BIM IM QUARTIER: SIMULATIONSVERFAHREN UND - ANWENDUNG IM PROJEKT CAMPER

Gliederung 1. Einführung 2. Verwendete Werkzeuge 3. Flächenmanagement 4. Level of Detail 5. Ausblick Folie 2 / 22

EINFÜHRUNG Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Erarbeitung eines Energieentwicklungsplanes für den Campus der TU Dresden mit kurz-, mittel und langfristigen Prognosen und Maßnahmen. Dies umfasst die Optimierung der Energieströme, die Einbindung regenerativer und alternativer Möglichkeiten zur Energieerzeugung, den nutzungsoptimierten Betrieb der Gebäude sowie die Einflussnahme auf ein energiesparendes Nutzerverhalten. Dabei werden die Kompetenzen der beteiligten Projektpartner auf den Gebieten der Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung, der Baukonstruktion, der Bauklimatik, der Liegenschaftsverwaltung sowie des Betriebsmanagements gebündelt. Bereits während der Bearbeitungszeit werden verschiedene Pilotmaßnahmen umgesetzt und wissenschaftlich begleitet. (www.tu-dresden.de/camper, 28.08.2017) www.tu-dresden.de/camper Förderkennzeichen: 03ET1319A Folie 3 / 22

EINFÜHRUNG Projektpartner Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung Professur für Baukonstruktionslehre Professur für Bauphysik Professur für BWL, insb. Betriebliche Umweltökonomie Staatsbetrieb Sächsisches Immobilien- und Baumanagement SIB www.tu-dresden.de/camper Förderkennzeichen: 03ET1319A Professur für Baukonstruktionslehre An der Professur für Baukonstruktionslehre wird im Rahmen des Forschungsprojektes die baukonstruktive Seite der Universitätsgebäude mit verschiedenen Methoden analysiert. Mit Hilfe der dynamisch-thermischen Gebäudesimulation werden verschiedene Varianten zur energetischen Ertüchtigung der Gebäudehülle (unter Einbezug innovativer Technologien und Materialien) untersucht und Handlungsempfehlungen im Bereich des Denkmalschutzes als auch Lösungen für den Einsatz fassadenintegrierter Photovoltaik erarbeitet. Professur für Bauphysik Die Professur für Bauphysik übernimmt im Rahmen des Vorhabens die bauphysikalische Analyse des Gebäudezustandes und erarbeitet mögliche Sanierungsszenarien. Mit den Kernkompetenzen im Bereich der Bauteil- und Gebäudesimulation erfolgt die Bewertung unter Berücksichtigung des Nutzereinflusses. Wege zur Optimierung des Gebäude- und Campusenergiebedarfes werden durch Darstellung verschiedener Simulationsvarianten untersucht und gegenübergestellt. Folie 4 / 22

VERWENDETE WERKZEUGE CFD Energy HVAC Multizone Simulation Solver (Reference) HVAC- Simulation CFD- Simulation Multizone Simulation Solver Folie 6 / 22

VERWENDETE WERKZEUGE Kidzania Singapore OpenFOAM Simulation Folie 7 / 22

VERWENDETE WERKZEUGE Heating Demand Cooling Demand CAMPER TU Dresden Thermische Simulation Energy Demand Temperature Comfort Heating Demand Cooling Demand PV Produce PV Produce Folie 8 / 22

FLÄCHENMANAGEMENT Durch die deutschlandweit einheitlichen Raumnutzungsbezeichnungen an Hochschulen, ist es möglich die Profile der DIN-V-18599 zu zuweisen. Hierfür erarbeiteten das Institut für Bauklimatik und das Institut für Baukonstruktion eine Verlinkung zwischen den: Schlüssel DIN 277 RNA-Schlüssel NC-Code und den Profilen der DIN-V-18599-10. Folie 10 / 22

FLÄCHENMANAGEMENT Somit ist es jetzt möglich eine automatische Suche und Zuweisung innerhalb eines Gebäudes durchzuführen. Des Weiteren können stark unterrepräsentierte Nutzungen einer anderen Nutzung zugewiesen werden. Besonders für die Vereinfachung der Modelle, ist dieses Werkzeug essentiell. Folie 11 / 22

Gliederung 1. Einführung 2. Verwendete Werkzeuge 3. Flächenmanagement 4. Level of Detail 5. Vergleich Simulation und Verbrauch 6. Ausblick Folie 12 / 22

LEVEL OF DETAIL LoD 1 Kriterien: Starke Reduzierung der thermischen Zonen Fensterflächen zusammengefasst Zuweisung der am stärksten vorkommenden Randbedingungen Vermeidung von Schnittoperationen Raumnutzungsprofile nach prozentualer Verteilung Folie 13 / 22

