Simulation
Gebäude in der Planungsphase virtuell testen und optimieren
Das perfekte Zusammenspiel von Architektur und technischer Gebäudeausrüstung ist seit jeher eine große Herausforderung für alle Planungsbeteiligten – vom Entwurf bis zum Betrieb eines Gebäudes. Neben einer integralen Planung eignet sich Simulationssoftware gut, um
- Fassaden hinsichtlich solarer Gewinne und energetischer Verluste bestmöglich zu gestalten,
- den Energiebedarf fürs Kühlen bzw. Heizen abzubilden und zu minimieren,
- Verteilnetze hydraulisch und akustisch zu bewerten,
- Anlagen und Energieerzeugungskonzepte zu optimieren,
- Systemanalysen zu Invest- und Betriebskosten, also Lebenszykluskosten, zu erstellen,
- das Wohlbefinden (thermischer und visueller Komfort) von Menschen im Gebäude zu untersuchen und
- das Potenzial von Low-Tec-Lösungen (z. B. natürliche Lüftung) gegenüber technischen Lösungen auszuloten.
Je nach Fragestellung eignen sich unterschiedliche Simulationsansätze. Wir unterstützen Sie bei einfacheren Fragestellungen mit einer einzelnen Software und bei sehr komplexen Themen, die einen iterativen Softwareeinsatz erfordern.
Energiebedarf und Baumaßnahmen optimal planen
Im Rahmen der thermischen Simulation bestimmen wir den stündlichen Verlauf der mittleren Raumluft- und Oberflächen-temperaturen – basierend auf den veränderlichen Einwirkungen der äußeren und inneren Lasten in den Räumen.
Mittels einer thermischen Simulation lassen sich folgende Aspekte klären:
zu erwartende operative (empfundene) Raumtemperatur,
- Überschreitungshäufigkeiten bestimmter Temperaturklassen (sommerlicher Wärmeschutz nach DIN 4108-2),
- Energiebedarf für Heizen und Kühlen unter realen bzw. zukünftigen Bedingungen,
- Einfluss von speichernden Bauteilen auf den thermischen Komfort,
- Auswirkungen unterschiedlicher Sonnenschutzmaßnahmen und Fassadengestaltungen auf das Raumklima,
- Bewertung von Verbesserungsmaßnahmen wie unterstützender Nachtlüftung oder Aktivierung von Bauteilen sowie
- Effizienz und Auswirkung der Nachtlüftung.
Mit der dynamisch thermischen Gebäudesimulation lässt sich die Planung optimieren und der Innenraumkomfort bewerten nach:
- DIN 4108-2 – Mindestanforderungen an den Wärmeschutz,
- DIN EN 15251 – Eingangsparameter für das Raumklima, um die Energieeffizienz von Gebäuden auszulegen und zu bewerten,
- DIN EN ISO 7730, die sogenannte Behaglichkeitsnorm,
- DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen),
- BNB (Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen) sowie
- LEED (Leadership in Energy and Environmental Design).
Druck, Temperatur und Luftzirkulation digital abbilden
Mit der Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) untersuchen wir Luftströmungen und Temperaturverhältnisse selbst in komplexen Raumgeometrien vorab virtuell und detailliert. Dazu überführen wir das untersuchte Raumvolumen im Modell in eine Gitterstruktur. Für jede Gitterzelle lösen wir die Elementargleichungen für Druck, Temperatur und Geschwindigkeit und analysieren Wechselwirkungen.
So lassen sich Luftströmungen in Räumen und über und um komplexe Gebäude, Liegenschaften und Quartiere vorab virtuell simulieren, visualisieren und bewerten (Innenhöfe, Atrien, Rezirkulation bei mehreren Anlagen etc.).
Systemverhalten präzise vorhersagen
Weil Energieerzeugungsanlagen immer komplexer werden und Wärmepumpen Gaskessel ablösen, werden Anlagensimulationen immer wichtiger. Sie zeigen präzise, wie sich vielschichtige und dynamische Systeme verhalten. Wo früher Gas- und Ölkessel Wärme konstant zur Gebäudeheizung lieferten, sind Wärmepumpen von Umweltwärmequellen wie dem Erdreich, Grundwasser oder der Außenluft abhängig. Da diese Energiequellen jährlichen, stündlichen und sogar noch kleinskaligeren Schwankungen unterliegen, sind Vorhersagen über die Endenergiebedarfe für komplexe Anlagen mit statischen Modellen häufig nicht mehr ausreichend.
Anlagensimulationen bieten hier eine Lösung. Mit ihrer Hilfe lässt sich zum Beispiel zeigen, wie Heizungsanlagen mit Photovoltaikanlagen (PV), Solar-Carports, Speichertechnologien etc. interagieren – um daraus Schlüsse für Optimierungen zu ziehen.
Produzieren die PV-Anlagen viel Energie, kann die Wärme- oder Kälteerzeugung so gesteuert werden, dass der Strom direkt genutzt wird, statt ihn zu ungünstigen Konditionen ins Netz einzuspeisen. Überschüssige Wärme oder Kälte kann dann beispielsweise zwischengespeichert werden, damit Wärmepumpen in Zeiten geringer PV-Produktion weniger Netzstrom verbrauchen. Anlagensimulationen helfen also, das wirtschaftliche und ökologische Optimum der Speicher- und Erzeugerdimensionierung zu ermitteln.
Visuelle Behaglichkeit fürs Wohlbefinden
Neben der lüftungstechnischen und thermischen spielt auch die visuelle Behaglichkeit eine große Rolle für das menschliche Wohlbefinden.
Mithilfe von Tageslichtsimulationen bewerten wir die Lichtverhältnisse in Innenräumen und können unter anderem folgende Aspekte untersuchen und optimieren:
- Tageslichtquotienten und Beleuchtungsstärke,
- Blendungsbewertung (z. B. bei Bildschirmarbeitsplätzen),
- Tageslichtautonomie und Tageslichtverfügbarkeit,
- Auswirkungen von Lichtlenkmaßnahmen,
- Visualisierung durch fotorealistische Darstellung,
- Farbwiedergabe sowie
- Sichtverbindung nach außen.
