EnergieVisionen

Zusammenhänge schnell erkennen

Einfache Simulation

Mit dem Lernwerkzeug SimRoom kann für eine Zone, einen Raum oder ein Gebäude als Ganzes, eine zeitlich in Stundenschritten aufgelöste Raumtemperatur, Raumluftfeuchte, CO2-Konzentration sowie eine Leistung- und Energiebilanz berechnet werden. Die Simulation berücksichtigt u. a. die solare Ausrichtung transparenter und opaker Bauteile, das Wärmeschutzniveau, die Bauschwere, die Verglasungsqualität, den Sonnenschutz mit Regelung, das Lüftungsverhalten und führt die Berechnungen auf der Grundlage stündlicher Klimadaten durch. Daran gekoppelt ist ein anlagetechnisches Energiemodell.

Auf der Seite Tutorials findest Du Videos und das Handbuch zu SimRoom.
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Für manche Fragestellungen ist ein Energiemodell auf stündlicher Berechnungsbasis erforderlich. Dabei muss ein aufwändiges Rechenmodell nicht zwingend mit einer überfrachteten Dateneingabe einhergehen. In SimRoom kann man mit wenigen aber essentiellen Eingaben und der Nutzung eines intelligenten Gebäudegenerators aussagekräftige und fundierte Energiebilanzen erstellen.

Berechnungsmodell

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Das Bilanzmodell von SimRoom beruht auf einer simultanen Gleichungslösung. Es werden dabei zwei grundlegende Modelle genutzt: das Gebäude-Raummodell und das Gebäude-Anlagenmodell. Im Gebäude-Raummodell werden die raumbezogenen Bilanzen durchgeführt (z.B. Temperatur, CO₂, Feuchte, Energie, Leistung) und die relevanten Ergebnisse werden an das Anlagenmodell übergeben. Änderungen im Gebäude-Raummodell werden direkt im Anlagenmodell übernommen. Die Ergebnisse sind durchgehend konsistent und werden tabellarisch und grafisch dargestellt. Der Zeitbedarf für eine Simulation ist abhängig von der Leistungsfähigkeit des Rechners. Auf üblichen Systemen (Intel® Core™ i7 8. Generation) dauert ein Simulationsdurchgang etwa 2,5 Sekunden.

Gebäude-Raummodell

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Gebäude-Anlagenmodell

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Sonstige Features
  • Programmintegrierte Prüfung eines Online-Updates
  • Per Knopfdruck können alle Grafiken als hochauflösendes Bild kopiert und weiter verwendet werden
  • Einfacher Export der stündlichen Ergebnisse in einer separaten Arbeitsmappe mit automatisierten Diagrammen
  • Laden und Speichern von Projekten als leicht austauschbare Text-Datei
  • Import von weltweiten Klimadaten
  • Wetterdatengenerator zur Berechnung der orientierter Einstrahlungsdaten aus der Globalstrahlung

Zentrale Dateneingabe

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Der Gebäudegenerator

Mit maximal 12 Eingaben kann ein Gebäude- oder Raummodell mit all seinen geometrischen Eigenschaften erzeugt werden. Es werden alle erforderlichen transparenten und opaken Hüllflächen generiert und der jeweiligen Orientierung zugewiesen. In einem Diagramm wird das Gebäude-/Raummodell grafisch dargestellt und liefert einen guten Überflick zur Plausibilisierung.
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Dynamisches Gebäude-Raummodell

Berechnungsverfahren
  • Es stehen 2 Algorithmen für das Gebäude-Raummodell zur Verfügung.
  • (1) Analytische Lösung der Raumbilanz unter Berücksichtigung von Vereinfachungen und Reduzierung der Gleichung auf eine lösbare inhomogene, lineare Differentialgleichung 1. Ordnung.
  • (2) Berechnung nach dem Widerstands-Kapazitäten-Modell (R5C1-Modell)
  • Das Verfahren ist ab Version 3 jederzeit frei wählbar.
Die Simulation lässt sich mit Variation der folgenden Parameter durchführen
  • Sonnenschutz (Fc-Wert, sowie eine einstrahlungsintensitäts- und temperaturabhängige Steuerung)
  • Dynamisches Fensterlüftungsmodell
  • Lüftungsverhalten am Tag (hygienische Lüftung und ggf. zusätzliche Lüftung zur Reduzierung vor Überwärmung)
  • Lüftungsverhalten während der Nacht (hygienische Lüftung und ggf. zusätzliche Lüftung zur Reduzierung vor Überwärmung)
  • Interne Gewinne (Personen, Geräte, etc.)
  • Thermische Speichermasse der Zone (Bauweise / Bauschwere)
  • Feuchtespeicherkapazität der inneren Bauteiloberflächen
  • Orientierung opaker und transparenter Bauteile
  • Dämmstandard der Gebäudezone
  • Verglasungsart und Sonnenschutz
  • Bauliche Verschattung
  • Klimadaten (Stundenwerte für Außentemperatur, Feuchtigkeit, Einstrahlung und Windgeschwindigkeit)
Berechnet werden im Stundenzeitschritt
  • Raumtemperaturverlauf
  • Verlauf der CO₂-Konzentration
  • Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit
  • Heizwärme- und Kühlkältebedarfe und -leistungen
  • Energiebedarf für Be- und Entfeuchtung
  • Stromerzeugung einer Photovoltankanlage
  • Energiebedarf von Wärmeerzeugern
  • Effizienzzahl von Wärmepumpen für Heizen und WW-Erwärmung
  • Srombedarfsprofil des Gebäudes
  • Übertemperaturhäufigkeit
  • Komfortauswertungen
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Die Qualität des Raumklimas wird vergleichend für die Bereiche Raumluftfeuchte, Raumlufttemperatur und Raumluftqualität dargestellt. Dabei wird der Zeitanteil bestimmt, während dem Raum/das Gebäude sich innerhalb einer festgelegten Komfortkategorie befindet. Mit Hilfe dieser Darstellung können die Einflussfaktoren schnell und einfach bestimmt werden.
Auch im gemäßigten mitteleuropäischen Klima sind in der Regel Sonnenschutzsysteme erforderlich, um dem solaren Energieeintrag und somit eine Überwärmung der Gebäude zu begrenzen. Mit steigendem Fensterflächenanteil müssen diese Systeme nicht nur effizienter, sondern auch früher aktiviert werden, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Das führt unter Umständen zu einer Beeinträchtigung der visuellen Behaglichkeit - in dem Fall eine Beeinträchtigung der Aussicht. In SimRoom wird für jede Orientierung der tägliche, monatliche und jährliche Zeitanteil ausgegeben, an dem der Sonnenschutz aktiviert ist. Darüber lassen sich Aussagen zum visuellen Komfort ableiten. Manchmal kann ein geringerer Fensterflächenanteil dazu führen, dass man viel häufiger eine ungestörte Aussicht hat.
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Dynamisches Gebäude-Anlagenmodell

