Gebäudesimulation

Jeder BOB entsteht zunächst digital im Computer und wird schon hier Wind und Wetter ausgesetzt. Per dynamischer Gebäudesimulation wird ein Abbild der Realität geschaffen, so dass bereits im Computer der Energiebedarf oder das Raumklima überprüft werden können. Folgende Daten gehen in die Gebäudesimulation ein:

  • Geometrie des BOB
  • Umgebungsbebauung des BOB
  • Klimadaten
  • bauphysikalische Eigenschaften für Decken, Böden, Wände, Fensterrahmen, Glas, Jalousie etc.
  • technische Eigenschaften für Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung
  • Regelungstechnik mit allen Parametern und Algorithmen der Steuerung
  • Nutzungsdaten mit Zeiten der Anwesenheit und Nutzung von technischen Geräten wie EDV
  • Vorgaben des Raumklimakomforts

Über das Gebäude wird jetzt nach dem Modell der finiten Elemente ein Netz aus Knoten gespannt und für jeden Knoten werden Ergebnisse durch eine Simulation über alle Stunden des Jahres (8760) hinweg berechnet. Üblicherweise besteht ein Raum aus einem Knoten teilweise werden die Modelle aber auch noch feiner angelegt. Ergebnisse der Simulation sind:

  • 8760 Daten für die Lufttemperatur je Raum
  • 8760 Daten für die Empfindungstemperatur je Raum
  • 8760 Daten für den CO2 Gehalt je Raum
  • 8760 Daten für die Luftfeuchtigkeit je Raum
  • 8760 Daten für den Heizenergiebedarf je Raum
  • 8760 Daten für den Kühlenergiebedarf je Raum
  • 8760 Daten für den Kunstlichtenergiebedarf je Raum
  • 8760 Daten für den Lüftungsenergiebedarf je Raum
  • 8760 Daten für das Tageslichtangebot je Raum

In Summe sind dies bei zum Beispiel 300 Räumen 23 Mio. Daten. Und das für eine Variante! Die BOB-Entwickler können jetzt durch mehrere Varianten das Gebäudeverhalten optimieren und auswerten. Das Verhalten über den Tag hinweg, für verschiedene Jahreszeiten und in unterschiedlichen Klimazonen ist so vorhersagbar und kann separat angesehen werden. So wie es bei einem PKW sinnvoll ist, ihn weit vorausschauend vor einer roten Ampel ausrollen zu lassen, um Energiebedarf und Bremsen zu schonen, so ist auch bei einem Gebäude die vorausschauende Optimierung wichtig. Da die Simulationsverfahren, die BOB anwendet, dynamisch sind, sind sie sehr realitätsnah. Wird also zum Beispiel die Heizung vor dem Wochenende (rote Ampel) ausgeschaltet, dann muss der Zeitpunkt des Aus- und Wiedereinschaltens genau vorhergesagt werden, wenn man einen deutschen Energierekord wie bei BOB erreichen möchte.

Die Daten, die mit der Gebäudesimulation erzeugt werden, werden im Gebäudebetrieb eines BOB im Rahmen des Monitorings gemessen. Im Nachhinein erfolgt so ein Abgleich der theoretischen Simulation mit den praktischen Werten. Dieses Know-how hat bei BOB dazu geführt, dass wir Ihnen eine Energiegarantie geben können.

Klima- und Wetterdaten

Für jeden BOB-Standort werden bei Wetterdiensten Wetterdaten eingekauft. Die Wetterdienste bieten Daten an, die über viele Jahre hinweg gemessen und gemittelt wurden. Die Wetterdaten werden als stündliche Daten geliefert, so dass zu jedem Datenpunkt 8760 Daten pro Jahr vorliegen. Zu den Wetterdaten gehören die Lufttemperatur, die direkte Solarstrahlung, die diffuse Solarstrahlung, der Bewölkungsgrad, die Luftfeuchtigkeit, die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung.

Da bekannt ist, dass die Temperaturen aufgrund des Klimawandels steigen werden, bieten die Wetterdienste einen Extremwetterdatensatz an. In diesem Datensatz sind zum Beispiel die sehr warmen Sommer 2003, 2015 und 2018 komprimiert erfasst und geben so das Wetter wieder, das am jeweiligen Standort im Jahr 2050 herrschen wird. Jeder BOB wird anhand des Extremwetterdatensatzes einem Stresstest unterzogen.

Stresstest

Der Stresstest gibt Ihnen die Sicherheit, dass BOB langfristig und stabil funktioniert. So sorgt die Simulation mit dem Extremwetterdatensatz dafür, dass BOB auch im Jahr 2050 ohne Sanierungsmaßnahmen ein gutes Raumklima bietet und energieeffizient sein wird. Durch die Simulation extremer Winter und extremer Sommer wird auch für diese Extremsituationen ein Optimum gefunden.

Da auch die Nutzer einen großen Einfluss auf ihr Bürogebäude haben, wurde auch der Nutzereinfluss und vor allem dessen Fehlverhalten simuliert. So haben die BOB-Entwickler zum Beispiel untersucht, was passiert, wenn ein Nutzer im Winter bei -10 °C das Fenster öffnet und stundenlang offenlässt. Das BOB-System wurde daraufhin optimiert. Heute ist es bei BOB möglich, bei -10 °C Außenlufttemperatur das Fenster offen zu lassen, ohne dass der Energiebedarf stark ansteigt. Die Konsequenz ist lediglich, dass der Raum auskühlt, was den Nutzer aber nicht wundern dürfte. Um festzustellen, ob ein Fenster geöffnet ist, werten die BOB-Algorithmen die Gradienten (Steilheit) des Temperaturabfalls aus und können so den normalen Temperaturabfall von dem Temperaturabfall eines geöffneten Fensters unterscheiden. Diese Methode ist sicher und spart teure Sensoren, wie zum Beispiel Fensterkontakte.