Durch eine der thermischen Gebäudesimulation sowie einer thermischen Anlagensimulation wird der Heiz- und Kühlbetrieb eines Gebäudes vor der Erstellung realitätsnah simuliert. Sowohl die thermische Gebäudesimulation als auch die thermische Anlagensimulation sind Werkzeuge der integralen Planung und erfordern somit einen intensiven Austausch zwischen den beteiligten Planern.

Try-Daten vom DWD - Ingenieurbüro Böger - D-48282 EmsdettenDas Ziel einer thermischen Gebäude- oder Anlagensimulation ist es, schon während der Planungsphase die Betriebs- und Investitionskosten zu erkennen und diese durch geeignete Maßnahmen so zu optimieren, dass ein raumklimatisch angenehmes und energetisch attraktives Gebäude entsteht. In der Planungsphase können mittels der thermischen Gebäudesimulation und der thermischen Anlagensimulation noch Planungsfehler vermieden werden, die in der Regel nur mit einem hohen Kostenaufwand korrigiert werden können. Eine thermische Gebäude- oder Anlagensimulation kann in allen Planungsphasen, z.B. Wettbewerb, Konzept Entwurf oder Ausführung, eingesetzt werden. So ist es zum Beispiel möglich, schon in der Wettbewerbsphase die thermische Gebäudesimulation zur Optimierung des Baukörpers einzusetzen und in der Ausführungsplanung wird die thermische Anlagensimulation zur Optimierung der Anlagenregelung herangezogen.

Gegenüber den standardmäßig verwendeten Planungsverfahren in der Haustechnik wird bei der thermischen Gebäude- und Anlagensimulation das Zusammenspiel der technischen Anlagen, des Gebäudekörpers sowie der Gebäudenutzung gleichermaßen berücksichtigt. Somit ist es beispielsweise möglich. Veränderungen an der Fassade oder Änderungen an der Regelung direkt als Energiekosten- und Anlagenkostenänderungen abzulesen.

Basis für eine möglichst uneingeschränktes Aufzeigen der Vor- und Nachteile innovativer Gebäude- und Anlagenkonzepte sind detaillierte und flexible Modellstrukturen für die Gebäude- und die Anlagensimulation. So ist es beispielsweise im Rahmen der thermischen Anlagensimulation möglich, den Betrieb einer Grundwasser gespeisten Bauteiltemperierung einem konventionellen Betrieb mit Heizkörper und Kühldecke gegenüber  zu stellen, oder mit der thermischen Anlagensimulation das Potential einer solaren Temperierung zu ermitteln.

Bei einer thermischen Gebäudesimulation sollte sowohl das komplette Gebäude als auch die Umgebungsbebauung berücksichtigt werden. Nur so ist es im Gegensatz zu einfachen Einraum-Gebäudesimulationen die solare Einstrahlung auf die Gebäudefassaden und die solare Strahlungsverteilung in den Räume realistisch zu erfassen. Eine Berücksichtigung der Gebäudeverschattung bei einer thermischen Gebäudesimulation führt zwangsläufig zu deutlichen Kosteneinsparungen in der Gebäudekühlung. Eine realitätsnahe Abbildung der Solarstrahlungsverteilung im Zuge einer thermischen Gebäudesimulation spielt vor allem bei klimatechnischen Anlagenauslegung großer Glasräume eine wesentliche Rolle.

Ebenfalls berücksichtigt werden im Rahmen einer thermischen Gebäudesimulation die temperatur- und windbedingten Strömungen bedingt durch geöffnete Fenster und Fassadenfugen. Beispielsweise ist es in Verbindung mit der thermischen Anlagensimulation möglich, bei Hochhäusern die höhenbedingten Heiz- und Kühllastunterschiede darzustellen oder in Räumen mit zu öffnenden Fenstern, das Kühlpotential der Fensterlüftung zu ermitteln.

Im Gegensatz zu den konventionellen Auslegungsmethoden und Programmen werden die Werkzeuge thermische Gebäude- Anlagensimulation ständig dem Stand der aktuellen Entwicklungen angepasst. Beispielsweise können heute bereits Phase Change Materialien im Rahmen einer Gebäudesimulation bewertet und berücksichtigt, oder die Regelung solarer Kühlungssysteme durch eine thermischen Anlagensimulation optimiert werden.

