Gebäudeenergiemodellierung
Diese YouTube-Tutorial-Reihe von Helix Energy Partners führt anhand einer ländlichen Feuerwache als Beispielprojekt durch den gesamten Workflow der Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio und EnergyPlus. Die Themen decken den gesamten Modellierungsprozess ab – von der Geometrieerstellung, den Raumtypen, den Baumaterialien und den HLK-Systemen bis hin zur Warmwasserbereitung, der Fehlersuche und der Ergebnisanalyse –, wobei sämtliche Software (OpenStudio, EnergyPlus, SketchUp, FloorSpaceJS) kostenlos und Open Source ist.
Lernen Sie uns kennen
In diesen YouTube-Videos erklären wir die notwendigen Schritte zur Erstellung eines Gebäudeenergiemodells mit OpenStudio (und FloorSpaceJS, das in OpenStudio integriert ist). Wir erstellen ein Energiemodell einer einfachen, ländlichen Feuerwache. Die Lektionen umfassen das Importieren von Bibliotheksdateien, das Erstellen der Geometrie, das Festlegen von Standortparametern und das Erstellen von Zeitplänen.
Der Energieverbrauch des Gebäudes wird anschließend mithilfe der EnergyPlus-Simulationssoftware des US-Energieministeriums über OpenStudio berechnet.
Alle für diese Berechnungen verwendeten Softwareprogramme (SketchUp, OpenStudio, FloorSpaceJS und EnergyPlus) sind Open Source und können kostenlos heruntergeladen werden.
1. Einführung in OpenStudio und EnergyPlus
Kurzbeschreibung zu OpenStudio und EnergyPlus. Dieses Video gibt Ihnen einen kurzen Einblick in die Geschichte der Energiemodellierung und beschreibt einige der Rechenfunktionen des Programms OpenStudio.
Die Frage lautet also: Was ist ein offenes Studio?
Vereinfacht gesagt ist OpenStudio eine grafische Benutzeroberfläche für EnergyPlus. Bevor wir diese Frage jedoch vollständig beantworten können, müssen wir wissen, was Energiemodellierung ist und etwas über ihre Geschichte erfahren.
Ich werde nicht sehr weit zurückgehen, sondern nur auf die jüngste und am weitesten verbreitete Verwendung eingehen.
In den 1970er und 80er Jahren wurden Computerprogramme zur Simulation des Energieverbrauchs von Gebäuden entwickelt, um diesen zu reduzieren. In den 90er Jahren entwickelte das US-Energieministerium (DOE) zu diesem Zweck ein leistungsstarkes, öffentlich zugängliches Programm namens DOE-2. Leider erforderte es umfangreiche Programmierkenntnisse. Daraufhin wurde eine grafische Benutzeroberfläche namens eQuest entwickelt. Heute ist eQuest das am weitesten verbreitete Programm zur Simulation des Energieverbrauchs von Gebäuden. Es ist kostenlos, wird aber nicht mehr aktualisiert. In den 90er Jahren begann das Energieministerium mit der Entwicklung der nächsten Generation von Energiesimulationsprogrammen namens EnergyPlus. Heute ist es das neueste und stabilste Programm zur Gebäudesimulation. Es ermöglicht Ingenieuren, Wissenschaftlern und der Bauindustrie, den Energieverbrauch eines Gebäudes über seine gesamte Lebensdauer hinweg vorherzusagen und zu simulieren. EnergyPlus verwendet zahlreiche komplexe mathematische Modelle zur Berechnung des Energieverbrauchs eines Gebäudes. Darüber hinaus ist es, genau wie DOE-2, ein sehr schwer verständliches, auf eine Programmiersprache ausgerichtetes Programm. Nicht sehr benutzerfreundlich. Ende der 2000er-Jahre erkannte das US-Energieministerium (DOE), dass für eine breite Akzeptanz des Programms eine robuste und benutzerfreundliche grafische Oberfläche entwickelt werden musste. So entstand OpenStudio. OpenStudio ist eine grafische Oberfläche zur Eingabe von Daten in EnergyPlus. Der Workflow beginnt mit der Geometrieerstellung mithilfe von Floor Space JS, das in OpenStudio integriert ist. Alternativ können Sie bei komplexen Geometrien SketchUp und das OpenStudio-Plug-in verwenden. Oder Sie können Geometrie aus IDF-, GBXML-, SDD- oder IFC-Dateien importieren. Anschließend können Sie Ihrem 3D-Modell Raumtypen und thermische Zonen zuweisen. Dieses 3D-Modell kann als Hülle betrachtet werden, die später alle Ihre Energiemodellierungsinformationen enthält. Anschließend können Sie das Modell anpassen, indem Sie verschiedene Parameter ändern, z. B.: Die Anzahl der Personen im Gebäude. Sie können die Leistungsdichte der Beleuchtung ändern. Sie können die Lüftungsraten ändern. Sie können die Belegungszeiten ändern. Sie können weitere Zeitpläne ändern, z. B. wann das Gebäude geöffnet oder geschlossen ist. Sie können den Wasserverbrauch oder die Anzahl der Personen im Gebäude zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Tages ändern. Sie können die Sollwerte der HLK-Anlagen ändern. Im Grunde alles, was Sie in einem Energiemodellierungsprogramm tun können. Sie können dies in OpenStudio tun. Es verfügt über eine grafische Benutzeroberfläche und ist daher sehr intuitiv. Sobald Sie das Gebäudemodell fertiggestellt haben, wird es nach EnergyPlus exportiert. EnergyPlus berechnet die Daten für Sie und liefert Informationen über Ihr Gebäude. Das Endergebnis zeigt Ihnen zahlreiche Informationen, wie z. B.: Gesamt- und monatlicher Energieverbrauch Gebäudehülle Spitzenlasten für Räume und HLK Spitzenverbrauch von Wasser und Lüftung
2. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Importieren von Bibliotheksdateien
In diesem Video erklären wir, wie man Bibliotheksdateien in OpenStudio importiert.
Heute werden wir ein Energiemodell für eine Feuerwache erstellen.
Zuerst öffnen wir ein leeres OpenStudio-Projekt.
Dann speichern wir dies als neues Projekt in Ihrem Projektordner.
Wir nennen es Beispiel 4. Speichern? Ja.
Wir haben hier ein leeres Projekt. Es sind keine Raumtypen vorhanden. Wie Sie sehen, sind keine Raumtypen vorhanden, wenn ich auf den Reiter „Raumtypen“ klicke. Zuerst sehen wir uns den Projektgrundriss an. Dieser zeigt uns die Raumtypen in diesem Projekt. Es gibt eine Fahrzeughalle, einen Dekontaminationsraum, einen Umkleideraum für Einsatzkräfte, einen Flur, einen Lagerraum, eine Dusche, ein Büro und einen Gemeinschaftsraum. Als Nächstes importieren wir eine Bibliotheksdatei mit den benötigten Vorlagen. Gehen Sie zu „Datei“ → „Bibliothek laden“ und suchen Sie die Bibliotheksdatei. Wir verwenden ein vorheriges Projekt für eine Feuerwache als Bibliotheksdatei. Klicken Sie auf „Öffnen“. Die Bibliothek sollte nun geladen sein. Um die importierten Informationen anzuzeigen, klicken Sie oben rechts auf den Reiter „Bibliothek“. Wir befinden uns auf dem Reiter „Raumtypen“, daher müssen wir in der Bibliothek „Raumtypen“ nachsehen. Scrollen Sie nach unten, um die Raumtypen für die Feuerwache zu finden. Ziehen Sie die benötigten Raumtypen per Drag & Drop in das Projekt. OpenStudio verwendet Raumtypen, um Informationen über die Nutzung bestimmter Räume zu kodieren. Diese Informationen umfassen Lasten wie Personen, Beleuchtung, Infiltration und Steckdosenlasten sowie die zugehörigen Zeitpläne. Ich füge nun alle für dieses Projekt benötigten Raumtypen hinzu. Sie können zu 3:14 vorspulen. Jetzt haben wir alle Raumtypen. Als Nächstes fügen wir ein Konstruktionsset für unsere Feuerwache hinzu. Wählen Sie links den Reiter „Konstruktionssets“. Gehen Sie erneut rechts zu den Bibliotheksdateien, wählen Sie „Konstruktionssets“ und suchen Sie nach unserer importierten Feuerwachen-Bauvorlage. Sie können zu 4:30 vorspulen. Feuerwache, Metall, hier. Da es sich um ein Metallgebäude handelt, fügen wir dieses Konstruktionsset in unsere Konstruktionssets für dieses Projekt ein. Warten Sie einen Moment, bis es geladen ist. Okay. Jetzt haben wir eine Feuerwache aus Metall. Die Außenwände sind aus Metall, die Bodenplatte aus Beton und das Dach aus Metall. Sie sollten unbedingt überprüfen, ob diese Konstruktionen mit denen Ihres aktuellen Projekts übereinstimmen. Als Nächstes wechseln wir zum Tab „Zeitpläne“. Sie werden feststellen, dass viele Zeitpläne bereits importiert wurden, als wir die Raumtypen hinzugefügt haben. Belegungen, Aktivitäten, Beleuchtung usw. Okay. So lädt man Informationen aus einer Bibliotheksdatei. In der nächsten Folge verwenden wir FloorSpaceJS, um die Gebäudegeometrie zu erstellen.
3. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Geometrie erstellen
In diesem Video zeigen wir, wie man mit FloorSpace JS innerhalb der OpenStudio-Anwendung Gebäudegeometrien erstellt.
Die nächste Aufgabe besteht darin, die Geometrie für das Gebäude zu erstellen.
Zuerst speichern wir die Datei als neue Datei. Es ist immer ratsam, Versionskopien von Dateien in OpenStudio zu speichern.
So können Sie bei Problemen jederzeit auf frühere Versionen zurückgreifen.
Als Nächstes überprüfen wir unter „Einheiten“ unsere Einstellungen, um sicherzustellen, dass wir im angloamerikanischen Maßsystem arbeiten. Danach wechseln wir links zum Reiter „Geometrie“ und anschließend oben zum Reiter „Editor“. Wir verwenden FloorSpaceJS, um die Geometrie zu erstellen. Klicken Sie auf „Neu“. Es stehen verschiedene Optionen zum Erstellen von Geometrie und zum Verwenden von Referenzen zur Verfügung. Wir erstellen zunächst einen neuen Grundriss. Klicken Sie nun auf die Schaltfläche „Bild importieren“, um den Grundriss zu importieren. Verschieben Sie den Grundriss, um ihn an Ihrem Ursprung auszurichten. Wir verwenden den Nullpunkt (0-0) als Ursprung. Versuchen Sie daher, ihn so nah wie möglich daran zu platzieren. Skalieren Sie nun das Bild. Sie werden feststellen, dass dem Bild eine Skalierungsangabe hinzugefügt wurde. Diese dient als Referenz für die Raumgröße. Skalieren Sie das Bild, indem Sie die Ecke ziehen, bis es 120 Fuß erreicht. Klicken Sie dann außerhalb des Bildes, um es zu fixieren. Wir ändern nun unsere Rastereinheiten auf ein halbes Fuß. Um einen neuen Raum zu erstellen, klicken Sie auf die Schaltfläche „Rechteck“. Klicken und ziehen Sie, um den Raum zu erstellen. Um einen neuen Raum hinzuzufügen, klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche. Der Cursor färbt sich rot, sobald er an der Kante eines vorherigen Raums anliegt. Sie können direkt zu 4:30 springen. Der Gemeinschaftsraum hat eine ungewöhnliche Form. Wir erstellen ihn mithilfe mehrerer Rechtecke, ohne auf die Plus-Schaltfläche zum Hinzufügen zu klicken. Die Rechtecke addieren sich. Alle Räume sind nun erstellt. Benennen Sie die Räume nun entsprechend dem Grundriss um. Klicken Sie dazu auf die Schaltfläche „Erweitern“. Benennen Sie Raum 1-1 in 101 um, wie im Grundriss dargestellt. Fahren Sie fort und benennen Sie alle Räume um. Sie können direkt zu 6:00 springen. Weisen Sie nun jedem Raum einen Raumtyp zu. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil und wählen Sie den passenden Raumtyp für jeden Raum aus. Wählen Sie für Raum 101 die Gerätehalle. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle Räume. Sie können direkt zu 7:00 springen. Weisen Sie nun jedem Raum einen Konstruktionssatz zu. Da sich alle Räume im selben Gebäude befinden, ist nur ein Konstruktionssatz erforderlich. In diesem Beispiel verwenden wir kein Schrägdach und keinen Hohlraum unter dem Fußboden. Überprüfen Sie die Geschosshöhe und die Hohlraumhöhen. Die Gerätehalle hat keinen Hohlraum. Büros, Spinde, Lagerräume und ähnliche Flächen verfügen über einen Hohlraum. Der Gemeinschaftsraum hat keinen Hohlraum. Wir wenden keine Geschossversätze an. Damit sind wir fertig. Klicken Sie auf „Mit aktuellem OSM zusammenführen“. Wählen Sie abschließend oben links die Registerkarte „3D-Ansicht“. Das Modell wurde erstellt und die Raumtypen wurden zugewiesen. Im nächsten Video erstellen wir die Untergrundgeometrie und nehmen weitere Zuweisungen vor.
4. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Hinzufügen von thermischen Zonen und Untergrundflächen
In diesem Video zeigen wir, wie man mit FloorSpace JS innerhalb der OpenStudio-Anwendung thermische Zonen und Untergrundkonstruktionen zur Gebäudegeometrie hinzufügt.
Wir haben den Grundriss und die Geometrie fertiggestellt. Im nächsten Schritt weisen wir den einzelnen Räumen oder Raumgruppen thermische Zonen zu. Wählen Sie dazu den Reiter „Zuweisungen“, erweitern Sie den Reiter „Thermische Zonen“ und fügen Sie eine thermische Zone hinzu. Wir nennen diese thermische Zone 101. Die benötigte Anzahl an thermischen Zonen entnehmen Sie den technischen Zeichnungen. Diese zeigen, dass nahezu jeder Raum über eine eigene thermische Zone verfügt. Wir beginnen mit der Gerätehalle, weisen die thermische Zone 101 zu und erstellen anschließend mithilfe der Duplizieren-Funktion weitere Zonen wie 102 usw. Sie können direkt zu 2:22 springen. Sobald alle thermischen Zonen erstellt sind, lässt sich der Reiter „Thermische Zonen“ über die Schaltfläche in der oberen rechten Ecke ausblenden. Die thermischen Zonen werden dann zugewiesen, indem Sie die thermische Zone 101 auswählen und Raum 101 zuweisen, die thermische Zone 102 Raum 102 usw. Diesen Vorgang wiederholen Sie für alle Räume. Nachdem die thermischen Zonen zugewiesen wurden, fügen wir die Untergrundkomponenten hinzu. Wählen Sie dazu oben den Reiter „Komponenten“ aus. Als erstes wird eine Tür hinzugefügt, die etwa 2,10 m x 0,90 m groß ist. Wählen Sie im Dropdown-Menü „Tür“ aus und klicken Sie auf das Pluszeichen. Erweitern Sie das Menü, um die Türgröße zu bestätigen, und bewegen Sie den Mauszeiger über den oberen Rand des Bereichs, um die Tür zu platzieren. Fügen Sie anschließend die Fenster hinzu, die etwa 0,90 m x 1,80 m groß sind und eine Fensterbankhöhe von ca. 2,70 m haben. Wählen Sie im Dropdown-Menü „Fenster“ aus, klicken Sie auf das Pluszeichen, bewegen Sie den Mauszeiger über die gewünschte Position und klicken Sie, um jedes Fenster zu platzieren. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle Fenster und Türen. Für die Glastüren duplizieren Sie eine vorhandene Tür und ändern Sie den Typ in „Glastür“. Gehen Sie für ähnliche Türen genauso vor und fügen Sie schließlich die Rolltore hinzu, indem Sie den Typ „Rolltor“ auswählen. Damit sind alle Fenster und Türen hinzugefügt. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Ausblenden“, um den Tab zu schließen und zu überprüfen, ob alle Untergrundkomponenten platziert wurden. Damit ist die Lektion abgeschlossen. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Zusammenführen“, um die Geometrie mit dem OpenStudio-Modell zu vereinen, und wählen Sie dann den Tab „3D-Ansicht“, um das Endergebnis zu sehen.
5. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Registerkarte „Site“
In diesem Video erklären wir, wie Sie eine Wetter- und Designtagsdatei zu Ihrem Projekt hinzufügen. Wir gehen außerdem kurz auf weitere Informationen im Bereich „Website“ ein, darunter Messkennzeichnungen, Informationen zum Abrechnungsjahr der Versorgungsleistungen im Vergleich zum TMY-Jahr, Sommerzeit, Lebenszykluskostenparameter und Versorgungsrechnungen.
