Wie lautet der Titel Ihres Forschungsprojekts?
Erweiterung dynamischer Gebäudesystemsimulationen mittels FEM-basierter Simulationsmodelle (FEM2SYS)
Wer ist an dem Projekt beteiligt?
Prof. Dr. Oliver Steffens/Paul Schoplocher M.Sc.
Worum geht es in Ihrem Förderprojekt?
Kommerzielle Software zur thermischen Gebäudesimulation (Building Performance Simulation, BPS) basiert überwiegend auf der Lumped-Parameter-Methode (LPM), auch Kompaktmodell-Methode genannt. Dabei werden Bauteile und Raumluft durch wenige Knoten mit konzentrierten Widerständen und Kapazitäten abgebildet. Diese Kompaktmodelle ermöglichen kurze Rechenzeiten, vernachlässigen jedoch räumlich aufgelöste Effekte wie Strahlungsaustausch, Konvektion oder hygrothermische Prozesse. Im Projekt „FEM2SYS” werden daher zusätzlich mit gekoppelten Multiphysik-Modellen auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) simuliert und systematisch mit LPM-Modellen verglichen. Die identifizierten und quantifizierten Effekte werden in kompakte Korrekturmodelle überführt und als Software-Erweiterungen in bestehende BPS-Werkzeuge integriert.
Was begeistert Sie an dem Projekt?
Für uns ist es spannend, zwei Welten zusammenzubringen, die bisher meist getrennt sind: die hochdetaillierte, rechenintensive Multiphysik-Simulation und die schnelle, aber vereinfachte Gebäudesimulation im Planungsalltag. Mithilfe der FEM werden Phänomene detailliert berechenbar, die im Kompaktmodell vernachlässigt oder nur grob angenähert werden, beispielsweise wie sich eindringende Sonnenstrahlung im Raum verteilt oder wie Wärmebrücken das Raumklima beeinflussen. Besonders reizvoll ist die Validierung anhand vorhandener Messdaten aus der Realität, etwa der Twin Houses des Fraunhofer IBP aus dem internationalen Projekt IEA EBC Annex 58. Methodisch anspruchsvoll ist die „Kompaktifizierung“ komplexer physikalischer Effekte, sodass sie in einer schnellen Simulation hinreichend genau beschrieben werden können. Am Ende steht ein leistungsfähiges, praxistaugliches Werkzeug für Planerinnen und Planer.
Wie können Erkenntnisse aus dem Projekt Anwendung in der Praxis finden?
Gebäudesimulationen sind ein zentrales Werkzeug für die klimaneutrale Planung von Neubauten und Sanierungen. Die entwickelten Erweiterungen lassen sich in etablierte Simulationsprogramme einbinden, sodass Planungsbüros ohne zusätzlichen Modellierungsaufwand von genaueren Ergebnissen profitieren. Angesichts der veränderten Anforderungen durch den Klimawandel helfen verlässlichere Prognosen dabei, den Heiz- und Kühlbedarf, sommerliche Überhitzung und thermische Behaglichkeit besser zu bewerten. So lässt sich die Lücke zwischen berechnetem und tatsächlichem Energieverbrauch verringern.
Auf unserer Website finden Sie einen Überblick über die aktuellen Förderprojekte der OTH Regensburg.
