SimRoom - Gebäudesimulation

Einfache Simulation

Mit dem Lernwerkzeug SimRoom kann für eine Zone, einen Raum oder ein Gebäude als Ganzes, eine zeitlich in Stundenschritten aufgelöste Raumtemperatur, Raumluftfeuchte, CO₂-Konzentration sowie eine Leistung- und Energiebilanz berechnet werden. Die Simulation berücksichtigt u. a. die solare Ausrichtung transparenter und opaker Bauteile, das Wärmeschutzniveau, die Bauschwere, die Verglasungsqualität, den Sonnenschutz mit Regelung, das Lüftungsverhalten und führt die Berechnungen auf der Grundlage stündlicher Klimadaten durch. Daran gekoppelt ist ein anlagetechnisches Energiemodell. Auf der Seite Tutorials findest Du Videos und das Handbuch zu SimRoom.

Für manche Fragestellungen ist ein Energiemodell auf stündlicher Berechnungsbasis erforderlich. Dabei muss ein aufwändiges Rechenmodell nicht zwingend mit einer überfrachteten Dateneingabe einhergehen. In SimRoom kann man mit wenigen aber essentiellen Eingaben und der Nutzung eines intelligenten Gebäudegenerators aussagekräftige und fundierte Energiebilanzen erstellen.

Markus

Berechnungsmodell

Das Bilanzmodell von SimRoom beruht auf einer simultanen Gleichungslösung. Es werden dabei zwei grundlegende Modelle genutzt: das Gebäude-Raummodell und das Gebäude-Anlagenmodell. Im Gebäude-Raummodell werden die raumbezogenen Bilanzen durchgeführt (z.B. Temperatur, CO₂, Feuchte, Energie, Leistung) und die relevanten Ergebnisse werden an das Anlagenmodell übergeben. Änderungen im Gebäude-Raummodell werden direkt im Anlagenmodell übernommen. Die Ergebnisse sind durchgängig und werden tabellarisch und grafisch dargestellt. Der Zeitbedarf für eine Simulation ist abhängig von der Leistungsfähigkeit des Rechners. Auf üblichen Systemen (Intel® Core™ i7) dauert ein Simulationsdurchgang etwa 2-4 Sekunden.

Gebäude-Raummodell

Gebäude-Anlagenmodell

Sonstige Features

Programmintegrierte Online-Update-Prüfung
Export aller Grafiken als hochauflösendes Bild
Export der stündlichen Ergebnisse in einer separaten Arbeitsmappe mit automatisierten Diagrammen
Laden und Speichern von Projekten als leicht austauschbare Text-Datei
Import von weltweiten Klimadaten
Wetterdatengenerator zur Umwandlung von Klimadatensätzen

Zentrale Dateneingabe

Der Gebäudegenerator

Mit maximal 12 Eingaben kann ein Gebäude- oder Raummodell mit all seinen geometrischen Eigenschaften erzeugt werden. Es werden alle erforderlichen transparenten und opaken Hüllflächen generiert und der jeweiligen Orientierung zugewiesen. In einem Diagramm wird das Gebäude-/Raummodell grafisch dargestellt und liefert einen guten Überflick zur Plausibilisierung.

Dynamisches Gebäude-Raummodell

Berechnungsverfahren

Es stehen 2 vereinfachte Algorithmen für das Gebäude-Raummodell zur Verfügung.
(1) Analytische Lösung der Raumbilanz unter Berücksichtigung von Vereinfachungen und Reduzierung der Gleichung auf eine lösbare inhomogene, lineare Differentialgleichung 1. Ordnung.
(2) Berechnung nach dem Widerstands-Kapazitäten-Modell (R5C1-Modell)
Das Verfahren ist ab Version 3 jederzeit frei wählbar.

Die Simulation lässt sich mit Variation der folgenden Parameter durchführen

Sonnenschutz (Fc-Wert, sowie eine einstrahlungsintensitäts- und temperaturabhängige Steuerung)
Dynamisches Fensterlüftungsmodell
Lüftungsverhalten am Tag (hygienische Lüftung und ggf. zusätzliche Lüftung zur Reduzierung vor Überwärmung)
Lüftungsverhalten während der Nacht (hygienische Lüftung und ggf. zusätzliche Lüftung zur Reduzierung vor Überwärmung)
Interne Gewinne (Personen, Geräte, etc.)
Thermische Speichermasse der Zone (Bauweise / Bauschwere)
Feuchtespeicherkapazität der inneren Bauteiloberflächen
Orientierung opaker und transparenter Bauteile
Dämmstandard der Gebäudezone
Verglasungsart und Sonnenschutz
Bauliche Verschattung
Klimadaten (Stundenwerte für Außentemperatur, Feuchtigkeit, Einstrahlung und Windgeschwindigkeit)

