Jochen Oelke25.03.2004 Der Weg von der physikalischen Beschreibung von Gebäuden hin zu integralen...

Jochen Oelke 25.03.2004

Der Weg von der physikalischen Beschreibung von

Gebäuden hin zu integralen Stadtmodellen


MotivationBestimmung eines Zusammenhangs zwischen Wärme- und Strombedarf

in urbanen Systemen.

ZielZeitlich hoch aufgelöste Modelle für die Berechnung des Wärme- und

Strombedarfs in Gebäuden

Datenerfassung nur über zeit- und kostenintensive Einzelerhebung möglich

Problem


Die energetische Gebäude-simulation

Einteilung der möglichen Simulationsprogramme:

statisch dynamisch

• Ergebnisse:

• Vorteile:

• verwendete Größen:

• Beispiele:

• Nachteile:

tatsächlicher physikalischerAufbau der Gebäude

stündliche Auflösung des Energieverbrauchs

Tagesschwankungen werden deutlich

lange Rechenzeiten

TRNSYS

Jahresenergie-verbrauch

Gebäudekennziffern

schnelle Lösung

grobe Abschätzung

CASAnova ENERPAS

statisch dynamischstatisch dynamischstatisch dynamisch

Wahl eines dynamischen Simulationsmodells als Basis für MORED (calculation MOdell for Residentual Energy Demand)


Die Gebäudetypisierung

Typische Parameter:

Einteilung des Gebäudebestands in Stadt - typische Modellgebäude:

• Errichtungszeitraum• Wandaufbau und der Gebäudestruktur spezifische U - Werte

Die Gebäudetypisierung bildet sinnvolle Datengrundlage für dynamische Gebäudesimulations -Programme.

Für eine Modellstadt ergibt sich die Kategorisierung:Einfamilienhaus Reihenhaus Mehrfamilienhaus Hochhaus

1900-1918 E18 R18 M18 -1918-1948 E48 R48 M48 -1950-1959 E50 R50 M50 H501960-1970 E60 R60 M60 H60

ab 1970 E70 R70 M70 H70

Reduktion der zu erfassenden Gebäudezahl von ~ 70‘000 auf 17 + 10 (Reiheneckhäuser) = 27 Gebäudetypen!


Modellgebäude der Gebäude-typisierung

Gebäudeeinteilung: Volumen:Geschosse 1.50 Luftvolumen 293.23 [m³]Vollgeschosse 1.00 umb. Raum nach (WSchVo) 414.72 [m³]Dachgeschoß 1.00Wohneinheiten 1.00 Allgemeine Daten:Anbausituation 2.00 Personenbelegung 45.00 [m²/Pers.]

Nutzungszeit 12.00 [h]Gebäudegeometrie: durchschn. Wärmeabgabe 80.00 [w]Hausbreite 7.80 [m] täglicher Wasserverbrauch 100.00 [l/Pd]Hauslänge 11.39 [m] durchschn. Aufheizung Kaltwasser 6.00 [K]Raumhöhe 2.53 [m] Warmwasserbedarf 700.00 [kWh/Pa]mittlere Raumhöhe 2.40 [m] Reduktionsfaktor Wochenendabsenkung 1.00Gebäudehöhe 5.47 [m] jährlicher Elektrizitätsverbrauch 700.00 [kWh/Pa]

Reduktionsfaktor Elektrizität 0.70Flächen: Innentemperatur 20.00 [°C]Grundfläche 88.85 [m²] Reduktionsfaktor Beschattung 0.80Wandfläche 117.16 [m²] Luftwechsel 0.60 [ ]Fläche Dachboden 0.00 [m²] Grenzwert Heizenergie 85.00 [kWh/m²a]Fläche Dachschräge 125.65 [m²] Zielwert Heizenergie 60.00 [kWh/m²a]Treppenhaus 0.00 beheiztes Dach 1 [ ]Ges.fläche des Treppenhauses 0.00 [m²]Fensterfläche 23.32 [m²]Fensterfläche 8.16 [m²]Fensterfläche 5.83 [m²]Fensterfläche 5.83 [m²]Fensterfläche 3.50 [m²]Fensterflächenanteil 0.17

