Energie­simulation & Energie­konzepte

Ein Berechnungs- und Analysewerkzeug, das die thermische und energetische Optimierung sowie die Planung von Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen wirkungsvoll unterstützt

Gebäude- und Anlagensimulation

Mit einer Energiesimulation für Gebäude und Anlagen erhält man einen detaillierten Blick auf Temperatur- und Feuchteverläufe sowie Energieströme innerhalb von Räumen, Raumgruppen, vollständigen Gebäuden und Anlagen der Gebäudetechnik oder einzelnen Komponenten einer solchen Anlage. Diese lassen sich, passgenau zu jeder Aufgabenstellung, auch über längere Zeiträume untersuchen und berechnen.

Abb.1: Energiesimulation Lasten

Abb.1: Energiesimulation Lasten

Abb.2: Energiesimulation Jahresgang

Abb.2: Energiesimulation Jahresgang

Abb.3: Energiesimulation  Bedarf

Abb.3: Energiesimulation  Bedarf

Abb.4: Energiesimulation Temperaturverlauf

Abb.4: Energiesimulation Temperaturverlauf

Eine Gebäude- und/oder Anlagensimulation kann für Bestandsgebäude und -anlagen oder für Gebäude und Anlagen im Entwurfsstadium erstellt werden. Unterschiedliche bauliche und/oder anlagentechnische Maßnahmen können bereits im Vorfeld einer Umsetzung unter gleichen Witterungsrandbedingungen miteinander verglichen werden. Berechnet werden beispielsweise Lufttemperaturen und Temperaturen auf Raumumschließungsflächen, Heiz- und Kühlleistungen sowie Energiebedarfswerte.

Ein vielfältiger Simulationsansatz

Die Gebäude- und Anlagensimulation ist ein aussagekräftiges Tool, das vielfältige Erkenntnisse für die Optimierung von Räumen, Gebäuden und Produktionsanlagen im Bestand oder auch schon in der Planungsphase liefert.

Wir setzen diese Werkzeuge ein:

  1. Zur klassischen, dynamischen Gebäudesimulation in einzelnen Räumen oder Raumgruppen, in vollständigen Gebäuden oder auch in Quartieren
  2. In der Anlagensimulation bei der Betrachtung der Strom-, Wärme- und Kälteversorgung
  3. Für die energetische Modellierung von Lüftungs- und Klimatisierungsansätzen in Gebäuden
  4. Zur kombinierten Betrachtung von einzelnen Räumen, Gebäuden oder Quartieren im Zusammenspiel mit gebäudetechnischen Anlagen

Sowohl die dynamische Gebäudesimulation als auch die ergänzende Anlagensimulation bilden die Grundlage von und ergeben wichtige Erkenntnisse für umfassende, moderne Energiekonzepte.

Dynamische Gebäudesimulation

Bei der dynamischen Gebäudesimulation werden – basierend auf den bauphysikalischen Eigenschaften von Gebäudebauteilen und in Wechselwirkung mit spezifischen Witterungsrandbedingungen – über einen bestimmten Zeitraum die Temperaturen in Räumen oder Raumgruppen und die zur Temperierung von Räumen oder Raumgruppen benötigten Leistungen und Energien berechnet.

Dafür wird ein zu betrachtendes Gebäude in sogenannte thermische Zonen unterteilt. Eine Zone kann im einfachsten Fall nur ein Raum sein, einzelne Zonen können aber auch mehrere Räume umfassen, wenn diese in etwa die gleichen Rahmenbedingungen aufweisen. Im Simulationsmodell werden die verschiedenen physikalischen Eigenschaften aller Materialien und Gegenstände in einer Zone (in einem Raum) und deren Auswirkung auf Klima, Temperatur und Energieverbrauch mit Hilfe wissenschaftlicher Methoden simuliert.

Im Vorfeld können so die Eigenschaften von Räumen unter verschiedenen Annahmen untersucht werden. Die Berechnung erfolgt in beliebig fein wählbaren Zeitschritten.

Berücksichtigen lassen sich folgende Aspekte, Informationen und Ausgangsgrößen:

  • Die Sonneneinstrahlung (Intensität und Einstrahlwinkel) entsprechend der Tages- und Jahreszeit
  • Beliebig definierbare Innenlasten wie konvektive Wärme, Strahlungswärme und Feuchte, etc.
  • Der Luftaustausch zwischen Räumen oder mit der Außenluft (Infiltration)
  • Die kontrollierte Heizung, Kühlung und Belüftung von Räumen
  • Die Verwendung beliebiger externer Dateien (z.B. Wetterdaten, Messdaten)

Als Ergebnis erhält man die folgenden Größen:

  • Temperaturen (Raumlufttemperaturen, Oberflächentemperaturen, operative Temperaturen, Temperaturverläufe und Häufigkeit von Temperaturen u.a.) und Raumluftfeuchten
  • Kenngrößen zur Bewertung der thermischen Behaglichkeit (PMV-, PPD-Werte)
  • Den erforderlichen Heiz- bzw. Kühlenergiebedarf
  • Die erforderliche Heiz- bzw. Kühlleistung

Anlagensimulation

In Erweiterung der Gebäudesimulation kann mit Hilfe einer kombinierten Gebäude- und Anlagensimulation das energetische Zusammenspiel von einzelnen Komponenten oder Anlagen zur Beheizung, Lüftung, Klimatisierung und Stromversorgung mit einzelnen Räumen bis hin zu vollständigen Gebäuden simuliert werden. Dabei können sowohl Bestandsanlagen als auch geplante Anlagen betrachtet werden. Mit einer Anlagensimulation lassen sich sogar sie Auswirkungen neuer Komponenten untersuchen. Zu diesem Zweck kann für eine neue Komponente ein entsprechendes Berechnungsmodul programmiert werden.

