen vollständigen Überblick über die verfügbaren Funktionalitäten verweisen wir wiederum auf

das ESBO-Handbuch.


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Hinweis: Sie werden vielleicht bemerkt haben, dass wir uns nicht auf "Heizung" und "Kühlung"

bezogen haben. Diese sind zurzeit mit so genannten "idealen" Elementen versehen. Es handelt sich

dabei um das einfachste Modell eines Kühlelements im Raum, das der Raumluft direkt und ohne

langwellige Strahlung Wärme entzieht. ESBO enthält tatsächlich eine größere Anzahl von

realistischeren Komponenten wie Kühlsegel oder TAB-Systemen und sogar echte Produkte. Wir nennen

diese IDA ICE-Raumelemente, und Sie finden diese in der Palette auf der linken Seite. Da sich diese IDA

ICE-Raumelemente nicht immer formell nach der VDI 6007 1-3 richten, ist eine mit diesen Element

durchgeführte Kühllastberechnung nicht unbedingt VDI 2078 konform (weitere Informationen dazu

finden Sie im Anwendungshandbuch). Es ist jedoch äußerst nützlich, diese IDA ICE- Raumelemente für

andere Planungsstudien zur Verfügung zu haben, und sie finden bei vielen unserer Anwender eine

verbreite Anwendung!

Nun wollen wir die internen Wärmequellen anpassen:

Wählen Sie die Raumvorlage "Office" aus.

Öffnen Sie das Formular für interne Wärmequellen.

Ändern Sie alle drei Zeitpläne auf ”07-17 täglich” und drücken Sie anschließend auf OK.

Wählen Sie die Raumvorlage ”Toilet” aus.

Öffnen Sie das Formular für interne Wärmequellen.

Stellen Sie die Wärmequellen von Geräten, Personen und Kunstlicht auf 0.


8

Hinweis: Die Aktivitätsgrade für Personen werden in ESBO in der ISO-Normeinheit "MET" angegeben.

Der gewünschte VDI 2078 Aktivitätsgrad wird durch einen korrelierenden MET-Grad audgedrückt, so

dass z.B. der VDI-Aktivitätsgrad III als 1,6 MET zu definieren ist. Zuordnungen für verschiedene VDI

Aktivitätsgrade sind im Registerblatt ”VDI 2078” beschrieben und müssen bei der Angabe der Aktivität

einer Person berücksichtigt werden.

Betrachten wir nun die Lüftungsstrategie der Raumvorlage ”Meeting”:

Wählen Sie die Raumvorlage "Meeting" aus.

Öffnen Sie das Formular ”Lüftung”.

Im Moment wird ein konstanter Luftvolumenstrom gewählt. Ändern Sie das auf einen variablen

Volumenstom.


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Ändern Sie die Steuerung von "CO2" auf "Temperatur + CO2".

Ändern Sie den Maximalvolumenstrom auf 137,3 m3/h.

Hinweis: Wir werden Ihnen später zeigen, wie Sie die Temperatur definieren können, mit der dem

Raum über das Lüftungsgerät Luft zugeführt wird.

Nun wollen wir die Kühlsollwerte anpassen.

Wählen Sie die Raumvorlage "Break Room" aus und öffnen Sie das Formular "Anforderung

Innenraumklima"

Ändern Sie den Kühlsollwert von 25 auf 26°C.

In diesem Formular definieren Sie auch die Grenze für die CO2-Konzentration im

Raum.

Hinweis: Die Definition einer CO2-Regelung kann dazu führen, dass der maximale Volumenstrom im

Raum nicht von der Temperatur, sondern von der aufgetretenen CO2-Konzentration abhängt.


10

Als letzten Schritt wollen wir die Eigenschaften des Fensters anpassen.

Hinweis: ESBO arbeitet mit einem detaillierten Fenstermodell nach ISO 15099. Dabei wird die

Verglasung scheibenweise definert und die Eingeschaften des Sonnenschutzes werden für jeden

Simulationszeitschritt dynamisch berechnet, wobei Aspekte wie Lamellenbreite, Lamellenwinkel und

Lamellenabstand oder auch die spektralen Eigenschaften von Stoffrollos berücksichtigt werden.

Doppelklicken Sie auf das Fenster, um den Fensterdialog zu öffnen.

Ändern Sie die Verglasung auf ”SGG Cool-lite Xtreme 70-33”


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Wählen Sie als Sonnenschutz ”Interner Rolladen”.

Öffnen Sie das Formular "Produkt" der Sonnenschutzvorrichtung.

Wählen Sie unter "Material" im Pulldown-Menü "Aus Datenbank holen …" und wählen Sie

"Verosol SilverScreen 202-ED01". Schließen Sie das Formular "Material".


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Untersuchen Sie der verschiedenen Optionen, die unter "Regelung" verfügbar sind.

