Arbeitsgruppe Planungswerkzeuge

Im Bereich der energetischen und lichttechnischen Bewertung von Gebäuden und Siedlungen ist nicht zuletzt durch erhöhte Energieeffizienzanforderungen und neu eingeführte Bewertungsverfahren national und international ein großer Bedarf an Rechenwerkzeugen entstanden. Die Abteilung begleitet in der Arbeitsgruppe Planungswerkzeuge diesen Prozess seit Jahren mit der Entwicklung und Pflege eines umfangreichen Satzes an unterschiedlichen rechnergestützten Tools. Zum einen befinden sich hierunter die Entwicklung und Implementierung neuer Berechnungsalgorithmen, die der Beschreibung komplexer physikalischer Zusammenhänge dienen. Zum anderen werden Informations- und Beratungstools erstellt. Die Werkzeuge finden Anwendung sowohl in der alltäglichen Planungspraxis als auch bei der Bewertung spezieller energetischer und lichttechnischer Fragestellungen. Schwerpunkte liegen im Bereich von Lösungen zur DIN V 18599, der Erstellung von Beratungs- und Informationstools für Planer und Entscheider und der Entwicklung von Simulationswerkzeugen. Die Programmsysteme sind komponentenorientiert aufgebaut, so dass sich nach dem Baukastenprinzip mit moderatem Aufwand schnell neue Anwendungsprogramme für spezielle Kundenanforderungen erstellen lassen.

Die Arbeitsgruppe Planungswerkzeuge widmet sich darüber hinaus der computergestützten Simulation des Raumklimas und simuliert komplexe thermodynamische Systeme, um das Raumklima für Menschen sowie technische Anlagen zu optimieren. Basierend auf den problemrelevanten Raumklimafaktoren und deren Wirkzusammenhängen werden modellbasierte Vorhersagen und Analysen durchgeführt, um das Raumklima in Gebäuden, Flug- und Fahrzeugkabinen nutzer- und nutzungsgerecht zu optimieren. Die Arbeitsgruppe nutzt die Möglichkeiten der Kombination von Modellentwicklung, Experiment und Simulation, um zu einem umfassenden Systemverständnis zu gelangen und folgt dabei dem Prinzip einer skalen-adaptiven Herangehensweise.

Ein neuer Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Planungswerkzeuge ist die Entwicklung von digitalen Gebäude- bzw. Raummodellen (BIM). Hier soll im Besonderen demonstriert werden, wie eine ganzheitliche Bewertung der bisherigen singulären Planungsaufgaben und Lösungen künftig durchgeführt und die Ergebnisse an die Planer kommuniziert werden können.

© Foto Fraunhofer IBP

Simulation

In diesem Arbeitsbereich widmen sich die Forscher der computergestützten Simulation des Raumklimas und simulieren komplexe thermodynamische Systeme, um das Raumklima für Menschen sowie technische Anlagen zu optimieren. Basierend auf den problemrelevanten Raumklimafaktoren und deren Wirkzusammenhängen werden modellbasierte Vorhersagen und Analysen durchgeführt, um das Raumklima in Gebäuden, Flug- und Fahrzeugkabinen nutzer- und nutzungsgerecht zu optimieren. Die Arbeitsgruppe nutzt die Möglichkeiten der Kombination von Modellentwicklung, Experiment und Simulation, um zu einem umfassenden Systemverständnis zu gelangen und folgt dabei dem Prinzip einer skalen-adaptiven Herangehensweise.

Eine Auswahl an Projekten, die in der Gruppe bearbeitet wurden:

 

UseUClim

Überprüfung der Praxis- und Nutzertauglichkeit von Stadtklimamodellen

Das Forschungsprojekt hat zum Ziel, eine praxisbezogene Benutzerfreundlichkeit in Form von frei zugänglichen Datensätzen, interpretierbaren Bewertungsgrößen, Visu­alisierungen und Simulationen sowie Datengrundlagen, die GIS und CAD kompatibel sind, zu schaffen.

 

ValMoNuI

Validierung und Modellierung von Nutzerinteraktionen: Identifikation und Integration von Nutzertypo-logien

Für einen energieeffizienten Betrieb sind die adäquate Berücksichtigung des Nutzer­verhaltens sowie eine intuitive und robuste Bedienbarkeit der Gebäudesysteme essen­tiell. Deshalb haben die Projektpartner im Vorhaben sich zum Ziel gesetzt, stochastische Nutzerver­haltensmodelle zu entwickeln und diese Modelle prototypisch zur Prädiktion des Nutzerverhaltens in Gebäuden in einer Simulationsumgebung zu implementieren.

 

IBP:18599 Produktfamilie

Der Großteil der Energieausweise auf Basis der DIN V 18599 wird in Deutschland mit Hilfe des in der Arbeitsgruppe entwickelten Rechenkerns IBP18599kernel erstellt. Dieser wird von den meisten der führenden Softwarehersteller in Deutschland als Gleichungslöser verwendet. Er wird fortlaufend gewartet und an Änderungen der Bewertungsverfahren angepasst. Basierend auf dem Rechenkern, entwickelt und erstellt die Arbeitsgruppe mithilfe eines eigenen Oberflächenframeworks unterschiedliche Anwendungsprogramme; zur gesamtheitlichen Bewertung von Wohn- und Nichtwohngebäuden im nationalen und internationalen Kontext (IBP:18599) aber auch zu einzelnen speziellen Fragestellungen, etwa zur gesamtenergetischen Bewertung von Sonnenschutzsystemen.

