Bachelorarbeit Moritz Braun

 

Sensitivitätsanalyse von Gebäudearchetypen

Verlauf des Parametereinflusses Urheberrecht: EBC Verlauf des Parametereinflusses für Variationen des Basisparameters „Baujahr“ für Bürogebäude

Die Ermittlung des dynamischen Bedarfsverhaltens von Gebäuden wird dazu genutzt, die dynamischen Zusammenhänge von Gebäuden und deren Energieversorgung zu verstehen und daraus neue Versorgungskonzepte abzuleiten. Im Rahmen dieser Arbeit wird speziell der Wärmebedarf von Nichtwohngebäuden als Bedarfsgröße betrachtet. Zur Bestimmung des dynamischen Bedarfsverhaltens von Gebäuden ist die Erzeugung thermischer Simulationsmodelle notwendig. Für eine nachhaltige Energieversorgung, die eine stärkere Vernetzung des Energiesystems erfordert, rückt der Fokus vom einzelnen Gebäude auf die Betrachtung großer Liegenschaften und ganzer Stadtquartiere. Als geeignetes Mittel zur Abbildung großer Gebäudebestände haben sich Gebäudearchetypen erwiesen, die Gebäude mit ähnlichen Eigenschaften durch ein Typ-Gebäude repräsentieren. Durch Nutzung statistischer Daten werden fehlende Informationen über den topologischen und physikalischen Aufbau der Gebäude vervollständigt.

Im Rahmen dieser Arbeit werden auf diese Weise generierte Gebäudemodelle mit Hilfe einer Sensitivitätsanalyse untersucht. Dabei liegt der Fokus auf der Ermittlung der Eingangsparameter, die einen signifikanten Einfluss auf die betrachtete Ausgangsgröße in Form des spezifischen Wärmebedarfs besitzen. Im Einzelnen werden Modelle von Büro- und Institutsgebäuden untersucht, die über das Softwaretool TEASER definiert sind. Der Hauptunterschied zwischen beiden Modellen liegt in der Zusammensetzung der Nutzungszonen, in die das Gebäudemodell aufgeteilt wird. Das Institutsgebäude basiert dabei auf einem Bürogebäude mit einer zusätzlichen Labor- Nutzungszone.

Als Methode zur Sensitivitätsanalyse wird die Methode nach Morris verwendet, die einen guten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Effizienz bezüglich der Ermittlung sensitiver Parameter bildet. Dabei muss für jeden der betrachteten Eingangsparameter eine Unter- und Obergrenze festgelegt werden, die für die Höhe der schließlich ermittelten Sensitivitätskennwerte eine bedeutende Rolle einnehmen. Im Rahmen einer Voruntersuchung werden zunächst die acht (Büro) bzw. zehn (Institut) einflussreichsten Parameter der betrachteten Gebäudetypen ermittelt, die in einer umfangreichen Testreihe für verschiedene Zusammenstellungen von den in TEASER definierten Basisparametern genauer untersucht werden. Der Satz der Basisparameter wird aus dem Baujahr, der Nettogrundfläche, der Geschosszahl und der Geschosshöhe gebildet. Auf diese Weise können Einflüsse der Basisparameter auf die Sensitivität der Eingangsparameter aufgedeckt werden.

Als Ergebnis der Untersuchungen können der Exponent der Gleichung zur Berechnung der Außenwandfläche sowie die Solltemperatur als Parameter mit dem größten Einfluss auf den Wärmebedarf von Bürogebäuden ausgemacht werden. Für Institutsgebäude weist der Zonenflächenfaktor für die Nutzungszone Labor die größte Sensitivität auf. Die Zonenflächenfaktoren geben den Flächenanteil der jeweiligen Nutzungszone im Gebäude an. Der zuvor genannte Exponent zur Berechnung der Außenwandfläche besitzt auch für Institutsgebäude einen großen Einfluss auf den Wärmebedarf. Des Weiteren lassen sich anhand der Untersuchungen Verbesserungspotentiale in der Implementierung der in TEASER verwendeten Parameter, beispielsweise in Bezug auf die genutzten Baualtersklassen, aufdecken.