Energielösungen für Gebäude

Dynamisch thermische Gebäudesimulation am Beispiel der Cadfem-Zentrale

Bild: Cadfem

Die Cadfem-Zentrale ist ein modernes Bürogebäude, das als Niedrigstenergiegebäude in Holzbauweise vom Architekturbüro nbundm*, München geplant und erstellt wurde.

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Mit der Simulation kann das Verhalten des Gebäudes besser verstanden und angepasst werden, um einerseits den Komfort und andererseits einen möglichst geringen Energieverbrauch sicher zu stellen.

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Bild 1: Der Wirkungsgrad der Energiesysteme ist von den Außenbedingungen abhängig.

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Bild 2: Das Diagramm zeigt die gemessenen Verbrauchsdaten. Es ist zu erkennen, dass im Winter der Heizungsbedarf fast ausschließlich von der Gasheizung (orange) gedeckt wurde. Lediglich während der Übergangsphase im Herbst und im Frühling nahm der Anteil der Wärmepumpe (blau) deutlich zu.

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Bild 3: Das Diagramm zeigt den jährlichen Wärmeenergieverbrauch aufgeschlüsselt nach der Wärmeenergie der Wärmepumpe (Blau) und der Gasheizung (Orange). Der linke Balken zeigt den simulierten jährlichen Wärmenergieverbrauch als Ergebnis der Gebäuderegelung. Diese Aufteilung entspricht den gemessenen Werten, die im ganz rechten Balken gezeigt sind.

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Bild 4: Jeder Balken repräsentiert den Energieverbrauch eines Monates, wobei positive Anteile die Wärmezufuhr und negative Anteile die Wärmeabfuhr darstellen. In Summe sind aufgrund der Energieerhaltung alle positiven und negativen Anteile gleich groß. Die Farben stellen einzelnen Energieströme dar.

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Bild 5: Die Abbildung zeigt die Energiebilanz für das Büro im Nordflügel mit jeweils einer Belegung von drei (oberes Diagramm) und einer Person (unteres Diagramm). In einem Büro mit einer Person ist aufgrund der deutlich geringeren inneren Lasten der Heizbedarf im Winter höher und die Kühlenergie im Sommer deutlich geringer.

Bild: Cadfem

Die Umstellung von Gebäuden auf regenerative und klimaneutrale Energiesysteme wie z. B. Wärmepumpen oder Fernwärme bedeutet in vielen Fällen gebäude- und betriebstechnisch eine größere Anpassung und höhere Risiken für Planer und Betreiber als allgemein angenommen wird. Gründe dafür sind, dass oft ein anderes als das bisher gewohnte Betriebsprofil der Gebäudetechnik notwendig ist und dass der Wirkungsgrad regenerativer Energiesysteme von den Außenbedingungen abhängig ist. Hinzu kommt, dass gleichzeitig Funktions- und Komfortansprüche mit den neuen Energiesystemen in Einklang gebracht werden müssen.

Für eine optimierte Energielösung genügt die technische Kompetenz einer einzelnen TGA-Disziplin, wie z. B. die Heizungs- oder Lüftungstechnik, nicht mehr. Es braucht ein übergeordnetes Verständnis des integralen Zusammenspiels aller Systemkomponenten und der Gebäudehülle als dynamisches Gesamtsystem. Für eine solche Betrachtung sind analytische Methoden oder vereinfachte Bilanzverfahren, wie sie heute der Standard in der Energieberatung sind, nicht ausreichend – es sind präzisere Simulationswerkzeuge notwendig.

Ein solches Werkzeug ist die dynamisch thermische Gebäudesimulation, mit der das...

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