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Thermische Gebäude- und Anlagensimulationals Planungsinstrument

Tobias Schragdezentral GbR.

Prinzessinnenstr. 19-2010969 Berlin

schrag@dezentral.de

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Übersicht

dezentral Firmenvorstellung

Simulationsarten in einem Bauprojekt

Thermische Gebäudesimulation

Anlagensimualtion

Anwendungsfelder

Kostenreduzierung

Zusammenfassung

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dezentral

Optimierung von Gebäuden und Anlagen

Beratung Simulationen Software

Atrium Büros

Außenbüro Kombizone Büro Atrium

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Architekten

Bauherren

Ingenieurbüros

Produktentwickler

Beratung

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Kooperation mit der TU München( Geometrieimport aus CAAD via IFC, Kopplung von thermischer Gebäudesimulation und CFD )

Software-Entwicklung

Kooperation mit der FH Biberach( Visualisierung von thermischer Gebäudesimulation )

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Simulationstechniken in einem Bauprojekt

(Tages-) Lichtsimulation

Thermische Gebäude- und Anlagensimulation

Strömungssimulation (CFD)

© Foto TU München

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Thermische Gebäudesimulation

EG-N EG-S OG-N OG-S alle Zonen

-30

-20

-10

0

10

20

30

Transmission Lüftung interne Wärme solare Einstrahlung Heizwärmebedarf

Wär

mem

enge

[kW

h/m

3/a]

190 191 192 193

20

24

28

32

36

EG-NEG-SOG-NOG-S

Zeit [d]

op. R

aum

tem

pera

ture

n [°

C]

Grundlage: Thermodynamisches Modell des Gebäudes

Randbedingungen: Jahreswetterdaten, Nutzung

Ergebnisse: Energiebilanzen, Leistungen, Temperatur- und Feuchteverläufe, Dauerlinien

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Wozu Thermische Gebäudesimulation ?

Überprüfung eines Energiekonzepts

Variantenvergleich

Parameteroptimierung

Regelungsentwurf

Neue Bauteile

Fehlervermeidung

Gekoppelte Gebäude- und Anlagensimulation

© Foto fpa, München

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Überprüfen von Energiekonzepten

Nightcooling

Daylight

Groundcooling

Funktionieren die Ideen aus dem Wettbewerb ?

Läßt sich aktive Kühlung vermeiden ?

Zerstören Planänderungen das Energiekonzept ?

Comfort, Costs & CO2

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Variantenvergleich

Verschiedene Lösungen werden gegenübergestellt.

Kosten und Comfort werden quantifiziert.

Die Randbedingungen werden variiert.

Beispiel: Vergleich verschiedener Lüftungsszenarien:

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Variantenvergleich

- Durchströmung nachts mit kühler Außenluft- Abkühlung der Speichermassen durch natürliche Lüftung odermechanische Lüftungsanlage

A: Nachtspülung B: Kühldecken

- Grundwasser speist Kühldecken- Taupunktregler reduziert Kühlleistung

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Parametervariationen

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000

10

20

30

40

50

60

70Atrium 15 °C Atrium 12 °C

Stunden in der Heizperiode (gesamt 6000h)

Hei

zlei

stun

g in

KW

Quantifizierung von Aufwand und Effekt

Häufig untersuchte Parameter:g-Werte von Fenstern und VerschattungenU-Werte, Lüftungsvolumen,

Solltemperaturen, Lüftungsquerschnitte

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Parametervariationen

Beispiel: Bestimmung der Lüftungsquerschnitte

Notwendig: Bestimmung der Temperaturschichtung

Grundlage: Abbildung der natürlichen Luftströmung

neutrales Druckniveau über dem 4.OG

freie (!) Querschnitte:- Zuluft: ca. 9 -10 m² (in 1-2 m Höhe)- Abluft: ca. 28 -30 m² (in ca. 15-16 m Höhe)