Hinweis: Weitere Einzelheiten zur Funktionsweise finden Sie im ESBO-Handbuch.

Beachten Sie, dass es auch möglich ist, die Rahmeneigenschaften zu ändern.

Klicken Sie auf "In Palette speichern".

Wählen Sie "W M Curved 13" aus dem Dropdown-Menü.

Klicken Sie auf OK.

Schließen Sie das Ressourcenformular und alle anderen fensterbezogenen Formulare.

Hinweis: Anhang B3 der VDI 2078 definiert die Eigenschaften verschiedener Verglasungs- und

Sonnenschutzkonfigurationen. Diese stehen dem Benutzer auch zur Verfügung, indem er im

Fensterformular auf das Registerblatt "VDI 2078" wechselt.


13

Erstellung eines Gesamtmodells

Wir haben nun die Spezifikation der Vorlagedaten abgeschlossen. Im nächsten Schritt wollen wir

Räume importieren, die in der IFC-Datei enthalten sind.

Speichern Sie das Vorlagengebäude.

Wählen Sie Datei > Import > IFC zu ESBO.... und wählen Sie die gleiche IFC-Datei.

Wählen Sie die zu importierenden Räume aus (beachten Sie, dass Sie nicht alle Räume

importieren müssen).

Möglicherweise wählen Sie auch eine andere Raumvorlage aus der Dropdown-Liste

aus.

Klicken Sie auf OK


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Danach öffnet sich das importierte Modell. Beachten Sie, dass die richtigen Fenstertypen und

Raumvorlagen verwendet wurden.

Wir haben nun die Definition der Daten auf Raumebene abgeschlossen. Natürlich können Sie die Daten

auch noch weiterhin ändern, indem Sie einen bestimmten Raum auswählen und dessen Attribute

ändern. Im nächsten Schritt wollen wir einige Daten auf Gebäudeebene ändern. Dazu müssen wir zum

Registerblatt ”Gebäude” wechseln.


15

3 Sollwertanpassung der Zulufttemperatur

Es ist möglich, Strategien zur Regelung der Zulufttemperatur der mechanischen Belüftung bis ins Detail

zu definieren. Dies geschieht wie folgt:

Öffnen Sie das Formular "Luftverteilungssystem".

Ändern Sie den Zulufttemperatur-Sollwert von "konstant" auf "Zulufttemperatur in Funktion der

Umgebungslufttemperatur ".

Ändern Sie den unteren Zulufttemperatur-Sollwert von 15°C auf 18°C.

Es ist auch möglich, einen Sollwert für die Abluft und die Maximal- und

Minimaltemperaturen, innerhalb derer die Zuluft variiert werden kann, festzulegen, um

darüber die Zulufttemperatur in Bezug auf die auftetende Ablufttemperatur zu regeln.

Untersuchen Sie die anderen Optionen (weitere Informationen finden Sie im ESBO-

Benutzerhandbuch).

Schließen Sie das Formular.


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4 Anpassungen im Standard-Lüftungsgerät

Jedes ESBO-Modell enthält ein Lüftungsgerät. Dies ermöglicht eine ganzheitliche Lastberechnung, die

den Einfluß und die Wechselwirkungen der Lüftungsanlage im Detail berücksichtigt. Im Folgenden

stellen wir einige grundlegende Funktionen vor, die Sie möglicherweise ausführen möchten.

Öffnen Sie das Formular des Standard-Lüftungsgeräts.

Klicken Sie auf das Symbol "Einsatz Ventilatoren".

Ändern Sie den Zeitplan auf "occ-schedule". Die mechanische Belüftung ist nur noch zwischen

9:00 und 17:00 Uhr möglich.

Schließen Sie den Zeitplan.

Beachten Sie, dass es auch möglich ist, das Formular "Luftverteilsystem" über

das Formular des Standard-Lüftungsgeräts zu öffnen.


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Öffnen Sie das Formular des Kühlregisters.

Ändern Sie die "Effizienz Luftseite" auf 0, jetzt ist das Kühlregister deaktiviert (aber das Gebäude

profitiert immer noch von der Kälterückgewinnung des Wärmetauschers).

Schließen Sie die Form der Kühlregisters.

Hinweis: ESBO enthält eine Reihe alternativer Lüftungsgeräte, durch die das Standard-Lüftungsgerät

ersetzt werden kann. Diese sind in der Seitenleiste aufgeführt und können durch Doppelklick oder Drag

& Drop eines Lüftungsgeräts in den Kasten "Zentrale Versorgungstechnik" im Modell platziert werden.

