D5 Computergestützte Gebäudesimulation

Thema

Computersimulationen prognostizieren das thermische, energetische und luftströmungstechnische Verhalten eines Gebäudes vor Baubeginn oder analysieren es nach Bauabschluss. Dabei kommen je nach zu untersuchendem Phänomen zwei unterschiedliche Werkzeuge zum Einsatz. Für die Luftströmungsberechnung, ob innerhalb eines Raumes oder im gesamten Gebäude, lösen CFD-Programme (Computational Fluid Dynamics) die grundlegenden Gleichungen der Fluidbewegung. Sie unterteilen den Raum in ein sehr feines Raster und berechnen das Luftverhalten in jeder einzelnen Zelle. In Oberflächennähe muss dieses Raster besonders fein sein, um die Verlangsamung der Luftströmung an Wänden zu erfassen.

Für die thermische und energetische Leistung über ein ganzes Jahr ist jedoch ein anderes Modell erforderlich: ein vereinfachtes Modell, das das Gebäude in Zonen unterteilt und stündlich den Wärmeaustausch zwischen diesen Zonen, mit der Außenwelt und mit den HLK-Systemen berechnet. Diese Bilanz wird dann über Tausende von Stunden integriert, um den gesamten jährlichen Energieverbrauch zu ermitteln – eine Berechnung, die, zellenweise wie in der Strömungsmechanik durchgeführt, in diesem Zeitrahmen nicht praktikabel wäre.

Diese Werkzeuge werden zunehmend in die digitalen Gebäudemodelle integriert, die in Planung und Bau verwendet werden – die BIM-Methodik –, sodass die geometrischen und materiellen Informationen des Modells direkt in die thermische oder strukturelle Simulation übertragen werden, ohne dass das Modell jedes Mal von Grund auf neu erstellt werden muss.

Dieses Modul, das zunächst zwischen zwei verschiedenen Zeitskalen unterscheidet – Sekunden für die Luftströmung, Stunden für die jährliche Energiebilanz –, zeigt abschließend, dass es bei der Gebäudesimulation nicht darum geht, ein einzelnes Werkzeug anzuwenden, sondern vielmehr darum, für jede physikalische Fragestellung die Berechnungsskala zu wählen, die diese tatsächlich erfordert.

ID:4035