Berechnet werden im Stundenzeitschritt

Raumtemperaturverlauf
Verlauf der CO₂-Konzentration
Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit
Heizwärme- und Kühlkältebedarfe und -leistungen
Energiebedarf für Be- und Entfeuchtung
Stromerzeugung einer Photovoltankanlage
Energiebedarf von Wärmeerzeugern
Effizienzzahl von Wärmepumpen für Heizen und WW-Erwärmung
Srombedarfsprofil des Gebäudes
Übertemperaturhäufigkeit
Komfortauswertungen

Die Qualität des Raumklimas wird vergleichend für die Bereiche Raumluftfeuchte, Raumlufttemperatur und Raumluftqualität dargestellt. Dabei wird der Zeitanteil bestimmt, während dem Raum/das Gebäude sich innerhalb einer festgelegten Komfortkategorie befindet. Mit Hilfe dieser Darstellung können die Einflussfaktoren schnell und einfach bestimmt werden.

Auch im gemäßigten mitteleuropäischen Klima sind in der Regel Sonnenschutzsysteme erforderlich, um dem solaren Energieeintrag und somit eine Überwärmung der Gebäude zu begrenzen. Mit steigendem Fensterflächenanteil müssen diese Systeme nicht nur effizienter, sondern auch früher aktiviert werden, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Das führt unter Umständen zu einer Beeinträchtigung der visuellen Behaglichkeit - in dem Fall eine Beeinträchtigung der Aussicht. In SimRoom wird für jede Orientierung der tägliche, monatliche und jährliche Zeitanteil ausgegeben, an dem der Sonnenschutz aktiviert ist. Darüber lassen sich Aussagen zum visuellen Komfort ableiten. Manchmal kann ein geringerer Fensterflächenanteil dazu führen, dass man viel häufiger eine ungestörte Aussicht hat.

Dynamisches Gebäude-Anlagenmodell

Berechnet werden im Stundenzeitschritt

Stromerzeugung über eine Photovoltaikanlage
Bewertung verschiedener Wärmeerzeuger (Wärmepumpen, Kessel, Direktstrom)
Arbeitszahlen für Luft- und Erdreich-Wärmepumpen (Heizen und Warmwasser)
Eigenstromnutzung für Wohn- und Nichgtwohngebäude mit Stromlastprofilen (SLP)
Stromspeicherung-/abgabe über einen Batteriespeicher
Energetischen Autarkiegrades

Detaillierte Energiebilanzen

Ausgaben in der Jahressimulation

Simultane Bewertung von 2 Varianten
Leerlauf-Raumtemperatur ohne aktives Heizen oder Kühlen (frei schwingend)
Raumtemperatur mit aktivem Heizen und/oder Kühlen
Häufigkeit von Temperaturüberschreitungen (Übertemperaturstunden)
Jahres-Temperaturverlauf
Übertemperaturhäufigkeit
Abschätzung von Übertemperaturgradstunden, angelehnt an DIN 4108-2:2013
Komfortdiagramm - Sommer, angelehnt an DIN EN 15251
Temperatur-Energie-Stunden (Heiz- Kühl- und Nullenergiestunden)
Heiz- und Kältebedarf
Heiz- und Kälteleistung
Ausgabe und grafische Darstellung der berechneten Stundenwerte als HeatMap

Jahresdarstellung

Monatsdarstellung

Carpetplot-Darstellung

Heatmap-Darstellung

Konfigurierbare Ergebnisdarstellung in einer HeatMap. Gezeigt werden für jeden Monat im Jahr tagesbezogene Stundenmittelwerte. Dadurch können Aussagen zu typischen tages- und jahreszeitlichen Verläufen von verschiedenen Kenngrößen gemacht werden.

Validierung

Berechnung der Prüffälle gemäß EN 13792
Die in der EN 13792 angegebenen Prüffälle wurden mit SimRoom berechnet und mit den Ergebnissen der EN 13792 verglichen. Aufgrund des vereinfachten Rechenmodells (getrennte Abbildung von Wärmeleitung und Wärmespeicherung) in SimRoom können die Raumtemperaturen und die Leistungsbilanzen nur annähernd bestimmt werden. Mittels einer dynamischen Simulation (Lösung der Wärmeleitungsgleichung z.B. mit Hilfe der Fourier-Transformation) können die Raumtemperaturen und die Leistungsbilanzen viel exakter bestimmt werden. Dennoch zeigt sich, dass die Prüffälle nach EN 13792 bis auf einen Fall die Grenzwerte der Klasse III einhalten. Das SimRoom-Verfahren kann demnach zur Anwendung in der Lehre, und dort zur qualitativen Aufzeigung energetischer Zusammenhänge, als hinreichend aussagekräftig angesehen werden. Für die Planung und Dimensionierung von technischen und baulichen Gebäudekomponenten und -systemen sind andere Werkzeuge zu verwenden.

Prüffälle

Raummodelle:
Lüftungsannahmen:

Differenz-Grenzwerte nach Klassen:
Klasse 1:
Klasse 2:
Klasse 3: