Energetische Mehrzonen-Gebäudesimulation

Überblick

Zum heutigen Zeitpunkt gibt es einige Normen und Richtlinien, die sich bereits mit diesem Thema beschäftigen. Darunter zählen unter anderem DIN EN ISO 13791 DIN 13791, VDI 6007 VDI 6007 und 6020 VDI 6020 sowie die internationale Richtlinie ASHRAE 140 ASHRAE 140, auch BESTest (Building Energy Simulation Test) genannt, welche nachfolgend kurz diskutiert werden.

Validierungs- und Testreihen

  • DIN EN ISO 13791 – Norm über Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden. Sie enthält drei Grundlagentestfälle zum Überprüfen der Funktion von thermischen Gebäudesimulationen.
  • DÌN EN ISO 52016-1 und DIN EN ISO 52017-1 – Normen zur energetischen Bewertung von Gebäuden
  • VDI 6007 und 6020 – Richtlinien zur Validierung von Simulationsprogrammen
  • ASHRAE 140 „BESTest“ – Validierungsmethodik und Testserie für die Bewertung energetischer Gebäudesimulationsprogramme
  • SimQuality (2020) – Validierungsverfahren für moderne, detaillierte Gebäudeenergiesimulationsprogramme

Empirische Modelle und Validierung gegenüber Messdaten/Testhäusern

Zahlreiche Publikationen dokumentieren den Abgleich von Messdaten, beispielsweise von Testhäusern und verbauten Anlagen, und Modellabbildungen. Beispiele dafür sind:

  • Experimentelle Validierung in EnergyPlus von Zhou u. a. (2007)
  • Validierung eines thermischen Modells von de Wilde u. a. (2009)
  • Validierung eines Gebäudesimulationsprogrammes von Ryan u. Sanquist (2012)
  • Experimentelle Validierung Hart u. a. (2018)

Durchführung

Grundsätzlich ist zu bedenken, dass beim Vergleich von Simulationsergebnissen und Messdaten folgende Fehlerquellen parallel auftreten:

  • Messfehler (Messtechnik) und Verfahrensfehler bei der Messdatenerfassung,
  • Abweichungen in der Auswertung (Datenmittelung/Bereinigung und Datenkalibrierung, z.B. bei der Klimadatenanalyse),
  • verschiedene Modellansätze und entsprechende Parameterkalibrierungsmethoden/-verfahren,
  • verschiedene Lösungsmethoden/Umsetzungen,
  • Programmierfehler (Dateneingabe, Rechenkern, Ausgabe) und
  • Ergebnisdatenanalyse, z.B. durch missverständliche Definitionen, (Einheiten-)-Konvertierungsfehler etc.

Betrachtet man vereinfacht nur die Abweichungen zwischen Messdaten und Simulationsergebnissen lässt sich dadurch nicht zwingend ein korrektes Verhalten des Simulationsprogramms erkennen – Fehler können sich gegenseitig aufheben, oder manche Fehler treten nur in bestimmten Situationen auf. Eine isolierte Betrachtung allein der programmseitigen Umsetzung ist daher für die Validierung und Prüfung des Simulationsprogramme selbst sinnvoller (siehe auch Diskussion zu HAMSTAD Testfällen).

Literatur

Nachfolgend sind noch einige uns bekannte Bücher/Texte zum Thema aufgeführt und kurz andiskutiert. Wir würden uns über Ihre Anregungen/Beiträge freuen, um diese Liste zu erweitern. Bitte kontaktieren Sie uns über das Kontaktformular.

Bücher zum Thema

  • Feist, W., Thermische Gebäudesimulation : kritische Prüfung unterschiedlicher Modellansätze, 1994, ISBN: 978-3-7880-7486-9, http://d-nb.info/931193532
    In diesem Buch werden die Simulationsprogramme DYNBIL, HAUSER, DEROB, JULOTTA in einem komplexen Validierungsszenario verglichen. Das Buch enthält eine sehr gute und detaillierte Diskussion über die verschiedenen Modellansätze zur Abbildung der Gebäudephysik und individuelle Vergleichsrechnungen für Teilkomponenten des Simulationsmodells. Es hat zum Teil die Entwicklung der SimQuality-Testreihe inspiriert.

Sonstiges/Literaturreferenzen

  • Andersson, C.; Åkesson, J.; Führer, C.: PyFMI: A Python Package for Simulation of Coupled Dynamic Models with the Functional Mock-up Interface. Centre for Mathematical Sciences, Lund University, 2016
  • Norm ANSI/ASHRAE Standard 140-2007 (2017) . ANSI/ASHRAE Standard 140-2007 (2017) Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs.
  • Norm ISO 13791 (2012) . DIN EN ISO 13791 (2012) Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden – Sommerliche Raumtemperaturen bei Gebäuden ohne Anlagentechnik – Allgemeine Kriterien und Validierungsverfahren
  • Hart, R.; Goudey, H.; Curcija, D. C.: Experimental validation for thermal transmittances of window shading systems with perimeter gaps. In: Journal of Building Performance Simulation 11 (2018), Nr. 6, 705-717. http://dx.doi.org/10.1080/19401493.2018.1436192. – DOI 10.1080/19401493.2018.1436192
  • Lauster, M.; Müller, D.: Methods of time series analysis for simulationbased urban scale evaluations. In: Proceedings of the BauSim 2018, Karlsruhe, 2018
  • Nicolai, A.; Paepcke, A.: Co-Simulation between detailed building energy performance simulation and Modelica HVAC component models. In: Tagungsband zur Modelica Conference 2017, 2017
  • Ryan, E.M.; Sanquist, T.F.: Validation of building energy modeling tools under idealized and realistic conditions. In: Energy and Buildings (2012)
  • Norm VDI 6007 (2015) . VDI 6007 (2015) Berechnung des instationären thermischen Verhaltens von Räumen und Gebäuden.
  • Norm VDI 6020 (2016) . VDI 6020 (2016) Anforderungen an thermisch-energetische Rechenverfahren zur Gebäude- und Anlagensimulation.
  • Wilde, P.; Griffiths, R.; Goodhew, S.: Evolution and validation of a thermal probe model. In: Journal of Building Performance Simulation 2 (2009), Nr. 2, 85-94. http: //dx.doi.org/10.1080/19401490802590693. – DOI 10.1080/19401490802590693
  • Zhou, Y.P.; Wu, J.Y.; Wang, R.Z.; Shiochi, S.; Li, Y.M.: Simulation and experimental validation of the variable-refrigerant-volume(VRV) air.conditioning system in EnergyPlus. In: Energy and Buildings (2007)