Wohnfläche 122.00 [m²]L/B - Verhältnis 1.46

geometrische Randparameter

E 70

Haustyp:

Baualter:

E70

1970 - 1977

Bauteil

Außenwand

Kellerdecke

oberste Geschoßdecke

Dachschräge

Fenster

U-Wert

0.82 - 1.44

0.69 - 0.83

0.75 - 0.92

0.61

2.80

Gebäudedatenblatt

physikalischen Randparameter


Das Benutzerverhalten

Neben den exogenen Simulationsparametern durch den physikalischen Aufbau und den Umweltbedingungen, gibt auch ein Hausbewohner Grenzwerte der Simulation vor:

• Raumtemperatur

• Abschattung

• Lüftung

• Zwangsventilation

Aktive Einflussnahme

• Raumenergie Gewinn durch Körperwärme

Passives Einflussnahme

Zur tatsächlichen Energiebedarfs - Verlaufsrechnung einer Stadt ist die Hoch - Skalierung der Jahresenergiever-brauchskurve der Modellgebäude nicht sinnvoll

Es ist der Einfluss des Benutzers auf die Datengrundlage einer Gebäudesimulation zu berücksichtigen

• Problem :


Gebäudesteuerung unter Einfluss des Benutzers

AbwesenheitAnwesenheitSteuerung

• Raumtemperatur• Abschattung• Lüftung • Körperwärme

manuell

• keine Einflussnahme auf Randparameter Einstellungen bleiben auf zuletzt gewählter Position

halbautomatisch

• Temperaturabsenkung bei Abwesenheit und Nachts

• Automatische Abschattung bei hoher Außentemperatur und Einstrahlung

• Raumtemperatur• Abschattung• Lüftung • Körperwärme

vollautomatisch

• Eine vollkommen extern gesteuerte Regelung der durch den Menschen beeinflußbaren Parameter

• Raumenergie Gewinn durch Körperwärme


-4000

-3000

-2000

-1000

0

00:0004.01.1997

04:0005.01.1997

08:0006.01.1997

12:0007.01.1997

16:0008.01.1997

20:0009.01.1997

Die Benutzersimulation

Heizleistungsbedarf einer Woche für eine Gebäudezone:

Zeit

kWh


Die Benutzersimulation

Sommer

0

0.5

1

00:0015.06.1997

04:0016.06.1997

08:0017.06.1997

12:0018.06.1997

16:0019.06.1997

20:0020.06.1997

0

0.5

1

00:0015.06.1997

04:0016.06.1997

08:0017.06.1997

12:0018.06.1997

16:0019.06.1997

20:0020.06.1997


• manuelle Steuerung

• halbautomatische Steuerung

• vollautomatische Steuerung

Der Bewohner nimmt zu jedem Zeitschritt direkt Einfluss auf die Raumtemperatur, den Grad der Abschattung usw. Im Zeitraum der Abwesenheit bleibt die Temperatur und der Abschattungsgrad auf dem Stand des letzten Zeitschritts.

Die Temperatur der Räume kann durch den Benutzer im Zeitraum seiner Anwesenheit variabel geändert werden, ebenso die Abschattung. In allen übrigen Zeiten übernimmt eine Steuerung die Temperatur- sowie Heizungs, Lüftungs- und Abschattungsregelung nach voreingestellten Parametern.

Zu jedem Zeitpunkt übernimmt eine Steuerung die Temperaturkontrolle und regelt Heizung, Lüftung, Abschattung usw. nach den eingestellten Parametern.

Steuerungsmethoden


Ziele

• Im Weiteren werden nun Gebäudegruppierungen bis hin zu einer Stadtmodelliert um belastbare Zahlen für anschliessende Simulationen zu bekommen.

• Im Weiteren werden nun Gebäudegruppierungen bis hin zu einer Stadtmodelliert um belastbare Zahlen für anschliessende Simulationen zu bekommen.

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