Thermische Gebäudesimulation

Simuliert wird die Erwärmung von Räumen entsprechend der tages- und jahreszeitlichen Sonnenstände in Kombination mit Eigen- und Fremdverschattung auf Basis verlässlicher meteorologischer Grundlagendaten.

Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes

Für den Nachweis des sommerlichen Wärmeschutzes nach DIN 4108 Teil 2 Ausgabe 2013 sind zwei Verfahren zulässig:

  1. Vereinfachtes Verfahren mit Sonneneintragskennwerten
  2. Dynamisch-thermische Simulationsrechnung

Vereinfachtes Verfahren mit Sonneneintragskennwerten

Für den zu bewertenden Raum oder Raumbereich wird der vorhandene Sonneneintragskennwert bestimmt und dem berechneten maximal zulässigen Sonneneintragskennwert gegenübergestellt. Dabei gehen in die Berechnung des vorhandenen Sonneneintragskennwert folgende Parameter ein:

  1. Fensterfläche
  2. Gesamtenergiedurchlassgrad von Fenster + Sonnenschutz
  3. Raumfläche

Für die Ermittlung des maximal zulässigen Sonneneintragskennwertes werden dagegen diese Parameter herangezogen:

  1. Vorhandensein und Art der Nachtlüftung
  2. Grundflächenbezogener Fensteranteil
  3. Fensterneigung gegenüber der Horizontalen und grobe Ausrichtung nach Himmelsrichtung
  4. Eventuelles Vorhandensein einer passiven Kühlung

Nicht berücksichtigt werden mit dem vereinfachten Verfahren die Einflüsse durch Nachbargebäude, bestehende Verschattungen infolge von Fassadenbauteilen, detaillierte Sonnenstände pro Tag und eine engmaschige Gradeinteilung der Himmelsrichtungen.

Dynamisch-thermische Simulationsrechnung

  1. Hier wird zunächst der zu bewertende Raum mit allen geometrischen und bauphysikalischen Daten genau abgebildet.
  2. Hinzu kommt die Wechselwirkung zu seinen Nachbarräumen, sowie die Verschattung durch vorspringende Bauteile (Balkone, Loggien) und durch Nachbargebäude.
  3. Dann wird für jede Stunde des Jahres, aufgrund des stündlichen Sonnenstandes und der stündlichen Klimadaten für den Standort eine Simulationsrechnung für die sich einstellende Raumtemperatur durchgeführt.
  4. Interne Wärmegewinne, Tag- und Nachtlüftung, die Steuerung des Sonnenschutzes, die Verschattung und passive Kühlung werden dabei berücksichtigt.
  5. Abschließend werden die Übertemperaturgradstunden ermittelt. Diese geben an, für wie viele Stunden des Jahres, es im Raum um wieviel Grad zu warm wird. Diese Übertemperaturgradstunden dürfen einen bestimmten Anforderungswert nicht überschreiten.

Der Nachweis des sommerlichen Wärmeschutz nach dem vereinfachten Verfahren bedeutet also ein Arbeiten mit Pauschalannahmen. Oftmals zieht das aufwändige Sonnenschutzmaßnahmen nach sich. Die thermische Gebäudesimulation geht hier "intelligenter" vor. Simuliert wird die Erwärmung von Räumen entsprechend der tages- und jahreszeitlichen Sonnenstände in Kombination mit Eigen- und Fremdverschattung auf Basis verlässlicher meteorologischer Grundlagendaten.

Zur Simulation werden die Grundrisse und Raumumschließungsflächen mit all ihren bauphysikalischen Eigenschaften herangezogen und mit entsprechender Software der umbaute Raum im Modell nachgebildet. Berücksichtigt werden dabei Verschattungen durch Balkone, Loggien, Vorsprünge und Nachbargebäude aber auch die Lüftung der Räume, durch Lüftungsanlagen oder Fensterlüftung. Beispielhaft werden repräsentative Räume für die jeweilige Ausrichtung und Verschattungssituation der Fassade gewählt. Auf Grundlage der regionalen Wetterdaten des deutschen Wetterdienstes können nun für jede Stunde des Jahres die sich in diesen Räumen einstellenden Temperaturen simuliert werden.

Was hält der Auftraggeber am Ende in den Händen?

Das Ergebnis der Simulation ist eine grafische Übersicht der Temperaturentwicklung für jeden betrachteten Raum für jeden Tag und jede Stunde des Jahres. Zusammenfassend werden die Übertemperaturgradstunden ermittelt, die einen bestimmten Grenzwert nicht übersteigen dürfen. Im Ergebnis lässt sich daraus ablesen, ob die Vorgaben der EnEV für den sommerlichen Wärmeschutz erfüllt werden.

Was sind die Vorteile der thermischen Simulation gegenüber dem vereinfachten Nachweisverfahren?

Durch den genaueren Nachweis kann oftmals für viele Räume oder sogar ganze Fassadenausrichtungen auf aufwändige und kostspielige äußere Sonnenschutzmaßnahmen verzichtet werden. Ein großer Vorteil, kostet doch ein äußerer Sonnenschutz leicht 1.000,- € pro Raum. Ein einfaches Rechenbeispiel zeigt, dass z.B. bei einer Fassadenwand mit 50 Räumen Richtung Nordost eine Einsparung von 50.000,- Euro durchaus realistisch sein kann. Die Mehrkosten für die thermische Gebäudesimulation rentieren sich durch den Wegfall unnötiger Baukosten also von Anfang an!