LEVEL OF DETAIL LoD 2 Kriterien: Trennung der thermischen Zonen in Verkehrs- und Nutzflächen innere Speichermassen Fensterflächen einzeln dargestellt View-Faktoren Zuweisung der am stärksten vorkommenden Randbedingungen Vermeidung von Schnittoperationen Raumnutzungsprofile nach prozentualer Verteilung Folie 14 / 22

LEVEL OF DETAIL LoD 3 Kriterien: Vereinigung von aneinander liegenden thermischen Zonen mit übereinstimmenden Nutzungsprofilen Fensterflächen exakt dargestellt Unterschiedliche Raumhöhen abbilden Zuweisung der Randbedingungen Schnittoperationen von Elementen Raumnutzungsprofile Folie 15 / 22

LEVEL OF DETAIL LoD 4 Kriterien: Darstellung aller thermischen Zonen Fenster exakt dargestellt Unterschiedliche Raumhöhen abbilden Zuweisung der Randbedingungen Schnittoperationen von Elementen Raumnutzungsprofile Folie 16 / 22

LEVEL OF DETAIL WIL (Willers-Bau, TU Dresden) Detaillierung LoD 1 LoD 2 LoD 3 LoD 4 Gebäudedarstellung Anzahl thermische Zonen 15 107 163 417 Anzahl Profile DIN 18599 2 3 12 12 Bearbeitungszeit in h ~ 1.5 h ~ 12 h ~ 45 h ~ 80 h Simulationszeit in h (Energy +) ~ 2 min ~ 8 min ~ 17 min ~ 36 min Heizenergiebedarf ~ 1676 MWh/a ~ 2525 MWh/a ~ 2244 MWh/a 2298 MWh/a Elektr. Strombedarf ~ 1342 MWh/a ~ 252 MWh/a ~ 232 MWh/a ~229 MWh/a Folie 17 / 22

LEVEL OF DETAIL Pro/Contra Pro Contra Verringerte Bearbeitungszeit Anzahl modellierter Gebäude erhöht sich Reduzierung der Simulationszeit Umfangreichere Variantenanalyse möglich Vereinfachte Auswertung der Simulationsergebnisse Datenvolumen verringert sich Profile zur Raumnutzung mit höchstem Flächenanteil werden dem jeweiligen Bereich zugeordnet Lasten können stark variieren Interne Speichermassen haben signifikanten Einfluss auf (operative) Raumlufttemperatur und damit dem Heizverhalten des Nutzers Folie 18 / 22

LEVEL OF DETAIL Pro/Contra Vorteile Die Erstellung des Modells ist in einem deutlich kürzerem Zeitraum möglich. In Abhängigkeit der Komplexität, Größe und Raumnutzung der einzelnen thermischen Zonen, können auch die notwendigen Konfigurationen deutlich verkürzt vorgenommen werden. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um die Zuweisung der unterschiedlichen Konstruktionsaufbauten oder die Raumnutzungsprofile der DIN V 18599-10. Hiermit lassen sich großflächige Bereiche eines Campus abbilden. Nachteile Im Vergleich der Simulationsergebnisse zwischen dem detaillierten und dem stark vereinfachten Modell, gibt es besonders bei den Heizenergiebedarfen und den Innenraumtemperaturen, starke Abweichungen. So ist im vereinfachten Modell, in den Nichtheizperioden ein starker Anstieg der Innentemperatur berechnet. Hierbei sind die fehlenden internen Speichermassen verantwortlich. Des Weiteren sind die elektrischen Verbräuche divergent. Durch das Zusammenlegen thermischer Zonen und dem Zuweisen eines prozentual stark vertretenen Hauptprofils, können kleinere aber energieintensive Nutzungsbelegungen entfallen. Folie 19 / 22

AUSBLICK Weitere Untersuchungen von Gebäuden unterschiedlicher Gebäudeklassen Analyse der Simulationsergebnisse zur Berechnung von Faktoren zur Interpolation LoD-Matrix zur Auswahl des Levels für Untersuchung bestimmter Parameter Erweiterung durch Untersuchungen weiterer Randbedingungen (Konstruktion, Interne Lasten) Konzepte zur Reduktion des Energiebedarfs auf Siedlungs- und Campusebene Folie 21 / 22

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit TU Dresden Institut für Bauklimatik René Hoch rene.hoch@tu-dresden.de Institut für Baukonstruktion Dennis Thorwarth dennis.thorwarth@tu-dresden.de Tel.: 0351/ 463 32504 Tel.: 0351/ 463 31637 Dirk Weiß dirk.weiss@tu-dresden.de Tel.: 0351/ 463 35367 Folie 22 / 22