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Regelungsentwurf

T_atr_o > 28°C

ja nein

ja nein

T_atr_u > T_außen

Wärme sammeln: Winter oder T_außen < 10°C

Wärme abwehren: Sommer oder T_außen > 15°C

K_winter_min K_o: 1/3 K_u: 1/3

K_winter_max K_o: 2/3 K_u: 1/3

K_zuK_o: 0K_u: 0

K_winter_min K_o: 1/3 K_u: 1/3

ja nein

K_sommer_min K_o: 2/3 K_u: 1/3

K_sommer_max K_o: 1 K_u: 1

K_sommer_maxK_o: 1K_u: 1

K_sommer_max K_o: 1 K_u: 1

nein jaTag Nacht

T_atr_u = Lufttemp. Atrium untenT_atr_o = Lufttemp. Atrium obenK_u = Klappenstellung unten (Zuluft)K_o = Klappenstellung oben (Abluft)

nein ja

Nachtlüftung:T_krit

23:00 bis 6:00

T_atr_o > T_außenT_atr_u > T_außen

Tageszeit

ja nein

T_atr_u > T_außen

0 = geschlossen1 = geöffnet1/3 bzw 2/3 = jeweils teilgeöffnetT_krit = Kriterium für Nachtlüftung

K_winter_max K_o: 2/3 K_u:1/3

T_außen < 10°C

T_außen > 15°C

Jahreszeit

Nein Ja

Ja Nein

Winter Sommer

Lüftungsklappen, Sonnenschutz, Anlagentechnik

Regelung häufige Fehlerquelle

Testen durch Simulation eines Gesamtmodells

Vermeiden von Widersprüchen

Klare Vorgaben

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Neue Bauteile

Abbildung des neuen Bauteils in einem Modell

Verifikation des Modells durch Messdaten

Kopplung des neuen Modells mit allgemeinen Gebäudemodell

Simulation verschiedener Anwendungen und Randbedingungen Belastbare Ergebnisse für unterschiedliche Kunden

© Foto W.Lang

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Fehlervermeidung

ohne Verschattung mit Verschattung-6-5-4-3-2-10123456789

solare Einstrah-lunginterne WärmeLuftwechsel

kWh/

Tag

ERGEBNIS: einfacher Luftwechsel im Sommerfall trotz Verschattung nichtausreichend !

Viele Probleme sind erst durch eine dynamische Betrachtung erkennbar.

Manche Planungsfehler lassen sich durch simple Bilanzen erklären, fallen aber erst durch die Simulation auf.

Unabhängiger „Energiewächter“ im Planungsteam verhindert Fehlentwicklung

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Anlagensimulation

Stark dynamisches Verhalten

Solare Komponenten

Neue Komponenten© Foto TU

Berlin

© Foto V.Q

uaschning

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Gekoppelte Gebäude- und Anlagensimulation

Wechselwirkung von Gebäude- und Anlagenverhalten

Regelung der Anlagentechnik

Gemeinsame Parametervariation

© Foto Solarhaus: AEE INTEC

© Foto Solarhaus: AEE INTEC

© Foto Solarhaus: AEE © Foto Solarhaus: AEE INTEC © Foto Solarhaus: AEE INTEC INTE © Foto Solarhaus: AEE INTEC C © Foto Solarhaus: AEE INTEC © Foto Solarhaus: AEE INTEC

© Foto Solarhaus: AEE INTEC

© Foto UFE Solar

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Anwendungsfelder

Verwaltungsbauten Wohnbauten

IndustriebautenAltbausanierungSonderbauten

© Foto U.S

chmidt

© Foto TU B

erlin

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Kostenreduzierung

Energieplanung ermöglicht fast immer Betriebskostenreduzierung

Funktionierende Energie- und Lüftungskonzepte sparen Krankenstandskosten

Häufig kann die Investition in Klimaanlagen vermieden oder reduziert werden

Weitere Kostensparpotentiale können erkannt werden:

Beispiel eines Verwaltungsgebäudes:Integration der Atrien ins Lüftungskonzept ermöglichteeine Reduktion der RLT und damit ca. 300.000 Kosteneinsparung

© Foto U.Schmidt

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Zusammenfassung

Dynamische Gebäudesimulation kann das Raumklima

verläßlich vorhersagen

Vorteile von Baumaßnahmen können quantifiziert werden

Simulation hilft Probleme im Vorfeld erkennen

Nicht nur Betriebskosten - auch Investitionskosten können gespart werden