Als Rahmenbedingungen können, wie bei der Gebäudesimulation auch, vielfältige Faktoren wie Witterungsdatensätze sowie vorhandene Steuer- und Regelungskonzepte für die zu untersuchenden Anlagen mitberücksichtigt werden.

Die dynamische Anlagensimulation – Basis zur Ermittlung von 

  1. Leistungen (z.B. Heiz- und Kühlleistungen) von Anlagen oder Komponenten
  2. Energien (z.B. Energiebedarfswerte für Heizen und Kühlen) unter Berücksichtigung der Anlagen- bzw. Komponenteneigenschaften
  3. Aufwandszahlen
  4. Die einzelnen Daten lassen sich jeweils über bestimmbare Zeiträume (z.B. ein Jahr) sowie abhängig von wählbaren Klimata ermitteln.

Die Berechnung einer Energiesimulation ist hinsichtlich der erforderlichen Rechenleistung weit weniger aufwändig als eine komplexe CFD-Simulation. Dadurch lassen sich auch längere Zeiträume abbilden, saisonale Auswirkungen wie Heiz- oder Hitzeperioden berücksichtigen oder ganzjährige Betrachtungen durchführen.

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Das bieten wir Ihnen

  • Die Überprüfung und Bewertung der Eigenschaften von Gebäuden und Anlagen sowie einzelner Komponenten bereits vor dem Bau, der Sanierung oder der Installation.
  • Eine kostengünstige Analyse und Optimierung unterschiedlicher Konzepte (Gebäude, Anlage, Steuerung und Regelung).
  • Die Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen bei der Verwendung unterschiedlicher Gebäudebauteile oder unterschiedlicher Anlagenkonzepte.
  • Die Optimierung und Überprüfung der Einhaltung von gesetzlichen Vorgaben (z.B. sommerlicher Wärmeschutz) bereits in der Planungsphase.
  • Eine ökologische und ökonomische Optimierung und somit Absicherung Ihrer geplanten (oder künftigen) Investitionen.

Intelligente Energiekonzepte

Die größte Energiequelle ist die Energieeinsparung

Aerial view of coal power plant high pipes with black smoke movi

Viele Unternehmen arbeiten mit gewachsenen Strukturen bei der Energieversorgung, die über die Jahre immer wieder mit hohem Aufwand und Kosten den sich verändernden Bedingungen angepasst worden sind. Durch die aktuellen Vorgaben seitens des Gesetzgebers (CO2-Steuer, Gebäude-Energie-Gesetz (GEG)) sind auch hier Kostensteigerungen insbesondere bei fossilen Energieträgern bereits vorprogrammiert.

Hinzu kommt, dass durch die bereits erfolgte und noch zu erwartende Klimaerwärmung an vielen Produktionsstandorten (auch in Deutschland) zumindest in der wärmeren Jahreszeit eine Notwendigkeit zur Kühlung der Zuluft für Produktionshallen absehbar wird.

Auf dem Weg in eine immer nachhaltigere Zukunft ist es sinnvoll, auf der Basis intelligenter Konzepte alternative und effiziente Lösungen zu entwickeln.

Dry and cracked ground. Global warming concept
Abluft und Zuluft Anlage

Eine der größten Energiequellen ist die Energieeinsparung und die Wiederverwendung im Rahmen von Produktionsprozessen freigesetzter Energie. Im Bereich der Lüftungstechnik hat sich die Wärmerückgewinnung (WRG) bereits seit vielen Jahren zum Quasi-Standard entwickelt und wurde folgerichtig im GEG zum Standard erhoben.

Auch mit Unterstützung der Gebäude- und/oder Anlagesimulationen können wir Ihnen Möglichkeiten zur Optimierung Ihrer Systeme zur Versorgung mit Raumluft und Prozessluft, sowie mit Wärme, Kälte und Strom aufzeigen. Dabei werden die bestehenden Ressourcen bestmöglich berücksichtigt.

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Das bieten wir Ihnen

  • Wir erarbeiten ein detailliertes Konzept für Luftführung und Prozesslüftung und dimensionieren die Luftvolumenströme.
  • Dabei haben wir die aktuellen oder zu erwartenden Randbedingungen immer mit im Blick (siehe auch „Prozessluft“ und „Luftführung“).
  • Wir generieren signifikante Einsparungen an Luftvolumina und minimieren den Energieaufwand.
  • Wir beraten Sie bei der Wahl der technisch besten Methode zur Wärmerückgewinnung im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Effizienz.
  • Wir erarbeiten eine Bestandsaufnahme Ihrer Anlagen zur Energieversorgung als Basis für die Entwicklung und ggf. Optimierung von Energiekonzepten.
  • Wir entwickeln für Sie ein maßgeschneidertes Energiekonzept auf der Basis Ihres Anlagenbestands oder für Neuanlagen (Luft, Wärme, Kälte und Strom).
  • Wir bieten Ihnen die Gegenüberstellung alternativer Konzepte und die Prüfung auf Machbarkeit.
  • Je nach Umfang und Budget erstellen wir Stufenplänen für eine zeitlich gestaffelte und aufeinander aufbauende Umsetzung der Maßnahmen.
  • Wir validieren für Sie geeignete Energiekonzepte mittels der Energiesimulation, inkl. einer Berechnung der jährlichen Bedarfswerte für die einzelnen Energieformen bzw. für die eingesetzten Endenergien.
  • Vor dem Hintergrund der abgeschätzten spezifischen Energiekosten sowie der zu erwartenden Investitionskosten für ein energetisches Gesamtkonzept oder auch für Einzelmaßnahmen ermitteln wir optional die entsprechende Wirtschaftlichkeit.

Haben wir Ihr Interesse geweckt?