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5.1 Die Gebäude-Bibliothek
5.1.1 Die Begriffsbildung
Gebäude
HKL-System
(Heizen, Klima, Lüften)
klimatische Einflüsse
Außentemperatur, Wind, Feuchte, Regen,
solarthermische kurzwellige Einstrahlung,
langwelliger Strahlungsaustausch mit der Umgebung
sonstige Einflüsse
Benutzerverhalten
(manuelle Lüftung, interne Wärmeeinträge)
Abbildung 53: Die Wechselwirkung des Gebäudes mit äußeren Einflüssen
Erstellung der Modellbibliothek
Primäre Aufgabe bei der Erstellung eines Gebäudemodells ist es, die Geometrie und physikalische
Beschaffenheit eines Gebäudes in ein mathematisches Modell zu übertragen. Die hierbei
angewendete Grundidee ist es, die einzelnen Räume, aber auch die sie verbindenden
Wände in ein räumliches Gitter zu übertragen, wobei den einzelnen Gitterpunkten physikalische
Eigenschaften wie Temperatur, Wärmekapazität oder auch Wärmeleitfähigkeit zugeordnet
werden. Das thermische Verhalten des Gebäudes, die zeitliche Veränderung seiner
Energieströme kann so analog einem elektrischen Netzwerk aus Widerständen und Kapazitäten
dargestellt werden.
Die Komponentenbausteine werden in einer Bibliothek hinterlegt. Sie enthalten die physikalische
Verhaltensbeschreibung des realen Bauteils. Die nicht berechnungskausale Modellerstellung
erlaubt eine so physiknahe Implementierung, dass im folgenden die relevanten
physikalischen Effekte allein durch die Vorstellung und Diskussion der Modellklassen erläutert
werden können. Bei der Auswahl der zu berücksichtigenden Effekte wurde auf die VDI
Richtlinie [VDI-6020] zurückgegriffen.
Alle Modellkomponenten sind objektorientiert modelliert. Vererbungshierarchien definieren
gemeinsame Grundstrukturen mit standardisierten Schnittstellen. Sie stellen gemeinsam
benötigte Materialeigenschaften zur Verfügung.
Bei der Modellerstellung durch den Anwender sind Bausteinklassen aus der Bibliothek zu
selektieren, zu instantiieren und individuell zu parametrieren. Gegebenenfalls kann auch eine
Adaption erforderlich sein. Die Komponenten werden in einem Objektdiagramm zu einem
Gebäudemodell verschaltet. Neben den elementaren Bausteinen existieren in der Bibliothek
komplexe Bausteine, die komplette architektonische Strukturen repräsentieren. Ihre vertikale
Aggregationshierarchie folgt der Strukturierung eines realen Gebäudes.
Das System unterliegt äußeren Störungen u.a. in Form der äußeren klimatischen Einflüsse.
Hierzu zählt beispielsweise die solarthermische Einstrahlung, der Strahlungsaustausch der
Hüllflächen mit der Umgebung, die Außenlufttemperatur und alle die Wärmeübergangszahl
der äußeren Gebäudehülle beeinflussenden Größen. Dies ist der Wind, aber auch die herrschende
Feuchte oder der Regen. Darüber hinaus beeinflusst der Wind maßgeblich den
Luftaustausch des Gebäudes mit seiner Umgebung durch Fugen und Ritzen. Weitere Störungen
sind das Benutzerverhalten bezüglich Lüftung oder zusätzliche interne Wärmeeinträge.
Die meist in Form von Datenfiles vorhandenen klimatischen Einflüsse und eine Spezifikation
des Benutzerverhaltens werden während der Simulationszeit gelesen und eingekoppelt.
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