Charakterisierung von Gebäuden durch statische Berechnungsverfahren und der Kombination von Gebäude- & Strömungssimulation zur Klassifizierung der thermischen Behaglichkeit

Die thermische Behaglichkeit ist in der Praxis ein immer wichtiger werdendes Thema. Bereits in den 60er-Jahren wurden von P.O. Fanger die Kriterien des thermischen Komforts definiert und eine entsprechende Berechnungs- und Bewertungsmethode entwickelt. Um den Inbegriff dieser Betrachtungen im Sinne der Nachhaltigkeit anzureichern, muss die Optimierung der Behaglichkeit in Gebäuden immer mit der energetischen Betrachtung Hand in Hand gehen. Die Berechnung der erforderlichen Parameter, die Bewertung der Aussagekraft und praktische Bedeutung beziehungsweise Alltagstauglichkeit dieses kombinierten Ansatzes ist eine sehr essentielle und reizvolle Fragestellung. Welche Berechnungsverfahren bietet diese gekoppelte Untersuchung oder wie kann ein solcher Weg gefunden und beschritten werden? Die gängigen Verfahren zur Berechnung von Energieausweisen nach dem Österreichischen Institut für Bautechnik (OIB) oder nach dem Passivhaus Projektierungspaket (PHPP) beachten die energetische Qualität des Gebäudes, die für die Bewohner jedoch wichtige Frage der thermischen Behaglichkeit ist aber nicht Bestandteil dieser Verfahren. Mittels thermischer Simulation ist hingegen sowohl die qualitative Ausführung der Komponenten als auch die thermische Behaglichkeit in beliebiger Genauigkeit möglich. Es bleibt die Frage offen, ob eine Simulation tatsächlich diese Anforderungen erfüllt und mit welcher Genauigkeit gerechnet werden kann. Das verwendete thermische Simulationspaket TRNSYS kann die gewünschten Ergebnisse, auf Grund des verwendeten Sternknotenmodells, nur bedingt liefern. In TRNSYS werden pro Zone beziehungsweise Raum nur einzelne Knoten berechnet, welche keine Aussage, beispielsweise über die Verteilung der Temperatur im Raum und schon gar keine Aussagen über Luftströmungen zulässt. Dagegen wird mit dem Strömungssimulationspaket FLUENT, über die Finite Volumen Methode, jeglicher Parameter über das gesamte Raumvolumen betrachtet. Folglich können auch alle erforderlichen Parameter der thermischen Behaglichkeit berechnet und analysiert werden. Zunächst wird bei der Betrachtung der einzelnen Programme mit ihren unterschiedlichen Tools klar, dass die Schwächen des einen Pakets die Stärken des anderen sind. So kann in TRNSYS unter den vereinfachten Bedingungen nur eine Ausarbeitung der statistischen Behaglichkeit erfolgen. Diese Betrachtungen sind für Langzeitanalysen auf Grund des Sternknotenmodells und groben Auflösung des Gebäudes und daraus folgend der raschen Simulation bestens geeignet. In FLUENT dagegen werden alle Simulationen, auf Grund der für eine zuverlässige Auflösung erforderlichen hohen Anzahl an Zellen, sehr zeitaufwändig. Dennoch überwiegt hier der Vorteil, alle Behaglichkeitskriterien der statistischen und lokalen Untersuchungen bis ins Detail betrachten zu können. Erst die Kopplung der beiden Simulationspakete führt zum Ziel, dass die Behaglichkeit anschaulich simuliert werden kann. Diese Kombination bringt den offensichtlichen Vorteil, alle für die Behaglichkeit erforderlichen Komponenten berechnen zu können. Dennoch birgt sie auch etliche Schwierigkeiten. Die Nachbildung der exakten Randbedingungen unterliegt in beiden Tools etlichen Vereinfachungen und ist deshalb die wohl größte Herausforderung. Dies führt zur Erkenntnis, dass eine Simulation, zwar mit beachtlichen Ergebnissen, dennoch eine theoretische Abhandlung eines Problems ist. Die praktische Umsetzung und damit die realen Werte von Simulationen sind von den definierten Randbedingungen abhängig und nur unter diesen betrachteten Umständen entsprechend genau. Welche Schritte tatsächlich zur realitätsnahen Abbildung führen können, ist Teil dieser Arbeit.