Gebäudesimulation im Projekt

Für das Optimum an Wirtschaftlichkeit und Performance

Zur Unterstützung der Bauherren, Fachplaner und Architekten bilden wir bei Bedarf das Projekt in einem digitalen Zwilling in einer Gebäudesimulation ab. Die notwendigen Informationen hierzu können sowohl aus BIM-Daten, als auch aus 2D und 3D-CAD-Daten für die Simulation aufbereitet werden. Ein neues Modell aus einer vorhandenen Zeichnung zu erstellen, ist ebenfalls für eine Gebäudesimulation möglich. Grundlage der Gebäudesimulation bilden BIM-Daten, .dwg oder auch .pdf Daten.

Perfektes Raumklima im Büro – realitätsnahe und dynamische Gebäudesimulation

Durch die Gebäudesimulation wird die Fläche, oder das gesamte Gebäude den am Ort vorhandenen Klimakonditionen in einem digitalen Zwilling ausgesetzt. Zusätzlich wird das reale Nutzerverhalten und die bauphysikalischen Eigenschaften der Baustoffe in der Gebäudesimulation und der Berechnung über den gesamten Jahresverlauf berücksichtigt.

Dynamische Temperaturen, die Anlagentechnik, Regelungen und Zusammenhänge, Personennutzung, solare Einstrahlung und andere Faktoren wirken auf das Klima und die maximale und notwendige Heizlast & Kühllast, Raumtemperaturen, Komfort und Anlagensimulation ein.

Zu Einflussgrößen zählen unter anderem das Verhalten und die Effizienz einer mechanischen oder natürlichen Fensterlüftung, aber auch das Regelverhalten der Heizung und Kühlung mit den spezifischen Temperaturen in der Anlagensimulation.

Im Ergebnis lässt sich ein passgenaues Heiz-, Kühlsystem für das Projekt berechnen und validieren.

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Gebäudesimulation für die Darstellung minutengenauer Temperaturen in einer Zone

Erfassung der Daten des Gebäudes

Typischerweise werden mindestens folgende Daten für die Erstellung eines digitalen Abbildes in der Gebäudesimulation benötigt:

  • Grundrisse und Schnitte des Gebäudes, oder der Fläche
  • verwendete Baustoffe und Materialaufbauten
  • zu berücksichtigende Faktoren der Umgebung und den Gebäuden
  • Randbedingungen der Anlagensimulation
  • vorgesehene Heiz-, Kühltechnik
  • technische Eigenschaften der Beleuchtung, Heizung, Kühlung, Lüftung
  • Regelungs- und Steuerungsmöglichkeiten
  • Nutzungszeiten mit den Personen und der technischen Geräte und Anlagen
  • Planung welcher Komfort und Effizienz erreicht werden soll („DIN-Kühlung“, gleitende Regelung etc.)
  • sind Normnachweise erforderlich (z.B. Sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-2)?
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Digitales Abbild in der Gebäudesimulation IDA-ICE. Nachmodelliert basierend auf CAD-Daten

Die Klimadaten am jeweiligen Ort liegen in der Regel bereits in der Software, z.B. in der physikbasierten Simulationssoftware IDA ICE vor.

Unterschiede zwischen Gebäudesimulation und statischen Berechnungsmethoden

Statische Berechnungsmodelle mit vereinfachten Verfahren, z.B. wie für die Kühllastberechnung im Tabellenformat, können eine erste Einschätzung der Situation bieten.

Diese Schätzungen im Tabellenformat ersetzen jedoch keine detaillierte Planung.

Beispielsweise sind die Temperaturniveaus im Gebäude unterschiedlichsten dynamischen Einflüssen unterworfen. Von der Sonneneinstrahlung, über die Lufttemperaturen und Verhalten der jeweiligen Nutzer, sowie Speichermassen.

Auch die Einflüsse zwischen Räumen und Zonen wirken sich auf die Ergebnisse maßgeblich aus. Diese unterschiedlichen äußeren und inneren Wechselwirkungen werden durch statische und Bilanzverfahren, im Gegensatz zur Simulation, nicht berücksichtigt.

Daher ist mit statischen Berechnungsmethoden keine realistische Einschätzung der Heiz- und Kühllast möglich.

Die Berechnung der energetischen Bilanz und des thermischen Komforts

Eine Abdeckung des Energiebedarfs der Heiz- und Kühllast sichert nicht ein angenehmes Raumklima oder Raumtemperaturen. Für eine Bewertung des Komforts sind zahlreiche weitere dynamische Faktoren zu berücksichtigen. 