Berechnet werden im Stundenzeitschritt
  • Stromerzeugung über eine Photovoltaikanlage
  • Bewertung verschiedener Wärmeerzeuger (Wärmepumpen, Kessel, Direktstrom)
  • Arbeitszahlen für Luft- und Erdreich-Wärmepumpen (Heizen und Warmwasser)
  • Eigenstromnutzung für Wohn- und Nichgtwohngebäude mit Stromlastprofilen (SLP)
  • Stromspeicherung-/abgabe über einen Batteriespeicher
  • Energetischen Autarkiegrades
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Detaillierte Energiebilanzen

Ausgaben in der Jahressimulation
  • Simultane Bewertung von 2 Varianten
  • Leerlauf-Raumtemperatur ohne aktives Heizen oder Kühlen (frei schwingend)
  • Raumtemperatur mit aktivem Heizen und/oder Kühlen
  • Häufigkeit von Temperaturüberschreitungen (Übertemperaturstunden)
  • Jahres-Temperaturverlauf
  • Übertemperaturhäufigkeit
  • Abschätzung von Übertemperaturgradstunden, angelehnt an DIN 4108-2:2013
  • Komfortdiagramm - Sommer, angelehnt an DIN EN 15251
  • Temperatur-Energie-Stunden (Heiz- Kühl- und Nullenergiestunden)
  • Heiz- und Kältebedarf
  • Heiz- und Kälteleistung
  • Ausgabe und grafische Darstellung der berechneten Stundenwerte als HeatMap

Jahresdarstellung

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Monatsdarstellung

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Heatmap-Darstellung

Konfigurierbare Ergebnisdarstellung in einer HeatMap. Gezeigt werden für jeden Monat im Jahr tagesbezogene Stundenmittelwerte. Dadurch können Aussagen zu typischen tages- und jahreszeitlichen Verläufen von verschiedenen Kenngrößen gemacht werden.
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Validierung

Berechnung der Prüffälle gemäß EN 13792
Die in der EN 13792 angegebenen Prüffälle wurden mit SimRoom berechnet und mit den Ergebnissen der EN 13792 verglichen. Aufgrund des vereinfachten Raummodells (getrennte Abbildung von Wärmeleitung und Wärmespeicherung) in SimRoom können die Raumtemperaturen nur annähernd bestimmt werden. Mittels einer dynamischen Simulation (Lösung der Wärmeleitungsgleichung z.B. mit Hilfe der Fourier-Transformation) können die operativen Raumtemperaturen viel exakter bestimmt werden. Dennoch zeigt sich, dass die Prüffälle nach EN 13792 bis auf einen Fall die Grenzwerte der Klasse III einhalten. Das SimRoom-Verfahren kann demnach zur Anwendung in der Lehre, und dort zur Aufzeigung der wesentlichen energetischen Zusammenhänge, als hinreichend aussagekräftig angesehen werden.

Prüffälle

Raummodelle:
Lüftungsannahmen:

Differenz-Grenzwerte nach Klassen:
Klasse 1:
Klasse 2:
Klasse 3:


nach EN 13792

A1, A2, A3, B1, B2, B3
a), b), c)

berechneter Wert minus Wert des Prüffalls
+1 K bis -1 K
+2 K bis -1 K
+3 K bis -1 K
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Vergleich mit unterschiedlichen Programmen

Verwendete Programme
  • EDSL TAS
  • Therakles
  • SimRoom 2
  • SimRoom 3 (Modell nach EN 13790)

Bewertete Vergleichsgrößen
  • Maximale Heizlast
  • Maximale Kühllast
  • Heizwärmebedarf
  • Kühlkältebedarf
  • Kleinste im Jahr berechnete Raumtemperatur
  • Mittlere jährliche Raumtemperatur
  • Standardabweichung der Jahresraumtemperatur
Bauweise
  • L = sehr leichte Bauweise
  • S = sehr schwere Bauweise

Lüftungsverhalten
  • 0 = Luftwechsel 0 1/h, ohne Lüftung
  • 1 = Luftwechsel 1 1/h
  • 10 = Luftwechsel 10 1/h

Fensterflächenanteil
  • _25_ = Fensterflächenanteil 25%
  • _50_ = Fensterflächenanteil 50%
  • _100_ = Fensterflächenanteil 100%
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