Handbuch Gebäudesimulation

Die thermisch-energetische Gebäudesimulation ist die rechnergestützte Modellierung des Verhaltens von Gebäuden, insbesondere ihres Energie-, Klima- und Komfortverhaltens sowie der Wechselwirkungen mit technischen Systemen und mit Nutzer:innen. Die Gebäudesimulation hat sich vom spezialisierten Analysewerkzeug zu einer integralen Komponente digitaler Planungs-, Analyse- und Betriebsprozesse entwickelt.
Das vorliegende Buch führt in die Gebäudesimulation vor dem Hintergrund der aktuellen Herausforderungen im Bauwesen ein. Die physikalischen und numerischen Grundlagen werden dargestellt und zentrale Normen und Richtlinien sowie Fragen der Verifikation, Validierung und des Umgangs mit Unsicherheiten diskutiert.
Die Qualität der Klimaeingangsdaten wird eingehend behandelt, da sie bei der Berechnung von Heiz- und Kühllasten, der Bewertung des sommerlichen Wärmeschutzes, der Tageslichtplanung oder der Ertragsabschätzung von Solaranlagen eine wichtige Rolle spielen. Hierzu wird eine Methodik vorgestellt, die die besonderen Herausforderungen im Umgang mit Wetterdaten adressiert.
Für die Betrachtung des Raumklimas hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchte und auch Beseitigung von Schadstoffen werden sowohl die Grundlagen der natürlichen Fensterlüftung mit unterschiedlichen Modellansätzen als auch die Komponenten zur maschinellen Lüftung sowie die Berechnung und der Betrieb von raumlufttechnischen Anlagen behandelt. Dabei wird erläutert, welche Anforderungen an den Innenraum definiert werden und wie diese in handhabbare Berechnungsmodelle überführt werden können.
Für die Modellierung der Wärmeversorgung von Gebäuden werden Umsetzungsbeispiele für verschiedene Komponenten sowie ein Anwendungsbeispiel zur Simulation der Gebäudeheizung mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe gegeben.
Außerdem wird die Frage behandelt, wie das Nutzer:innenverhalten prinzipiell in der Gebäudesimulation abgebildet werden kann, um sowohl den Einfluss der Nutzer:innen auf das Gebäudeverhalten als auch die Rückwirkungen des Gebäudes auf das Nutzer:innenverhalten zu berücksichtigen und die Aussagekraft von Vorhersagen einschätzen zu können.
Zwei Fallstudien veranschaulichen die Anwendung der beschriebenen Methoden: Eine Fallstudie befasst sich mit der energetischen Simulation und der detaillierten Komfortbewertung eines Demonstrationsbereiches in einem modernen Forschungs- und Bürogebäude unter realen Anwendungsbedingungen. Eine weitere Fallstudie erläutert die methodenintegrierte Simulation als Entscheidungshilfe bei der Planung einer nachhaltigen Energieversorgung für ein Smart City Quartier.
Schließlich werden zentrale Entwicklungen der Gebäudesimulation im Kontext aktueller technologischer und methodischer Veränderungen eingeordnet. Modellierungsplattformen, Modellbibliotheken und Ansätze zur Kopplung unterschiedlicher Simulationswerkzeuge werden präsentiert. Darüber hinaus wird die zunehmende Bedeutung digitaler Zwillinge sowie datengetriebener Methoden für den Gebäudebetrieb erörtert.
Mit diesem Handbuch liegt erstmals ein Referenzwerk für das sich dynamisch entwickelnde und hochkomplexe Gebiet der Gebäudesimulation als Planungswerkzeug vor, das sowohl in der Praxis als auch im Studium zum gezielten Nachschlagen dient ermöglicht und dazu beiträgt, die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse einerseits und die Ergebnisse von Simulationen andererseits zu verstehen.