Unsere nächste Aufgabe ist das Ausfüllen der Informationen auf der Registerkarte „Standort“. Wir speichern die Datei als neue Version. Auf der Registerkarte „Standort“ finden Sie verschiedene wetterbezogene Informationen. Zunächst müssen wir die Wetterdatei auswählen. Da für dieses Projekt noch keine Wetterdateien vorhanden sind, müssen wir diese herunterladen. Gehen Sie auf die EnergyPlus-Website und suchen Sie den Standort. Wir gehen davon aus, dass sich das Projekt in Medford befindet und verwenden die Datei TMY3, die die aktuellsten Wetterdaten enthält. Klicken Sie auf „Alle herunterladen“. Sobald die Dateien heruntergeladen sind, verschieben Sie sie in den OpenStudio-Ordner. Navigieren Sie dazu auf Ihrer Festplatte zu OpenStudio und verschieben Sie die Dateien in den EnergyPlus-Ordner. Da noch kein Wetterordner vorhanden ist, erstellen wir einen. Gehen Sie anschließend auf „Wetterdatei auswählen“ und navigieren Sie zum Speicherort der Wetterdatei. Wählen Sie die EPW-Datei aus, die die EnergyPlus-Wetterdatei ist. Importieren Sie dann die Design-Day-Datei (.DDY), eine der heruntergeladenen Dateien. Navigieren Sie zum OpenStudio-EnergyPlus-Wetterordner und wählen Sie die DDY-Datei aus. Die Auslegungsdatei dient der Dimensionierung von Anlagen, die im Projekt als „automatisch dimensioniert“ festgelegt sind. Sie können die Auslegungsparameter überprüfen und bei Bedarf anpassen. Auf der Registerkarte „Standort“ finden Sie außerdem die Registerkarten „Maßnahmen“, die für die erweiterte Energiemodellierung verwendet werden. Hier können Klimazonen ausgewählt werden, die wir später erläutern. Eine weitere Aufgabe auf der Registerkarte „Standort“ ist die Auswahl des Jahres. Wenn Sie ein Gebäude anhand spezifischer Verbrauchsdaten modellieren, wählen Sie diese Option. Wir modellieren das Gebäude jedoch mit typischen meteorologischen Jahresdaten und wählen daher stattdessen diese Option. Da am Projektstandort in Medford die Sommerzeit gilt, aktivieren wir sie und überprüfen die Start- und Enddaten. Die Registerkarte „Lebenszykluskosten“ dient der Kostenanalyse, die wir an dieser Stelle nicht behandeln. Öffnen Sie als Nächstes die Registerkarte „Verbrauchsrechnungen“. Beachten Sie, dass ein bestimmtes Wetterjahr ausgewählt werden muss, um Verbrauchsdaten einzugeben. Wir wählen „Kalenderjahr“ und als Beispiel das Jahr 2000. Anschließend kehren wir zur Registerkarte „Verbrauchsrechnungen“ zurück, um zu sehen, wo Daten eingegeben werden können. Wir werden dies in einer späteren Lektion behandeln. Wählen wir daher vorerst den ersten Tag des Jahres, um die Modellierung anhand typischer meteorologischer Jahresdaten fortzusetzen. Damit ist unsere heutige Lektion zum Standort-Tab abgeschlossen. Wir freuen uns über ein Like und ein Abo! Als Nächstes wählen Sie „Wetterdatei festlegen“ und navigieren zum Speicherort der Wetterdatei. Wählen Sie die EPW-Datei, die EnergyPlus-Wetterdatei. Importieren Sie anschließend die Auslegungstagdatei (.DDY), eine der heruntergeladenen Dateien. Navigieren Sie zum OpenStudio EnergyPlus-Wetterordner und wählen Sie die DDY-Datei aus. Die Auslegungstagdatei dient zur Dimensionierung von Anlagen, die im Projekt auf „Automatische Dimensionierung“ eingestellt sind. Sie können die Auslegungstagparameter überprüfen und bei Bedarf anpassen. Auf dem Standort-Tab finden Sie außerdem die Registerkarten „Maßnahmen“, die für die erweiterte Energiemodellierung verwendet werden. Hier können Sie Klimazonen auswählen, die wir später genauer erläutern. Eine weitere Aufgabe auf dem Standort-Tab ist die Auswahl des Jahres. Wenn Sie ein Gebäude anhand spezifischer Versorgungsdaten modellieren, wählen Sie diese Option. Wir modellieren das Gebäude jedoch anhand typischer meteorologischer Jahresdaten und wählen daher diese Option. Da der Projektstandort in Medford Sommerzeit hat, aktivieren wir diese und überprüfen die Start- und Enddaten. Der Reiter „Lebenszykluskosten“ dient der Kostenanalyse, die wir an dieser Stelle nicht behandeln. Öffnen Sie nun den Reiter „Nebenkostenabrechnungen“. Beachten Sie, dass für die Eingabe der Nebenkostendaten ein bestimmtes Wetterjahr ausgewählt werden muss. Wir wählen „Kalenderjahr“ und als Beispiel das Jahr 2000. Anschließend kehren wir zu „Nebenkostenabrechnungen“ zurück, um zu sehen, wo die Daten eingegeben werden können. Wir werden dies in einer späteren Lektion behandeln. Daher wählen wir vorerst „Erster Tag des Jahres“, um die Modellierung auf Basis typischer meteorologischer Jahresdaten fortzusetzen. Damit ist unsere heutige Lektion zum Reiter „Standort“ abgeschlossen. Wir freuen uns über ein Like und ein Abo!
6. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Registerkarte „Zeitpläne“
In diesem Video erläutern wir den Unterschied zwischen Terminplänen und Terminplänen, wie man Terminpläne ändert und hinzufügt sowie einige der verschiedenen Terminplantypen.
Als Nächstes sehen wir uns den Reiter „Zeitpläne“ auf der linken Seite an, beginnend mit dem Reiter „Zeitplansätze“ ganz oben. Dieser Reiter zeigt Zeitplansätze an, die Sie sich als Sammlung verschiedener Zeitpläne vorstellen können. Ein Zeitplansatz wird einem Raumtyp zugewiesen und enthält Zeitpläne für Personen und Lasten in diesem Raum. Im Zeitplansatz für die Feuerwache sind beispielsweise die Personenbelegung über den Tag verteilt, die Wärmeleistung pro Person in Watt, die tageszeitlich variierende Beleuchtungsdichte sowie Zeitpläne für elektrische und gasbetriebene Geräte, Wasser, Dampf und Infiltration enthalten. Sie können einen Zeitplan in einen Zeitplansatz einfügen, indem Sie entweder auf den Reiter „Mein Modell“ oder auf den Reiter „Bibliothek“ gehen und ihn per Drag & Drop hinzufügen. Wir verwenden hierfür den Zeitplansatz für den Lagerraum als Beispiel. Wenn im Lagerraum eine gasbetriebene Last vorhanden wäre, würden wir einfach einen Gaszeitplan auswählen und ihn in den Zeitplansatz für den Lagerraum einfügen. Dies ist nur ein Beispiel, und da wir ihn für dieses Projekt nicht benötigen, werden wir ihn löschen. Ein neues Zeitplanset lässt sich ganz einfach erstellen: Klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche, benennen Sie es um und ziehen Sie die gewünschten Zeitpläne per Drag & Drop hinein. Als Nächstes wechseln wir zum Tab „Zeitpläne“, der die einzelnen Zeitpläne enthält. Ein gängiges Beispiel ist der „Immer an“-Zeitplan. Dieser Zeitplan wird häufig in der Energiemodellierung verwendet, um Geräte so einzustellen, dass sie das ganze Jahr über eingeschaltet bleiben. Der Standardwert für diesen Zeitplan ist 1. Sie können einen neuen Zeitplan erstellen, indem Sie ihn mit der Schaltfläche „x2“ kopieren und „Immer aus“ nennen. Um den Wert auf 0 zu ändern, bewegen Sie den Mauszeiger über die Zeile, geben Sie 0 ein und drücken Sie die Eingabetaste. Dadurch wird ein „Immer aus“-Zeitplan erstellt. Innerhalb jedes Zeitplans gibt es verschiedene Prioritätsstufen. Beispielsweise können Sie die Dimensionierung von Geräten anhand von Auslegungstagen überschreiben, indem Sie einen benutzerdefinierten Zeitplan für Sommer- und Winterauslegungstage erstellen. Ein weiteres Beispiel ist der Kleidungsplan. Der Standardwert 1 bedeutet, dass die Nutzer den ganzen Tag über wärmere Kleidung tragen. Es gibt auch einen Prioritätsplan, der von Mai bis Ende September gilt und die Sommermonate repräsentiert, in denen die Nutzer leichtere Kleidung tragen. Um einen benutzerdefinierten Zeitplan für den Frühling zu erstellen, klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche, kopieren Sie Zeitplanregel 1 und fügen Sie sie dem Projekt als Zeitplanregel 2 hinzu. Da die Nutzer morgens im Frühling Mäntel und dicke Pullover tragen, setzen wir den Wert für den Morgen auf 1. Im Laufe des Tages, wenn sich das Gebäude erwärmt, legen die Nutzer Kleidungsschichten ab, und der Wert wird entsprechend angepasst. Um den Zeitplan zu unterteilen, doppelklicken Sie einfach auf die entsprechende Zeile und geben Sie die neuen Werte ein. Als Nächstes erstellen wir einen Thermostat-Sollwertplan. Dazu öffnen wir die zuvor importierte Bibliothek und wählen einen Thermostat-Zeitplan aus. In der Gerätehalle wird die Temperatur ganzjährig auf einem Frostschutz-Sollwert gehalten. Ziehen Sie diesen Zeitplan in das Projekt. Der Standardwert hält den Raum bei 38 Grad, knapp über dem Gefrierpunkt. Sie werden feststellen, dass die Temperatur am Wochenende auf 60 Grad sonntags und 70 Grad samstags erhöht wird, vermutlich für Veranstaltungen in Innenräumen. Nun erstellen wir einen Heizungs-Sollwertplan. Klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche, wählen Sie „Temperatur“ als Zeitplantyp und klicken Sie auf „Anwenden“. Benennen Sie diesen Zeitplan „Heizung (HLK)“. Da das Gebäude rund um die Uhr in Betrieb ist, stellen wir die Temperatur für den gesamten Tag auf 70 Grad ein. Dadurch wird die Raumtemperatur vom HLK-System konstant gehalten. Kopieren Sie diesen Zeitplan anschließend mit der Schaltfläche „x2“ und benennen Sie ihn in „Kühlung (HLK)“ um. Ändern Sie den Wert auf 75 Grad und fügen Sie eine Nachtabsenkung hinzu, um Energie zu sparen. Doppelklicken Sie auf die Linie, um Unterbrechungen zu erstellen, und stellen Sie die Nachttemperatur auf 80 Grad ein. Das bedeutet, dass das Gebäude tagsüber gekühlt wird und sich nachts etwas erwärmen darf. Sie können in den Zeitplan hineinzoomen, um ihn in 15-Minuten- oder 1-Minuten-Schritten anzuzeigen, und die Zeitangaben durch Ziehen der vertikalen Linien anpassen. Wir können auch einen benutzerdefinierten Prioritäts-Überschreibungsplan für eine Sommerpause erstellen. Klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche, erstellen Sie ein neues Profil und wählen Sie eine Priorität aus. Beispielsweise können wir eine Pause in der ersten Juniwoche definieren und den Kühlsollwert für die gesamte Woche auf 80 Grad festlegen. Die violette Markierung zeigt an, wo diese Regelung im Laufe des Jahres gilt. Weitere Zeitpläne umfassen beispielsweise Wäschenutzungspläne, die die Wärmemenge im Waschraum regeln, Beleuchtungspläne, die das Ein- und Ausschalten des Lichts steuern, Gaspläne und Infiltrationspläne, die die Luftdichtheit von Räumen erhöhen. Die Beleuchtung in Umkleideräumen schaltet sich aufgrund der Einsätze der Feuerwehr rund um die Uhr häufig ein und aus. Das sind die Zeitpläne in Kürze. Wenn Ihnen das Video gefallen hat, freuen wir uns über ein Like und ein Abo.
7. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Baumaterialien
In diesem Video erläutern wir den Unterschied zwischen Materialsätzen, Baugruppen und Materialien, wie man diese ändert und hinzufügt und wie man auf die Gebäudekomponentenbibliothek zugreift.
Unsere nächste Aufgabe ist die Überprüfung und Bearbeitung der Baumaterialien. Wir wechseln dazu auf den Reiter „Konstruktionen“ links. Oben sehen Sie mehrere Unterreiter: „Konstruktionssets“, „Konstruktionen“ und „Materialien“. Diese sind hierarchisch geordnet. Konstruktionssets sind Gruppen von Bauelementen, die auf das Gebäude angewendet werden. Im Konstruktionsset „Metallgebäude der Feuerwache“ sehen Sie beispielsweise Außenflächen wie die Außenwände des Metallgebäudes, die Betonplatte und das Metalldach. Zu den Innenflächen gehören Innenwände, Fußböden und Decken. Alle Oberflächen mit Bodenkontakt bestehen aus Beton. Zu den äußeren Unterbauelementen zählen Fenster, Türen und Oberlichter, während innere Unterbauelemente für Trennwände mit Fenstern oder Türen gelten. Unten finden Sie weitere mögliche Konstruktionen. Ein Konstruktionsset definiert eine Sammlung von Konstruktionen, aus denen das Gebäude besteht und die auf das gesamte Gebäude oder Teile davon angewendet werden können. Als Nächstes sehen wir uns den Reiter „Konstruktionen“ an, der die einzelnen Bauelemente anzeigt. Das Metalldach besteht beispielsweise aus Metalldachplatten und Dachdämmung. Diese Materialien werden schichtweise von außen nach innen aufgetragen und dienen zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeübertragungseigenschaften. Sie sehen außerdem Messwertmarkierungen, die diesen Konstruktionen zugeordnet sind. Diese Messwertmarkierungen werden für die erweiterte Energiemodellierung verwendet und können später für Energieeffizienzmaßnahmen herangezogen werden, um zu bewerten, wie sich Änderungen auf die Gebäudeleistung auswirken. Um die Dachdämmung zu verstehen, gehen wir zum Reiter „Materialien“ und wählen die Dachdämmung 22 aus. Dieses Material enthält Messwertmarkierungen und thermische Eigenschaften wie Rauheit, Dicke, Wärmeleitfähigkeit, Dichte, spezifische Wärmekapazität und Absorptionswerte. Die Dicke und die Wärmeleitfähigkeit ergeben zusammen einen Wärmedurchgangskoeffizienten (R-Wert) von 27. In diesem Projekt besteht das Dach aus Metalldachplatten, einem thermischen Abstandhalter und Stahlpfetten mit Dämmung. Da diese Dämmung nicht anderweitig verwendet wird, benennen wir sie in „Pfetten und Dämmung R-29“ um und aktualisieren ihre Eigenschaften entsprechend einer Dicke von 25,4 cm (10 Zoll) und einem R-Wert von 29,88. Als Nächstes erstellen wir eine thermische Trennung, indem wir ein Material duplizieren und es in „Thermische Trennung R-3“ umbenennen. Diese Wärmebrücke hat einen Wärmedurchgangskoeffizienten (R-Wert) von 3, eine Dicke von 12,7 mm (ein halbes Zoll) und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1167. Nachdem wir diese Materialien erstellt haben, kehren wir zur Dachkonstruktion des Metallgebäudes zurück. Wir entfernen die vorhandene Dämmschicht und fügen die Wärmebrücke zwischen der Metalldachdeckung und den Dachsparren mit Dämmung ein. Die aktualisierte Dachkonstruktion besteht nun aus Metalldachdeckung, einer Wärmebrücke und Dachsparren mit Dämmung, was einen Gesamtwärmedurchgangskoeffizienten von R-29 ergibt. Wir benennen diese Konstruktion in „Metalldach“ um, und sie wird automatisch im Konstruktionsset aktualisiert. Wenn Sie keine benutzerdefinierten Materialien und Konstruktionen erstellen möchten, können Sie Konstruktionssets aus der Bibliothek verwenden, indem Sie diese per Drag & Drop an die gewünschte Stelle ziehen. Derselbe Vorgang kann für Dächer, Fenster, Türen, Wände und Böden angewendet werden. Wenn ein benötigtes Material nicht lokal verfügbar ist, können Sie auf die Gebäudekomponentenbibliothek zugreifen, indem Sie sich online registrieren und den Autorisierungscode eingeben. Nach der Anmeldung können Sie nach Komponenten wie Fenstern suchen, diese herunterladen und anschließend im Bibliotheksreiter finden. Diese Komponenten sind mit einem BCL-Label gekennzeichnet und können der entsprechenden Konstruktionskategorie zugewiesen werden. Damit ist der Überblick über Konstruktionen, Baukästen und Materialien abgeschlossen. Vielen Dank, und bitte liken und abonnieren Sie unseren Kanal!
8. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Gebäudelasten
In diesem Video erläutern wir die verschiedenen thermischen, elektrischen, Gas- und Wasserlasten, die für das Gebäude spezifiziert sind. Wir zeigen Ihnen anhand eines Beispiels, wie Sie eine neue Last erstellen und wie Sie eine Last aus einer Bibliotheksdatei importieren.
