Entwicklung von thermischen Gebäudelastprofilen für die Dimensionierung von Wärmeerzeugern und zur Simulation von Nahwärmenetzen

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner zum 60. Geburtstag gewidmet.
Vor dem Hintergrund der Energiewende wird in Gebäuden und Quartieren der klassische gasbetriebene Heizkessel zunehmend durch eine Vielzahl von Wärmeerzeugern ersetzt. Um eine effiziente Dimensionierung dieser Anlagensysteme in der Planungsphase vornehmen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Wärmebedarf des Gebäudes zu kleinen Zeitschritten bekannt ist. Zu diesem Zweck eignen sich thermische Lastprofile, die in Form von Datensätzen in softwaregestütze Modelle zur Berechnung des Anlagenbetriebs implementiert werden können. Im Rahmen dieses Beitrags werden 15-Minuten-basierte, gebäudespezifische thermische Lastprofile mittels der Methoden der dynamischen Gebäudesimulation entwickelt. Zunächst wird das methodische Vorgehen für die Entwicklung von typgebäudebezogenen Nutzenergiebedarfsprofilen für die Nachfrage nach Heizwärme und Trinkwarmwasser erläutert. Im zweiten Schritt werden diese Profile mit verschiedenen Wärmeerzeugermodellen gekoppelt, wobei deren Nennleistung, Speichervolumen und Betriebsweise variieren. Hierdurch kann auch der Bedarf des Wärmeerzeugers nach Brennstoff oder Strom in Abhängigkeit der Dimensionierung und der Systemregelung zeitschrittbezogen abgebildet werden. Daneben kann durch eine Kombination der vorsimulierten Profile auch der Wärmebedarf eines Quartiers effizient modelliert werden. In diesem Zusammenhang wird abschließend die Einbindung der Profile in ein solares Nahwärmenetzmodell demonstriert.

Development of thermal building load profiles for heating system design and the simulation of district heating systems.
In the light of the German Energiewende, various types of heat generators are installed in buildings and urban districts as an alternative to the classic condensing gas boiler. In order to conduct an efficient design of these systems during the planning stage, it is beneficial if the building heating demand can be described in small time steps. For this purpose, thermal load profiles can be applied in form of a dataset which can be implemented in software models for calculating the operation of the system. Within this paper, thermal load profiles (15 minutes time step), which consider building specific features, are developed by applying the method of dynamic building simulation. First, the methodology for developing building specific net energy demand profiles for heating and domestic hot water is presented. Second, these profiles are connected to different heat generator models while the installed capacity, the storage volume and the operating mode of these systems are varied. Likewise, the heat generator's demand for fuel or electricity depending on the system design can be illustrated based on small time steps. In addition to that, the heating demand of a district can be modelled efficiently just by combining the generated thermal load profiles. In this context, the implementation of these profiles in a solar district heating model is demonstrated.