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Dynamische Gebäudesimulation

Stand: September 2022
Grafik, Darstellung der Verknüpfung von Energienetzen
Darstellung der Verknüpfung von Energienetzen

Mit der dynamischen Gebäudesimulation lässt sich ein Gebäude mit seiner Gebäudetechnik und -steuerung wirklichkeitsnah und integriert simulieren und analysieren. Der digitale Zwilling – ein virtuelles Abbild – erfasst die Dynamik eines Gebäudes in der Wechselwirkung mit internen und externen Einflüssen in vollem Umfang. Auf dieser Basis können technische Komponenten passgenau ausgewählt, Nutzeranforderungen berücksichtigt und das Gesamtsystem Gebäudehülle, -technik und -steuerung optimiert werden, sodass ein Gebäude unterschiedlichen Klimaszenarien standhält. Die optimale Zusammenstellung, Dimensionierung und Steuerung reduzieren den Energiebedarf und steigern den Nutzerkomfort.

Variantenberechnung für unterschiedliche Szenarien

Vorweggenommen werden verschiedene Varianten des Gebäudes in der Zukunft unter wechselnden Bedingungen, beispielsweise für einen Schulneubau mit schwankenden Schülerzahlen und tageszeitabhängiger Nutzung. Die Wirkung von Sonnenstrahlung auf das Klima im Inneren etwa sowie deren Beeinflussung durch Fenster oder Lichtlenksysteme lässt sich realitätsnah darstellen.

Besonders wichtig für gemeinschaftlich genutzte Räume wie Klassenzimmer: Die Simulation liefert Aussagen zum Zustand der Raumluftqualität zu jedem Zeitpunkt und beantwortet beispielsweise die Fragen: Wie können Behaglichkeit bei sommerlichen Hitzespitzen oder längeren Kälteperioden, gute Luftqualität oder visueller Komfort durchgängig gewährleistet werden? Auf diese Weise erleichtert der digitale Zwilling eines Bauvorhabens Planerinnen und Planern die Abwägung und Entscheidung hinsichtlich Architektur, Konstruktion, Gebäudehülle inklusive der Baustoffe und Anlagentechnik. Die Simulation bietet die Möglichkeit, selbst auf der Ebene einzelner kritischer Räume genauer hinzuschauen.

Möglichkeiten der dynamischen Gebäudesimulation:

  • Simulation Energie- und Gebäudetechnik: Lastgänge, Auslegung, erneuerbare Energiesysteme, Regelung, Übergabesysteme, Niedertemperatursysteme etc.
  • Komfort- und Gebäudesimulation: Lüftungsvarianten (natürlich, hybrid und bedarfsgesteuert), Heiz- und Kühlsysteme, benutzerdefinierte Anlagen und Lüftungssysteme, Doppelglasfassaden, Fenster, Tageslichtberechnungen, Parameterstudien und Optimierung
  • Normnachweis und Nachweis für Nachhaltigkeitszertifizierungen (nach DGNB und LEED)
Grafik, Computer-Visualisierung der Simulation des CO2-Gehalts der Gebäudezonen und Innenräume.
Simulation des CO2-Gehalts von Gebäudezonen und Innenräumen.

Zukunftsfähig planen

Screenshot aus einer Software mit detaillierten Ergebnissen einer dynamischen Gebäudesimulation.

Angesichts anspruchsvoller Klima- und Nachhaltigkeitsziele ist die dynamische Gebäudesimulation ein unverzichtbares Tool für alle, die Gebäude mit langfristiger Perspektive bauen und betreiben wollen, beispielsweise Kommunen. Sie ermöglicht ein äußerst robustes Gebäudedesign, das vielen denkbaren Klimafolgen-Szenarien nicht nur standhält, sondern auch die Einhaltung gewünschter Eckdaten unter extremen (Wetter-) Bedingungen sichern kann.

Stellschrauben für Effizienz, Nachhaltigkeit und Kostenreduktion

So lässt sich etwa die thermische Qualität von Räumen, Zonen und Gebäuden unter verschiedenen Bedingungen (Winter, Sommer) durchspielen. Durch Varianten von

  • Wandbaustoff und Wanddicke,
  • Fenstergrößen und -verglasungen,
  • Heiz- und Kühlsystem,
  • Lüftungsanlage oder Querlüftung,
  • Raumnutzung und Nutzerverhalten

kann unter realitätsnahen Bedingungen ein optimales Gebäude konzipiert werden. Das Variieren diverser Stellschrauben an Architektur, Gebäudehülle, Gebäudetechnik und Regelung in Korrelation mit allen anderen Kenngrößen beeinflussen Nutzerkomfort und Energieaufwand und somit Energiekosten – und können diese maßgeblich reduzieren.

Ferner werden Ergebnisse der dynamischen Simulationen bei den Nachhaltigkeitszertifizierungen als Nachweis für Behaglichkeit sowie thermischen und visuellen Komfort akzeptiert.

Vorteile der dynamischen Gebäudesimulation im Überblick

  • Berücksichtigung von Nutzeranforderungen
  • mehr Planungssicherheit und Optimierungspotenzial mit Blick auf das Gesamtsystem Gebäudehülle, -technik und -steuerung auf der Basis realitätsnaher Vorhersagen
  • Vermeidung überdimensionierter Anlagentechnik dank passgenauer Auslegung, reduziert Investitions- und Betriebskosten
  • Vergleich verschiedener Regelungen führt zur Auswahl der effizientesten
  • optimale Zusammenstellung, Dimensionierung und Steuerung verringern Energiebedarf und erhöhen Nutzerkomfort
  • bei Einrichtung von Schnittstellen für die Übergabe relevanter Messdaten, z. B. zur Gebäudeleittechnik: digitaler Zwilling erleichtert Monitoring des Gebäudes im Betrieb und trägt zur Fehlerquellensuche und Optimierung bei
  • Akzeptanz der Ergebnisse der dynamischen Gebäudesimulation für die Nachhaltigkeitszertifizierung

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