Zeitschrift EE

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Vergleich von DALEC mit verschiedenen Gebäudesimulationstools

David Geisler-Moroder

DALEC („Day- and Artificial Light with Energy Calculation“, www.dalec.net) ist ein Online-Konzeptanalysetool für Architekten, Bauingenieure, Lichtplaner und Bauherren. Trotz einfacher Bedienung und kurzer Rechenzeiten berücksichtigt die Software dennoch die komplexen thermischen und lichttechnischen Vorgänge in Gebäuden und ermöglicht dadurch eine einfache Bewertung von Heiz- und Kühlenergiebedarf sowie des Energiebedarfs für Beleuchtung. Lage und Ausrichtung des Gebäudes, Klimadaten, thermische und lichttechnische Eigenschaften des Raumes, unterschiedliche Fassadensysteme und Kunstlichtanlagen werden bei der Berechnung berücksichtigt. Dabei wird nicht nur die Energie, sondern auch der visuelle und thermische Komfort (etwa in Bezug auf Überhitzung und Blendschutz) bewertet, wobei auch das Benutzerverhalten mit einbezogen wird. Dieser innovative, ganzheitliche Ansatz erleichtert und beschleunigt die Planung nachhaltiger und energieeffizienter Neubauten sowie Sanierungen.

Die energetische Optimierung von Fassaden- und elektrischen Beleuchtungslösungen wird stark vereinfacht und ermöglicht eine Gebäudeplanung mit reduziertem Energiebedarf. Die Motivation hinter der Entwicklung von DALEC war die Vereinfachung des Umgangs mit der Komplexität, die sich aus der Wechselwirkung aus thermischen und lichttechnischen Aspekten ergibt. Im Rahmen des IEA SHC Task 56 „Building Integrated Solar Envelope Systems for HVAC and Lighting” wurde die Software evaluiert und gängigen Gebäudesimulationsprogrammen gegenübergestellt.

Abbildung

Referenzgebäude

Im Zuge des IEA SHC Task 56 wurde ein Referenzmodell für ein Bürogebäude definiert, welches verwendet werden kann, um unterschiedliche solare Gebäudehüllen und Systeme zu vergleichen. Die Beschreibung ist dabei so aufgebaut, dass eine simulationstechnische Umsetzung des Modells unabhängig von der verwendeten Plattform (z. B. EnergyPlus, TRNSYS, DALEC, etc.) möglich ist. Die Beschreibung umfasst u.a. die Spezifikation von Gebäudetypologie und -geometrie, des Nutzerverhaltens, eines Referenz-Energiesystems sowie der Steuerstrategie und die zu erwartenden Referenz-Ergebnisse der Berechnung. Die Abbildung unten zeigt das 3D-Modell des definierten, einfachen Referenz-Büroraums.

Geometrie des in IEA SHC Task 56 definierten Referenzbüroraums.

DALEC Berechnung und Vergleich

Der Referenzraum wurde in DALEC abgebildet und für die drei vorgeschlagenen Klimata Stockholm, Stuttgart und Rom und die entsprechenden Gebäudeparameter simuliert. Da DALEC als Konzeptwerkzeug zum Teil vereinfachte Annahmen berücksichtigt, wurden die Randbedingungen entsprechend der benötigten Inputs für DALEC umgerechnet. So wurden etwa die zeitlich aufgelösten Schemata für Belegung und Equipment zu einer mittleren internen Last über die Belegungszeit zusammengefasst. Für einen Vergleich mit anderen Tools wurde darüber hinaus das Schwellwertkriterium für den Sonnenschutz von Globalstrahlung an der Fassade (Sonne und Himmel) auf Direktstrahlung an der Fassade (nur Anteil der Sonne) umgestellt. Die folgende Abbildung zeigt das Ergebnis der DALEC-Berechnungen für Heiz- und Kühlbedarf an den drei vorgeschlagenen Standorten. Die verschiedenen Randbedingungen (g-Werte, U-Werte, etc.) an den Standorten führen dazu, dass zum Beispiel in Stockholm und Stuttgart trotz unterschiedlicher klimatischer Bedingungen ähnliche jährliche Heiz- und Kühlbedarfe resultieren.

Jährlicher Energiebedarf für Heizung und Kühlung im IEA SHC Task 56 Referenzraum ermittelt mit dem Konzeptanalysetool DALEC für drei Standorte.

Im Rahmen des IEA SHC Task 56 wurde von den beteiligten Experten das Referenzbüro mit unterschiedlichen Gebäudesimulationsprogrammen (TRNSYS, EnergyPlus, Modelica, zwei Implementierungen in Simulink, PHPP und DALEC) simuliert und ausgewertet. Ziel dabei war einerseits zu evaluieren, ob die Beschreibung der Randbedingungen vollständig und eindeutig ist, um Missverständnisse in der Interpretation zu vermeiden. Andererseits sollte überprüft werden, ob die unterschiedlichen Softwarepakete für ein einfaches Referenzbeispiel gleiche Ergebnisse liefern. Dies bietet eine gute Möglichkeit, um das Konzepttool DALEC zu evaluieren und detaillierten Berechnungsmethoden gegenüberzustellen. Nachfolgend werden die Simulationsergebnisse aus DALEC den Ergebnissen der weiteren Tools gegenübergestellt. Die monatlichen Bedarfe für Heizen und Kühlen aus DALEC stimmen dabei für alle drei Standorte in Europa mit den Ergebnissen der detaillierteren Berechnungsmethoden sehr gut überein.

Vergleich der monatlichen Simulationsergebnisse aus DALEC (orange/blau) mit den Ergebnissen anderer Gebäudesimulationssoftware für drei Standorte in Europa. Die positiven Werte zeigen den Heizbedarf, die negativen den Kühlbedarf.

Fazit

Die Gegenüberstellung mit gängigen, detaillierten Berechnungsprogrammen zeigt, dass das Konzeptanalysetool DALEC vergleichbare Ergebnisse liefert. Die wesentlichen energetischen Einflüsse im Gebäude werden berücksichtigt und somit kann eine aussagekräftige Analyse von Kunstlicht-, Heiz- und Kühlbedarf mit dieser vereinfachten Online-Software bereits in frühen Planungsphasen schnell durchgeführt werden.

Danksagung

Die Berechnungen mit den Gebäudesimulationstools TRNSYS, EnergyPlus, Modelica, Simulink und PHPP wurden von den Partnern im IEA SHC Task 56 durchgeführt: Universität Innsbruck (Mara Magni, Fabian Ochs, Toni Calabrese), EURAC (Matteo D’Antoni, Paolo Bonato), TU Eindhoven (Samuel Vries, Roel Loonen) und Universität Aalborg (Alessandro Maccarini, Alireza Afshari).

Autor

Dr. David Geisler-Moroder ist Leiter Kompetenzfeld Tageslicht und Projektleiter in der Abteilung Research & Development bei Bartenbach. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Weiterführende Informationen / Links im E-Paper

DALEC wurde von Bartenbach gemeinsam mit Zumtobel und der Universität Innsbruck entwickelt. Das Online-Tool ist unter www.dalec.net und www.zumtobel.com/dalec frei zugänglich. Ausführliche Informationen zum IEA SHC Task 56 „Building Integrated Solar Envelope Systems for HVAC and Lighting” sind online unter http://task56.iea-shc.org/ verfügbar.

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