Als Nächstes betrachten wir die Lasten innerhalb unseres Gebäudes. Wählen Sie links den Reiter „Lasten“. Hier finden Sie alle Wärme-, Strom-, Gas- und Dampflasten im Gebäude. Außerdem gibt es eine Definition der internen Masse zur Berechnung der thermischen Masse basierend auf der Dichte der im Gebäude verwendeten Materialien. Zunächst sehen wir uns die Personendefinitionen an. Diese definieren die Belegungsdichte in verschiedenen Räumen. Die Lasten berechnen die Anzahl der Personen in einem Raum und die Wärmeabgabe jeder Person, einschließlich der Kohlendioxidproduktion und des Strahlungsanteils. Die Belegung kann nach Personenzahl, Personen pro Geschossfläche oder Geschossfläche pro Person angegeben werden. Nun betrachten wir die Beleuchtungsdefinitionen. Die Beleuchtung kann nach Leistung, Leistung pro Geschossfläche oder Leistung pro Person angegeben werden. Sie können auch festlegen, welcher Anteil der Beleuchtung Strahlungslicht und sichtbares Licht ist und wie stark die Rückluft zum HLK-System beeinflusst. Nun betrachten wir ein Beispiel für die Hinzufügung einer elektrischen Gerätelast. Angenommen, wir haben eine Mikrowelle in einem geschlossenen Büro. Das geschlossene Büro verfügt bereits über eine Definition für elektrische Geräte, die wahrscheinlich Drucker, Computer und Arbeitsplatzbeleuchtung umfasst. Diese verwenden wir als Vorlage. Klicken Sie auf die Schaltfläche „x2“, um sie zu duplizieren, und benennen Sie sie in „Büromikrowelle“ um. Die Mikrowelle wird in Watt angegeben und hat eine Leistung von 1200 Watt. Bei der Umstellung auf Watt wird der Wert für Watt pro Quadratmeter automatisch entfernt. So wird eine neue Raumlast erstellt. Dieser Last muss jedoch ein Nutzungsplan zugewiesen werden. Um den Nutzungsplan zu erstellen, gehen Sie zum Tab „Nutzungspläne“. Klicken Sie auf das Pluszeichen, um ein neues Objekt hinzuzufügen, und wählen Sie „Nutzungsplan“ und anschließend „Teilnutzungsplan“. Teilnutzungspläne geben an, wie oft die Mikrowelle im Laufe des Tages genutzt wird. Klicken Sie auf „Anwenden“ und benennen Sie den Nutzungsplan in „Büromikrowellen-Nutzungsplan“ um. Die Mikrowelle wird jeweils nur wenige Minuten genutzt, typischerweise morgens, mittags und abends. Sie können direkt zu 6:00 Uhr springen. Verwenden Sie zur Vereinfachung den Standardnutzungsplan. Damit ist die Erstellung des Mikrowellen-Nutzungsplans abgeschlossen. Später werden dieser Nutzungsplan und die Last einem Raumtyp zugewiesen. Kehren Sie zum Tab „Lasten“ zurück. Dort finden Sie weitere Lasten, die später im Projekt angewendet werden. So erstellen Sie eine Raumlast. Sie können Lasten auch per Drag & Drop aus Ihren geladenen Bibliotheksdateien hinzufügen. Gehen Sie zum Tab „Bibliothek“ und wählen Sie beispielsweise eine Lichtdefinition aus. Scrollen Sie zu den Lichtdefinitionen und wählen Sie eine Beleuchtungslast, z. B. die Flurbeleuchtung in einem Mehrfamilienhaus. Ziehen Sie die Definition per Drag & Drop in das Projekt. Nach dem Hinzufügen muss ein Zeitplan erstellt werden, bevor die Last einem Raum zugewiesen werden kann. Sie wird vorerst nicht verwendet. Sie können nicht verwendete Objekte entfernen, indem Sie die Schaltfläche „Alle nicht verwendeten Objekte entfernen“ auswählen oder die Last auswählen und auf das „X“ klicken. Die Option „Alle nicht verwendeten Objekte entfernen“ trägt dazu bei, die Übersichtlichkeit des Projekts zu verbessern. Es empfiehlt sich, regelmäßig nach nicht verwendeten Elementen zu suchen. Achten Sie jedoch darauf, keine Objekte zu entfernen, die noch keinen Räumen zugewiesen wurden. Das war der Tab „Lasten“. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
9. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Raumtypen
In einem vorherigen Video haben wir Raumtypen für unser Projekt importiert. In diesem Video werden wir uns erneut mit dem Reiter „Raumtypen“ befassen und erläutern, wie Gebäudekonstruktionen, Lasten, Zeitpläne und Infiltration einem Raumtyp zugeordnet werden.
Als Nächstes sehen wir uns den Reiter „Raumtypen“ an. Wählen Sie links den Reiter „Raumtypen“ aus. Hier haben wir diesem Projekt ursprünglich Raumtypen zugewiesen. Falls Sie sich erinnern möchten, wie Sie Raumtypen einrichten, sehen Sie sich bitte das vorherige Video an. Bei diesen Raumtypen werden Sie feststellen, dass ein Standard-Konstruktionssatz vorhanden ist, der jedoch leer ist. Wir müssen allen diesen Räumen einen Konstruktionssatz zuweisen. Gehen Sie zum Reiter „Mein Modell“ und wählen Sie im Dropdown-Menü „Konstruktionssätze“ aus. Ziehen Sie Ihren Konstruktionssatz per Drag & Drop in den entsprechenden Bereich. Um diesen Konstruktionssatz auf alle anderen Raumtypen anzuwenden, aktivieren Sie die Kontrollkästchen. Wählen Sie den Konstruktionssatz aus, den Sie kopieren möchten, und klicken Sie auf „Auf Auswahl anwenden“. Der Konstruktionssatz wird automatisch allen ausgewählten Raumtypen zugewiesen. Dieser Konstruktionssatz definiert die Art der Konstruktion dieser Räume. Sie können dies anpassen, indem Sie weitere Konstruktionssätze erstellen. Wie Sie weitere Konstruktionssätze erstellen, sehen Sie sich bitte das vorherige Video an. Als Nächstes werden Sie feststellen, dass jeder Raumtyp über einen Zeitplan und eine Außenluftspezifikation verfügt. Diese Lüftungsspezifikation gibt dem Energiemodell vor, wie viel Lüftung für diesen Raum erforderlich ist. In der nächsten Spalte sehen Sie die Bemessungsdurchflussraten für die Raumluftinfiltration. Diese Infiltrationsraten können anhand der Grundfläche, der Gesamtfläche, der Außenfläche von Dächern und Wänden, der Außenwände oder der Luftwechselrate pro Stunde definiert werden. Um eine andere Infiltrationsrate zu erstellen, benennen Sie diese einfach um und ändern Sie die Werte nach Bedarf. Diese können auch kopiert und mit derselben Checkbox-Methode angewendet werden. Wir werden eine Infiltrationsrate auf die Raumhohlräume anwenden. Die letzte Spalte zeigt die effektive Leckagefläche für die Raumluftinfiltration. Wir werden diese nicht verwenden, aber so finden Sie Informationen dazu. Suchen Sie in Ihrem Browser nach „Effektive Leckagefläche für die Raumluftinfiltration“ und suchen Sie nach Big Ladder Software oder der Dokumentation zu den Ein-/Ausgabeparametern von EnergyPlus. Big Ladder Software stellt die Dokumentation zu den Ein-/Ausgabeparametern von EnergyPlus online im HTML-Format bereit. Wählen Sie „Effektive Leckagefläche“ aus oder klicken Sie auf den Link, um mehr darüber zu erfahren. Diese Methode berechnet die Infiltration anders und wird typischerweise für kleinere Wohngebäude verwendet. Wir werden diese Methode für unser Projekt nicht verwenden und ausschließlich die Bemessungsdurchflussraten für die Raumluftinfiltration nutzen. Gehen Sie als Nächstes oben auf den Reiter „Lasten“, um zu sehen, welche Lasten den einzelnen Räumen zugewiesen wurden. Für die Fahrzeughalle gibt es eine Definition der Beleuchtungslast und einen zugehörigen Zeitplan. Außerdem gibt es Lasten für elektrische Geräte mit ihren Definitionen und Zeitplänen sowie Infiltrationslasten mit Lastnamen und Zeitplan. In einer vorherigen Übung haben wir eine Mikrowellenlast für das geschlossene Büro erstellt. Sie werden feststellen, dass die Mikrowellenlast dem Büro derzeit nicht zugewiesen ist. Wir müssen sie also hinzufügen. Gehen Sie zum Reiter „Mein Modell“ und navigieren Sie zu „Definitionen elektrischer Geräte“. Suchen Sie die Mikrowellenlast. Anscheinend wurde die Definition der Mikrowellenlast in der vorherigen Übung gelöscht. Um sie wieder hinzuzufügen, gehen Sie zum Reiter „Lasten“, dann zu „Definitionen elektrischer Geräte“, kopieren Sie eine vorhandene Last und benennen Sie sie um. Kehren Sie nun zum Reiter „Raumtypen“ zurück. Wählen Sie „Lasten“, scrollen Sie zum Raumtyp „Geschlossenes Büro“ und ziehen Sie die Mikrowellenlast aus „Mein Modell“ per Drag & Drop in das geschlossene Büro. Sie werden feststellen, dass der Mikrowelle automatisch der Geräteplan der Feuerwache zugewiesen wurde. Dies muss geändert werden. Gehen Sie zu „Mein Modell“ und navigieren Sie zu „Regelsatz-Zeitpläne“. Suchen Sie den zuvor erstellten Mikrowellen-Zeitplan. Ziehen Sie ihn per Drag & Drop neben die Mikrowellenlast. Die Mikrowellenlast und ihr Zeitplan sind nun dem Raumtyp zugewiesen. Sie sehen einen Multiplikatorwert. Dieser dient zur Feinabstimmung des Modells, ohne Lasten oder Zeitpläne zu ändern. Wird die Mikrowelle beispielsweise nur halb so häufig genutzt wie erwartet, können Sie diesen Wert auf einen Multiplikator von 0,5 ändern. Wir nehmen hier keine Anpassung vor. Standardwerte werden grün, überschriebene Werte schwarz dargestellt. So fügen Sie einem Raumtyp Lasten und Lastpläne hinzu. Es gibt auch eine Filterschaltfläche, die bei großen Projekten hilfreich ist. Sie können nach Personen filtern, um die Belegungslasten anzuzeigen, oder nach Beleuchtung, um die Beleuchtungslasten anzuzeigen. Oben befindet sich die Registerkarte „Kennzeichnungen“, die für die erweiterte Energiemodellierung nützlich ist. Diese Kennzeichnungen dienen als Schlüsselwörter, die Energieeffizienz-Messprogramme verwenden, um die Auswirkungen von Änderungen auf den Energieverbrauch zu bewerten. Die Registerkarte „Benutzerdefiniert“ dient der benutzerdefinierten Programmierung. Als Nächstes zeigen wir Ihnen kurz, wie Sie einen neuen Raumtyp erstellen. Klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche und benennen Sie den Raumtyp um. Wir nennen ihn Werkstatt. Wenden Sie ein Konstruktionsset, ein Terminplanset und eine Außenluftspezifikation an. Sie können eine vorhandene kopieren oder eine andere Option auswählen. Gehen Sie zum Reiter „Bibliothek“, wählen Sie „Spezifikation Außenluft“ und anschließend „Lüftung des Maschinenraums“. Wählen Sie als Nächstes einen Bemessungsdurchfluss für die Infiltration. Suchen Sie nach der Option „Maschinenraum“ oder „Versorgungsraum“. Gehen Sie zum Reiter „Lasten“ und suchen Sie den neuen Raumtyp „Werkstatt“. Ziehen Sie die Lasten per Drag & Drop in den Raum. Da es sich um einen Maschinenraum handelt, befinden sich dort keine Personen.Definition hinzufügen. Fügen Sie eine Beleuchtungsdefinition und elektrische Geräte für die Nutzung oder Lagerung hinzu. Zum Schluss weisen Sie einen Zeitplan für die elektrischen Geräte zu. Gehen Sie zu „Mein Modell“, „Regelsatz-Zeitpläne“ und wählen Sie einen „Immer an“-Zeitplan aus. Damit ist die Erstellung des Raumtyps abgeschlossen. Um einen Raumtyp zu löschen, aktivieren Sie das Kontrollkästchen daneben und klicken Sie anschließend auf das X unten. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
10. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Geometrie-Registerkarte
In einem vorherigen Video haben wir die Geometrie unseres Gebäudes erstellt. In diesem Video werden wir uns erneut mit dem Geometrie-Tab befassen und zusätzliche Funktionen zum Anzeigen und Bearbeiten des 3D-Modells mit FloorspaceJS besprechen.
Als Nächstes wechseln wir zum Geometrie-Tab. Der erste Tab ist die 3D-Ansicht in Geometrie. Hier können Sie das Gebäudemodell untersuchen. Mit der rechten Maustaste können Sie das Modell über den Bildschirm verschieben. Mit der mittleren Maustaste können Sie hinein- und herauszoomen. Mit der linken Maustaste können Sie das Modell drehen. Rechts befinden sich weitere Steuerelemente. Durch Ändern der orthografischen Ansicht ändern Sie die Perspektive des Modells. Dies ist hilfreich, um bestimmte Elemente anhand einer Ansicht auszuwählen. Wählen wir die X-Ansicht. Ohne aktivierte orthografische Ansicht zeigt das Modell eine perspektivischere Darstellung. Anschließend finden Sie Rendering- und Filteroptionen. Standardmäßig wird das Modell nach Oberflächentyp gerendert. Das Dach erscheint beige, die Wände sind braun, Verglasungen und Glastüren sind transparent, Rolltore sind dunkelbraun und das Erdgeschoss ist grau. Wenn wir den Rendering-Modus auf „Normal“ ändern, werden Oberflächen basierend auf ihrer Ausrichtung gerendert. Alle Oberflächen sind aktuell korrekt ausgerichtet. Wenn wir die Wände ausblenden, erscheinen alle Außenflächen grau und alle Innenflächen rot. Wenn eine Fläche versehentlich gespiegelt wurde, wird sie außen rot dargestellt, was darauf hinweist, dass sie im Geometrie-Editor korrigiert werden muss. Wählen Sie als Nächstes die Option „Randdarstellung“. Hier sehen Sie, wie das Energiemodell die einzelnen Flächen darstellt. Die meisten blauen Flächen sind Außenflächen. Wenn wir Wände ausblenden, erscheinen Innenflächen grün. Wenn wir das Dach ausblenden, sind die Innenwände grün und das Erdgeschoss braun. Wind- und sonnenexponierte Außenflächen erscheinen blau. Als Nächstes rendern Sie nach Konstruktion. Hier werden die Konstruktionstypen angezeigt. Lila steht für Fenster, Türkis für blickdichte Türen, Weiß für Glastüren, Graubraun für Außenwände, Rosa für das Dach und Olivgrün für das Erdgeschoss. Dies hilft, Konstruktionen zu identifizieren, die bestimmten Räumen zugeordnet sind. Als Nächstes rendern Sie nach thermischer Zone. Hier werden alle thermischen Zonen im Gebäude angezeigt. Diese thermischen Zonen wurden in der ersten Lektion zugewiesen. Einige Räume können zu einer einzigen thermischen Zone zusammengefasst sein. Als Nächstes rendern Sie nach Raumtyp. Die Gerätehalle erscheint grün, die Plenumräume dunkelrot und andere Bereiche wie Lager, Büros, Umkleideräume, Toiletten und Gemeinschaftsräume in verschiedenen Farben. Die Darstellung von Building Story zeigt in diesem Modell nur eine Farbe, da es nur ein Stockwerk hat. Sie können Filter anwenden, um bestimmte Oberflächen oder Unterflächen auszublenden. Wenn Sie beispielsweise das Dach deaktivieren, können Sie ins Gebäudeinnere sehen. Sie können auch Türen, Fenster, Verschattungsobjekte oder Trennwände ausblenden, falls vorhanden. Dieses Modell enthält keine Verschattungsobjekte oder Trennwände. Es gibt auch eine Drahtgitteransicht, die jedoch selten verwendet wird. Wechseln Sie nun zum Editor. Hier verwenden wir FloorspaceJS. Wir bearbeiten einen Raum, der ursprünglich als ein großer Lagerraum angelegt wurde, aber in zwei separate Räume aufgeteilt werden soll. Löschen Sie zunächst Raum 105/106 und Plenum 105/106. Klicken Sie dann auf die Plus-Schaltfläche und wählen Sie das Polygon-Werkzeug. Klicken Sie, um das Polygon zu zeichnen, und klicken Sie erneut auf den ersten Punkt, um es zu schließen. Wenn ein Fehler passiert, verwenden Sie die Rückgängig-Funktion. Falls das Programm langsam wird oder sich aufhängt, schließen Sie OpenStudio und öffnen Sie das Projekt erneut. Falls die Änderungen nicht gespeichert wurden, suchen Sie im Projektordner die JSON-Datei des Grundrisses. Öffnen Sie die JSON-Datei in einem Texteditor und ändern Sie die Import-/Export-Einstellung auf „TRUE“. Speichern Sie die Datei. Öffnen Sie anschließend einen Webbrowser und rufen Sie unmethours.com auf. Auf dieser Website finden Sie Diskussionen zu OpenStudio und EnergyPlus. Suchen Sie nach „FloorspaceJS hängt sich auf“ und sehen Sie sich die Ergebnisse an. FloorspaceJS ist auch als Online-Version verfügbar. Öffnen Sie das Online-Tool von FloorspaceJS und laden Sie die JSON-Datei des Grundrisses. Sie können den Grundriss nun im Browser bearbeiten. Löschen Sie den Plenumraum und entfernen Sie mit dem Radiergummi-Werkzeug die Zwischenräume. Verwenden Sie das Duplizieren-Werkzeug, um Zwischenräume zu kopieren. Dies ist hilfreich, da alle zuvor zugewiesenen Eigenschaften erhalten bleiben. Erstellen Sie mit dem Polygon-Werkzeug einen zweiten Abstellraum. Der Raum ist nun in zwei Zwischenräume unterteilt. Gehen Sie als Nächstes zu „Zuweisungen“ und erstellen Sie eine neue thermische Zone für den neuen Raum. Mit FloorspaceJS können Sie auch Geschosse duplizieren. Das Duplizieren-Werkzeug erstellt ein neues Geschoss über dem bestehenden. Sie können die Geschossattribute über die Schaltfläche „Erweitern“ bearbeiten. Mit dem Füllen-Werkzeug können Sie Räume von einem Geschoss in das darüberliegende kopieren. Wenn Sie beispielsweise auf die Gerätehalle klicken, erstellt das Füllen-Werkzeug einen Raum darüber. Sie müssen weiterhin Raumtyp, Baugruppe und thermische Zone zuweisen. Dieses Projekt benötigt kein zweites Geschoss, daher können Sie es löschen. Klicken Sie nach Abschluss der Bearbeitung auf „Grundriss speichern“ und anschließend auf „Herunterladen“. Verschieben Sie die heruntergeladene JSON-Datei in den OpenStudio-Projektordner und ersetzen Sie die vorhandene Datei. Kehren Sie zu OpenStudio zurück und laden Sie das Projekt neu. Gehen Sie zum Tab „Geometrie“ und dann zum Editor. Sehen Sie sich das Modell in der Vorschau an und führen Sie es mit der aktuellen OSM-Datei zusammen. Kehren Sie zur 3D-Ansicht zurück, um zu überprüfen, ob die Räume aktualisiert wurden. Gehen Sie abschließend zum Reiter „Räume“ und benennen Sie die neuen Räume um: Raum 105, Raum 106, Plenum 105 und Plenum 106. Gehen Sie zum Reiter „Thermische Zonen“.Entfernen Sie nicht verwendete Objekte, um die von FloorspaceJS erstellten zusätzlichen Zonen zu beseitigen. Speichern Sie die OpenStudio-Datei und überprüfen Sie die aktualisierte Geometrie. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
11. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Registerkarte „Anlage“
In diesem Video zeigen wir Ihnen, wie Sie Ihr Gebäude nach Norden ausrichten. Wir legen Standardeinstellungen für Raumaufteilung, Konstruktion und Zeitpläne fest. Außerdem fügen wir die Außenbeleuchtung hinzu und gehen kurz auf das Aufstocken des Gebäudes und das Anbringen von Beschattungselementen ein.
