Energiebilanz-Rechner · technische Dokumentation
Aktualisierte gemeinsame Dokumentation für Rechner 1 Fassade/Wand, Rechner 2 Fenster und Rechner 3 Gesamtgebäude. Neu aufgenommen sind insbesondere das PV-Kavitätsmodell und der Speicher-/Batterieäquivalent-Block in Rechner 1 sowie die Sommerregelung mit Sonnenschutz und Nachtlüftung in Rechner 3.
1 · Gemeinsame Modellbasis
- PVGIS-TMY für Bielefeld, 8760 Stunden, mit Außentemperatur und Solarstrahlung; in den Rechnern offline eingebettet.
- Orientierungsabhängige Einstrahlung auf vertikale Fassaden und Fenster.
- Rechner 1 und 2 arbeiten grundsätzlich pro 1 m² Bauteilfläche; Rechner 3 skaliert auf reale Flächen.
- Die Werkzeuge sind Szenario- und Analysemodelle. Sie ersetzen weder Energieausweis noch normativen Heizlast-, Feuchte- oder Wärmebrückennachweis.
2 · Rechner 1 · Wand/Fassade
2.1 Physikalischer Kern
Die massive Wand wird eindimensional in Schichten aufgeteilt. Temperatur und Wärmeleitung werden zeitabhängig fortgeschrieben. Die maßgebenden Stoffwerte sind λ, ρ und c. Wetterdaten liegen stündlich vor; die Wandintegration erfolgt mit 10-Minuten-Substeps.
Parallel werden massive Referenz, statisch gedämmte Wand und adaptive Fassade gerechnet. Dadurch stammen Unterschiede aus der Konstruktion/Betriebsweise und nicht aus unterschiedlichen Wetterdaten.
2.2 Außenhaut und adaptive Betriebsweise
Glas und Stegplatte können über ein Solarthermie-Modell oder ein vereinfachtes τ·α/U-Modell gerechnet werden. Für PV stehen opake und semitransparente/bifaziale Varianten zur Verfügung. Im aktuellen PV-Kavitätsmodell besitzt die Luft hinter dem Modul einen eigenen Temperaturknoten; Konvektion, langwellige Strahlung, Kavitätslüftung, PV-Stromertrag und Wärmeweg zur Wand werden getrennt bilanziert.
Winter: Öffnen nur bei energetisch positivem Solarzugang; schließen, wenn der offene Zustand nicht mehr vorteilhaft ist. Sommer: tagsüber geschlossen, nachts offen. Diese Regel ist eine transparente Modellstrategie, keine fertige prädiktive Gebäudeautomation.
2.3 Neue Speicheranalyse v36
Der Rechner berechnet nun zusätzlich den zeitabhängigen Energieinhalt der Wand und daraus einen thermischen Speicherhub. Standard ist der Zusatzspeicher gegenüber derselben Wand mit statischer Dämmung:
Der Tageshub ist max(E_extra) − min(E_extra). Aus allen Tagen werden Mittel, P50, P90, P95, P99 und Maximum bestimmt. Zusätzlich werden saisonaler Ladeumsatz und Periodenhub ausgewiesen.
Das direkte elektrische Batterieäquivalent ist zunächst 1:1 nach nutzbarer Energie:
Nominale Batteriegrößen können mit DoD und Systemwirkungsgrad korrigiert werden. COP/Wärmepumpe erscheint nur als getrennte Sekundärbetrachtung. CSV-Export liefert Tageswerte für externe Statistik.