Da ein ESBO-Modell nur ein Lüftungsgerät enthalten kann, ersetzt diese Operation das aktuelle

Lüftungsgerät. Für eine Kühllastberechnung nach VDI 2078 verwenden Sie wahrscheinlich das

Standard-Lüftungsgerät, aber Sie können auf die anderen Lüftungsgeräte für zusätzliche Designstudien

zurückgreifen. Diese sind im ESBO-Handbuch näher dokumentiert.


18

5 Definition der Gebäudeinfiltration

Die Infiltration in das Gebäude hat Auswirkungen auf die Kühllasten, die in den Räumen auftreten. Mit

Hilfe von Daten im Formular ”Infiltration” werden diese unbeabsichtigten Luftströme über die

Gebäudehülle spezifiziert.

Öffnen Sie das Formular ”Infiltration”.

Untersuchen Sie die Einheiten, mit der Sie die Infiltration definieren können, belassen Sie aber

die Standardeinstellung (1/h).

Definieren Sie eine Infiltrationsrate von 0,01.

Es ist auch möglich, die Rate über den Schieberegler zu definieren.

Hinweis: Die Skala von gut, typisch usw. ist möglicherweise nicht in allen Ländern repräsentativ. Die

Statistiken wurden aus dem ASHRAE Handbuch 2015 abgeleitet. Es wird daher empfohlen, Daten

einzugeben, die aus einer lokalen, vertrauenswürdigen Datenquelle stammen.


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6 Verschattung

Hier erklären wir, wie Verschattungsobjekte, die das Gebäude umgeben, im Modell platziert werden.

Öffnen Sie das Formular "3D und Verschattung".

Wählen Sie in der Seitenleiste das Objekt "Vertikale Verschattung" aus und ziehen Sie es in der

3D-Ansicht an eine ungefähr richtige Position.

Führen Sie einen rechten Mausklick aus und wählen Sie "Bearbeiten", um die Form und Position

des Objekts genauer definieren zu können.


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Bewegen Sie den Griff eines Verschattungsobjekte, indem Sie den Mauszeiger über den Griff

bewegen, die linke Maustaste drücken und den Griff ziehen.

Führen Sie nach Abschluss einen rechten Mausklick auf das Verschattungsobjekte aus und

bestätigen Sie mit "Fertig".

Hinweis: Es stehen eine Reihe weiterer Operationen zur Verfügung, um Verschattungsobjekte mit der

Maus zu bearbeiten. Sie sind im ESBO-Handbuch erläutert. Als alternative Dateneingabemöglichkeit

über Koordinaten führen Sie einen Doppelklick auf das Verschattungsobjekt aus, wenn es sich nicht im

Bearbeitungsmodus befindet. Das sich öffnende Formular ermöglicht die Definition der x- und y-

Koordinaten der Endpunkte des Verschattungsobjekte sowie seiner unteren und oberen Höhe.


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7 Das Registerblatt ”VDI 2078”

Schließlich definieren wir die VDI-bezogenen Eingangsdaten und führen eine Lastberechnung durch.

Wechseln Sie den Standort von "Aachen" nach "Mannheim"

Hinweis: Die Datenquelle der Standortliste ist Anhang B2 der VDI 2078 entnommen. Es ist auch

möglich, einen eigenen Standort zu definieren, indem Sie das letzte Objekt aus dem Pulldown-Menü

auswählen (Benutzerdefiniert). Dann müssen Sie die VDI-Klimazone, Höhe, Längen- und Breitengrad

sowie die Lage der Innenstadt selbst definieren.

Definieren Sie, dass sich das Gebäude nicht in einer Innenstadtlage (”Stadtzentrum”) befindet.

Belassen Sie die Berechnungsart auf ”Aperiodisch”

Hinweis: Die aperiodische Abrechnung geht davon aus, dass die Auslegungsbedingungen (der Cooling

Design Day CDD) nach einer anfänglichen, 18-tägigen Konditionierungsphase eintreten. Dieser

Zeitraum besteht aus einer 14-tägigen Vorberechnung bei bedeckten oder bewölkten Tagen, gefolgt

von einer 4-tägigen Anlaufberechnung mit sonnigen Tagen. Für den Fall, dass die Einhaltung der

vorgegebenen Raumtemperatur gewährleistet sein muss, schlägt der VDI eine periodische Berechnung

vor. Hier werden die Klimabedingungen und internen Wärmequellen des CDD periodisch wiederholt.

Starten Sie eine Kühllastberechnung nach VDI 2078. Wenn Sie die gesamte IFC-Datei

importiert haben, dauert dies je nach verwendetem Computer zwischen 5 und 10 Minuten.

Öffnen Sie den Ergebnisbericht.

Beachten Sie, dass die Ergebnisse auch über "Zusammenfassung" und "Details"

abgefragt werden können.


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8 Ergebnisbericht Die Inhalte des Erbebnisbericht werden im Anwendungshandbuch erläutert.

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