Der nächste Tab ist der Tab „Einrichtungen“. Klicken Sie links auf den Tab „Einrichtungen“. Auf diesem Tab können Sie den Gebäudenamen ändern. Wir nennen das Gebäude „Ländliche Feuerwache“. Als Nächstes sehen Sie die Mess-Tags, die wir bereits besprochen haben. Energieeffizienzmaßnahmen (EEMs) verwenden diese Tags als Schlüsselwörter, um Parameter im Modell anzupassen. Diese Funktion wird für die erweiterte Energiemodellierung verwendet. Sie sehen außerdem den Wert der Nordachse, der aktuell auf 0 Grad eingestellt ist. Wenn Sie zurück zum Tab „Geometrie“ wechseln, sehen Sie die Nordrichtung, dargestellt durch die grüne Achsenlinie. Um das Gebäude so zu drehen, dass Norden mit der roten Achsenlinie übereinstimmt, müssen Sie es um 90 Grad drehen. Gehen Sie dazu zurück zum Tab „Einrichtungen“ und ändern Sie den Wert der Nordachse auf 90 Grad. Anschließend sehen Sie drei Standardzuweisungen, die Sie aus Ihren Bibliotheken anwenden können: Raumtypen, Konstruktionssets und Terminpläne. Dies veranschaulicht die hierarchische Struktur von OpenStudio. Um dies zu veranschaulichen, wurden einige Informationen aus dem Modell entfernt. Auf der Registerkarte „Räume“ sehen Sie, dass der Fahrzeughalle kein Raumtyp, kein Standard-Bausatz und kein Standard-Zeitplan mehr zugewiesen sind. Kehren Sie zur Registerkarte „Einrichtungen“ zurück und weisen Sie der Einrichtung Standardwerte zu. Gehen Sie zur Registerkarte „Mein Modell“ und wählen Sie Folgendes aus: - Raumtypen: Fahrzeughalle - Bausätze: Feuerwache aus Metall - Zeitpläne: Feuerwache-Zeitplan Gehen Sie nun zurück zur Registerkarte „Räume“. Sie werden feststellen, dass der Raumtyp „Fahrzeughalle“ belegt ist, während Bausatz und Zeitplan leer bleiben. Dies liegt daran, dass die Räume diese Werte von den Standardwerten der Einrichtung übernehmen. Gehen Sie als Nächstes zur Registerkarte „Geschosse“. Hier können Sie weitere Gebäudegeschosse hinzufügen, falls diese nicht bereits mit FloorspaceJS oder einem anderen Geometrie-Editor erstellt wurden. Gehen Sie anschließend zur Registerkarte „Beschattung“. Die Registerkarte „Beschattung“ dient zum Hinzufügen von Geometrie, die nicht zum Gebäude selbst gehört, wie z. B. angrenzende Gebäude oder Bäume. Beschattung erzeugt keine Lasten, kann aber die Kühllast durch die Blockierung von Sonnenlicht reduzieren. Die Verschattung wird in diesem Modell nicht verwendet und in einer späteren Lektion behandelt. Wechseln Sie als Nächstes zum Reiter „Außenbeleuchtung“. Hier können Sie die Außenbeleuchtung des Gebäudes hinzufügen. Angenommen, das Gebäude verfügt über Sicherheitsbeleuchtung. Klicken Sie auf die Schaltfläche „+“, um neue Außenleuchten zu erstellen. Eine Lastdefinition wird automatisch erstellt. Stellen Sie die Gesamtleistung auf 400 Watt ein. Wählen Sie anschließend den Zeitplan aus. Der Standardzeitplan ist „Immer an“. Bei Bedarf kann dieser Zeitplan später im Reiter „Zeitpläne“ bearbeitet werden. Überprüfen Sie nun die Steuerungsoption. Standardmäßig schalten sich die Leuchten nur nach dem Zeitplan ein. Alternativ können Sie „Astronomische Uhr“ auswählen. Diese Option kombiniert den Zeitplan mit einer Fotozelle, die die Leuchten tagsüber ausschaltet. Anschließend können Sie bei Bedarf einen Multiplikator anwenden, um die Gesamtleistung anzupassen. Schließlich gibt es ein Feld für die Endverbrauchsunterkategorie. Dieses wird für die separate Zählerablesung verwendet. Sie können es beispielsweise in „Allgemeine Außenbeleuchtung“ umbenennen, um den Energieverbrauch der Außenbeleuchtung separat zu erfassen. Damit ist der Abschnitt „Einrichtungen“ abgeschlossen. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
12. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Registerkarte „Räume“
In diesem Video erläutern wir die Eltern-Kind-Vererbungsbeziehung von OpenStudio-Elementen. Außerdem zeigen wir, wie man Räume, Lasten, Flächen und Unterflächen auf der untersten (Raum-)Ebene des Energiemodells bearbeitet.
Als Nächstes besprechen wir den Reiter „Räume“. Ganz oben beginnen wir mit dem Reiter „Eigenschaften“. Dieser Reiter listet alle Räume des Projekts auf. Wie im vorherigen Video erläutert, werden leere Felder hier mit Informationen aus übergeordneten Ebenen (z. B. Raumtypen oder Standardeinstellungen der Einrichtung) befüllt. Der Reiter „Räume“ stellt die unterste Ebene der Hierarchie dar. Wenn ein bestimmter Raum eine spezielle Last, Konstruktion oder Einstellung benötigt, die sich von anderen Räumen unterscheidet, sollte er hier bearbeitet werden. Auf dem Reiter „Luftstrom“ sehen Sie die Namen der Infiltrations- und Außenluftobjekte. Diese wurden zuvor im Reiter „Raumtypen“ definiert. Alle diese Informationen werden von übergeordneten Definitionen übernommen, sofern sie nicht überschrieben werden. Wechseln Sie nun zum Reiter „Lasten“. Hier werden alle Lasten angezeigt, die von übergeordneten Quellen erfasst wurden. Beispielsweise haben die Lagerräume 105 und 106 denselben Raumtyp. Wenn nur ein Lagerraum eine Mikrowelle hat, können Sie die Mikrowellenlast per Drag & Drop von „Mein Modell“ → „Gerätedefinitionen“ in Raum 105 ziehen. Sie würden dieser Mikrowelle außerdem einen Zeitplan zuweisen. Dadurch können Sie Räume voneinander unterscheiden, selbst wenn sie denselben Raumtyp haben. Dieses Beispiel löschen wir später. Wechseln Sie als Nächstes zum Reiter „Oberflächen“. Das Energiemodell besteht aus Oberflächen und Unterflächen. Zu den Oberflächen gehören Wände, Dächer, Böden und Decken. Wenn beispielsweise die Gerätehalle ein anderes Dach als der Rest des Gebäudes hat, können Sie hier eine andere Dachkonstruktion anwenden, indem Sie sie aus dem Reiter „Bibliothek“ ziehen. Wenn ein Wert schwarz wird, bedeutet dies, dass der Standardwert überschrieben wurde. Um zum Standardwert zurückzukehren, wählen Sie das Element aus und klicken Sie auf die Schaltfläche „X“. Dies können Sie auch für Unterflächen tun, zu denen Fenster, Türen, Oberlichter sowie Innenfenster und -türen gehören. Unterflächen sind untergeordnete Elemente von Oberflächen. Hier können wir die den einzelnen Unterflächen zugewiesenen Konstruktionen überprüfen. Beachten Sie, dass den Rolltoren keine Konstruktion zugewiesen ist. Das bedeutet, dass für Rolltore keine Konstruktionsbaugruppe definiert wurde. Gehen Sie zum Reiter „Konstruktionen“ und überprüfen Sie, ob Rolltore fehlen. Sie können Rolltore entweder auf Konstruktionsebene für das gesamte Projekt definieren, oder sie nur diesem Bereich auf dem Reiter „Räume“ zuweisen. Um Rolltorkonstruktionen nur der Gerätehalle zuzuweisen, suchen Sie im Reiter „Bibliothek“ nach einer geeigneten Türkonstruktion und ziehen Sie diese per Drag & Drop hierher. Um dieselbe Konstruktion auf andere Rolltore zu kopieren, wählen Sie die Kontrollkästchen aus und klicken Sie auf „Auf Auswahl anwenden“. Überprüfen Sie als Nächstes die Glastüren. Falls keine Glastüren definiert sind, gehen Sie zum Reiter „Konstruktionen“ und wählen Sie eine geeignete Fensterkonstruktion aus „Mein Modell“. Durch Zuweisen dieser Konstruktion auf Konstruktionsebene wird sie allen Glastüren im Projekt zugewiesen. Wenn Sie zum Reiter „Räume“ zurückkehren, sehen Sie, dass diese Werte nun eingetragen sind. Weitere Registerkarten oben sind „Innenwände“ und „Schattierung“. Innenwände werden für Wände mit reduzierter Raumhöhe, wie z. B. Bürokabinen, verwendet. Dieses Modell enthält keine Innenwände. Über die Registerkarte „Schattierung“ könnten Sie einzelne Schattierungsobjekte bearbeiten, falls vorhanden. Damit ist die Übersicht der Registerkarte „Räume“ abgeschlossen. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
13. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Registerkarte „Thermische Zonen“
In diesem Video erklären wir, wie man thermische Zonen umbenennt und Thermostat-Zeitpläne hinzufügt. Außerdem gehen wir auf die Dimensionierungsparameter von Anlagen und die Verwendung idealer Luftlasten ein.
Das Hinzufügen von HLK-Systemen zum Energiemodell erhöht dessen Komplexität. Wir haben die idealen Luftlasten aktiviert. Daher führen wir das Energiemodell zunächst aus und beheben einfache Fehler, bevor wir es komplexer gestalten. Gehen wir nun zu den Simulationseinstellungen und den Zeitschritten. Hier legen wir die Anzahl der Iterationen fest, die das Programm pro Stunde für das Energiemodell durchführt. Standardmäßig sind sechs Zeitschritte pro Stunde eingestellt. Das Gebäude wird also alle 10 Minuten simuliert. Wir reduzieren dies auf einen Zeitschritt pro Stunde. Dadurch beschleunigen wir die Berechnungen. Diese Einstellung können wir später jederzeit anpassen. Als Nächstes gehen wir zu den Messgrößen. Wir möchten die Diagnosefunktion zum Tab „Messgrößen“ hinzufügen. Klicken Sie rechts auf das Dropdown-Menü „Berichte“ und dann erneut auf „QA/QC“. Wählen Sie „Ausgabediagnose hinzufügen“. Falls diese Option nicht vorhanden ist, klicken Sie unten auf die Schaltfläche „Messgrößen in BCL suchen“. Navigieren Sie zu „Berichte“ und dann zu „QA/QC“. Suchen Sie nach „Hinzufügen“. Hier finden Sie „Ausgabediagnose hinzufügen“. Falls die Option nicht ausgewählt ist, aktivieren Sie sie und klicken Sie auf die Schaltfläche „Herunterladen“. Nach Abschluss des Downloads ziehen Sie die Option „Ausgabediagnose hinzufügen“ per Drag & Drop in die EnergyPlus-Kennzahlen. Dadurch werden beim Ausführen des Energiemodells zusätzliche Diagnosedaten hinzugefügt, die bei der Fehlerbehebung helfen. Gehen Sie anschließend auf „Simulation ausführen“. Klicken Sie auf „Speichern“ und dann auf die Schaltfläche „Ausführen“. Die Simulation schlägt fehl und generiert mehrere Fehler. Navigieren Sie zum Modellordner, öffnen Sie den Ordner „Ausführen“ und öffnen Sie die Datei „EPLUSOUT.ERR“ mit einem Texteditor. Es gibt zwei Arten von Fehlern: Warnungen und schwerwiegende Fehler. Schwerwiegende Fehler führen zum Abbruch der Simulation. Scrollen Sie nach unten, um den schwerwiegenden Fehler zu finden. Der Fehler weist auf ein Konvergenzproblem mit dem Material „Dachmetallgebäude“ hin. Gehen Sie zum Reiter „Materialien“ und suchen Sie die Materialien „Wärmebrücke“, „Pfetten“ und „Dämmung“. Überprüfen Sie die Dämmwerte. Der Wert für die Wärmebrücke beträgt 0,1667 bei einer Dicke von 1/2 Zoll, und der Wert für Pfetten und Dämmung sollte 0,335 betragen. Durch die Korrektur dieser Werte wird der schwerwiegende Fehler behoben. Speichern Sie das Projekt und führen Sie die Simulation erneut aus. Die Simulation wird erfolgreich abgeschlossen, es werden jedoch weiterhin Warnungen angezeigt. Eine Warnung weist darauf hin, dass die Anzahl der Zeitschritte pro Stunde niedriger als empfohlen ist. Diese Warnung kann ignoriert werden. Weitere Warnungen beziehen sich auf Zeitpläne, die nicht mit dem ausgewählten Zeitschritt übereinstimmen, wie z. B. die Zeitpläne für Umkleideräume und Mikrowelle. Diese Zeitpläne ändern sich innerhalb der Stunde, während das Modell stündlich läuft. Auch diese Warnungen können ignoriert werden. Andere Warnungen beziehen sich auf Standardzeitpläne wie „Immer an“ und „Immer aus“, die integraler Bestandteil von OpenStudio sind und nicht bearbeitet werden können. Es fehlen außerdem Zeitpläne für die Bodenoberflächentemperatur, daher verwendet das Modell die standardmäßige konstante Temperatur von 18 Grad Celsius. Warnungen zu übereinstimmenden oder kollinearen Eckpunkten weisen auf doppelte Geometriepunkte hin, die EnergyPlus automatisch vereinfacht. Diese Warnungen können ignoriert werden. Warnungen zu nicht verwendeten Konstruktionen werden für Komponenten angezeigt, die im Modell nicht verwendet werden, wie z. B. Innenfenster, Türen und Trennwände. Diese können über die Registerkarte „Konstruktionsset“ entfernt werden. Verwenden Sie die Option „Nicht verwendete Objekte entfernen“ auf den Registerkarten „Konstruktionen“ und „Materialien“, um das Modell zu bereinigen. Warnungen zum Thema Komfort werden für Räume ohne zugewiesenes thermisches Komfortmodell angezeigt. Gehen Sie zum Reiter „Raumtypen“, wählen Sie „Lasten“ und fügen Sie für die betroffenen Räume, wie z. B. Waschküche und Umkleideraum, einen thermischen Komfortmodelltyp hinzu. Warnungen bezüglich Infiltration treten in Innenzonen ohne Außenwände auf. Diese können ignoriert oder durch Ändern der Berechnungsmethode für Infiltration behoben werden. Warnungen im Zusammenhang mit der Kühlung weisen darauf hin, dass einigen thermischen Zonen keine Thermostatpläne zugewiesen sind. Die idealen Luftlasten versuchen, die Kühlung zu berechnen, aber ohne Thermostate bleibt die Kühllast null. Warnungen zu ungenutzten Zeitplänen können untersucht werden, indem Sie „Ungenutzte Zeitpläne anzeigen“ in den Ausgabediagnoseeinstellungen aktivieren. Entfernen Sie unnötige Zeitpläne aus Lagerräumen und der Gerätehalle und löschen Sie anschließend die ungenutzten Zeitpläne. Eine Warnung bezüglich des Wäscheplans tritt auf, weil dieser nicht bestimmten Tagen zugewiesen wurde. Weisen Sie den Plan allen Wochentagen zu und speichern Sie das Modell. Führen Sie die Simulation erneut aus. Verbleibende Warnungen bezüglich Türen, die Unterflächen nicht vollständig umschließen, können ignoriert werden. Diese Warnungen fassen nicht kritische Probleme zusammen. Die wichtigsten zu behebenden Probleme sind schwerwiegende Fehler, da diese die Durchführung der Simulation verhindern. Warnungen helfen, das Modell zu verfeinern, verhindern aber nicht zwangsläufig dessen Ausführung. Schließen Sie die Fehlerdatei und fahren Sie mit der Ergebnisübersicht fort. Dies wird in der nächsten Lektion behandelt. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
14. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Fehlerbehebung
In diesem Video erklären wir, wie man die Energiemodellsimulation durchführt. Außerdem zeigen wir, wie man Simulationswarnungen und -fehler behebt.
