Modelica Building-Bibliothek und Gebäudemodelle

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Eva Geiger
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1 Modelica Building-Bibliothek und Gebäudemodelle Symposium Integrale Planung und Simulation in Bauphysik und Gebäudetechnik, , Moritz Lauster EBC Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik

2 Standard-Gebäudemodelle Standard-Gebäudemodelle Moritz Lauster Folie 2

3 Das EFH - Traumhaus Moritz Lauster Folie 3

4 Das EFH - Traumhaus Gebäudelänge: 11,49 m Gebäudebreite: 8,74 m Anzahl der Geschosse: 2 Orientierung: S N Moritz Lauster Folie 4

5 Das EFH - Traumhaus Moritz Lauster Folie 5

6 Das EFH - Traumhaus Satteldach: Holzbalken Innenwand tragend mittig Raumhöhe: 2,6 m Moritz Lauster Folie 6

7 Das MFH - Traumhaus Moritz Lauster Folie 7

8 Das MFH - Traumhaus Mittlere Eingang Anzahl der Geschosse: 3 Mit Keller Wohnfläche pro Wohnung: 70 m² Orientierung Moritz Lauster Folie 8

9 Wände U-Werte Bauteil WSchV 1984 (Sanierung) WSchV 1995 (Sanierung) EnEV 2009 (Neue Gebäude) Außenwand 0,6 W/(m² K) 0,5 W/(m² K) 0,28 W/(m² K) Boden gegen Erdreich Trenndecke Dachraum 0,7 W/(m² K) 0,5 W/(m² K) 0,35 W/(m² K) 0,45 W/(m² K) 0,3 W/(m² K) 0,2 W/(m² K) Satteldach 0,45 W/(m² K) 0,3 W/(m² K) 0,2 W/(m² K) Fenster Doppelverglasung 1,8 W/(m² K) 1,3 W/(m² K) Außentür k.a. k.a. 1,8 W/(m² K) Bauschwereklasse: S, M, L KS-Mauerwerk (S), Porenbetonstein (M), Holzständerwände & Holzbalkendecken (L) Dämmstandards: EnEV 2009, WSchV 1995, WSchV 1984 Wandaufbau gleich Qualität der Baumaterialien unterschiedlich Moritz Lauster Folie 9

10 EFH - Hydraulisches Netz Moritz Lauster Folie 10

11 MFH - Strangschema Kinderzimmer H 1 Wohnzimmer Küche H 2 Badezimme Schlaf- zimmer r Kinderzimmer Wohnzimmer Küche Badezimme Schlafzimmer r Kinderzimmer Wohnzimmer Küche Badezimme r Schlafzimmer Moritz Lauster Folie 11

12 Simulation - Eingabemaske Moritz Lauster Folie 12

13 Vereinfachtes Gebäudemodell Förderkennzeichen: 03ET1004A Vereinfachtes Gebäudemodell zur Quartierssimulation Moritz Lauster Folie 13

14 Komplexes Gebäudemodell Moritz Lauster Folie 14

15 Komplexes Gebäudemodell Aussenwand mit Fenster Konnektoren für innere Lasten Solare Strahlung Raumluftknoten Innenwand Moritz Lauster Folie 15

16 Vereinfachungsansätze Modellreduktionsverfahren Vollständige physikalische Abbildung der Vorgänge Mathematische Reduktion auf Haupteinflussfaktoren Muss für jede Änderung der Parameter wiederholt werden Regelungstechnische Ersatzmodelle Bilden nur das Verhalten ab, keine direkten physikalischen Bezug Kennfeldmodelle RC-Ersatzmodelle Ersatzschaltbild der physikalischen Vorgänge Direkter Bezug, allerdings mit Vereinfachungen Moritz Lauster Folie 16

17 Vereinfachtes Gebäudemodell Vereinfachung: Wärmeleitung und Speicherung können wie Widerstände und Kapazitäten im el. Schaltkreis behandelt werden (analoge Gleichungen) Alle gleich belasteten Bauteile können zusammengefasst werden Außenwände Raumluftknoten Innenwände Quelle: VDI 6007 Moritz Lauster Folie 17

