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SIMULATIONEN

Simulationsberechnungen haben in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen und sind ein wichtiges Hilfsmittel bei der Planung von Gebäuden und Räumen. Sie stellen eine bedeutende Grundlage für die bauphysikalische Bemessung von Bauteilen dar und erlauben eine Beurteilung der zu erwartenden Behaglichkeitsverhältnisse.

Thermische Simulation

Im Rahmen von thermischen Simulationen können einzelne Räume oder ganze Gebäudebereiche unter annähernd realen Verhältnissen hinsichtlich der ganzjährigen Temperaturentwicklung und thermischen Behaglichkeit simuliert und bewertet werden. Die thermische Simulation ermöglicht die Durchführung von Parameterstudien, um optimale Regel- und Betriebsstrategien zu bestimmen. Insbesondere hinsichtlich des immer wichtiger werdenden sommerlichen Temperaturverhaltens der Gebäude können typischerweise die folgenden Gebäudeparameter variiert und untersucht werden:

  • Fensterflächenanteile & Gesamtenergiedurchlassgrade der Verglasungen
  • Effizienz von Sonnenschutzsystemen und deren Anordnung & bauliche Verschattungsmaßnahmen
  • (Freie) Nachtlüftungskonzepte
  • Einfluss von Speichermassen & baulichem Wärmeschutz
  • Einfluss von internen Lasten & Nutzerverhalten

Für die thermischen Simulationsberechnungen verwenden wir das dynamische Simulationsprogramm TRNSYS. Mit der Ankopplung über TRNFlow an das Luftströmungsmodell COMIS besteht zudem die Möglichkeit der Simulation zonaler Luftbewegungen innerhalb des Modells unter Berücksichtigung von Windanströmung und der im Gebäude vorliegenden Temperaturverhältnisse. Das energetische Gebäudemodell wird über das dreidimensionale Plug-In Trnsys3D erstellt, womit auch komplexe Geometrien mit geschossübergreifender Strahlungsverteilung (z.B. in Atrien) sowie alle denkbaren Verschattungssituationen detailliert abgebildet werden können.

Wir leisten für Sie:

  • Bestimmung der zu erwartenden (operativen) Raumtemperaturen & Übertemperaturgradstunden
  • Bestimmung der zu erwartenden Oberflächen- und Bauteiltemperaturen
  • Bewertung der Behaglichkeit nach DIN EN ISO 7730 an frei definierbaren Standorten im Raum
  • Bewertungen nach DIN EN 15251, z.B. für Nachhaltigkeitszertifizierungen
  • Bestimmung von und Über-/Unterschreitungshäufigkeiten fester Grenzwerte
  • Simulation von Doppelfassaden und Kastenfenstern
  • Optimierung von Regelstrategien zum Betrieb der Heiz-/Kühlsysteme
  • Auslegung von Lüftungsöffnungen zur natürlichen Belüftung von Räumen & Nachtlüftungskonzepten
  • Bestimmung der dynamischen Heiz-/Kühllast bei betonkernaktivierten Gebäuden
  • Detaillierte Nachweisführung des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108-2
Strömungssimulation

Grundlage für Strömungssimulation (CFD) sind die Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie — die sogenannten "Navier-Stokes-Gleichungen". Diese stellen mathematisch gesehen ein System von nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen zweiter Ordnung dar. Eine geschlossene Lösung dieser Gleichungen existiert bis heute noch nicht, jedoch kann mit Hilfe von CFD-Programmen eine numerische Lösung der Grundgleichungen erzielt werden.

Wir leisten für Sie:

  • Bewertung von Raumluftströmungen zur Vermeidung von Zuglufterscheinungen z.B. in Abhängigkeit der Position der Luftein- und Luftaustrittsöffnungen
  • Analyse und Bewertung der Behaglichkeit und des thermischen Komforts durch eine 2D- oder 3D-Strömungssimulation wie bspw. in Atrien, vor einer Glasfassade etc.
  • Dimensionierung von Lüftungsöffnungen bei natürlicher Belüftung
  • Berechnung der Gebäudeumströmung zur Bestimmung der Winddruckverhältnisse um das Gebäude und ggf. Zuglufterscheinungen in Innenhöfen,  auf Terrassen und Flachdächern
  • Strömungstechnische Optimierung von raumlufttechnischen Anlagen und Komponenten
  • Berechnung und Analyse der räumlichen Verteilung von Raumluft-, Strahlungs- und operativen Temperaturen

Für die Simulation werden die zu untersuchenden Gebäude oder Gebäudeteile in eine Vielzahl von sehr kleinen Volumina unterteilt und für jede Rechenzelle die Bilanz für Masse, Impuls und Energie gelöst (Finite-Volumen-Modell). Damit können für jede Rechenzelle die Größen „Temperatur“ und „Druck“ sowie die Luftgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Berechnung kann zwei- oder dreidimensional, stationär oder instationär (zeitabhängig) erfolgen. Ein wichtiger Bestandteil der Berechnung ist die Definition der Randbedingungen (z.B. Oberflächentemperaturen auf dem Rand des Rechengebietes, die Eintritts- und Austrittsöffnungen und Volumenströme und deren Temperatur). Die Strömungssimulationen dienen in erster Linie zur Entwicklung von Konzepten der Raumluftströmung. Sie erhöhen daher die Planungssicherheit und unterstützen die Nachweisführung bzw. können als Entscheidungsgrundlage herangezogen werden.

