Table of contents
Geleitwort (Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck)
Vorwort
Verzeichnis der Abkürzungen
Verzeichnis der Formelzeichen
1 Einführung in die Gebäudesimulation / Building Performance Simulation (BPS) (Christina J. Hopfe, Jérôme Frisch)
1.1 Herausforderungen und Bedeutung der Simulation
1.2 Anwendungsbereiche der thermischen Gebäudesimulation
1.2.1 Entwurfs- und Planungsphase
1.2.2 Optimierung
1.2.3 Betriebsmanagement
1.2.4 Umplanungen und Schnittstellen
1.3 Grundlagen der thermischen Simulation
1.3.1 Physikalische Grundlagen und Energiebilanzen
1.3.2 Numerische Modellierung und transiente Simulationen
1.3.3 Raumzonenmodellierung
1.3.4 Überblick und Einsatzgrenzen von unterschiedlichen Modellarten
1.3.5 Simulationswerkzeuge im DACH-Raum
1.3.6 Ablauf Simulation
1.4 Normen und Richtlinien im DACH-Raum
1.5 Verifikation, Validierung und Unsicherheiten
1.5.1 Begriffserklärung und Benchmark Tests
1.5.2 Bedeutung von Unsicherheiten und Sensitivitätsanalysen
2 Klimadatenanalyse und -aufbereitung für die Gebäudesimulation (Stephan Hirth, John Grunewald, Heiko Fechner)
2.2 Stand der Technik
2.2.1 Klimadaten in der Gebäudesimulation
2.2.2 Datenquellen und ihre Herausforderungen
2.2.3 Bestehende Werkzeuge und ihre Grenzen
2.2.4 Reproduzierbarkeit
2.3 Das Tool-Ökosystem
2.4 Benutzeroberfläche und Arbeitsablauf
2.5 Anwendungsfelder
2.6 Klimadatenanalyse: Methodik und Ergebnisse
2.6.1 Vergleich von Messdaten mit TRY2015 und TRY2045
2.6.2 Monatliche Mitteltemperaturen
2.6.3 Heiz- und Kühlgradtage
2.6.4 Temperaturhäufigkeitsverteilung
2.6.5 Überschreitungsstunden
2.6.6 Gesamtbild: Saisonaler Klimadrift
2.6.7 Zusammenfassende Bewertung der Klimadatenanalyse
2.6.8 Implikationen für erdgekoppelte Systeme
2.7 Validierung
2.8 Diskussion
2.9 Ausblick
3 Belüftung und Infiltration (Jun Jiang, Philipp Ostmann, Kai Rewitz, Dirk Müller)
3.1 Fensterlüftung
3.1.1 Lüftungsprinzipien und Einflussfaktoren
3.1.2 Empirische Modelle einseitiger Fensterlüftung
3.1.3 Überführung der Modelle in die Programmiersprache Modelica
3.1.4 Diskussion der Modellansätze
3.2 Raumlufttechnische Anlagen
3.2.1 Aufgaben einer raumlufttechnischen Anlage
3.2.2 Aufbau und Funktionen
3.2.3 Physikalische Prozesse
3.2.4 Modellierung ausgewählter Komponenten
3.3 Komfortanforderungen
3.3.1 Thermischer Komfort
3.3.2 Luftqualität
3.3.3 Beleuchtung
3.3.4 Akustik
3.4 Anwendung in einer Simulation
4 Wärmeversorgung von Gebäuden (Fabian Ochs, Mara Magni, Elisa Venturi)
4.1 Einleitung
4.1.1 Beispiele gebäudetechnischer Anlagen
4.1.2 Aspekte der Modellierung der Wärmeversorgung von Gebäuden
4.1.3 Modellierungsmethoden
4.2 Ermittlung der Anlagenaufwandszahl
4.2.1Beispiel einer wärmepumpenbasierten Heizung
4.2.2 Anlagenaufwandszahl
4.2.3 Primärenergie und CO2-Emissionen
4.2.4 Aufwandszahl für Wärmepumpen
4.2.5 Systemvergleich (Beispiel)
4.3 Modellierung von gebäudetechnischen Komponenten
4.3.1 Komponenten eines Heizsystems
4.3.2 Rohrleitung
4.3.3 Heizkörper
4.3.4 Fußbodenheizung/Bauteilaktivierung
4.3.5 Wärmeübertrager
4.3.6 Wärmespeicher
4.3.7 Wärmepumpe
4.4 Anwendungsbeispiel
5 Gebäudenutzende - Anwesenheit und Verhalten (Marcel Schweiker)
5.1 Einleitung und Relevanz
5.2 Grundlagen
5.2.1 Einfluss von Nutzenden auf das Gebäudeverhalten
5.2.2 Einflussgrößen auf das Nutzendenverhalten
5.3 Simulationsansätze
5.3.1 Deterministische und stochastische Simulationsansätze
5.3.2 Zeitprofile und Sollwerte
5.3.3 Integrierte Regeln und Codes
5.3.4 Co-Simulation
5.3.5 Vor- und Nachteile der Simulationsansätze
5.3.6 Vorgehensweise Nutzendenverhalten in der Gebäudesimulation
5.4 Modellierungsansätze
5.4.1 Datenerhebung
5.4.2 Modellierung
5.4.3 Vorgehen bei der Modellierung
