Simulationstools zur Generierung von Gebäudelastgängen

Lastgänge finden ihre Anwendung in diversen Bereichen. Als wohl bedeutendster Aspekt kann hierbei die Auslegung von Anlagen und Verteilnetzen zur Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung genannt werden. Nachfolgend wird ein Simulationstool vorgestellt, welches die Abbildung von Gebäudelastgängen ermöglicht. Dabei können neben dem thermischen Lastgang, d.h. Heiz- und Kühllast, ebenfalls der zeitlich aufgelöste Elektrizitäts- und Warmwasserbedarf im Haushalt modelliert werden.

Im Rahmen der Entwicklungsarbeit lag der Fokus insbesondere auf der Gewährleistung einer möglichst hohen Allgemeingültigkeit des Modells. Durch die variable Gestaltung des Programms wird eine Adaption an unterschiedliche Heiz- und Kühlverhalten gewährleistet. Um die Übersichtlichkeit der Eingabeparameter zu wahren, war es diesbezüglich jedoch ebenfalls erforderlich hinsichtlich einiger Aspekte Kompromisse zwischen Flexibilität und Nutzerfreundlichkeit einzugehen.

Als Grundlage für den thermischen Lastgang wurde eine Kombination der beiden Methoden zur Kühl- bzw. Heizlastberechnung entsprechend der VDI 2078 und der DIN EN 12831 genutzt. Im Gegensatz zum thermischen Lastgang, der größtenteils durch die klimatischen Verhältnisse geprägt wird, sind der Elektrizitäts- und der Warmwasserbedarf direkt vom individuellen Nutzerverhalten abhängig.

Um aus diesem Grund die Abbildung einer realitätsnahen Bedarfscharakteristik erreichen zu können, wurde eine Annäherung mittels Wahrscheinlichkeitsbereichen konzipiert. Hierbei wird jedem elektrischen Gerät bzw. jeder Warmwasserzapfstelle des Gebäudes ein Tageszeiten- und Anwesenheitsabhängiger Vergleichswert zugeordnet, der zu jedem Zeitpunkt mit einem automatisch generierten Wahrscheinlichkeitswert verglichen wird. Aus diesem Vergleich ergeben sich letztendlich die Lastgänge für den Elektrizitäts- und Warmwasserbedarf (vgl. Abbildung 1).

Abbildung 1: Generierung der Lastgänge

Abbildung 2 gibt die Verläufe zweier thermischer Lastgänge während einer Sommerwoche wieder. Hierbei wird der Leistungsbedarf bei konstanter Innenraumtemperatur jenem mit variabler gegenüber gestellt. Man kann erkennen, dass sich der Kurvenverlauf durch die Einführung eines Temperaturbereichs (variable Innenraumtemperatur) erheblich homogenisiert, zudem resultiert ein Minderbedarf an thermischer Leistung (die Spitze der Kühllast kann in diesem Fall um über 2 kW reduziert werden).

Abbildung 2: variable Innenraumtemperatur

In Abbildung 3 wird auf den Einfluss von Lüftungsanlagen eingegangen. Es zeigt sich, dass die Heizleistung durch den Einsatz einer Lüftungsanlage mit entsprechender Wärmerückgewinnung (WRG) teilweise erheblich gesenkt werden kann. Die Kosten durch den zusätzlichen elektrischen Verbrauch liegen in der Regel unter den eingesparten Heizkosten.

Abbildung 3: Einfluss der Lüftungsanlage

Abschließend wird auf den Elektrizitätsbedarf durch die Wohnungsbeleuchtung eingegangen. Das Simulationsprogramm errechnet diesen Bedarf aus der vorgegebenen mindest Beleuchtungsstärke des Wohnraums, der Anwesenheit sowie dem natürlichen Angebot an Licht.

In Abbildung 4 wird die Beleuchtungsleistung sowie der natürliche Gesamtlichtstrom, der in das Gebäude fällt einer Winterwoche dargestellt. Es zeigt sich, dass das Lichtangebot im Winter zumeist nicht ausreicht um die Mindestbeleuchtungsstärke des Innenbereiches zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist es häufig erforderlich das künstliche Licht in Abhängigkeit der anwesenden Personen ganztägig zu betreiben.

Abbildung 4: Beleuchtungslastgang

 

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Michael Beer, Dipl.-Ing. Thomas Rasilier

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