ASHRAE 140 „BESTest“

Der BESTest (Building Energy Simulation Test) definiert verschiedene Typräume. Diese unterscheiden sich in Konstruktionsaufbau, z.B. mit leichter oder schwere Bauwerksmasse. Anschließend werden mit verschiedenen Varianten einzelne Effekte getestet. Hierbei wird z.B. die Kühl- und Heizleistung ermittelt. Der BESTest dient als Standardmethode für die Bewertung von energetischen Gebäudesimulationsprogrammen.
Das Validierungsverfahren weist Ähnlichkeiten zum Komplexfall der ISO 13791 auf. Auch bei diesem Testfall fehlen Zwischenergebnisse, jedoch sind die einzelnen Testfälle so konstruiert, dass nur bestimmte Modelleinflüsse zum tragen kommen. Beispielsweise gibt es den gleichen Testfall ohne und mit Konditionierung.
Die verwendete Validierungsmethodik bietet sich für die Testfälle im SimQuality an, da Modelle inkrementell aufgebaut werden können und Unterschiede zwischen Modellvarianten sich klar in den Ergebnissen zeigen.

Detaillierte Betrachtung

Die ASHRAE definiert für die Gebäude/Raumvalidierung zwei Testreihen. Diese werden mit „Case“ bezeichnet. Die Testreihen gliedern sich in ein leichten Raum (Serie Case 600) und ein mittelschweren Raum (Serie Case 900).
Innerhalb jedes Cases wird bei konditionierten Systemen die maximale Heiz- und Kühlleistung sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung betrachtet. Bei den nichtkonditionierten Systemen wird der jeweilige Raum freischwingend dem Vorgabeklima ausgesetzt. Dabei werden maximale und minimale Raumtemperaturen mit Zeitpunkt sowie Jahresmitteltemperaturen verglichen.
Eine Übersicht der Cases ist in folgender Abbildung zu erkennen.

Übersicht der Testcases

Case-Beschreibungen

Case 600 und 900

Der Case 600/900 definiert ein Ein-Raum-Modell. Dabei werden die Bauteil (Wände, Boden, Decke, Fenster) definiert und mit den Klimadaten des Standorts Denver betrachtet. Die zwei Fenster sind nach Süden ausgerichtet. Bei der Berechnung diese Cases wird vorausgesetzt, dass folgende Modelle im Gebäudesimulationsprogramm integriert sind:

  • Sonnenstandberechnung
  • Strahlungsberechnung auf verschiedene Flächen
  • Wärmeleitung durch opake und transparente Bauteile mit Ankopplung an Außenluft oder Erdreich
  • Interne Lasten mit konvektiven und radiativen Anteilen
  • Solare Verteilungsfaktoren im Raum
  • Lüftungsmodelle mit Infiltration
  • Konditionierungssystem für Heizung und Kühlung mit Sollwertsteuerung

Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung.
Weiterhin wird die einfallende Solarstrahlung auf die Flächen geprüft. Zusätzlich werden für die Fenster die Anteile der direkten und diffusen Strahlung durch das Fenster gefordert.

Case 610 und 910

Im Case 610/910 wird zusätzlich zum Case 600/900 ein feststehender Überhang über dem Fenster definiert.

Case 610: Südlicher Fensterüberhang

Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung. Zusätzlich wird die verschattet transmittierte Strahlung durch das Fenster geprüft.

Case 620 und 920

Im Case 620/920 werden die Südfenster auf die West- und Ostfassade verschoben. Grundlage dafür bildet der Case 600/900.

Case 620: Ost- und Westfenster

Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung. Zusätzlich wird die unverschattet transmittierte Strahlung durchs Westfenster geprüft.

Case 630 und 930

Im Case 630/930 werden die West- und Ostfenster mit einem Überhang und Seitenfinnen abgeschattet.

Case 630: Ost- und Westfenster mit Verschattung

Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung. Zusätzlich wird die verschattet transmittierte Strahlung durchs Westfenster geprüft.

Case 640 und 940

Im Case 640/940 werden die verschiedene Kontrollstrategien zum Heizen und Kühlen definiert.
Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung.

Case 650 und 950

Im Case 650/950 wird eine Nachtlüftung integriert.
Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung.

Case 960

Im Case 960 werden zwei Räume miteinander gekoppelt. Dabei erhält der Raum ohne Fenster die Bauteile des Case 600 und der zweite Raum die Bauteil des Case 900. Der Raum ohne Fenster wird nicht konditioniert und ist damit freischwingend. Der angekoppelte Raum dahinter besitzt eine Konditionierung wie im Case 600.

Case 960: Grundriss und Schnitt des Sonnenraums

Geprüft werden Heiz- und Kühllasten sowie der Jahresenergiebedarf von Heizung und Kühlung. Zusätzlich werden für den freischwingenden Raum die Temperaturen geprüft.

Case 600FF und 900FF

In diesem Fall wird der Raum aus Case 600 oder Case 900 ohne Konditionierung betrachtet.
Geprüft werden maximale und minimale Raumlufttemperaturen sowie die Jahresmitteltemperaturen.

Case 650FF und 950FF

In diesem Fall wird der Raum aus Case 650 oder Case 950 ohne Konditionierung betrachtet.
Geprüft werden maximale und minimale Raumlufttemperaturen sowie die Jahresmitteltemperaturen.

Detaillierte Modelltest

In weiteren Cases werden verschiedenste Effekte versucht zu isolieren und im Detail zu betrachten.
Darunter zählen die Wärmeleitung, Übergangskoeffizienten als auch Absorptionsfaktoren und viele weitere mehr.

Diskussion und Auswertung

Der BESTest bietet eine gute Grundlage für die Vergleichbarkeit von Programmen untereinander. Analytische Testfälle sind leider nicht enthalten.
Zudem werden zum Teil sehr komplexe Modelle eingesetzt wie zum Beispiel beim Fenstermodell mit einer Mehrfachverglasung. Eine Bewertung von unterschiedlichen Modellansätzen findet nicht statt wie zum Beispiel beim Diffusstrahlungsmodell isotrop/anisotrop.
Beim Vergleich wird immer gegen die „alten“ Softwareprodukte verglichen. Da diese auch Fehler haben können und eine Herleitung aus analytischen Quellen fehlt, ist die Bewertbarkeit nicht durchgehend gesichert.