3 · Rechner 2 · Fenster
Rechner 2 bilanziert pro 1 m² Fenster Transmission und solaren Gewinn stündlich. Eingaben sind insbesondere Uw, g-Wert, Rahmenanteil, Verschattung/Laibung, Ausrichtung sowie offener und geschlossener FVS-Zustand.
| Regelstrategie | Logik |
|---|---|
| Auto · Energiebilanz | öffnet, wenn der offene Zustand energetisch besser ist; Hysterese verhindert unnötiges Schalten. |
| Sonnenaufgang–Sonnenuntergang | astronomische Öffnungszeit. |
| Feste Uhrzeit | frei wählbares Zeitfenster. |
| Immer offen | Referenz für maximalen Solarzugang/offene Verluste. |
| Immer geschlossen | Referenz für permanenten Wärmeschutz. |
Der Fensterrechner besitzt bewusst keinen eigenen thermischen Massespeicher des Fensters. Er liefert den Bruttosolar- und Transmissionspfad; die zeitliche Nutzbarkeit auf Raum-/Gebäudeebene gehört zu Rechner 3.
4 · Rechner 3 · Gesamtgebäude
Rechner 3 verbindet reale Fassaden- und Fensterflächen mit Dach, Boden, Lüftung und internen Gewinnen. Die V2-Basis enthält eine dynamische Raum-/Gebäudespeichermasse; V2.1 ergänzt eine transparente Sommerregelung.
4.1 Sommerverschattung
Bei Überschreiten der eingestellten Raumtemperatur und ausreichendem Fenstersolar wird der Fenstersolareintrag auf einen definierten Restanteil reduziert. Ein/Aus-Grenzen besitzen Hysterese.
4.2 Nachtlüftung
Zusätzlicher Luftwechsel wird nur in einem definierten Nachtfenster aktiviert und nur dann, wenn der Raum warm genug und die Außenluft ausreichend kühler ist. Die Speichermasse wird nicht direkt „gekühlt“; sie gibt Wärme an die kühlere Raumluft ab.
4.3 Paired simulation
Zur Bestimmung der Solarwirkung wird eine zweite Simulation mit ausgeschalteter Solarquelle verwendet. Fenster-/FVS- und Sonnenschutz-Schaltplan werden für den Vergleich festgehalten; Nachtlüftung bleibt temperaturgeführt, um keine künstliche Zusatzkühlung im No-Solar-Fall zu erzeugen.
4.4 Sommerergebnisse
Ausgegeben werden u. a. maximale Raumtemperatur, Stunden über Temperaturschwellen, Gradstunden, Sonnenschutzstunden, Nachtlüftungsstunden und zusätzliche Lüftungswärmeabfuhr. Eine Vergleichsrechnung ohne neue Sommerregelung zeigt die Wirkung des Regelpakets.
5 · Was gegenüber der alten Gesamtdokumentation ergänzt wurde
| Bereich | Neu dokumentiert |
|---|---|
| Rechner 1 | PV-Kavitätsmodell; getrennte Wärme-/Strompfade; Speicherzustand; Tageshub; P50/P90/P95/P99; saisonaler Ladeumsatz; Periodenhub; Batterieäquivalent; CSV. |
| Rechner 2 | Abgrenzung: Fenster liefert Bruttobilanz, zeitliche Raum-/Speichernutzung liegt in Rechner 3. |
| Rechner 3 | V2.1 Sommerregelung: Sonnenschutz, Nachtlüftung, Hysterese, paired simulation und Sommerkennwerte. |
6 · Gemeinsame Modellgrenzen
- keine normative Heizlast oder Energieausweisberechnung;
- keine vollständige Anlagen-/Hydrauliksimulation;
- keine Feuchte- und Latentwärmeberechnung;
- keine 2D-/3D-Wärmebrücken;
- keine CFD-Strömung oder detaillierte natürliche Lüftung;
- Material- und Produktwerte sind teilweise editierbare Szenariowerte und müssen für konkrete Produkte durch Mess-/Herstellerdaten ersetzt werden.
7 · Versionsstand / Arbeitsregel
Rechner 2: aktuelle Fensterfassung mit Hilfe verwenden.
Rechner 3: V2.1 Sommerregelung mit Hilfe und zugehöriges Testprotokoll verwenden.
Für externe Veröffentlichung einer Ergebniszahl immer Modellversion, Zeitraum, Orientierung, Klima und relevante Parameter dokumentieren.