Kombinierte Stadtklima- und Gebäudeenergiemodellierung zur Bestimmung des Energiebedarfes von Urbanen Gebäuden Dr.rer.nat. Fazia Ali-Toudert

Gliederung Einleitung Zielsetzung Untersuchungsmethodik Ergebnisse Fazit

Einleitung In der Gebäudeenergiesimulation werden i.d.R. Standard-Klimawerte als Input verwendet, um das klimatische Umfeld darzustellen. Die städtische Struktur beeinflusst das Mikroklima (Lufttemperatur, Strahlungsflüsse, Windströmungen). Die Nachbarbebauung wird auch oftmals dabei vernachlässigt, trotz der erheblichen Auswirkungen auf die Reduzierung der Verfügbarkeit der Sonnenenergie.  Beide Stadtklima und Nachbarbebauung sollen in der Gebäudeenergiemodellierung systematisch mit berücksichtigt. Wie wird dieses „neue“ städtische Mikroklima die Energieeffizienz eines Gebäudes beeinträchtigen? …vorausgesetzt oder abgeschätzt?! Auf Stadtebene: Welche Auswirkungen ergeben sich aus Stadt-beschreibungen wie dem vertikalen Straßenprofil H/W in Kombination mit der Orientierung der Sonne auf den Energieverlust eines städtischen Gebäudes? Auf Gebäudeebene: Zu welchem Ausmaß sind Gebäudebeschreibungen wie Wärmedämmung, Trägheit, Anteil der Verglasung (d.h. Fassade), Materialeigenschaften, etc. in diesem Punkt ausschlaggebend?

Zielsetzung Bestimmung des modifizierten urbanen Mikroklimas in Bezug auf Standardklimadaten (z.B. Testreferenzjahr TRY oder METEONORM) Ermittlung des Heizungs- und Kühlenergiebedarfs eines urbanen Bürogebäude, in Anlehnung an die: Urbane Geometrie: Vertikales Straßenprofil und Solarausrichtung Gebäudekonstruktion: Fensterflächenanteil, Wärmedämmung und thermische Trägheit der Gebäudehülle. Klimarandbedingungen: mittlere geographische Breite bzw. Subtropen. The target quantities are

Untersuchungsmethodik TEB (Stadt) + TRNSYS (Gebäude) Kompatibilität von TEB und TRNSYS-Simulation auf Stundenbasis für ein Jahr unter Verwendung von Klimadaten als Input (z.B. Testreferenzjahr TRY oder METEONORM) Beide sind nicht zeitaufwendig: 2-3 Minuten pro Simulation  ideal für umfangreiche parametrische Studien Detaillierte Beschreibung der Straßenschlucht – bzw. Gebäudeoberflächen, d.h. mehrschichtige Außenwände, Dächer und Straßen mit ihren entsprechenden thermischen Eigenschaften

Untersuchnungsmethodik Ergebnis der Simulation für eine voll-faktorielle Untersuchung = 35 *2 = 486 Simulationen

Urbane Lufttemperatur

Energiebedarf für Heizung und Kühlung Der Fensteranteil und die Wärmedämmung sind ausschlaggebend. Massive Konstruktion ermöglicht weniger Energiebedarf als eine Leichtbauweise. Das vertikale Profil beeinflusst auch das energetische Verhalten eines Gebäudes.

Energiebedarf für Heizung und Kühlung Heizungsenergiebedarf (D QHurban – QH Standard) Kühlenergiebedarf (D QKurban – QK Standard)

Gesamtenergiebedarf Heizung + Kühlung

Statistische Analyse Process Inputs Outputs

Fazit und Ausblick Standard-Klimadaten sind nicht repräsentativ für die Bewertung des Energieverbrauchs eines Gebäudes im städtischen Kontext. Die urbanen Lufttemperaturen sind meist höher (Wärmeinsel); ihre Intensität ist jedoch variabel Stunde für Stunde. Sie können allerdings auch kühler sein als das Land (u.a. morgens, Winterzeit). Der Einfluss des urbanen Klimas auf den Gesamtenergiebedarf des Gebäudes ist abhängig von der Gewichtung des Heiz- oder Kühlbedarfs entsprechend der geographischen Lage. Alle untersuchten Parameter haben sich als relevant gezeigt (bis zur Solarorientierung aufgrund der gemittelten Werten) Die Zusammenführung von Stadtklima- und Gebäudemodelle ist ein aussichtsreicher Weg, um der Mangel eines umfassenden Rechenvefahrens zu beseitigen, z.B. durch die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von TRNSYS bei der Einbettung eines „urbanen“ Types  An dieser Aufgabe wird im Rahmen dieses projektes weitergearbeitet.

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit 14