Das Hinzufügen von HLK-Systemen zum Energiemodell erhöht dessen Komplexität. Da wir ideale Luftlasten aktiviert haben, führen wir das Energiemodell zunächst aus und beheben einfache Fehler, bevor wir die Komplexität erhöhen. Gehen wir nun zu den Simulationseinstellungen und Zeitschritten. Hier legen wir fest, wie oft das Energiemodell pro Stunde ausgeführt wird. Aktuell sind sechs Zeitschritte pro Stunde eingestellt, d. h. das Gebäude wird alle 10 Minuten simuliert. Wir reduzieren dies auf einen Zeitschritt pro Stunde, um die Berechnungen zu beschleunigen. Bei Bedarf können wir dies später anpassen. Gehen wir als Nächstes zu den Messgrößen. Wir möchten der Registerkarte „Messgrößen“ die Diagnosefunktion hinzufügen. Wählen Sie rechts „Berichte“ → „QA/QC“ → „Ausgabediagnose hinzufügen“. Falls Sie diese Option nicht finden, klicken Sie auf „Messgrößen in BCL suchen“, navigieren Sie zu „Berichte“ → „QA/QC“ und suchen Sie nach „Hinzufügen“. Dort finden Sie „Ausgabediagnose hinzufügen“. Falls diese Option nicht aktiviert ist, wählen Sie sie aus und laden Sie sie herunter. Nach dem Herunterladen ziehen Sie „Ausgabediagnose hinzufügen“ per Drag & Drop in die EnergyPlus-Messgrößen. Dadurch werden zusätzliche Diagnosefunktionen hinzugefügt, die bei der Fehlerbehebung während der Simulation helfen. Gehen Sie als Nächstes auf „Simulation ausführen“. Klicken Sie auf „Speichern“ und dann auf „Ausführen“. Die Simulation schlägt fehl und erzeugt mehrere Fehler. Navigieren Sie zum Projektordner, öffnen Sie den Ordner „run“ und anschließend die Datei EPLUSOUT.ERR in einem Texteditor. Es gibt zwei Arten von Fehlern: Warnungen und schwerwiegende Fehler. Schwerwiegende Fehler verhindern den Abschluss der Simulation. Scrollen Sie nach unten, um den schwerwiegenden Fehler zu finden. Dieser Fehler weist auf ein Konvergenzproblem mit dem Baumaterial „Dachmetallgebäude“ hin. Gehen Sie zum Reiter „Materialien“, erweitern Sie „Materialien“ und suchen Sie nach „Wärmedämmung“ und „Pfetten und Dämmung“. Überprüfen Sie deren Dämmwerte. Der Wert für die Wärmedämmung beträgt 0,1667 bei einer Dicke von 1/2 Zoll. Der Wert für „Pfetten und Dämmung“ sollte 0,335 betragen. Durch die Korrektur dieses Wertes wird der schwerwiegende Fehler behoben. Schließen Sie die Fehlerdatei, speichern Sie das Projekt und führen Sie die Simulation erneut aus. Die Simulation wird erfolgreich abgeschlossen, es bleiben jedoch Warnungen bestehen. Die erste Warnung besagt, dass die Anzahl der Zeitschritte pro Stunde niedriger ist als das empfohlene Minimum von vier. Diese Warnung kann ignoriert werden. Die folgenden Warnungen beziehen sich auf Kühl- und Heizungspläne sowie auf Belegungspläne, die in kleineren Zeitschritten als der Simulationszeitschritt ausgeführt werden. Da die Simulation stündlich läuft, können diese kurzen Ein-/Ausschaltzyklen nicht erfasst werden. Diese Warnungen können ignoriert werden. Weitere Warnungen beziehen sich auf die Zeitpläne „Immer an“ und „Immer aus“, die integraler Bestandteil von OpenStudio sind und nicht bearbeitet werden können. Eine weitere Warnung weist darauf hin, dass kein Zeitplan für die Bodenoberflächentemperatur existiert. Das Modell verwendet daher eine standardmäßige konstante Temperatur von 18 °C. Dies ist unbedenklich. Warnungen zu übereinstimmenden oder kollinearen Eckpunkten weisen auf doppelte Geometriepunkte hin. EnergyPlus vereinfacht diese automatisch, sodass sie ignoriert werden können. Warnungen zu ungenutzten Konstruktionen weisen darauf hin, dass einige Konstruktionselemente im Modell nicht verwendet werden, z. B. Innenfenster, Türen und Trennwände. Diese können im Reiter „Konstruktionssatz“ entfernt werden. Wechseln Sie zum Reiter „Konstruktionen“ und verwenden Sie die Option „Ungenutzte Objekte entfernen“. Wiederholen Sie diesen Vorgang im Reiter „Materialien“. Dies reduziert die Unübersichtlichkeit und verbessert die Simulationsleistung. Als Nächstes weisen Warnungen darauf hin, dass einigen Räumen, wie z. B. der Wäscherei und dem Umkleideraum, kein thermisches Komfortmodell zugewiesen ist. Gehen Sie zu Raumtypen → Lasten, wählen Sie die Lastdefinition aus, klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche und fügen Sie einen thermischen Komfortmodelltyp hinzu. Warnungen bezüglich Infiltration treten in Innenzonen ohne Außenwände auf. Diese können ignoriert oder durch Ändern der Infiltrationsberechnungsmethode behoben werden. Warnungen, die besagen, dass der Kühlmodus Null ist, weisen auf fehlende Thermostatpläne hin. Ideale Luftlasten versuchen, die Kühlung zu berechnen, aber ohne Thermostate bleibt die Kühllast Null. Warnungen bezüglich ungenutzter Zeitpläne können untersucht werden, indem Sie „Ungenutzte Zeitpläne anzeigen“ in den Ausgabediagnoseeinstellungen aktivieren. Entfernen Sie unnötige Zeitpläne aus Lagerräumen und der Gerätehalle und löschen Sie anschließend die ungenutzten Zeitpläne. Eine Warnung bezüglich des Wäscheplans wird angezeigt, da dieser nicht bestimmten Tagen zugewiesen wurde. Weisen Sie ihn allen Wochentagen zu und speichern Sie. Führen Sie die Simulation erneut aus. Verbleibende Warnungen bezüglich Türen, die Unterflächen nicht vollständig umschließen, können ignoriert werden. Schwerwiegende Fehler sind am kritischsten, da sie die Simulation abbrechen. Warnungen helfen, das Modell zu verfeinern, haben aber nicht unbedingt Auswirkungen auf die Ergebnisse. Schließen Sie die Fehlerdatei und überprüfen Sie die Ergebnisübersicht. Dies wird in der nächsten Lektion behandelt. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
15. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Warmwassersystem hinzufügen
In diesem Video erklären wir, wie man Wasseranschlüsse installiert und ein Warmwassersystem für unser Gebäude einrichtet.
Als Nächstes wechseln wir links zum Reiter „HLK-Systeme“ und fügen das Warmwassersystem hinzu. Sie sehen, dass bereits ein Wassersystem vorhanden ist, das vom Hauptanschluss kommt, ins Gebäude gelangt und dann in die Kanalisation fließt. Um fortzufahren, müssen wir einen Wasseranschluss aus der Bibliothek einfügen. Gehen Sie zum Reiter „Bibliothek“, suchen Sie in der Bibliotheksdatei der Feuerwache nach Wasseranschlüssen und ziehen Sie diese per Drag & Drop an die gewünschte Stelle. Klicken Sie nach dem Hinzufügen des Wasseranschlusses darauf, um die im Gebäude befindlichen Wasserverbrauchsgeräte anzuzeigen. Gehen Sie zurück zum Reiter „Bibliothek“ und suchen Sie in derselben Bibliotheksdatei der Feuerwache nach Wasserverbrauchsgeräten. Ziehen Sie diese per Drag & Drop an die gewünschte Stelle und überprüfen Sie ihre Attribute. Die Wasserverbrauchsgeräte für das gesamte Gebäude der ländlichen Feuerwache sind für fünf Personen ausgelegt. Beim Hinzufügen dieser Definition werden auch die Wasserverbrauchslasten und zugehörige Zeitpläne, wie z. B. der Sollwertplan für die Warmwassertemperatur, der Sollwertplan für den Warmwasseranteil und der Sollwertplan für den Warmwasseranteil, hinzugefügt. Kehren Sie zum Reiter „HLK-Systeme“ zurück und wählen Sie das Wasserverbrauchsgerät aus. Dieses Gerät befindet sich im Gebäude und erhält keinen spezifischen Raumnamen. Aktuell ist noch kein Kreislauf angeschlossen, daher muss ein Warmwasserkreislauf erstellt werden. Gehen Sie zurück zum Wasserleitungs-Editor, klicken Sie auf das Plus-Symbol und erstellen Sie einen neuen, leeren Anlagenkreislauf. Fügen Sie eine Umwälzpumpe mit konstanter Drehzahl aus der Bibliothek hinzu, gefolgt von einem 100-Gallonen-Warmwasserbereiter mit 12 Kilowatt Leistung aus der Projektbibliothek der Feuerwache. Fügen Sie anschließend einen Sollwertregler hinzu, um die Kreislauftemperatur konstant zu halten. Zum Schluss weisen Sie den Wasseranschluss dem neu erstellten Anlagenkreislauf zu, indem Sie ihn aus dem Tab „Mein Modell“ in den Kreislauf ziehen. Sie können nun die Eigenschaften der Umwälzpumpe, des Warmwasserbereiters und des Temperaturreglers bearbeiten, einschließlich Durchflussmengen, Wirkungsgrade und Sollwertpläne. Der Temperaturregler verwendet den Sollwertplan für die Brauchwassertemperatur aus dem Tab „Zeitpläne“. Sobald der Kreislauf zugewiesen ist, können Sie durch Klicken auf den Kreislauf weitere Eigenschaften des Brauchwasserkreislaufs anzeigen. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!
16. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – HVAC-1 hinzufügen
In diesem Video erklären wir, wie man ein Abgassystem auf Zonenebene hinzufügt. Außerdem zeigen wir, wie man einen Gas-Warmluftofen erstellt und einer unserer Wärmezonen zuweist.
Als Nächstes modellieren wir die HLK-Systeme, beginnend mit der Fahrzeughalle. Dieser Bereich umfasst eine Heizung, einen kleinen Abluftventilator für die Frischluftzufuhr und einen großen, durch die Luftverschmutzung gesteuerten Abluftventilator. Gehen Sie zunächst zum Reiter „Thermische Zonen“ und fügen Sie den Schadstoffabluftventilator hinzu. Suchen Sie im Reiter „Bibliothek“ nach einem Zonenabluftventilator und ziehen Sie ihn in die Fahrzeughalle. Benennen Sie den Ventilator in EF-03 um. Weisen Sie ihm für den Verfügbarkeitsplan den Belegungsplan des Umkleideraums zu, da der Ventilator vermutlich immer dann läuft, wenn die Feuerwehr zu einem Einsatz ausrückt. Überprüfen Sie anschließend die Attribute des Abluftventilators. Stellen Sie den Druckanstieg auf 0,375 Zoll statischen Druck und den maximalen Volumenstrom auf 1632 CFM ein. Bei Bedarf kann ein Energiezähler mit dem Namen „EF-03 Zähler“ hinzugefügt werden, um den Energieverbrauch zu erfassen. Da der Betrieb des Ventilators durch einen eigenen Verfügbarkeitsplan gesteuert wird, stellen Sie den Kopplungsmodus des Systemverfügbarkeitsmanagers auf „Entkoppelt“ ein. Lassen Sie den Plan für den ausgeglichenen Abluftanteil leer, damit die Zuluft aus dem HLK-System der Zone bezogen wird. Den Bauplänen zufolge umfasst die Gerätehalle eine gasbetriebene Heizung, eine Zuluftklappe und einen kleinen Abluftventilator. Diese können zu einem einzigen Warmluftheizsystem mit Außenluft- und Abluftklappen vereinfacht werden. Gehen Sie zum Reiter „HLK-Systeme“, klicken Sie auf das Plus-Symbol und fügen Sie eine gasbetriebene Warmluftheizung hinzu. Benennen Sie das System in UH-01 um. Aktivieren Sie die Außenluftzufuhr und stellen Sie den minimalen Außenluftvolumenstrom auf „Automatisch anpassen“, um den Belüftungsbedarf das ganze Jahr über zu decken. Stellen Sie den Brennerwirkungsgrad der Heizung auf 90 % ein und belassen Sie die Heizleistung auf „Automatisch anpassen“. Konfigurieren Sie anschließend die restlichen Systemkomponenten. Stellen Sie den Druckanstieg des Konstantvolumenstrom-Ventilators auf 0,5 Zoll ein und passen Sie den Luftvolumenstrom automatisch an. Konfigurieren Sie den Sollwertmanager mit einer minimalen Zulufttemperatur von 40 °F und einer maximalen Zulufttemperatur von 100 °F, gesteuert durch die thermische Zone 101. Belassen Sie die automatische Anpassung des Diffusors und ziehen Sie die thermische Zone 101 aus „Mein Modell“ in den HLK-Luftkreislauf. Damit ist die HLK-Modellierung für die Gerätehalle abgeschlossen. Speichern Sie die Simulation und führen Sie sie erneut aus, um sicherzustellen, dass keine Fehler vorliegen. Vergewissern Sie sich nach der Zuweisung des HLK-Systems, dass die Option „Ideale Luftlasten“ für die thermische Zone 101 deaktiviert ist. Vielen Dank. Wir freuen uns über Ihr Like und Ihr Abo!
17. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – HVAC-2 hinzufügen
In diesem Video erklären wir, wie man Heizkörper und elektrische Warmluftheizungen auf Zonenebene installiert. Außerdem zeigen wir, wie man Kompakt-Wärmepumpen (Split-Systeme mit Direkteinspritzung) auf Zonenebene einbaut.
Wir sind zurück im Bereich „Thermische Zonen“. Als Nächstes fügen wir den verbleibenden Räumen Geräte auf Zonenebene hinzu. Im gesamten Gebäude befinden sich verschiedene elektrische Heizgeräte. In Raum 106 ist eine elektrische Wandheizung mit 0,75 Kilowatt Leistung installiert. Gehen Sie zum Menüpunkt „Bibliothek“, scrollen Sie nach unten und wählen Sie die elektrische Konvektionsheizung aus. Ziehen Sie sie per Drag & Drop in den Raum, benennen Sie sie um und stellen Sie die Leistung auf 750 Watt ein. Verfahren Sie genauso mit den übrigen elektrischen Heizgeräten, einschließlich der Wandheizung in Raum 105 sowie den Raumheizgeräten und Warmluftheizungen in den Räumen 102, 108, 109 und 110. Für die Raumheizgeräte gehen Sie zum Menüpunkt „Bibliothek“, wählen die elektrische Konstantvolumen-Raumheizheizung aus, ziehen sie per Drag & Drop an die gewünschte Stelle, benennen sie um und lassen die automatische Volumenstromanpassung aktiviert. Sie werden außerdem feststellen, dass sich im Waschraum ein kleiner Abluftventilator befindet. Dieser Ventilator läuft intermittierend und ist für die Nutzung durch die Nutzer vorgesehen. Daher wird er nicht in das Energiemodell einbezogen, da sein Einfluss auf das Gesamtenergiemodell vernachlässigbar ist. Weiterhin gibt es zwei Split-Wärmepumpen, eine für das Büro und eine für den großen Gemeinschaftsraum. Wir beginnen mit dem Büro in der thermischen Zone 107. Gehen Sie zum Reiter „Bibliothek“, suchen Sie nach „Kompakt-Wärmepumpe“ und ziehen Sie diese per Drag & Drop an die gewünschte Stelle. Dieses System verfügt über keine eigene Außenluftzufuhr und ist daher auf 0 CFM fest dimensioniert. Der Ventilator arbeitet mit konstantem Volumenstrom, die Heiz- und Kühlregister (Direktverdampfer) sowie das elektrische Zusatzheizregister sind automatisch dimensioniert. Ein wichtiger Parameter ist die minimale Außentemperatur für den Betrieb des Heizregisters, die auf 10 Grad eingestellt ist. Ein ähnliches System wird im Gemeinschaftsraum in der thermischen Zone 110 verwendet und kann direkt dorthin kopiert werden. Sobald Geräte in den einzelnen Zonen hinzugefügt werden, wird die Option „Ideale Luftlasten“ automatisch deaktiviert. Die thermische Zone 104, ein kleiner Flur, ist gerätefrei, daher können die idealen Luftlasten manuell abgeschaltet werden. Falls ein Gerät versehentlich falsch platziert wurde, z. B. ein Gebläsekonvektor im Plenum, kann es durch Auswahl und Klicken auf das X oben rechts entfernt werden. Nun sollten alle Zonen mit den entsprechenden Geräten ausgestattet sein. Im nächsten Schritt wird die Lüftungsanlage installiert. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren. ...
18. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – DOAS-System hinzufügen
In diesem Video erklären wir, wie man ein separates Außenluftsystem installiert. Außerdem gehen wir auf die Abfolge der Geräte und Lasten auf Zonenebene ein.
