TY - THES
T1 - Charakterisierung von Gebäuden durch statische Berechnungsverfahren und der Kombination von Gebäude- & Strömungssimulation zur Klassifizierung der thermischen Behaglichkeit
AU - Neyer, Daniel
AU - Leindecker, Herbert Claus
PY - 2007
Y1 - 2007
N2 - 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.
AB - 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.
KW - Gebäudesimulation
KW - Behaglichkeit
KW - Gebäudesimulation
KW - Behaglichkeit
M3 - Masterarbeit / Diplomarbeit
ER -