Des Weiteren können CFD-Luftströmungen im und um das Gebäude betrachtet und detaillierte Untersuchungen der Behaglichkeit (z.B. Zugluftfreiheit, Kaltluftabfall an der Fassade etc.) erfolgen. Eine direkte Schnittstelle zur CAD-Software Autodesk Revit ermöglicht hierbei ggf. den direkten Datenaustausch mit vorhandenen BIM-Modellen.

 

Tageslichtsimulation

Eine ausreichende Tageslichtversorgung von Räumen ist ein wichtiger Parameter, um Behaglichkeit und eine zufriedenstellende Nutzung von Gebäuden zu gewährleisten. In der DIN 5034 „Tageslicht in Innenräumen“ sind Planungshinweise und Orientierungskennwert für eine ausreichende Tageslichtzufuhr aufgeführt. Um diese Kenngrößen umzusetzen und frühzeitig bei der Planung berücksichtigen zu können, dient eine Simulation als hilfreiches Werkzeug. Dadurch ist es möglich, nicht nur eine hinreichende natürliche Belichtung sicherzustellen, sondern auch durch eine abgestimmte Fensteranordnung den Kunstlichtbedarf zu reduzieren und somit den Energieverbrauch zu senken.

Wir untersuchen und leisten für Sie:

  • Auswirkungen durch Neubauten auf angrenzende / nahegelegene Bestandsgebäude
  • Behaglichkeitsempfinden durch Visualisierung von Innenräumen
  • Dimensionierung von Fenstergrößen sowie Anordnung und Anzahl
  • Fassadengestaltung bei vorstehenden Fassadenelementen
  • Ausreichende Tageslichtversorgung bei verschattender Gebäudekubatur
  • Nachweisverfahren bei baurechtlichen Belangen

Dies erreichen wir mit der von uns verwendeten Simulationssoftware ReluxSuite, die es uns ermöglicht, Visualisierungen zu erzeugen, um Ihnen nicht nur energetische Kennwerte, sondern auch vorab eine bessere Vorstellung geben zu können. Die Simulation und Darstellung verschiedener Varianten kann dabei als Entscheidungsgrundlage für eine optimierte Architektur dienen.

 

Hygrothermische Simulation

Die hygrothermische Simulation berücksichtigt die Klimaverhältnisse zwischen „Innen“ und „Außen“ (Taupunktproblematiken) sowie Einflüsse durch Schlagregen, Verschattung, Sommerkondensat, Luftkonvektion und Erdfeuchte. Hierbei können die feuchtetechnischen Transportvorgänge in Bauteilen zuverlässig untersucht und ein ggf. vorhandenes Schadensrisiko beurteilt werden. Ein- bzw. zweidimensionale hygrothermische Simulationen werden hierbei klassisch bei Holzkonstruktionen, Fachwerkkonstrukionen, Innendämmungen sowie Dachkonstruktionen eingesetzt.

Wir berechnen / simulieren für Sie:

  • Austrocknungsdauer von Baufeuchte
  • Tauwasserproblematik
  • Wasseraufnahme Schlagregen
  • Feuchtegehalt und Einfluss auf thermische Eigenschaften
  • Untersuchung feuchteempfindlicher Materialien (Holzbau)

Weiter besteht die Möglichkeit, die hygrothermischen Untersuchungen auf komplette Gebäudemodelle auszuweiten. Zusätzlich zu den Bauteilsimulationen können hierbei Ergebnisse zu den Raumklimaverhältnissen generiert werden.

Wir berechnen / simulieren für Sie:

  • Raumklima, thermischer Komfort und Energiebedarf
  • Strategien zur Verringerung sommerlicher Überhitzung
  • Einfluss der Austrocknung von Baufeuchte auf das Gesamtgebäude (Energiebedarf)
  • Energieeffizentes Lüftungsverhalten
  • Hygrothermische Bauteilbewertung unter nutzungsabhängigen Raumklimabedingungen

Die Untersuchungen finden hierbei mit den speziell dafür entwickelten Softwareprogrammen des Fraunhofer IBP statt.