Als Nächstes fügen wir das Außenluftsystem (DOAS) hinzu. Zuvor müssen wir jedoch die Registerkarte „Thermische Zonen“ bereinigen. Mehreren Zonen sind Heiz- oder Kühlpläne zugewiesen, obwohl sie nicht über die entsprechenden Geräte verfügen. Zone 102 hat keine Kühlanlage, daher kann ihr Kühlplan entfernt werden. Die Zonen 103 und 104 haben keine Kühlung, und Zone 104 hat auch keine Heizung. Zone 105 hat keine Kühlung und scheint eine zusätzliche Heizung zu enthalten, die entfernt werden sollte. Die Zonen 106 und 108 haben ebenfalls keine Kühlung, während Zone 107 über eine Kühlung verfügt. Daher sollte ihr Kühlplan wieder hinzugefügt werden. Diese Bereinigung stellt sicher, dass die Pläne den tatsächlich in jeder Zone vorhandenen Geräten entsprechen. Nachdem Sie die Zonen bereinigt haben, wechseln Sie zur Registerkarte „HLK-Systeme“, um das DOAS hinzuzufügen. Klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche, scrollen Sie nach unten und fügen Sie dem Modell einen leeren Luftkreislauf hinzu. Benennen Sie das System um und lassen Sie es automatisch dimensionieren. Da es sich um ein DOAS-System handelt, wird die Systemgröße anhand der Lüftungsanforderungen berechnet und der Auslegungs-Außenluftvolumenstrom automatisch angepasst. Das System arbeitet mit 100 % Außenluft, daher muss das maximale Luftvolumenstromverhältnis für die Heizung auf 1 eingestellt werden. Dieses System verfügt über keine Kühlfunktion, sondern nur über eine Heizfunktion. Die Auslegungstemperatur der Zuluft beträgt 67 °F (19,4 °C). Stellen Sie sicher, dass sowohl für Heizung als auch für Kühlung 100 % Außenluft ausgewählt ist und wählen Sie als Methode für die Außenluftzufuhr „Zonensumme“, da das System Konstantvolumenstrom-Diffusoren verwendet. Gehen Sie anschließend zum Bibliothek-Tab und fügen Sie das Außenluftsystem der Klimaanlage mit Luftkreislauf einem Zuluftknoten hinzu. Belassen Sie die automatische Dimensionierung ohne Economizer und ohne Sperrfunktion. Fügen Sie einen Konstantvolumenstrom-Ventilator als Abluftventilator und einen weiteren Konstantvolumenstrom-Ventilator als Zuluftventilator hinzu. Belassen Sie die automatische Dimensionierung beider Ventilatoren. Fügen Sie dem Zuluftknoten eine elektrische Heizregistereinheit mit Luftkanälen hinzu und belassen Sie auch hier die automatische Dimensionierung. Um die elektrische Heizung zu steuern, fügen Sie einen Sollwertmanager mit der Knotentemperaturregelungsstrategie hinzu. Setzen Sie den Referenzknoten auf den Knoten direkt vor der Elektroheizung, verwenden Sie die Trockenkugelregelung und stellen Sie die minimale und maximale Zulufttemperatur auf 67 °F ein. Fügen Sie anschließend die Zonen und Diffusoren zum DOAS hinzu. Fügen Sie im Bibliothek-Tab einen Konstantvolumen-Diffusor ohne Wärmezufuhr hinzu und verwenden Sie den Verzweigungsteiler, um die entsprechenden thermischen Zonen zuzuordnen. Aktivieren Sie für jede Zone die Option „Dediziertes Außenluftsystem berücksichtigen“, damit die Lasteffekte des DOAS vor der Dimensionierung der Zonengeräte angewendet werden. Belassen Sie die Regelungsstrategie auf neutraler Zuluft und dimensionieren Sie die unteren und oberen Sollwerte fest auf 66 bzw. 67. Stellen Sie sicher, dass das DOAS mit dem diskreten Dauerbetriebsplan rund um die Uhr läuft. Stellen Sie im Tab „Thermische Zonen“ sicher, dass das DOAS-Gerät in der Geräteliste jeder Zone an erster Stelle steht, damit seine Heizung vor anderen Systemen aktiviert wird. Bei Zonen mit mehreren Systemen, wie z. B. Zone 110, dimensionieren Sie die Wandheizung fest auf 7 kW, sodass das DOAS zuerst die Heizung liefert, gefolgt von der Wandheizung und dann der Wärmepumpe.
19. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Datenbetrachter
In diesem Video beheben wir Probleme mit nicht erfassten Stunden. Wir zeigen Ihnen, wie Sie Trendinformationen zu Ausgabevariablen erstellen und diese mit dem Data Viewer (DView) anzeigen. Außerdem geben wir Ihnen einen Überblick über die Funktionen des Data Viewers.
Wir beginnen mit dem Starten des Modells über den Reiter „Simulation ausführen“ und klicken auf „Ausführen“. Die Simulation wird erfolgreich abgeschlossen, daher wechseln wir zum Reiter „Ergebnisübersicht“, um die Ergebnisse zu überprüfen. Im Abschnitt „Zonenbedingungen“ sehen wir Diagramme, die die jährlichen Temperaturschwankungen für jede thermische Zone sowie die Stunden ohne Heiz- und Kühlbedarf darstellen. Thermische Zone 101, die Fahrzeughalle, weist einen breiten Bereich niedriger Temperaturen auf, jedoch nur etwa 40 Stunden ohne Heizbedarf im Jahr. Dies ist zu erwarten, da der Raum lediglich für Frostschutz ausgelegt und nicht vollständig klimatisiert ist. In der Fahrzeughalle werden außerdem häufig Türen geöffnet und ein großer Abluftventilator in Betrieb genommen, wenn die Feuerwehrleute den Bereich verlassen, was die Temperaturschwankungen erklärt. In dieser Zone gibt es keine Kühlung, und obwohl einige Stunden wärmere Bedingungen aufweisen, ist die Gesamtleistung akzeptabel. Andere genutzte Zonen scheinen gut zu funktionieren, während die Plenumzonen größere Temperaturschwankungen aufweisen, die jedoch unbedenklich sind, da es sich nicht um genutzte Räume handelt. Eine Zone, die besonders auffällt, ist die thermische Zone 102, der Dekontaminations- und Wäscheraum. Diese Zone verfügt über keine Kühlanlage, daher gibt es keine ungedeckten Kühlstunden. Der Temperaturbereich ist jedoch sehr groß, mit vielen Stunden über 88 °F (31 °C). Um dieses Problem genauer zu analysieren, wird das Modell mit zusätzlichen Ausgabevariablen erneut ausgeführt. Im Reiter „Thermische Zonen“ werden die Wandheizung sowie der zugehörige Ventilator und die Heizschlange eindeutig umbenannt, um sie in den Ergebnissen leichter identifizieren zu können. Der Abluftventilator ist bereits beschriftet. Anschließend aktivieren wir im Reiter „Ausgabevariablen“ die Heizleistung der Heizschlange, die Trockenkugeltemperatur der Außenluft und die Zonenlufttemperatur. Der Zeitschritt bleibt auf stündlich eingestellt, um den Simulationseinstellungen zu entsprechen. Das Modell wird gespeichert und erneut ausgeführt; die Ausführung dauert etwa 11 Sekunden. Nach der erneuten Ausführung kehren wir zum Reiter „Ergebnisübersicht“ zurück und öffnen den detaillierten Datenviewer (DView). Die Ergebnisse werden in imperialen Einheiten angezeigt. Im Reiter „Stündlich“ untersuchen wir die Trockenkugeltemperatur der Außenluft und den Stromverbrauch des Gebäudes. Wir stellen fest, dass der Stromverbrauch mit sinkender Außentemperatur steigt, was zu erwarten ist, da der größte Teil des Gebäudes elektrisch beheizt wird. In den Sommermonaten sinkt der Stromverbrauch, obwohl einige kleinere Kühlsysteme weiterhin zum Strombedarf beitragen. Die Registerkarte „Tagesansicht“ zeigt ähnliche Trends, jedoch mit geringerer Detailgenauigkeit. Die Registerkarte „Monatsansicht“ hebt den höheren Wattstundenverbrauch im Winter und den geringeren Verbrauch im Sommer hervor. Die Wärmekarte für die thermische Zone 107 (das Büro) zeigt die Temperaturschwankungen nach Stunde und Monat, mit wärmeren Bedingungen im Sommer und einer strengeren Temperaturregelung im Winter. Nachts, wenn das Büro leer steht, sinken die Temperaturen, und an manchen Sommertagen ist die nächtliche Kühlung nur geringfügig. Zusätzliche Ansichten wie Profildiagramme verdeutlichen die Trends an den Auslegungstagen. Die Auswahl von Trockenkugeltemperatur und Stromverbrauch bestätigt, dass niedrigere Außentemperaturen mit einem höheren Energieverbrauch einhergehen. Weitere Analysen auf der Registerkarte „Statistik“ zeigen Durchschnitts-, Minimal- und Maximalwerte der Trenddaten mit einem durchschnittlichen Stromverbrauch von rund 11.700 Wattstunden. Die Registerkarte „PDF/CDF“ veranschaulicht die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Stromverbrauchs und zeigt eine geringe Wahrscheinlichkeit für hohen Energieverbrauch im Sommer und einen höheren Verbrauch an kalten Wintertagen. Die Registerkarte „Verbrauchsdauerkurve“ zeigt Stunden mit bestimmten oder höheren Wattstundenwerten an, was für die Analyse von Energiekosten hilfreich sein kann. Das Streudiagramm vergleicht die Außentemperatur (Trockenkugeltemperatur) mit dem Stromverbrauch und zeigt deutlich, dass der Energieverbrauch mit sinkenden Temperaturen steigt. Alle Datensätze können zur weiteren Analyse als CSV-, Excel-, Bild- oder PDF-Dateien exportiert werden. Bei der Fehlersuche in der thermischen Zone 102 zeigt das stündliche Temperaturdiagramm extreme Schwankungen, wobei die Temperaturen teilweise 66 °C (150 °F) oder mehr erreichen. Die Darstellung der Leistung der elektrischen Wandheizung zeigt, dass diese hauptsächlich im Winter läuft und sich bei steigenden Temperaturen abschaltet. Sie ist daher nicht die Ursache der Überhitzung. Die Untersuchung anderer Geräte im Raum zeigt einen gasbetriebenen Wäschetrockner. Der Gasverbrauch deckt sich weitgehend mit den Perioden hoher Zonentemperatur. Ein Blick auf die Registerkarte „Lasten“ bestätigt, dass der Wärmeverlust des Wäschetrockners an den Raum auf null gesetzt wurde, was unrealistisch ist. Da der größte Teil der Wärme des Trockners abgeführt werden sollte, wird dieser Wert auf 80 Prozent geändert. Das Modell wird erneut ausgeführt und schlägt zunächst fehl, ist aber beim zweiten Versuch erfolgreich. Die aktualisierten Ergebnisse zeigen deutlich reduzierte Spitzentemperaturen und eine Verringerung der nicht gedeckten Kühlbedarfsstunden von über 4.000 auf etwa 300. Einige verbleibende Probleme sind wahrscheinlich auf einen unausgewogenen Abluftstrom und Infiltration zurückzuführen, die in einer späteren Lektion behandelt werden.
20. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Abgas-MUA
In diesem Video zeigen wir, wie man die Zuluft für einen Abluftventilator modelliert. Wir erläutern, wie EnergyPlus den Ausgleich der Infiltrationsluft handhabt. Anschließend modellieren wir eine Zuluftklappe mithilfe von Infiltration:DesignFlowRate und der entsprechenden Zeitplanung.
Im Dekontaminationsraum befinden sich ein Abluftventilator und eine Zuluftklappe in der Wand. Solange der Abluftventilator läuft, kann das Energiemodell derzeit nicht feststellen, woher die Zuluft kommt. Tatsächlich saugt der Abluftventilator lediglich die angesaugte Raumluft ab. Um dies zu beheben, kehren wir zum OpenStudio-Modell zurück und navigieren zum Reiter „Thermische Zonen“. In thermischer Zone 102 bestätigen wir, dass der Abluftventilator auf 152 CFM (Kubikfuß pro Minute) fest dimensioniert ist. Aus Neugier überprüfen wir anschließend die bestehende Infiltrationsrate für diesen Raum, indem wir die EnergyPlus-Ergebnisse aufrufen, das Inhaltsverzeichnis öffnen und den Abschnitt „Außenluftsystem“ auswählen. Hier sehen wir, dass die Infiltrationsrate für diesen Raum etwa 10 CFM beträgt, was bedeutet, dass der Abluftventilator standardmäßig nur diese Menge abführt. EnergyPlus gleicht die Luftströme nicht automatisch aus, daher muss dies manuell erfolgen. Um den Luftstrom auszugleichen, gehen wir zurück zum Reiter „Raumtypen“ und wählen den Raumtyp „Waschraum/Dekontaminationsraum“ aus. Wir bearbeiten die Infiltrationseinstellungen, indem wir die Berechnungsmethode für den Auslegungsdurchfluss auf „Durchfluss pro Raum“ ändern und diesen Wert auf den Abluftvolumenstrom von 152 CFM festlegen. Den bestehenden Wert für den Durchfluss pro Fläche löschen wir. Es gibt zwar zusätzliche Koeffizienten, die Infiltrationseffekte in Abhängigkeit von Temperaturunterschieden und Windgeschwindigkeit berücksichtigen, diese sind in diesem Fall jedoch nicht relevant. Unser Ziel ist es lediglich, die Infiltrationsrate an den Abluftvolumenstrom anzupassen. Standardmäßig sind die EnergyPlus-Koeffizienten so eingestellt, dass die Infiltration ausschließlich auf einem Zeitplan basiert, wobei Temperatur- und Windeinflüsse praktisch eliminiert werden. Sollte das Gebäude empfindlich auf Windgeschwindigkeit oder temperaturabhängige Infiltration reagieren, müssten diese Koeffizienten angepasst werden. Eine detailliertere Erläuterung dieser Koeffizienten finden Sie in einem Referenz-PDF. Nach der Anpassung der Infiltrationsrate ist es wichtig, Gebäude mit mehreren Waschküchen zu berücksichtigen. In solchen Fällen benötigt jede Waschküche möglicherweise einen eigenen, benutzerdefinierten Raumtyp, damit die Infiltrationsrate korrekt zum jeweiligen Abluftventilator passt. Anschließend wechseln wir zum Reiter „Lasten“ und überprüfen die Infiltrationseinstellungen für Waschküche/Dekontaminationsraum. Die Infiltration wird durch einen Wäschepflege-Infiltrationsplan gesteuert, der im Reiter „Pläne“ eingesehen werden kann. Dieser Plan zeigt höhere Infiltrationsraten tagsüber, vermutlich bedingt durch die Nutzungszeiten von 8:00 bis 17:00 Uhr, und niedrigere Raten nachts. Der Standardwert ist auf 100 % festgelegt, um die korrekte Dimensionierung der Zone und der HLK-Anlage sowohl im Sommer als auch im Winter zu gewährleisten. Während der Nutzungszeiten erreicht der Plan 100 %, was bei laufendem Abluftventilator zu einer Infiltration von ca. 150 CFM führt. Abends, wenn der Abluftventilator abgeschaltet wird, sollte die Infiltrationsrate auf den Standardwert von ca. 10 CFM zurückkehren. Dies entspricht etwa 7 % des Auslegungsvolumenstroms. Daher werden die Werte des Nachtplans angepasst, um typische Infiltrationswerte bei ausgeschaltetem Abluftventilator widerzuspiegeln. Nach diesen Änderungen wird das Modell gespeichert und die Simulation erneut ausgeführt. Abschließend überprüfen wir die Ergebnisse im Reiter „Ergebnisübersicht“ unter „Zonenbedingungen“. Die Anzahl der Stunden ohne Kühlung bei hohen Temperaturen hat sich deutlich reduziert, und die Raumtemperaturen haben sich bei etwa 21 °C stabilisiert. Ein Blick auf die Registerkarte „Tagesbericht“ in DView bestätigt diese Verbesserung. In den Wintermonaten bleibt die Raumtemperatur konstant bei etwa 21 °C, wodurch das vorherige Überhitzungsproblem behoben ist. Im Sommer steigen die Temperaturen erwartungsgemäß in einem Waschraum ohne aktive Kühlung. Insgesamt sind die Ergebnisse zufriedenstellend und bestätigen, dass die Abstimmung von Zuluft und Abluftventilator das Problem gelöst hat. Damit ist diese Lektion zur Abstimmung von Zuluft und Abluftventilatoren abgeschlossen.
21. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Lufttransfer
In diesem Video zeigen wir, wie man den Luftaustausch zwischen Zonen modelliert. Wir überprüfen außerdem einige der Modellannahmen und erläutern, wie man die Ergebnisse von EnergyPlus in imperialen (IP) Einheiten ausgibt.