18 Vereinfachtes Gebäudemodell Solare Strahlung Außenwände mit Fenstern Alle gleich belasteten Bauteile können zusammengefasst werden Raumluftknoten Innenwände Innenwände Raumluftknoten Konnektoren für innere Lasten Moritz Lauster Folie 18

19 Aufbau Validierungsfall A=17.5 m² V=52.5 m³ T AL Aufbau: 4 Innenwände 2 Aussenwände 2 Aussenfenster Innere Lasten von 7-18 Uhr: 80 W radiativ 280 W konvektiv Äußere Lasten: Zeitlich variable Sonneneinstrahlung Wandaufbau: Innenwand: Beton + Steinwolle Aussenwand: Beton + Dämmung + Fassadenplatte Moritz Lauster Folie 19

20 Vergleich Testfall Kategorie Komplexes Modell Vereinfachtes Modell Simulationszeit (1 a Sim) 34.1 sec 4.1 sec Parameter > Anzahl Gleichungen Max. Anzahl verbundener therm. Zonen 1 Genauigkeit Moritz Lauster Folie 20

21 Testfall Ergebnisse 50 Raumtemperatur in C Ø ΔT = 0.19 K Ø ΔT/TRaum = 1.52 % R² = Dymola VDI6007 Dymola Ref 20 Tag 1 Tag 10 Tag 60 Moritz Lauster Folie 21

22 Unterschiede der Modelle Komplexes Modell Genaue Abbildung der Vorgänge in den einzelnen Räumen (z.b. alle Wände einzeln) Für genaue Simulationen des Gebäudes geeignet (genau) Standardgebäude für Vergleiche Vereinfachtes Modell Nur die groben Daten sind einsehbar (ein Luftknoten, eine Außenwand) Für kombinierte Simulationen mit vielen Komponenten gedacht (schnell und einfach) Vereinfachte Abbildung spezifischer Gebäude im Fokus Sehr unterschiedliche Ziele, Anforderungen und Verwendungszwecke, keins kann das andere ersetzen Moritz Lauster Folie 22

23 Anwendung des Modells 1/3 Input: Wetterdaten Gebäudephysik Geometrie Nutzerprofile Output: Raumtemperatur Heizlast Kühllast Moritz Lauster Folie 23

24 Anwendung des Modells 2/3 Büro Flur normal Zonierung Flur rein Labor Wandaufbau + Parameterkalkulation Wird ersetzt Moritz Lauster Folie 24 Quelle Wandaufbau:

25 Anwendung des Modells 3/3 Gleichzeitigkeitsfaktor Parameter 00:00:00 07:00:00 08:00:00 09:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 Uhrzeit Moritz Lauster Folie 25

26 Anwendung des Modells 3/3 Gleichzeitigkeitsfaktor Parameter 00:00:00 07:00:00 08:00:00 09:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 Profile Uhrzeit Moritz Lauster Folie 26

27 Anwendung des Modells 3/ Gleichzeitigkeitsfaktor Uhrzeit Licht Moritz Lauster Folie 27 Anwesenheit

28 Bestandteile des Gebäudemodells Moritz Lauster Folie 31

29 Wärmebedarf über Betrachtungszeitraum Moritz Lauster Folie 32

30 Wochenverläufe Wärmebedarf Moritz Lauster Folie 33

31 Zusammenhang zwischen Simulation und Messwert R² = 0,7 Moritz Lauster Folie 34

32 Darstellung der dynamischen Fehleranalyse Moritz Lauster Folie 35

33 Sensitivitätsanalyse der Einflussgrößen Beispiel: Auswirkung einzelner Einflussgrößen auf den Jahreswärmebedarf Größe Variation Auswirkung Solltemperatur +/- 1 K +/- 14% Außentemperatur +/- 1 K +/- 11% Infiltration +/- 10% +/- 6% Luftwechsel +/- 10% +/- 5% Einstrahlung +/- 10% +/- 3% Anwesenheit +/- 10% +/- 2% Beleuchtung +/- 10% +/- 2% Maschinennutzung +/- 10% +/- 1% Moritz Lauster Folie 36

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