Beispielsweise kann durch eine kalte Glasfläche an der Fassade eine Strahlungsasymmetrie entstehen. Diese würde in einer Energiebilanz nicht betrachtet, wirkt sich später auf den Komfort auf. Das Entfeuchten der Luft, bzw. ein dynamischer Frischlufteintrag durch Fensterlüftung ist im Gesamtsystem unter den lokalen Wetterbedingungen und in einer Gebäudesimulation möglich.

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Detaillierte Auswertung von Temperaturen, Stoff- und Energieflüssen im gesamten Jahresverlauf

Insbesondere die natürliche Fensterlüftung in Zusammenarbeit mit Kühldecken lässt sich realitätsnah abbilden.

Ein häufiger Fall in der Sanierung von Gewerbeimmobilien und Büroflächen.

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Ergebnis der mittleren Raumlufttemperaturen und operativen Temperaturen für einen Raum
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Ergebnis der erbrachten Heiz- und Kühlleistungen im Jahresverlauf für eine Zone

Gebäudesimulation spart Technik, CO₂ und Kosten schon vor der Realisation  

Durch ungenaue Methoden werden viele Anlagen mit einer enormen „Sicherheit“ ausgelegt. Daraus folgt eine größere Kälte-, Wärmeanlage, höhere Wartungs- und Investitionskosten und höhere Betriebskosten durch ständigen Teillastbetrieb.

Gebäude sind im Laufe eines Jahres unterschiedlichsten internen und externen Einflüssen ausgesetzt. Statische Berechnungen oder Monatsbilanzverfahren berücksichtigen diesen Wechsel gar nicht oder nur in viel zu geringer Auflösung und vereinfachen oder vernachlässigen wichtige bauphysikalische Zusammenhänge.

Die Ergebnisse sind unzuverlässig und Anlagen müssen deswegen z.B. stark überdimensioniert werden. Die Folge sind zu hohe Investitions- und Betriebskosten sowie verminderter Komfort.

Viele Planer haben erkannt, dass dynamische Effekte wichtig sind, um Leistungs- und Energiebedarf genauer voraussagen zu können. Gerade für hochwärmegedämmte Gebäude, Sanierungen und einen flexiblen Mieterausbau bietet sich die Gebäudesimulation an.

Ergebnisse der Gebäudesimulation und Anlagensimulation

Je nachdem, mit welchem Detaillierungsgrad die Gebäudesimulation angelegt wurde, ist die Ermittlung unterschiedlicher Parameter in Projekten und im Raum möglich. Der zeitliche Grad an Genauigkeit hängt dabei von der Berechnungsmethodik ab und gleicht sich in der Simulation ändernden Bedingungen an.

Es gibt keine festen Zeitschritte, sondern eine dynamische Berücksichtigung der Änderung der individuell vorhandenen Eingabeparameter und deren Einfluss auf das Modell.

Nachdem alle Daten in die Simulation eingegeben wurden, stehen unter anderem folgende Ergebnisse über das gesamte Jahr zur Verfügung:

Für den Raumkomfort

  • Temperatur der Luft
  • operative, oder empfundene Raumtemperatur
  • Temperatur jeder Oberfläche (Fußboden, Decke, Wände)
  • CO₂-Gehalt und Luftalter in der Raumluft
  • Luftfeuchtigkeit der Raumluft
  • PMV (predicted mean vote)
  • PPD (Predited percentage of dissatsfied)
  • Tageslichtversorgung
  • statistische Auswertungen 

Ergebnisse und energetische Kenngrößen

  • Wärmebilanz des Raumes
  • Heizenergiebedarf
  • Kühlenergiebedarf
  • Vor-, Rücklauftemperaturen
  • Wärmeflüsse durch die Bauteile
  • Wärmeeinträge (z.B. durch Sonnenstrahlung)
  • Benötigte Dimension der Wärme-, Kälteerzeuger
  • Energiebedarf
  • Zeitkritische Kenngrößen und Regelung
  • Regelungsverhalten der Heizung
  • Regelungsverhalten der Kühlung
  • Regelungsverhalten der mech. Lüftung
  • Regelungsverhalten der nat. Lüftung
  • Einfluss der thermischen Masse
  • Verhalten und Einfluss des Sonnenschutzes

Die Abhängigkeiten voneinander können durch Parameteranalysen detailgenau simuliert werden. Mit etwas höherem Rechenaufwand kann das Projekt dann hin zu den Zielgrößen, z.B. Energieverbrauch in kWh/m², rechnerisch optimiert werden.