Es gibt einige Punkte, die noch geklärt werden müssen, angefangen mit einer Überprüfung der Details des Luftkreislaufs. Das Außenluftsystem (DOAS) ist aktuell auf 847 CFM ausgelegt, während unsere Auslegungskriterien einen Bedarf von nur ca. 475 CFM vorsehen. Das bedeutet, dass in einigen Bereichen zu viel Luft zugeführt wird und wir die Ursache beheben müssen. Über den Reiter „Außenluft“ können wir die Luftmengen für die einzelnen Zonen berechnen. Beispielsweise hat die thermische Zone 103 ein Volumen von 1.170 Kubikfuß und eine Luftwechselrate von 2,09 ACH, was, geteilt durch 60 Minuten pro Stunde, etwa 40 CFM ergibt. Zone 103 selbst ist auf ca. 34 CFM ausgelegt, und zusammen mit der thermischen Zone 104, die zusätzlich 6 CFM benötigt, ergibt sich ein Gesamtvolumen von ca. 40 CFM, was unserer Berechnung entspricht. Obwohl wir diese Berechnung für jede Zone einzeln durchführen könnten, gibt es eine effizientere Methode, diese Luftmengenwerte zu überprüfen. Dazu rufen wir die EnergyPlus-Ergebnisse auf, öffnen das Inhaltsverzeichnis und wählen die Übersicht zur HLK-Dimensionierung aus. Diese Tabelle zeigt die minimalen Außenluftvolumenströme für jede thermische Zone. Standardmäßig werden die Werte jedoch in Kubikmetern pro Sekunde (CFM) angegeben, da EnergyPlus alle Berechnungen in SI-Einheiten durchführt. Da wir mit IP-Einheiten arbeiten, müssen wir diese Werte umrechnen. Wir wechseln zum Tab „Messungen“, entfernen vorerst die Messgröße „Ausgabediagnose“ und wählen unter „Berichterstellung“ → „Qualitätssicherung/Qualitätskontrolle“ die EnergyPlus-Messgröße „Ausgabetabelle auf IP-Einheiten umstellen“ aus. Diese Messgröße wird vor der OpenStudio-Ergebnismessgröße angewendet, da OpenStudio die Messgrößen sequenziell von oben nach unten anwendet. OpenStudio erwartet jedoch SI-Einheiten, und eine vorherige Umrechnung in IP-Einheiten führt zu einem Fehler. Um dies zu vermeiden, löschen wir die Messgröße „OpenStudio-Ergebnisübersicht“ und führen das Modell erneut aus. Falls die Ausführung fehlschlägt, behebt ein erneuter Lauf das Problem in der Regel. Nach Abschluss der Ausführung kehren wir zum Tab „Ergebnisübersicht“ zurück, navigieren zur Übersicht zur HLK-Dimensionierung und überprüfen, ob die Luftvolumenstromwerte nun in CFM angegeben werden. Die thermische Zone 103 weist erwartungsgemäß ca. 40 CFM auf, die thermische Zone 107 ca. 16 CFM im Vergleich zu den geplanten 14 CFM, und die thermischen Zonen 108/109 ca. 14–15 CFM, obwohl diese Zonen nur Zuluft und keine Außenluft erhalten sollen. Für die thermische Zone 110, den Gemeinschaftsraum, sind 775 CFM geplant, obwohl wir nur ca. 360 CFM benötigen. Um dies zu untersuchen, gehen wir zum Reiter „Lasten“ und überprüfen die Personendefinition für den Gemeinschaftsraum. Die Belegungsdichte ist auf 0,05 Personen pro Quadratfuß festgelegt, was 50 Personen pro 1.000 Quadratfuß entspricht und den Vorschriften genügt. Das Modell geht jedoch von einer Belegung von 97 Personen aus, während wir durchschnittlich nur mit ca. 49 Personen rechnen. Wir berücksichtigen die statistische Belegung, d. h. der Raum wird typischerweise nur zur Hälfte des im Baugesetz vorgesehenen Wertes belegt sein. Um dies zu berücksichtigen, reduzieren wir den Wert für Personen pro Quadratfuß auf 0,025, was etwa der Hälfte des ursprünglichen Wertes entspricht. Nach dem Speichern und erneuten Ausführen des Modells sinkt der Luftstrom für die thermische Zone 110 auf ca. 462 CFM. Dieser Wert ist zwar immer noch etwas hoch, liegt aber deutlich näher am Zielwert, daher belassen wir ihn unverändert. Anschließend entfernen wir die IP-Einheiten-Kennzahl, installieren die OpenStudio-Ergebnisübersichtskennzahl neu, führen das Modell erneut aus und speichern es als Versionen 21 und 22 zur Referenz. Als Nächstes befassen wir uns mit der Modellierung der Umluft. Laut den Zeichnungen verfügen die Umkleide- und Duschräume über Abluftgitter, aber keine Zuluftgitter. Sie nutzen stattdessen die Umluft aus dem Gemeinschaftsraum 110. Es gibt zwei Abluftgitter mit einem Gesamtvolumenstrom von 360 CFM. Die Luft strömt durch die Umkleide- und Duschräume, bevor sie abgeführt wird. OpenStudio verarbeitet Umluft standardmäßig nicht optimal. Sie kann jedoch mithilfe einer EnergyPlus-Kennzahl aus der Gebäudekomponentenbibliothek modelliert werden. Um dies umzusetzen, entfernen wir zunächst die thermische Zone 108/109 aus dem DOAS-System, da sie keine direkte Außenluftzufuhr erhält. Anschließend fügen wir die EnergyPlus-Maßnahme „Zonenmischobjekt hinzufügen“ hinzu und konfigurieren sie so, dass die thermische Zone 108/109 rund um die Uhr 90 CFM Transferluft von der thermischen Zone 110 erhält. Diesen Zeitplan erstellen wir im Tab „Zeitpläne“ mit einem Ein/Aus-Zeitplan, der auf „Immer an“ eingestellt ist. Da das EnergyPlus-Zonenmischobjekt zwar Wärme überträgt, aber die Luftströme nicht ausgleicht, gleichen wir die Luftströme manuell aus, indem wir einen virtuellen Abluftventilator mit 90 CFM für die thermische Zone 110 und einen weiteren Abluftventilator mit 90 CFM für die thermische Zone 108/109 hinzufügen. Der Abluftventilator für die thermische Zone 110 ist auf Null-Druckanstieg eingestellt, sodass er keine Energie verbraucht, während der Abluftventilator für die thermische Zone 108/109 an die Effizienz und den Druckanstieg des DOAS-Ventilators angepasst wird. Dadurch wird der Luftstrom ausgeglichen, sodass das Modell die Transferluft korrekt berücksichtigt. Nach erneuter Modellberechnung vergleichen wir die Ergebnisse des Transferluftmodells mit dem ursprünglichen 100%-DOAS-Modell. Die Gesamtenergieintensität des Standorts bleibt in beiden Fällen bei etwa 65 %, was darauf hindeutet, dass die Transferluft nur einen minimalen Einfluss auf den Gesamtenergieverbrauch hat, da die Menge der übertragenen Luft vernachlässigbar gering ist.Relativ gering. Für die thermische Zone 110 ist ein geringfügig höherer Heiz- und Kühlbedarf erforderlich, der Unterschied ist jedoch minimal. In Modellen, in denen ein signifikanter Luftaustausch zwischen den Zonen stattfindet und die Luft nicht durch das DOAS konditioniert wird, kann dieser Ansatz einen größeren Einfluss auf die Dimensionierung der Zonenausrüstung haben. Dies ist je nach Komplexität und Größe des Gebäudemodells ein wichtiger Aspekt. Damit ist dieser Abschnitt abgeschlossen. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren.
22. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio - SketchUp-1
In diesem Video zeigen wir, wie man die Modellgeometrie mit SketchUp verändert. Mit SketchUp lässt sich die Geometrie mithilfe des Verschieben-Werkzeugs strecken, ohne Bereiche zu löschen oder neue zu erstellen. Außerdem zeigen wir, wie man ein einfaches Schattierungselement einfügt. Abschließend vergleichen wir den Energieverbrauch des ursprünglichen Modells mit dem des veränderten Modells.
Wir bearbeiten nun die Gebäudegeometrie mit SketchUp. In diesem Fall verwenden wir SketchUp Make 2017, das damals kostenlos war. Obwohl es nicht mehr offiziell unterstützt wird, steht es weiterhin zum Download bereit. Zukünftig ist es möglicherweise nicht mehr verfügbar oder kostenlos. Vor Beginn entfernen wir alle unnötigen Objekte aus dem Arbeitsbereich. Um SketchUp mit OpenStudio zu verwenden, muss die OpenStudio SketchUp-Erweiterung installiert sein. Dies kann unter „Fenster“ → „Erweiterungsmanager“ überprüft werden; dort sollte die OpenStudio-Erweiterung als installiert angezeigt werden. Weitere Informationen zur Installation und Verwendung dieser Erweiterung finden Sie an anderer Stelle. Als Nächstes öffnen wir die OpenStudio-Modelldatei in SketchUp. Die Gebäudegeometrie wird in diesem Stadium als einfaches Blockobjekt angezeigt, so wie FloorspaceJS Modelle initial erstellt. Für die Bearbeitung komplexerer Geometrien ist SketchUp das bevorzugte Werkzeug. Zunächst legen wir einen Maßstab fest, indem wir eine Referenzlinie von 50 Fuß zeichnen. Anschließend importieren wir die Zeichnung der Ostansicht und legen sie über die Ostseite des Gebäudes. Diese Ansicht wird an die 50-Fuß-Referenzlinie angepasst. Eine vertikale Linie wird von der Dachmitte bis zum ungefähren Dachfirst gezogen und zu beiden Seiten nach unten verlängert. Sobald der Dachumriss steht, werden die Hilfslinien gelöscht. Der Dachumriss wird ausgewählt und mithilfe des Verschieben-Werkzeugs (Strg-Taste gedrückt halten) kopiert und auf die gegenüberliegende Gebäudeseite eingefügt. Nachdem die Dachumrisse auf beiden Seiten erstellt wurden, verwenden wir Hilfslinien, um das Zeichnen zu erleichtern und überflüssige Flächen zu entfernen. Durch Doppelklicken in den Bereich können wir direkt mit der Geometrie arbeiten. Wir teilen die Dachfläche in zwei Abschnitte, wählen die Firstkante aus und heben sie mit dem Verschieben-Werkzeug an. Falls sich die Kante nicht korrekt nach oben bewegt, kann durch Drücken der Alt-Taste die Achsenreferenz geändert und so eine vertikale Bewegung ermöglicht werden. Dadurch entsteht der Dachfirst für eine Gebäudeseite. Während dieses Vorgangs können unbeabsichtigte Flächen entstehen, die wir vorübergehend ausblenden. Mithilfe des Verschieben-Werkzeugs richten wir diese Flächen an den korrekten Dachkanten aus. Dieser Vorgang wird für alle anderen Dachflächen des Gebäudes wiederholt. Beim Verschieben von Kanten können zusätzliche Flächen entstehen. Sobald die Flächen planar sind, lassen sich die überflüssigen Linien löschen, um die Geometrie zu bereinigen. Nachdem die Dachgeometrie fertiggestellt ist, überprüfen wir, ob alle Oberflächenrandbedingungen noch korrekt sind. Wir wechseln zur Ansicht „Rendern nach Randbedingung“, um zu bestätigen, dass die Flächen ihre korrekten Referenzen beibehalten haben. Mit dem Werkzeug „Schnittebene“ werden die Innenflächen untersucht. Bei einigen Flächen kann die Übereinstimmung der Randbedingungen verloren gehen, was sich durch eine blaue Färbung zeigt. Diese Probleme lassen sich manuell beheben, wie in anderen OpenStudio SketchUp-Tutorials zu Randbedingungen gezeigt wird. Nach der Behebung dieser Probleme blenden wir die temporäre Geometrie aus und entfernen die Konstruktionshilfslinien. Nun stellen wir fest, dass die Schattierung noch fehlt und hinzugefügt werden muss. Um die Schattierung hinzuzufügen, zeichnen wir eine 15 Meter lange Hilfslinie entlang der blauen Achse und verlängern eine Linie von der Dachkante nach außen. Mit dem Werkzeug „Verschieben“ (Strg) wird diese Linie kopiert, um die Schattierungsprojektion zu erstellen. Anschließend erstellen wir mit dem Werkzeug „Schattierungsflächengruppe“ eine neue Schattierungsflächengruppe und platzieren diese entlang der Dachkante. Durch Doppelklicken in die Schattierungsgruppe wird die Schattierungsgeometrie nachgezeichnet und der Bearbeitungsmodus beendet. Mit der Option „Nach Oberflächentyp rendern“ lässt sich die Schattierungsausrichtung überprüfen. Die sonnenbeschienene Seite sollte dunkelviolett, die beschattete Seite hellviolett erscheinen. Ist die Schattierung umgekehrt, wird das Objekt bearbeitet und die Funktion „Flächen umkehren“ zur Korrektur verwendet. Anschließend enthält das Modell ein Satteldach und Schattierungsflächen. Das OpenStudio-Modell wird gespeichert und in der OpenStudio-Anwendung über „Datei“ → „Auf gespeicherte Version zurücksetzen“ wieder geöffnet. Die Überprüfung des Geometrie-Tabs bestätigt die Änderungen am Modell, wobei einige Dachflächen aufgrund verbundener Geometrie unterteilt sein können. OpenStudio meldet möglicherweise Warnungen zu doppelten Zeichenschnittstellen oder potenziell doppelten Flächen (z. B. Fläche 11, 15 und 16 oder Fläche 3, 2 und 96). Diese Probleme werden vermerkt und das Modell unter einer neuen Versionsnummer gespeichert. Anstatt diese direkt in SketchUp zu korrigieren – was aufgrund bekannter Fehler unzuverlässig sein kann – öffnen wir die OSM-Datei direkt und löschen die problematischen Flächen manuell. Nach dem Speichern wird das Modell in SketchUp neu geladen. Beim Neuladen meldet SketchUp möglicherweise, dass einige Flächen ihre zugehörigen Randbedingungen verloren haben und in Außenflächen umgewandelt wurden. Diese Änderungen werden übernommen. Anschließend doppelklicken wir in die betroffenen Bereiche und löschen überflüssige Flächen und Liniensegmente, die nicht mit aktiver Geometrie verbunden sind. Mithilfe des Befehls „Einblenden“ wird verborgene Geometrie sichtbar, die möglicherweise korrigiert werden muss. Einige Dachflächen erscheinen unter Umständen geteilt, und unnötige Linien werden entfernt. Aufgrund von Toleranzunterschieden zwischen SketchUp und OpenStudio kann die Geometriebearbeitung gelegentlich zu Fehlern führen.Sollten weiterhin Probleme auftreten, empfiehlt es sich, die betroffene Dachgeometrie zu löschen und sorgfältig neu zu erstellen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Ableitungen mit den korrekten Achsen und aktiven Geometriekanten übereinstimmen. Nach dem Wiederaufbau des Daches überprüfen wir die Randbedingungen erneut und passen gegebenenfalls alle Oberflächen an. Mithilfe eines Schnitts wird die korrekte Anpassung aller Oberflächen bestätigt. Nach der Überprüfung wird das Modell gespeichert und in OpenStudio wieder geöffnet. Die Registerkarte „Geometrie“ bestätigt die korrekte Geometrie. Anschließend wird das Modell ausgeführt, um eine erfolgreiche Simulation sicherzustellen. Nach Abschluss der Simulation werden die Ergebnisse ausgewertet und die Energieeffizienz des ursprünglichen Flachdachmodells mit der des aktualisierten Schrägdachmodells mit Verschattung verglichen. Die Auswertung der Berichte zeigt, dass Version 22 (das quadratische Gebäude) einen jährlichen Energieverbrauch von 375.155 kBtu mit einem EUI-Wert von 64,57 aufweist. Das aktualisierte Modell mit Schrägdach und Verschattung weist einen Energieverbrauch von 378.217 kBtu und einen EUI-Wert von 65,10 auf. Dies deutet darauf hin, dass das Schrägdach mit Beschattung den Gesamtenergieverbrauch leicht erhöht hat. Damit ist die Demonstration zur Geometriebearbeitung und zum Hinzufügen von Schattierungsflächen mit SketchUp abgeschlossen. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren.
23. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio - SketchUp-2
In diesem Video werden wir einige grundlegende Funktionen zur Erstellung, Visualisierung und Bearbeitung der Modellgeometrie in SketchUp vorstellen. Dazu gehören: Neues OpenStudio-Modell über den Assistenten erstellen, EnergyPlus IDF importieren/exportieren, Neuer Raum, Neue Schattierungsflächengruppe, Neue Trennwandflächengruppe, Flächenanpassung, Attribute für ausgewählte Räume festlegen, Räume aus Diagramm erstellen, Lose Geometrie projizieren, Inspektor, Flächen suchen, Info-Werkzeug, Fehler und Warnungen anzeigen, OpenStudio starten, Online-Hilfe für OpenStudio, Rendern nach Flächentyp, Rendern nach Randbedingung, Rendern nach Konstruktion, Rendern nach Raumtyp, Rendern nach thermischer Zone, Rendern nach Gebäudegeschoss, Rest des Modells ausblenden, Ausgeblendete Geometrie anzeigen, Modell im Röntgenmodus anzeigen und Dialogfeld „Schatteneinstellungen“ anzeigen.
