BES Model Validation: Validierungsdatensätze aus den Fraunhofer-IBP-Zwillingshäusern

Süd-West-Außenansicht eines der Zwillingshäuser am Fraunhofer IBP in Holzkirchen als Grundlage der BES Model Validation.
© Fraunhofer IBP
Süd-West-Außenansicht eines der Zwillingshäuser am Fraunhofer IBP in Holzkirchen als Grundlage der BES Model Validation.
Innenansicht Haus mit Messgerät
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Innenansicht der Wohnzimmer eines Zwillingshauses mit Temperaturmessbaum und Elektrokonvektor.
Versuchsablauf des IEA EBC Annex 71-Datensatzes.
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Versuchsablauf des IEA EBC Annex 71-Datensatzes.

Im Rahmen der IEA EBC Annexes 58 und 71 wurden am Fraunhofer IBP in Holzkirchen zwei umfassende empirische Validierungsexperimente für dynamische thermisch-energetische Gebäudesimulationsprogramme durchgeführt. Grundlage sind zwei baugleiche Zwillingshäuser, deren thermisch-energetisches Verhalten unter realitätsnahen und zugleich kontrollierten Randbedingungen messtechnisch erfasst wurde. Die daraus entstandenen BES-Validierungsdatensätze enthalten Informationen zu Gebäudegeometrie, Konstruktionen, Anlagentechnik, Nutzerprofilen, Wetterdaten und Messwerten. Sie ermöglichen es, Simulationsmodelle nachvollziehbar aufzubauen, die Simulationsergebnisse anhand der Messdaten zu prüfen und die Genauigkeit und Aussagekraft von Gebäudesimulationen unter praxisnahen Bedingungen zu bewerten.

Ziel der BES Model Validation war es, eine belastbare Grundlage für die empirische Prüfung von Gebäudesimulationsprogrammen (Building Energy Simulation, BES) bereitzustellen. Dafür wurden Experimente konzipiert, die über einfache Ein-Raum-Testboxen und idealisierte Randbedingungen hinausgehen: Die Zwillingshäuser wurden mit definierten Heiz-, Lüftungs-, Nutzer- und Feuchteszenarien betrieben, sodass wesentliche bauphysikalische Prozesse eines realen Wohngebäudes abgebildet werden. Gleichzeitig wurden Geometrie, Bauteile, Wärmebrücken, Anlagentechnik, Wetterrandbedingungen und Betriebsprofile so detailliert dokumentiert, dass Modellierende die Gebäude reproduzierbar nachbilden können.

Der Schwerpunkt liegt auf Qualität und Nachvollziehbarkeit der Validierungsdatensätze. Diese umfassen Versuchsspezifikationen, ergänzende technische Unterlagen, Bild- und Planmaterial sowie Messdaten in tabellarischer Form. Damit unterstützen die Datensätze Forschung, Softwareentwicklung und Qualitätssicherung im Bereich der Gebäudesimulation.

Projektergebnis

Die zugrunde liegenden Messreihen wurden im Sommer 2013, Frühjahr 2014 und Winter 2018/19 in den Zwillingshäusern des Fraunhofer IBP am Standort Holzkirchen durchgeführt. Der Annex 71-Datensatz aus dem Winter 2018/19 ist komplexer als der Vorgängerdatensatz Annex 58, da künstliche Nutzer (Wärme- und Feuchtequellen sowie Fensterlüftung) und ein Wärmepumpensystem mit Fußbodenheizung enthalten sind. Beide Versuche bestanden aus mehreren Versuchsphasen, darunter Initialisierung, Coheating, definierte Nutzerphasen, Fehlerszenarien, Feuchteeinträge, freie Anregungsphasen und Free-Float-Betrieb. Im Annex 71 wurde ein Zwillingshaus mit elektrischen Konvektoren beheizt, das zweite über eine Außenluft-Wärmepumpe mit Fußbodenheizung und Trinkwarmwasserbereitung. Synthetische Nutzerprofile bilden interne Wärme- und Feuchtequellen, Fenster- und Türöffnungen sowie Warmwasserzapfungen ab. Der Datensatz enthält unter anderem Raumlufttemperaturen, Heizleistungen, Systemtemperaturen, Wetterdaten, Luftwechselinformationen (Tracer-Gas-Daten) und Betriebszustände. Die Daten wurden für eine zweistufige Validierungsprozedur mit Blind und Open Phase aufbereitet.

 

Projektpartner

University of Strathclyde

IEA EBC Annex 58 und 71 Forschungskonsortium