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1 Einleitung
Während der letzten Jahrzehnte war es üblich, heizungs- und klimatechnische Anlagen nach
vereinfachten, meist statischen Berechnungsverfahren auszulegen und konsequenterweise
überzudimensionieren [VDI-6020]. Die Verteuerung der Primärenergiekosten, der erhöhte
Kostendruck auf private und öffentliche Auftraggeber, aber auch erhöhte Komfortansprüche
erzwangen einen Wandel der Vorgehensweise [Sch-96]. So nimmt die dynamische Simulation
des Gebäude- und Anlagenverhaltens bei der Planung und Auslegung heizungs- und klimatechnischer
Anlagen einen immer höheren Stellenwert ein ([BaLe-96], [LEK-97]). Unterstützt
wird dieser Effekt durch die zunehmende Rechenleistung gängiger Computer.
Berechnungsmethoden, die bislang als zu aufwändig und zeitintensiv galten, wurden praktisch
anwendbar und daher auch verfeinert.
Ziel der Gebäude- und Anlagensimulation ist es [Fei-94], das thermische und energetische
Verhalten eines realen oder fiktiven Gebäudes und seiner technischen Anlage sowie deren
Interaktion nachzubilden. Zu berücksichtigen sind hierbei die äußeren Einflüsse durch das
Außenklima, das Benutzerverhalten sowie innere Lasten. Gerade eine ganzheitliche Gebäudeplanung
erfordert die adäquate Beschreibung realer Prozesse aus einem breiten Spektrum
mathematischer, physikalischer und ingenieurwissenschaftlicher Disziplinen.
Es existiert eine Vielzahl von Simulationsprogrammen, die sich hinsichtlich ihrer Methode,
der berücksichtigten Effekte, aber auch bezüglich der Zielsetzung unterscheiden. Eine besondere
Problematik stellt die Überprüfung der Ergebnisse dar. Gerade Simulationssysteme, die
eine menügeführte intuitive Modellerstellung unterstützen, können vom Anwender hinsichtlich
der genutzten Numerik, der berücksichtigten Effekte, der angewendeten Näherungen
nicht vollständig überschaut werden. Hier wurden verschiedene Bestrebungen durchgeführt,
um eine Vergleichbarkeit der Simulationssysteme herzustellen und dem Anwender eine Möglichkeit
der Überprüfung an die Hand zu geben [JuNe-95, VDI-6020]. Zudem mangelt es solchen
Systemen, auch wenn die Eingabeoberflächen bausteinorientiert aufgebaut erscheinen,
durch die starre Implementierung der Bausteine häufig an Flexibilität. Eine gravierende Einschränkung
bei regelungstechnischen Problemstellungen stellt meist die grobe und nicht skalierbare
Zeitrasterung dar.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein anderer Weg beschritten. Die Abbildung der physikalischen
Realität in eine mathematische Beschreibungsform sollte im Gegensatz zu anwendungsspezifischen
Simulationsprogrammen weitgehend selbst und frei gestaltet werden
können. Dies ist Grundlage zur Realisierung und Nutzung eigener methodischer Konzepte der
Modellerstellung.
In der Simulationstechnik werden meist Engineering-Tools genutzt, die den Anwender von
der Implementierung der numerischen Details befreien, eine Visualisierung und Analyse der
Simulationsergebnisse ermöglichen und bei der Erstellung von Modellbibliotheken unterstützen.
Neuere Entwicklungen greifen zunehmend auf objektorientierte, nicht berechnungskausale
mathematische Beschreibungsformen zurück. Ein neuer Standard Modelica, der den interdisziplinären
Austausch von Modellspezifikationen ermöglichen soll, wird von der Modelica-
Association vorgeschlagen [Mod-02, Til-01]. Gerade beim Modellentwurf großer, komplexer
Systeme zeigen sich entscheidende Vorteile gegenüber klassischen blockschaltbildorientierten
Simulationssystemen. An erster Stelle ist hierbei die Möglichkeit einer methodischen Einbeziehung
der Wiederverwendung zur Qualitäts- und Effizienzsteigerung zu nennen.
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