Rechenmodelle im Überblick
Übersicht aller Rechenmodelle des NANDRAD-Solvers und wie das VICUS-Gebäudemodell beim Simulationsstart in das NANDRAD-Solver-Projekt übersetzt wird
Überblick
Die dynamische Simulation wird vom NANDRAD-Solver gerechnet, einem eigenständigen Rechenkern für die thermische Gebäude- und Anlagensimulation. Beim Simulationsstart übersetzt VICUS Buildings das grafische Gebäudemodell automatisch in ein NANDRAD-Projekt; der Solver löst anschließend das gekoppelte Gleichungssystem aus Raumbilanzen, Bauteil-Wärmeleitung und Last-/Anlagenmodellen mit adaptiver Zeitschrittsteuerung (siehe Solver-Optionen).
Dieses Kapitel dokumentiert die physikalischen Modelle als Referenz. Die Unterseiten:
- Raumbilanz & Raumzustände
- Konstruktions-Wärmeleitung
- Fenstermodell
- Interne Lasten & Lüftung
- Ideale Heizung/Kühlung, Thermostat & Flächenheizung
Modellliste
| Modell | Kurzbeschreibung |
|---|---|
| Raum-Zustände | Rechnet die bilanzierte Energie (und Feuchte) jeder Zone in Lufttemperatur, relative Feuchte, Dampfdruck um |
| Raum-Bilanz | Summiert alle Wärme- und Feuchteströme in die Zone und liefert die Zeitableitungen für den Integrator |
| Konstruktions-Zustände | 1D-Wärmeleitung durch Bauteile, Finite-Volumen-Diskretisierung der Schichten |
| Konstruktions-Bilanz | Randflüsse der Bauteile: Wärmeübergang, kurz- und langwellige Strahlung, Lasten der aktiven Schicht |
| Fenster | Wärmedurchgang durch Verglasung, Rahmen und Sprossen; solare Transmission mit winkelabhängigem SHGC und Verschattung |
| Interne Lasten | Personen-, Geräte- und Beleuchtungslasten, aufgeteilt in konvektive und radiative Anteile |
| Interne Feuchtelasten | Feuchteabgabe in die Zone; nur bei aktivierter Feuchtebilanz |
| Natürliche Lüftung | Infiltration und (geregelte) Fensterlüftung als Luftwechsel der Zone |
| Thermostat | Regelsignale für Heizen und Kühlen aus Soll- und Ist-Temperatur |
| Ideal-Heizung/Kühlung | Ideale konvektive Heiz-/Kühlleistung nach Thermostatsignal, begrenzt durch Maximalleistungen |
| Ideale Flächenheizung | Heiz-/Kühllast direkt in der aktiven Schicht einer Konstruktion |
| Ideales Rohrregister | Flächenheizung mit Massenstrom, Vorlauftemperatur und Wärmeübertragung im Rohrregister |
| Verschattungssteuerung | Strahlungsschwellen-basierte Regelung des Sonnenschutzes (mit Hysterese) |
| Thermischer Komfort | Operative Raumtemperatur aus Luft- und flächengewichteten Oberflächentemperaturen |
| Klimalasten | Sonnenstand, kurz- und langwellige Strahlung auf beliebig orientierte/geneigte Flächen aus der Klimadatei |
| Raum-Strahlungslasten | Summe der solaren Fensterlasten je Zone als Grundlage der Strahlungsverteilung |
| Wärmelast-Summation | Summiert Wärmelasten mehrerer Zonen, z. B. für die Ankopplung an Wärmenetze |
| Konstante Zone | Zone mit vorgegebener Temperatur als Randbedingung (nicht bilanziert) |
Hinzu kommen die Netz-/Anlagenmodelle des hydraulischen Netzwerks (VICUS Districts) sowie Infrastrukturmodelle (Zeitpläne, Regler, Ausgabe-Verwaltung, FMI-Schnittstelle). Ein eigenständiges Erdreichmodell für Gebäude gibt es nicht — erdberührte Bauteile erhalten ihre Randbedingung über die Randbedingungs-Definition.
Abbildung des VICUS-Modells auf NANDRAD
Der Projektgenerator übersetzt beim Start folgende Modellbestandteile (in dieser Reihenfolge; Fehler werden gesammelt und als Detailmeldung angezeigt):
- Simulations-, Solver- und Standortparameter — direkt aus den Seiten Klima & Standort, Modelloptionen und Solver-Optionen. Zusätzlich werden fünf Standard-Strahlungssensoren (horizontal, Nord/Ost/Süd/West) angelegt.
- Zeitpläne — alle referenzierten Zeitpläne aus den Nutzungsprofilen, mit Eindeutigkeitsprüfung der IDs.
- Zonen — jeder Raum wird zu einer NANDRAD-Zone mit Volumen, Fläche und Zusatzwärmekapazität.
- Geregelte Verschattungen — aus den Sonnenschutz-Regelungen der Räume (Sonnenschutz zuweisen).
- Konstruktionsinstanzen, Konstruktionen und Materialien — aus Flächen, Bauteilzuweisungen und Fenstern, inklusive eingebetteter Objekte (Fenster/Türen) und Randbedingungen.
- Ideale Flächenheizsysteme — aus den Flächenheizungs-Zuweisungen, gegebenenfalls mit generierten Versorgungsnetzen für Versorgungssysteme.
- Zonen-Template-Modelle — je Raum interne Lasten, Lüftung, Thermostat und ideale Heizung/Kühlung aus dem zugewiesenen Nutzungsprofil.
- Verschattungsfaktoren-Datei — vorberechnete Verschattungsfaktoren werden mit auf NANDRAD-IDs umgeschriebenen Objektreferenzen übernommen.
- Netzmodell — bei Distrikt-Projekten das aktive Wärmenetz.
- Ausgaben — Raster und Definitionen von der Seite Ausgaben.
Für den DIN 4108-2-Nachweis erzeugt derselbe Generator automatisch Projektvarianten mit normgerechten Randbedingungen.
Gut zu wissen:
Das erzeugte NANDRAD-Projekt (<Projektname>.nandrad neben der Projektdatei) ist eine lesbare XML-Datei. Bei unerwarteten Ergebnissen lohnt ein Blick hinein: Dort steht exakt, welche Modelle, Parameter und Zeitpläne der Solver tatsächlich erhalten hat.