Rechner 1 und 2 untersuchen Fassade und Fenster jeweils pro Quadratmeter. Rechner 3 verbindet beide Rechenkerne über reale Flächen und ergänzt Dach, Boden, Lüftung und interne Gewinne zur stündlichen Gesamtgebäudebilanz.
Die Rechner sollen keine einzelne Marketingzahl erzeugen, sondern zeigen, wann ein Bauteil Energie verliert, wann es Solarenergie gewinnt und wie eine adaptive Hülle diese beiden Zustände zeitlich trennt.
Rechner 1 und 2 rechnen grundsätzlich pro 1 m² Bauteilfläche. Dadurch sind Materialien, Orientierungen und Systeme direkt vergleichbar. Rechner 3 multipliziert diese Stundenreihen mit den realen Flächen und bildet daraus das gesamte Gebäude.
Als gemeinsame Wetterbasis ist ein PVGIS Typical Meteorological Year für Bielefeld eingebettet. Verwendet werden 8760 Stunden mit Außentemperatur sowie direkter und diffuser Solarstrahlung.
Die Einstrahlung auf eine vertikale Fläche wird abhängig von der Orientierung berechnet. Verfügbar sind Nord, Nordost, Ost, Südost, Süd, Südwest, West und Nordwest.
Die Wetterdaten sind stündlich. Der Fassadenrechner unterteilt intern bei Bedarf weiter, um die instationäre Wärmeleitung numerisch stabil zu berechnen.
| Gruppe | Eingaben |
|---|---|
| Randbedingungen | Ausrichtung, Raumtemperatur, Detailtag |
| Wand | Materialpreset oder λ, Rohdichte ρ, Wärmekapazität c, Dicke |
| Materialien | u. a. Vollziegel, Kalksandstein, Beton, Porenbeton, Leichtbau/Ständer |
| Außenschicht | freie Wand, Glas, Steg-/Hohlkammerplatte |
| Solar | Absorptionsgrad; beim FVS standardmäßig schwarzer Absorber |
| FVS | offener und geschlossener Zustand, Standard U geschlossen 0,24 W/(m²K), Hohlraum/Deckschicht und Regelung |
Die massive Wand wird in Schichten über die Dicke aufgeteilt. Für jede Schicht wird die Temperatur zeitabhängig fortgeschrieben. Maßgebend sind Wärmeleitfähigkeit, Rohdichte und Wärmekapazität.
Damit entsteht ein Temperaturprofil durch die Wand. Ein solarer Impuls erwärmt zuerst die äußeren Zentimeter; der Temperaturberg wandert anschließend zeitverzögert in die Tiefe.
Drei Varianten können parallel mit denselben Wetterdaten laufen, beispielsweise:
BestandswandWDVS / statisch gedämmtStegplatte + FVS
| Parameter | Bedeutung |
|---|---|
| Uw | Wärmedurchgangskoeffizient des Gesamtfensters |
| g | Gesamtenergiedurchlassgrad der Verglasung im offenen Zustand |
| Rahmenanteil | reduziert die solar aktive Glasfläche |
| Verschattung / Laibung | reduziert die wirksame Einstrahlung |
| FVS geschlossen | U-Wert und g-Wert des geschützten Zustands |
| R-Zusatz | zusätzlicher Wärmewiderstand einer Nachrüstung |
Ein positiver Nettowert belastet den Raum und erzeugt Heizbedarf. Ein negativer Wert bedeutet, dass das Fenster in dieser Stunde netto Wärme in den Raum liefert.
Rechner 2 besitzt mehrere Regelstrategien. Dadurch lässt sich nicht nur der theoretisch beste Zustand prüfen, sondern auch eine einfache reale Steuerung.
| Modus | Logik |
|---|---|
| Auto · Energiebilanz | offen nur, wenn die offene Stundenbilanz gegenüber geschlossen energetisch besser ist; Hysterese vermeidet unnötiges Schalten |
| Sonnenaufgang–Sonnenuntergang | offen, solange die Sonne astronomisch über dem Horizont steht |
| Feste Uhrzeit | Öffnen und Schließen nach frei wählbarem Stundenfenster |
| Immer offen | Referenzfall für maximales solares Angebot und maximale offene Verluste |
| Immer geschlossen | Referenzfall für permanenten Wärmeschutz |
Jahres- und Tageswerte, Wärmeströme, Solaraufnahme, Speicherenergie, Temperaturprofil durch die Wand sowie FVS-Zustand. Besonders wichtig ist die zeitliche Darstellung: sie zeigt, wann ein gespeicherter Temperaturberg in Richtung Raum wandert und wie lange ein solarer Impuls im Massivbau nachwirkt.
Transmissionsverluste, solare Gewinne, Netto-Bilanz, rechnerischer Heizbedarf sowie Tages- und Jahreslinien. Die FVS-Variante zeigt zusätzlich den Anteil offener und geschlossener Stunden.
Jährlicher und monatlicher Nutzwärmebedarf, spezifischer Bedarf in kWh/m²a, maximale stündliche Heizlast, heizfreie Stunden sowie eine Aufteilung nach Außenwand, Fenstertransmission, Fenstersolar, Dach, Boden, Lüftung und internen Gewinnen.
Zur Plausibilitätsprüfung wird kontrolliert, ob die zugeführte Energie mit Abgabe und Speicheränderung übereinstimmt.
Eine kleine numerische Restabweichung entsteht durch Zeitschritt und Rundung. Größere Abweichungen weisen auf Modell- oder Implementierungsfehler hin und dürfen nicht als Ergebnis interpretiert werden.
Die aktuelle Version ist ein Planungs- und Analysemodell, kein normativer Energieausweis und keine bauphysikalische Detailplanung.
Der dritte Rechner führt die beiden 1-m²-Modelle über reale Flächen zusammen:
Nordwand m²Ostwand m²Südwand m²Westwand m²Fenster je OrientierungDach/BodenLüftung
Je Gebäudeseite werden Bruttofassade, Fensterfläche, Ausrichtung und Solarfaktor eingegeben. Die opake Fläche ergibt sich automatisch als Bruttofassade minus Fenster. Für jedes der drei Szenarien können Wand- und Fenstertyp pro Seite unabhängig gewählt werden.
Dach beziehungsweise oberste Decke werden mit U·A·ΔT gerechnet. Für Bodenplatte und Kellerdecke wird eine vereinfachte jahreszeitliche Erd-/Kellertemperatur angesetzt. Die Lüftungsbilanz verwendet Luftwechsel, beheiztes Volumen und gegebenenfalls Wärmerückgewinnung. Interne Gewinne werden als mittlere sensible Leistung je Quadratmeter mit Wohn- oder Konstantprofil angesetzt.
| Begriff | Kurzdefinition |
|---|---|
| U-Wert | Wärmedurchgang pro m² und Kelvin; kleiner = stärkerer Wärmeschutz. |
| g-Wert | Anteil der auftreffenden Solarenergie, der über das Fenster wirksam nach innen gelangt. |
| λ | Wärmeleitfähigkeit eines Materials. |
| ρ | Rohdichte; beeinflusst zusammen mit c die Wärmespeicherfähigkeit. |
| c | spezifische Wärmekapazität. |
| FVS | adaptiver Folien-Wärmeschutz mit offenem Zustand für Nutzung und geschlossenem Zustand für Wärmeschutz. |
| TMY | Typical Meteorological Year; repräsentatives Wetterjahr aus mehreren Messjahren. |