 

TRY-Daten (Deutscher Wetterdienst DWD)

Die Testreferenzjahre (TRY) des Deutschen Wetterdienstes sind speziell zusammengestellte Datensätze, die für jede Stunde eines Jahres verschiedene meteorologische Daten enthalten. Sie sollen einen mittleren, aber für das Jahr und eine bestimmte Region typischen Witterungsverlauf repräsentieren. TRY-Datensätze werden in erster Linie für Simulationen und Berechungen im heizungs- und raumlufttechnischen Bereich von Planern und Ingenieuren genutzt.

Der DWD hat im November 2004 neue TRY herausgegeben. Sie sind Bestandteil der Publikation Testreferenzjahre von Deutschland für mittlere und extreme Witterungsverhältnisse (TRY). Darin werden die Testreferenzjahre ausführlich beschrieben. Deutschland wurde in 15 verschiedene TRY-Regionen eingeteilt. Für jede Region gibt es Datensätze für ein mittleres Jahr, einen warmen Sommer und einen kalten Winter.

Damit stehen jetzt erstmals TRY für die neuen Bundesländer – und damit für ganz Deutschland – zur Verfügung. Der Bezugszeitraum entspricht der international vereinbarten Referenzperiode (1961-1990). Die Auswahl der meteorologischen Parameter erfolgte entsprechend der DIN 4710 und genügt damit den Anforderungen der Heizungs-Klima-Lüftungstechnik. Und wie erwähnt: neben den mittleren Jahresdaten enthalten die Testreferenzjahre von Deutschland jetzt auch Datensätze für einen kalten Winter und für einen warmen Sommer.

Die wesentlichen auf dem Markt befindlichen Softwareprodukte

Programme zur thermischen Gebäudesimulation werden in zwei Gruppen unterteilt:

Um detaillierte Informationen über das dynamische Verhalten eines Gebäudes oder einzelner Räume zu erhalten, müssen instationäre Berechnungsverfahren angewandt werden. Mit ihnen ist möglich, zeitliche Verläufe von einzelnen Variablen zu simulieren, wie z.B. den Tagesgang der Lufttemperatur eines Raumes oder den Lastverlauf der Heizung über eine Woche.

Programme, die einfachere stationäre Berechnungsmethoden verwenden, haben im allgemeinen eine übersichtliche Benutzeroberfläche und können leichter bedient werden. Mit stationären Berechnungen können jedoch nur einfache Gebäude unter einer eingeschränkten Fragestellung untersucht werden. Die Programme eignen sich zur schnellen Abschätzung des jährlichen Heizenergiebedarfs.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Simulationssoftware, die im Fachgebiet Bauphysik & Solarenergie eingesetzt wird (oder wurde). Alle Angaben erfolgen ohne Gewähr, speziell auf Richtigkeit, Vollständigkeit oder neuesten Stand der Darstellung.

Für weitere Informationen zu den Programmen wenden Sie sich bitte an Entwicklung und Vertrieb der Produkte.