5.5 Evaluation von Nutzendenverhaltensmodellen
6 IFC-basierte Modellerstellung in der Gebäudesimulation (Veronika Richter, Jérôme Frisch)
6.1 Hintergrund und Motivation
6.2 Stand der Technik und Herausforderungen der IFC basierten Modellerstellung
6.3 Grundlegende Konzepte der IFC-basierten Gebäudesimulation
6.3.1 Geometrie der Gebäudehülle und der thermischen Zonen
6.3.2 Baukonstruktionen und Materialien
6.3.3 Anlagentechnik und Regelung
6.3.4 Nutzungsrandbedingungen und interne Lasten
6.3.5 Umgebungsrandbedingungen
6.3.6 Übergreifende Konzepte zur Handhabung der IFC-basierten Modellerstellung
6.4 Implementierungsbeispiel für die IFC-basierte Modellerstellung: das bim2sim Tool
6.4.1 Einführung in das generelle Konzept des bim2sim Tools
6.4.2 Demonstration des Konzeptes an einem Beispielgebäude
7 Fallstudie 1: Energetische Simulation und Komfortbewertung eines Demonstrationsbereiches mit thermisch aktivierten Bauteilen - eine Fallstudie am Beispiel des Lakeside Parks (Christoph Moser, Armin Knotzer)
7.1 Einleitung und Problemstellung
7.1.1 Kontext und Motivation
7.1.2 Die Rolle der thermisch aktivierten Bauteilsysteme (TABS)
7.1.3 Problemstellung: Die Balance zwischen Flexibilität und Komfort
7.2 Methodik der transienten Gebäudesimulation
7.2.1 Simulationsansatz und Zielsetzung
7.2.2 Modellierung der thermischen Speicherfähigkeit und Trägheit
7.2.3 Erfassung dynamischer Randbedingungen
7.2.4 Methodik der Komfortbewertung
7.2.5 Nutzerzentrierte Komfortbewertung
7.3 Systemkonfiguration des Demonstrationsbereiches
7.3.1 Bauliche Hülle und Raumgeometrie
7.3.2 Thermisch aktivierte Bauteilsysteme (TABS)
7.3.3 Anlagentechnische Einbindung und Medienversorgung
7.3.4 Nutzerprofile und Anpassungen
7.4 Strategien zur Systemregelung
7.4.1 Hierarchisierung der Wärmeübergabesysteme
7.4.2 Führungsgrößen und Sollwertdefinition
7.4.3 Methodik zur Integration der Flexibilität
7.4.4 Kondensationsschutz (Methodischer Ansatz)
7.5 Simulationsbasierte Ergebnisanalyse und Diskussion
7.5.1 Strahlungsasymmetrie und Oberflächentemperaturen
7.5.2 Energetische Flexibilität
8 Fallstudie 2: Methodenintegrierte Simulation als Entscheidungshilfe für die Planung nachhaltiger Energieversorgung - Fallbeispiel Smart City Quartier, Graz Ostbahnhof (Tobias Weiß, Martina Majcen)
8.1 Einleitung
8.2 Fallstudienbeschreibung und Methodik
8.3.1 Das Quartier
8.3.2 Methodenintegrierter Simulationsrahmen
8.3.3 Erstellung stündlicher Lastprofile als Grundlage der Simulation
8.3.4 Untersuchte Versorgungsvarianten für das Quartier
8.3.5 Simulationsmodell, Szenarien und Auswertung
8.4 Ergebnisse
8.4.1 Charakteristik der Lastprofile im Quartier
8.4.2 Vergleich der Versorgungsvarianten
8.4.3 Ergänzende techno-ökonomische Einordnung
8.4.4 Muster und Korrelationen in den Ergebnissen
8.5 Diskussion
8.6 Fazit
9 Gebäudesimulation im Wandel: Synthese, Modellierungsplattformen und digitale Zwillinge (Jérôme Frisch, Christina J. Hopfe)
9.1 Rückblick und Synthese der zentralen Inhalte
9.2 Modellierungsansätze und Plattformen im internationalen Kontext
9.2.1 Entwicklung von Simulationswerkzeugen zu offenen Modellierungsökosystemen
9.2.2 Gleichungsbasierte Modellierungsansätze
9.2.3 Modellbibliotheken für Gebäude- und Energiesystemsimulation
9.2.4 Co-Simulation und Interoperabilität
9.3 Vom Simulationsmodell zum digitalen Zwilling
9.3.1 Der digitale Zwilling
9.3.2 Visualisierung und Virtual Reality (VR/AR) in der Gebäudesimulation
9.4 Herausforderungen und offene Fragestellungen
9.4.1 Datenverfügbarkeit und Datenqualität
9.4.2 Modellkomplexität versus praktische Anwendbarkeit
9.4.3 Rechenaufwand und Skalierbarkeit
9.4.4 Integration in Planungs- und Entscheidungsprozesse
9.5 Fazit und Ausblick
Stichwortverzeichnis