Simulativer Vergleich der thermischen Bedarfsabschätzung eines Einfamilienhauses

Im IBPSA Project 1 wurde neben der Kernbibliothek Modelica‐IBPSA auch die Bibliothek AixLib zur quelloffenen Modellierung von Gebäudeenergiesystemen mit Modelica entwickelt. Verglichen mit dem speziell für die energetische Gebäudesimulation entwickelten quelloffenen Programm EnergyPlus ermöglichen die Modelica‐Bibliotheken eine physikalisch realistischere Modellierung der Regelung moderner Anlagentechnik. In EnergyPlus hingegen ist die Wärmeübertragung durch die Gebäudehülle mit einem höheren Detailgrad modelliert. Fraglich ist, in welchem Ausmaß die in der AixLib getätigten Vereinfachungen die Ergebnisse einer energetischen Gebäudesimulation beeinflussen. In dieser Studie werden die erforderliche Heizleistung und der Heizbedarf eines Einfamilienhauses mittels Jahressimulationen des in der AixLib enthaltenen High‐Order‐Gebäudemodells des Einfamilienhauses und eines EnergyPlus‐Gebäudemodells des Einfamilienhauses ermittelt und verglichen. Die Ergebnisse des AixLib‐Gebäudemodells zeigen einen nach oben verschobenen Verlauf der erforderlichen Heizleistung gegenüber den Ergebnissen des EnergyPlus‐Gebäudemodells. In der kalten Jahreshälfte wird mit dem AixLib‐Gebäudemodell ein etwa 1 %, in der warmen Jahreshälfte ein etwa 31 % und im gesamten Jahr ein etwa 2 % höherer Heizbedarf berechnet. Die in EnergyPlus umgesetzte zusätzliche Diskretisierung der einzelnen Wandschichten führt insbesondere im Sommer zu höheren Oberflächentemperaturen der Außenwände, wodurch ein geringerer Heizbedarf berechnet wird.

In the IBPSA Project 1, the core library Modelica‐IBPSA as well as the AixLib library were developed for open source modeling of building energy systems using Modelica. Compared to the open source tool EnergyPlus which was developed specifically for building performance simulation, the Modelica libraries allow for a more physically realistic modeling of the control of modern HVAC systems. However, the heat transfer through the building envelope is modeled with a higher level of detail in EnergyPlus. It is unclear to what extent the simplifications made in the AixLib influence the results of a building performance simulation. In this study, the heat load and the heat demand of a single‐family house are computed and compared using annual simulations of the high‐order building model of the single‐family house contained in the AixLib and an EnergyPlus building model of the single‐family house. The results of the AixLib building model show an upward shift in the heat load compared to the results of the EnergyPlus building model. In the cold period of the year, the heat demand is calculated to be about 1 % higher, in the warm period about 31 % higher and in the whole year about 2 % higher. A major influence on the high percentage deviation in the warm period of the year is the additional discretization of the individual wall layers implemented in EnergyPlus leading to higher surface temperatures of the exterior walls in summer.