Thermische Simulation & Komfort

In einem Gebäude wirken viele Faktoren gleichzeitig auf den thermischen Komfort. Dazu gehören Gebäudehülle, Fensterflächen, Sonnenschutz, Speichermassen, Heizung, Kühlung, Lüftung, interne Wärmelasten, Nutzung und das tatsächliche Außenklima.

Mit einer dynamischen thermischen Simulation bilden wir dieses Zusammenspiel über den Jahresverlauf ab. Dadurch lässt sich bereits in der Planung erkennen, wie sich Räume im Winter und Sommer verhalten, wo Überhitzung entstehen kann und ob die vorgesehenen Heizungs-, Kühlungs- und Lüftungskonzepte den gewünschten Komfort erreichen.

Dabei betrachten wir nicht nur die Raumlufttemperatur. Für die thermische Behaglichkeit spielen auch die operative Temperatur, die mittlere Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Bekleidung und Aktivität der Nutzer eine Rolle. Internationale Bewertungsverfahren wie ISO 7730 und ASHRAE 55 verwenden dafür unter anderem die Kenngrößen PMV und PPD. PMV beschreibt das voraussichtliche mittlere Temperaturempfinden einer Personengruppe, während PPD den erwarteten Anteil thermisch unzufriedener Personen angibt. ASHRAE 55 berücksichtigt dabei sowohl Umgebungsbedingungen als auch persönliche Faktoren.

Für die Untersuchung erstellen wir ein digitales Gebäudemodell mit den relevanten Bauteilen, Nutzungszonen und technischen Anlagen. Nutzungszeiten, interne Lasten, Sonneneinstrahlung, Verschattung und Wetterdaten werden entsprechend der Aufgabenstellung berücksichtigt.

Anschließend untersuchen wir unter anderem operative Temperaturen, Raumlufttemperaturen, Überhitzungsstunden, thermische Behaglichkeit und gegebenenfalls lokale Komfortkriterien wie Zugluft, Strahlungstemperaturasymmetrie oder Fußbodentemperaturen.

Die Ergebnisse ermöglichen auch Variantenvergleiche. So kann zum Beispiel geprüft werden, wie sich unterschiedliche Fensterflächen, Verglasungen, Sonnenschutzsysteme, Speichermassen, Lüftungsstrategien oder Kühlsysteme auf Komfort und Energiebedarf auswirken.

Eine thermische Simulation schafft Planungssicherheit, bevor technische Anlagen dimensioniert oder bauliche Entscheidungen umgesetzt werden. Dadurch kann früh erkannt werden, ob Räume überhitzen, ob Kühlleistungen tatsächlich erforderlich sind oder ob passive Maßnahmen wie Sonnenschutz, Speichermasse oder Nachtlüftung ausreichen.

Gleichzeitig lassen sich unterschiedliche Planungsvarianten miteinander vergleichen. Dadurch können Anlagentechnik und Gebäudehülle besser aufeinander abgestimmt und unnötige Überdimensionierungen vermieden werden.

Die Ergebnisse dienen damit nicht nur dem Komfortnachweis, sondern auch als Grundlage für die Optimierung von Energiebedarf, Anlagenkonzept und Gebäudeentwurf.

Bei DGNB ist der thermische Komfort ein eigenes Bewertungskriterium. In der aktuellen DGNB-Version 2023 werden unter anderem operative Temperatur, Zugluft, Strahlungstemperaturasymmetrie und relative Luftfeuchte für Heiz- und Kühlperioden betrachtet. Für die operative Temperatur wird dabei insbesondere auf DIN EN 16798-1 Bezug genommen.

Auch das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen des Bundes berücksichtigt thermischen Komfort als Bestandteil der soziokulturellen Qualität. Je nach BNB-Systemvariante werden thermischer Komfort im Winter und Sommer sowie weitere Komfortkriterien bewertet.

Durch eine frühzeitige Simulation können diese Anforderungen bereits während der Planung berücksichtigt werden. So lassen sich erforderliche Nachweise vorbereiten und gleichzeitig planerische Schwachstellen erkennen, bevor sie in der Ausführung zu Problemen führen.

Auch internationale Systeme wie BREEAM und WELL berücksichtigen den thermischen Komfort. BREEAM verlangt je nach Systemvariante eine thermische Komfortbewertung und berücksichtigt dabei unter anderem ISO 7730 beziehungsweise EN 16798 sowie zukünftige klimatische Bedingungen.

WELL betrachtet thermischen Komfort ebenfalls als wesentlichen Bestandteil der Innenraumqualität und greift dabei unter anderem auf ASHRAE 55 und ISO 7730 zurück.

Die jeweils anzuwendenden Anforderungen hängen von Zertifizierungssystem, Version, Gebäudeart und Projektziel ab und werden deshalb projektbezogen festgelegt.

Wir erstellen das Simulationsmodell, bilden Gebäudehülle, Nutzung und Anlagentechnik ab und führen die erforderlichen thermischen Berechnungen durch. Anschließend werten wir die Ergebnisse aus, vergleichen bei Bedarf unterschiedliche Varianten und zeigen auf, an welchen Stellen die Planung verbessert werden kann.

Die Randbedingungen, Berechnungsgrundlagen und Ergebnisse werden nachvollziehbar dokumentiert und für Planung, Zertifizierung oder weitere Fachplanung aufbereitet.

So erhält der Auftraggeber nicht nur einen Komfortnachweis, sondern eine belastbare Grundlage für Gebäudeentwurf, Anlagenplanung und spätere Nutzung.