SOFTWARE ANWENDUNG / BEMERKUNG / ENTWICKLUNG / VERTRIEB
Instationäre Programme zur Berechnung des thermischen Gebäudehaushalts
Apache Stationäre und instationäre Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden,
Simulation von Mehrzonenmodellen, Untersuchen detaillierter HLK-Modelle,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über FensterQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung und Vertrieb: FACET Ltd., St. Albans, UK 
DOE-2 Instationäre Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden,
Simulation von Mehrzonenmodellen, Untersuchen detaillierter HLK-Modelle,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über Fenster,
Berechnen aktiv solarer Gewinne durch Luft- und WasserkollektorsystemeQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung: Simulation Research Group, Lawrence Berkeley Laboratory, USA 
SUNCODE Instationäre Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden,
Simulation von Mehrzonenmodellen, Untersuchen einfacher HLK-Modelle,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über Fenster
Berechnen von Trombe-WändenQuellcode ist verfügbar (aber schlecht dokumentiert), eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit möglichEntwicklung: Ecotope Inc., USA
Vertrieb: Institut für Bau-, Umwelt- und Solarforschung (IBUS), Berlin 
TRNSYS Instationäre Simulation von modular aufgebauten Systemen,
Simulation von Mehrzonenmodellen, Untersuchen detaillierter HLK-Modelle durch Verknüpfen geeigneter Komponenten,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über Fenster und TWD,
Berechnen aktiv solarer Gewinne durch Luft-/Wasserkollektorsysteme und PV,
Untersuchen von RegelungsanlagenFORTRAN-Quellcode ist verfügbar und dokumentiert, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit möglichEntwicklung: Solar Energy Laboratory, University of Wisconsin, USA
Vertrieb: TRANSSOLAR Energietechnik GmbH, Stuttgart 
TSBI3 Instationäre Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden,
Simulation von Mehrzonenmodellen, Untersuchen detaillierter HLK-Modelle,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über FensterQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung und Vertrieb: Danish Building and Urban Research, Hørsholm, DK 
Stationäre Programme zur Berechnung des thermischen Gebäudehaushalts
HELENA Stationäre Berechnung des thermischen Verhaltens von Gebäuden nach WSchVO 95 und prEN 832,
Berechnung eines einfachen Mehrzonenmodells,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über Fenster und WintergärtenQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung und Vertrieb: Fa. Grünzweig + Hartmann AG, Ludwigshafen am Rhein 
LESOSAI Stationäre Simulation des thermischen Verhaltens von Gebäuden nach LESO, prEN 832 und SIA-Norm 380/1 für die frühe Projektplanung,
Simulation eines Einzonenmodells mit angrenzenden Räumen,
Berechnen passiv solarer Gewinne in Gebäuden über Fenster und Wintergärten
Berechnen einfacher solarer HeizsystemeQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung und Vertrieb: LESO, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, CH 
Sonstige Simulationssoftware
ADELINE Instationäre Simulation von Tages- und Kunstlicht in Gebäuden,
Berechnen von Helligkeiten im Raum,
Berechnen von Wärmegewinnen durch BeleuchtungQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung: International Energy Agency (IEA)
Vertrieb: Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Stuttgart 
COMIS Berechnung von Luftströmen zwischen verschiedenen Zonen eines Gebäudes anhand von Massenbilanzierungsverfahren,
Simulation von Luftspalten und Öffnungen in WändenQuellcode ist verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit möglichEntwicklung und Vertrieb: Energy Performance of Buildings Group, Lawrence Berkeley Laboratory, USA 
FLOVENT 3D-Simulation von Fluidströmungen und Wärmeflüssen stationär und transient,
z. B. Berechnung von Volumenströmen in Räumen und Kanälen,
Berechnung von Temperaturprofilen und Wärmeflüssen in Festkörpern (Wände, Fenster, …)
Simulation geregelter Luftzuführungen bzw. LuftauslässeQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung: Flomerics Ltd., UK
Vertrieb: Flomerics Ltd., Filderstadt-Bonlanden 
HEAT2 Stationäre und instationäre 2D-Simulation von Wärmeströmen in Festkörpern,
Simulation von Wandaufbauten, Wärmebrücken, Wärmequellen und -senkenQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung: Lund Gothenberg Group for Computational Building Physics, Lund, S
Vertrieb: Blocon Software Agency, Lund, S 
TSOL Instationäre Simulation von thermischen Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung,
Simulation von fünf vorgegebenen Anlagentypen anhand von Kollektordaten verschiedener HerstellerQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglich,
andere als die vorgegebenen Anlagen können nicht gerechnet werdenEntwicklung und Vertrieb: Valentin Energiesoftware, Berlin 
WINDOW Berechnung der optischen und thermischen Eigenschaften von Verglasungen und Fenstern,
Untersuchung von Verglasungen, Fenstern und RahmenQuellcode ist nicht verfügbar, eine selbstständige Erweiterung des Programms ist somit nicht möglichEntwicklung und Vertrieb: Windows and Daylighting Group, Lawrence Berkeley Laboratory, USA 
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