 

Bewertung von Fehlstellen in Luftdichtheitsebenen

Entwicklung einer Handlungs-empfehlung zu Luftdichtheit
für Baupraktiker

Zunächst wurden vom Projektkonsortium Fallbeispiele zu Luftdichtheit von Mess­dienstleistern und Gutachtern gesammelt. Schäden, die auf Luft-Leckagen im Dachbe­reich zurück zu führen sind wurden bei dieser Umfrage besonders häufig genannt. Ein Objekt mit deutlichen Feuchteschäden im Dachbereich wurde ausführlich dokumentiert. Hieraus wurde eine räumliche Verteilung der Leckagen in der Luftdichtheitsebene ermittelt.
Am Fraunhofer IBP wurde das HygZO Modell entwickelt (Hygrothermal ZOnal Model).

 

IEA SHC Task 50

 

Ziel des vom IBP geleiteten IEA-SHC Task 50: "Advanced Lighting Solutions for Retrofitting Buildings", der International Energy Agency war es, die Sanierung von Beleuchtungsanlagen (Tageslichttechnik, elektrische Beleuchtung und Lichtmanagement) im Nichtwohnbau mit Hilfe innovativer aber praxisnaher Ansätze, die auf eine Vielzahl typischer Gebäuden angewendet werden können, zu unterstützen.

 

ECO-SEE

Safe and Energy Efficient wall panels and materials for a healthier indoor environment

 

Develop new eco-materials and compo­nents for the purpose of creating both healthier and more energy efficient buildings.

Create and symbiotically use natural eco-material for healthier indoor environments through hygrothermal (heat and moisture) regulation and the removalof airborne contaminants.

Develop design tools for holistic assessment of indoor environmental quality (IEQ).

 

EnEff-BIM

Planung und Betriebsoptimierung von energieeffizienten Neu- und Bestandsbauten

 

Planung, Auslegung und Betriebsoptimie­rung von energieeffizienten Neu- und Bestandsbauten durch Modellierung und Simulation auf Basis von Bauwerksinfor­mationsmodellen (BIM)

 

E-Komfort

Innovative Klimatisierungs- und thermische Komfortkonzepte zur Optimierung der Reichweite von Elektrofahrzeugen

 

Einsatz lokaler, körpernaher Klimatisie­rungskonzepte im E-Fahrzeug, basierend auf unterschiedlichen Wärmeübertragungs­mechanismen

Mindestens gleichbleibendes bzw. verbes­sertes Behaglichkeitsempfinden

Minimierung des Energieverbrauchs bei Maximierung der Reichweite

Bewertung von Maßnahmen hinsichtlich Nutzerakzeptanz, Energieeffizienz und Reichweite

 

IT-Toolkit
EnEff:ResBuild India

Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP erarbeitet in einer Forschungskooperation mit TERI aus Indien eine Nachweismethodik für energieeffiziente Wohngebäude. Dazu werden international anerkannte Normen - wie z. B. ISO 13790-, die auf einem Bilanzierungsansatz von Wärmequellen und –senken basieren, auf die Bedingungen in Indien angepasst. Bislang werden in Indien durchweg nur Simulationsrechnungen eingesetzt, die auf einen begrenzten Expertenkreis als Anwender limitiert, nur nach einer längeren Einarbeitungszeit verlässlich angewendet werden können. Neben den Anpassungen der Klimadaten, Effizienzperformance der Anlagentechnik und Nutzungsprofile sind auch kulturell bedingte unterschiedliche Betriebsweisen zu berücksichtigen, die im Rahmen der Normen bislang nicht abgedeckt sind.

 

EnerKey

Mitarbeit und Teilprojektleitung im Megacity-Projekt EnerKey
»Energy as Key for the Sustainable Development of Megacities Johannesburg«

Im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Projekt »EnerKey« werden Lösungen für den steigenden Energieverbrauch von sogenannten Megacities, am Beispiel der Region Gauteng, inklusive der beiden Großstädte Johannesburg und Pretoria, gesucht.
Das Fraunhofer IBP erarbeitet hier Werkzeuge für die Bewertung der energetischen Qualität von Wohngebäuden, öffentlichen Gebäuden und Stadtteilen.

 

Planungstool: Energiekonzept-Berater für Stadtteile

Im Rahmen der Begleitforschung zur Forschungsinitiative »EnEff:Stadt« haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP ein computergestützes Hilfsmittel für Stadtplaner entwickelt. Das Computertool ist kostenfrei als deutsche und internationale Version verfügbar.

 

IEA ECBCS Annex 46

IT-Toolkit für die energieeffiziente Sanierung von öffentlichen Gebäuden

Das Hauptergebnis des Projekts ist das »IT-Toolkit für energieeffiziente Sanierungsmaßnahmen«, eine Sammlung von computergestützten Hilfsinstrumenten für öffentliche Gebäudeeigentümer und Planer. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP war als Subtaskleiter verantwortlich für die Entwicklung und Programmierung des IT-Toolkits. Einige Bestandteile des IT-Toolkits wurden von den internationalen Teilnehmern basierend auf anderen Projekten beigesteuert.