Effizientere und gesündere  Gebäude mit Gebäudesimulation

Effiziente Gebäude und Anlagentechnik im Neubau und Bestand benötigen durch Ihre bauphysikalischen Eigenschaften eine detaillierte Planung. Neben der überschlägigen Heiz-, Kühllastberechnung, welche in der Regel stationär gerechnet wird, schöpft eine moderne Gebäudesimulation das Potenzial einer sinnvollen technischen Einsparung, bei höherer Effizienz und besserem Komfortniveau, zum Vorteil der allgemeinen Behaglichkeit und Effizienz am Standort des Projektes aus.

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Büro mit ausschließlich natürlicher Lüftung und akustisch wirksamen Klimaleuchten und Klimapanel.
Zum Projekt
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Digitales Abbild in der Gebäudesimulation mit allen Räumen und zur Visualisierung
der Temperaturen im Jahresverlauf

Ein Ziel ist, dass Einschätzungen und Entwicklungen durch konkrete physikalische Berechnungsmodelle anhand des realen Gebäudeverhaltens, den Baustoffen und der Nutzung zügig und realitätsnah abgebildet werden.

Passgenaue Raumklimalösungen für Ihre Projekte

Als Hersteller und Anbieter technologisch führender, einzigartiger und multifunktionaler stiller Klimadecken für effizient gesundes Raumklima stehen wir Ihnen als Architekt, Planer, Investitionsgesellschaft und Bauherr zur Seite. Im Gebäude werden durch detailgetreue Planung passgenaue Raumklimasysteme mit höchster Kosten-, Planungs- und Betriebssicherheit implementiert.

Sprechen Sie uns gern direkt an.

Zusammenfassung

Warum ist eine Gebäudesimulation sinnvoll?

Mit Hilfe eines realitätsnahen digitalen Zwillings modelliert man mittels einer Gebäudesimulation zeitabhängige physikalische Einflussgrößen auf die Performance des Gebäudes und deren Nutzer. Zusammenhänge zwischen der Anlagentechnik und physikalischen Parameter werden in Korrelation gebracht. Geplante Maßnahmen können somit zielgerichtet simuliert werden (zusätzlicher Sonnenschutz, Erhöhung der Dämmstärke, …)

Wann lohnt sich eine Gebäudesimulation?

Aussagefähige Simulationsmodelle lassen sich mittlerweile zügig erstellen. Die gewonnenen Daten verbessern vielfach die Performance des Gebäudes über Jahrzehnte und wirken sich nachhaltig auf eine CO₂-Reduzierung und Komfortsteigerung aus. Selbst bei kleineren Projekten kann sich daher eine Simulation schnell lohnen. Konkrete Ergebnisse, wie der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2, fallen oft mit ab. Der Bauherr erhält klare Daten, wie sich unterschiedliche Maßnahmen auswirken. Daraus ergeben sich klare Handlungsempfehlungen. Gerade bei Themen zum Raumklima, Wärmeschutz, Lüftungsverhalten, in Bestandsobjekten und Investitionsentscheidungen kann die Gebäudesimulation eine höhere Effizienz und eine konkrete Entscheidungsgrundlage liefern.

Wie kann die Gebäudesimulation eine konkrete Entscheidungshilfe sein?

Am Beispiel des Sonnenschutzes kann entschieden werden, ob dieser überall notwendig ist, oder eine Sonnenschutzverglasung ausreichend ist und wie sich dies auf die Zonen auswirkt.

Was kostet eine Gebäudesimulation?

Abhängig von der Komplexität der Modellierung, des Erfassungsaufwandes der Daten und gewünschten Detailtiefe sind die Kosten projektspezifisch zu bestimmen. Dies kann stundenweise oder oft auch pauschal erfolgen. Der Aufwand sollte durch den Anbieter vorher klar abgeschätzt werden.

Wie genau ist die Gebäudesimulation 

Validierte Berechnungsmethoden und genaue Eingabedaten erlauben eine sehr präzise Vorhersage des real vorhandenen Gebäudeverhaltens. So kann je nach Ergebnis eine Genauigkeit von wenigen Prozent um den Ergebniswert erreicht werden.

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