Wir bearbeiten nun die Gebäudegeometrie mit SketchUp. In diesem Fall verwenden wir SketchUp Make 2017, das damals kostenlos war. Obwohl es nicht mehr offiziell unterstützt wird, steht es weiterhin zum Download bereit. Zukünftig ist es möglicherweise nicht mehr verfügbar oder kostenlos. Vor Beginn entfernen wir alle unnötigen Objekte aus dem Arbeitsbereich. Um SketchUp mit OpenStudio zu verwenden, muss die OpenStudio SketchUp-Erweiterung installiert sein. Dies kann unter „Fenster“ → „Erweiterungsmanager“ überprüft werden; dort sollte die OpenStudio-Erweiterung als installiert angezeigt werden. Weitere Informationen zur Installation und Verwendung dieser Erweiterung finden Sie an anderer Stelle. Als Nächstes öffnen wir die OpenStudio-Modelldatei in SketchUp. Die Gebäudegeometrie wird in diesem Stadium als einfaches Blockobjekt angezeigt, so wie FloorspaceJS Modelle initial erstellt. Für die Bearbeitung komplexerer Geometrien ist SketchUp das bevorzugte Werkzeug. Zunächst legen wir einen Maßstab fest, indem wir eine Referenzlinie von 50 Fuß zeichnen. Anschließend importieren wir die Zeichnung der Ostansicht und legen sie über die Ostseite des Gebäudes. Diese Ansicht wird an die 50-Fuß-Referenzlinie angepasst. Eine vertikale Linie wird von der Dachmitte bis zum ungefähren Dachfirst gezogen und zu beiden Seiten nach unten verlängert. Sobald der Dachumriss steht, werden die Hilfslinien gelöscht. Der Dachumriss wird ausgewählt und mithilfe des Verschieben-Werkzeugs (Strg-Taste gedrückt halten) kopiert und auf die gegenüberliegende Gebäudeseite eingefügt. Nachdem die Dachumrisse auf beiden Seiten erstellt wurden, verwenden wir Hilfslinien, um das Zeichnen zu erleichtern und überflüssige Flächen zu entfernen. Durch Doppelklicken in den Bereich können wir direkt mit der Geometrie arbeiten. Wir teilen die Dachfläche in zwei Abschnitte, wählen die Firstkante aus und heben sie mit dem Verschieben-Werkzeug an. Falls sich die Kante nicht korrekt nach oben bewegt, kann durch Drücken der Alt-Taste die Achsenreferenz geändert und so eine vertikale Bewegung ermöglicht werden. Dadurch entsteht der Dachfirst für eine Gebäudeseite. Während dieses Vorgangs können unbeabsichtigte Flächen entstehen, die wir vorübergehend ausblenden. Mithilfe des Verschieben-Werkzeugs richten wir diese Flächen an den korrekten Dachkanten aus. Dieser Vorgang wird für alle anderen Dachflächen des Gebäudes wiederholt. Beim Verschieben von Kanten können zusätzliche Flächen entstehen. Sobald die Flächen planar sind, lassen sich die überflüssigen Linien löschen, um die Geometrie zu bereinigen. Nachdem die Dachgeometrie fertiggestellt ist, überprüfen wir, ob alle Oberflächenrandbedingungen noch korrekt sind. Wir wechseln zur Ansicht „Rendern nach Randbedingung“, um zu bestätigen, dass die Flächen ihre korrekten Referenzen beibehalten haben. Mit dem Werkzeug „Schnittebene“ werden die Innenflächen untersucht. Bei einigen Flächen kann die Übereinstimmung der Randbedingungen verloren gehen, was sich durch eine blaue Färbung zeigt. Diese Probleme lassen sich manuell beheben, wie in anderen OpenStudio SketchUp-Tutorials zu Randbedingungen gezeigt wird. Nach der Behebung dieser Probleme blenden wir die temporäre Geometrie aus und entfernen die Konstruktionshilfslinien. Nun stellen wir fest, dass die Schattierung noch fehlt und hinzugefügt werden muss. Um die Schattierung hinzuzufügen, zeichnen wir eine 15 Meter lange Hilfslinie entlang der blauen Achse und verlängern eine Linie von der Dachkante nach außen. Mit dem Werkzeug „Verschieben“ (Strg) wird diese Linie kopiert, um die Schattierungsprojektion zu erstellen. Anschließend erstellen wir mit dem Werkzeug „Schattierungsflächengruppe“ eine neue Schattierungsflächengruppe und platzieren diese entlang der Dachkante. Durch Doppelklicken in die Schattierungsgruppe wird die Schattierungsgeometrie nachgezeichnet und der Bearbeitungsmodus beendet. Mit der Option „Nach Oberflächentyp rendern“ lässt sich die Schattierungsausrichtung überprüfen. Die sonnenbeschienene Seite sollte dunkelviolett, die beschattete Seite hellviolett erscheinen. Ist die Schattierung umgekehrt, wird das Objekt bearbeitet und die Funktion „Flächen umkehren“ zur Korrektur verwendet. Anschließend enthält das Modell ein Satteldach und Schattierungsflächen. Das OpenStudio-Modell wird gespeichert und in der OpenStudio-Anwendung über „Datei“ → „Auf gespeicherte Version zurücksetzen“ wieder geöffnet. Die Überprüfung des Geometrie-Tabs bestätigt die Änderungen am Modell, wobei einige Dachflächen aufgrund verbundener Geometrie unterteilt sein können. OpenStudio meldet möglicherweise Warnungen zu doppelten Zeichenschnittstellen oder potenziell doppelten Flächen (z. B. Fläche 11, 15 und 16 oder Fläche 3, 2 und 96). Diese Probleme werden vermerkt und das Modell unter einer neuen Versionsnummer gespeichert. Anstatt diese direkt in SketchUp zu korrigieren – was aufgrund bekannter Fehler unzuverlässig sein kann – öffnen wir die OSM-Datei direkt und löschen die problematischen Flächen manuell. Nach dem Speichern wird das Modell in SketchUp neu geladen. Beim Neuladen meldet SketchUp möglicherweise, dass einige Flächen ihre zugehörigen Randbedingungen verloren haben und in Außenflächen umgewandelt wurden. Diese Änderungen werden übernommen. Anschließend doppelklicken wir in die betroffenen Bereiche und löschen überflüssige Flächen und Liniensegmente, die nicht mit aktiver Geometrie verbunden sind. Mithilfe des Befehls „Einblenden“ wird verborgene Geometrie sichtbar, die möglicherweise korrigiert werden muss. Einige Dachflächen erscheinen unter Umständen geteilt, und unnötige Linien werden entfernt. Aufgrund von Toleranzunterschieden zwischen SketchUp und OpenStudio kann die Geometriebearbeitung gelegentlich zu Fehlern führen.Wir werden nun einige Grundlagen der Verwendung der SketchUp OpenStudio-Erweiterung erläutern. Zunächst öffnen wir SketchUp. Hierfür stehen zwei Optionen zur Verfügung. Die ältere Version, SketchUp Make 2017, ist kostenlos und kann weiterhin zum Erstellen und Bearbeiten von Geometrien mit OpenStudio verwendet werden, sofern die SketchUp 2017-Erweiterung mit der verwendeten OpenStudio-Version kompatibel ist (z. B. OpenStudio 2.9.1). Alternativ können Sie Geometrien mit SketchUp 2017 Make erstellen und diese anschließend in die neueste Version von OpenStudio importieren. Beachten Sie jedoch, dass Sie das Modell nach diesem Vorgang nicht mehr mit SketchUp 2017 Make bearbeiten können. In dieser Demonstration verwenden wir die jeweils aktuellsten Versionen von OpenStudio und SketchUp. Wir öffnen SketchUp 2020 und erstellen ein neues, einfaches Modell. An dieser Stelle geben wir einen kurzen Überblick über einige grundlegende Symbole und Funktionen. Eine detailliertere Beschreibung der erweiterten Werkzeuge folgt später. Um ein Modell zu erstellen, klicken wir auf das Symbol „Neues OpenStudio-Modell aus dem Assistenten“. Wir speichern das aktuelle Modell nicht. Dieser Assistent erstellt ein OpenStudio-Modell mithilfe integrierter Vorlagen. OpenStudio enthält Vorlagen, die Konstruktionstypen, Materialien und Raumtypen definieren. Wir wählen ein Bürogebäude mit einer Bauordnung von 2010, da dies die aktuellste verfügbare Vorlage ist. Alle Vorlagenoptionen bleiben aktiviert, und wir klicken auf OK. Zunächst wird möglicherweise eine Meldung angezeigt, dass das Modell leer ist, obwohl Raumtypen und Konstruktionssätze vorhanden sind. Um die Erstellung zu überprüfen, öffnen wir das Inspektionstool. Wir sehen, dass 13 Raumtypen sowie ein Konstruktionssatz erstellt wurden. Einige Konstruktionen wie Böden, Wände und Dächer erscheinen jedoch aufgrund eines vorübergehenden Problems mit dem Assistenten möglicherweise leer. Um dies zu beheben, löschen wir die Tabellen und Konstruktionssätze und führen den Vorlagengenerator erneut aus (Erweiterungen → Benutzerskripte → Vorlagengeneratoren bei Bedarf → Assistent für Raumtypen und Konstruktionssätze). Nach dem erneuten Ausführen des Assistenten zeigt das Modell korrekt 13 Raumtypen und einen Konstruktionssatz mit den Standardkonstruktionen für Böden, Wände und Dächer an. Nachdem die Vorlage geladen ist, zeichnen wir den Grundriss. Mit dem Rechteck-Werkzeug klicken wir auf den Ursprung und zeichnen einen 6,1 m × 6,1 m großen Bereich mit exakten Maßen. Wir kopieren und fügen diesen ein, um mehrere Räume zu erstellen und einen weiteren Raum dahinter hinzuzufügen, um den Grundriss zu vervollständigen. Nachdem wir den gesamten Grundriss ausgewählt haben, klicken wir auf die Schaltfläche „Räume aus Diagramm erstellen“. Dadurch werden die Räume mit einer Standard-Geschosshöhe von 3 m nach oben extrudiert. Wir wählen ein einzelnes Geschoss aus und klicken auf OK, wodurch drei separate Räume entstehen. Um einen weiteren Raum, z. B. einen Geräteschuppen, hinzuzufügen, klicken wir auf die Schaltfläche „Neuer Raum“ und platzieren ihn an der Gebäudeecke. Durch Doppelklicken wechseln wir in den Bearbeitungsmodus und verwenden die Zeichenwerkzeuge von SketchUp, um einen kleinen rechteckigen Bereich zu erstellen. Mit dem Zieh- und Schiebewerkzeug extrudieren wir ihn auf eine Höhe von ca. 2,4 m. Nach Verlassen des Bearbeitungsmodus passen wir die Höhe mithilfe der Zieh- und Schiebefunktion und der angrenzenden Fläche an das Dach an. Damit ist der Abstellraum fertiggestellt. Dies zeigt, wie Räume entweder anhand eines Grundrissdiagramms oder einzeln über die Schaltfläche „Neuer Raum“ erstellt werden können. Als Nächstes betrachten wir weitere grundlegende Schaltflächen der OpenStudio-Werkzeugleiste. Mit der Schaltfläche „OpenStudio-Modell öffnen“ können Sie ein vorhandenes, in der OpenStudio-Anwendung erstelltes Modell öffnen. Die Schaltfläche „OpenStudio-Modell speichern“ ist wichtig: Wenn Sie in SketchUp arbeiten, müssen Sie diese Schaltfläche verwenden, um das OpenStudio-Modell zu speichern, da die reguläre SketchUp-Speicherfunktion nur die SketchUp-Datei speichert. Die Schaltfläche „Speichern unter“ funktioniert wie erwartet. Es gibt außerdem Optionen zum Importieren von EnergyPlus-IDF-Dateien in SketchUp oder zum Exportieren des OpenStudio-Modells als IDF-Datei für die Verwendung in EnergyPlus. Anschließend betrachten wir die Schaltfläche „Neue Beschattungsflächengruppe“. Mit diesem Werkzeug erstellen Sie Beschattungsobjekte. Durch Klicken auf die Schaltfläche und anschließendes Doppelklicken zum Bearbeiten zeichnen wir eine Beschattungsfläche, die sich vom Gebäude nach außen erstreckt. Wenn die Schattenfläche in die falsche Richtung zeigt, können wir sie per Rechtsklick und „Flächen umkehren“ korrigieren. Die korrekte Ausrichtung zeigt die sonnenbeschienene Seite dunkelviolett an. Nach der Überprüfung löschen wir die Schattenfläche vorerst. Als Nächstes untersuchen wir das Werkzeug „Neue Trennflächengruppe im Innenraum“. Damit lassen sich Trennwände wie Kabinen oder Möbelstücke erstellen. Wir blenden die Decke aus, erstellen eine neue Trennflächengruppe und zeichnen Trennwände mithilfe von Linien und dem Zieh-/Drückwerkzeug. Diese Trennwände können für Lichtberechnungen verwendet werden, da sie den Lichteinfall, die Blendung und die Beschattung in einem Raum beeinflussen. Ihnen können außerdem Konstruktionstypen zugewiesen und sie als thermische Masse genutzt werden, die im Laufe des Tages Wärme absorbiert und wieder abgibt. Mehrere Trennwände können nach Bedarf erstellt, verschoben, gedreht und dupliziert werden. Alternativ unterstützt OpenStudio auch eine vereinfachte interne thermische Masse, ohne Trennwände explizit zu modellieren. Anschließend stellen wir die Decke wieder her.
24. Wärmepumpen-Warmwassersystem hinzufügen
In diesem Video erklären wir, wie man eine Wärmepumpen-Warmwasseranlage in den Warmwasserkreislauf eines Gebäudes integriert.
In dieser Folge ersetzen wir einen vorhandenen 100-Gallonen-Elektroboiler (12 kW) in einer Feuerwache durch eine Wärmepumpen-Warmwasseranlage. Das neue System nutzt eine Wärmepumpe zum Heizen bei milden Temperaturen und verfügt über elektrische Heizelemente als Backup für extreme Bedingungen. Die Wärmepumpen-Warmwasseranlage muss in OpenStudio in einer thermischen Zone platziert werden und befindet sich daher in der Fahrzeughalle (thermische Zone 101). Aus der Bibliothek wird ein „Warmwasserbereiter: Wärmepumpe, ummantelter Kondensator“ zur Zonenausstattung hinzugefügt und umbenannt. Der zugehörige Schichtspeicher wird anschließend über „Mein Modell“ in den Warmwasserkreislauf integriert. Zunächst bleiben sowohl der ursprüngliche Elektroboiler als auch die Wärmepumpen-Warmwasseranlage im Kreislauf, um die Leistung vergleichen zu können. Das Lastverteilungsschema des Kreislaufs wird von optimal auf sequenziell umgestellt, und die Reihenfolge der Heizgeräte wird getauscht, sodass die Wärmepumpen-Warmwasseranlage Vorrang vor dem herkömmlichen Elektroboiler hat. Nach dem Ausführen des Modells zeigen die EnergyPlus-Berichte einen reduzierten jährlichen Energieverbrauch mit der Wärmepumpen-Warmwasseranlage im Vergleich zum vorherigen Elektroboiler. Der Stromverbrauch der Wassersysteme sinkt merklich, was die Energieeinsparungen durch die Wärmepumpen-Warmwasseranlage bestätigt. Um die korrekte Konfiguration des Systems sicherzustellen, werden die Parameter des Warmwasserspeichers überprüft und an die Herstellerangaben angepasst: Das Speichervolumen wird auf 119 Gallonen, die Höhe auf ca. 5,9 Fuß und die Heizleistung auf zwei 6-kW-Heizelemente mit einer Gesamtleistung von 12 kW eingestellt. Die Heizsteuerung ist auf simultanen Betrieb eingestellt, sodass beide Heizelemente bei Bedarf gleichzeitig arbeiten können. Die Solltemperaturen werden mit entsprechenden Hysteresezonen auf 120 °F gehalten, und die Eigenverbrauchslasten werden auf Standardwerten belassen, um die Bordelektronik abzubilden. Die thermische Zonenkonfiguration ermöglicht die Kopplung der Umgebungsbedingungen des Speichers an den Geräteraum. Es wird angenommen, dass die Wärmeverluste vollständig an die Zone übertragen werden, und die Durchflussmengen auf der Verbrauchs- und der Erzeugungsseite werden automatisch angepasst. Anschließend wird der Kompressor anhand der Leistungsdaten des Herstellers konfiguriert, einschließlich Nennheizleistung, Leistungszahl, Verdampfer- und Kondensatorbedingungen sowie Betriebstemperaturgrenzen (20 °F bis 110 °F). Der Verdampfer saugt Luft ausschließlich aus dem Heizraum an, wodurch die Wärmepumpen-Warmwasseranlage den Geräteraum beim Entzug von Wärme leicht kühlt. Die Steuerung der Zusatzheizung ist so konfiguriert, dass sie sich gegenseitig ausschließt, um den Kompressorbetrieb im Effizienzmodus zu priorisieren. Die Heizelemente werden nur bei Bedarf zugeschaltet. Abschließend wurden Ausgabevariablen hinzugefügt, um die Leistung der Wärmepumpen-Warmwasseranlage zu visualisieren, darunter der Stromverbrauch des Kompressors, die gesamte Warmwasserleistung und die Verdampferkühlleistung. Simulationsergebnisse bestätigen, dass der Kompressorbetrieb dem Warmwasserbedarf entspricht: Er steigt während der Nutzungszeiten und sinkt über Nacht. Die Auswirkungen auf die Raumtemperatur sind aufgrund des großen Raums und der relativ kleinen Wärmepumpe minimal. Der Vergleich mit dem Ausgangswert bestätigt die Gesamtenergieeinsparung und validiert die Integration der Wärmepumpen-Warmwasseranlage in das Warmwassersystem. Damit ist die Installation und Verifizierung des Wärmepumpen-Warmwasserbereiter-Modells abgeschlossen.
25. Gebäudeenergiemodellierung in OpenStudio – Zusammenfassung der Ergebnisse
In diesem Video zeigen wir Ihnen, wie Sie verschiedene Berichte von OpenStudio und EnergyPlus einbinden, darauf zugreifen und darin navigieren können. Außerdem gehen wir kurz auf einige der in den Berichten enthaltenen Informationen ein.
Nun besprechen wir kurz die Berichte. Schauen wir uns zunächst den Tab „Messungen“ an. Eine Sache, die ich letztes Mal vergessen habe zu erwähnen, sind die OpenStudio-Ergebnis-Messungen, falls Sie diese noch nicht installiert haben. Neben benutzerdefinierten Berichten können Sie zwei verschiedene Berichte ausgeben lassen. Diese eignen sich gut als Standardberichte für den Anfang. Der EnergyPlus-Ausgabebericht wird automatisch generiert, daher müssen wir hier keine Messung hinzufügen. Sie sehen ja bereits, dass wir einen zusätzlichen Diagnosebericht ausgegeben haben. Es gibt auch einen OpenStudio-Ergebnisbericht, den Sie in der Gebäudekomponentenbibliothek (BCL) online finden. Wenn Sie im Dropdown-Menü „Berichterstellung“ unter „QA/QC“ die OpenStudio-Ergebnis-Messungen per Drag & Drop an die gewünschte Stelle ziehen können. Falls Sie diese noch nicht haben, finden Sie sie in der Gebäudekomponentenbibliothek, indem Sie auf die Schaltfläche „Messungen in BCL suchen“ klicken, wie wir es bereits in früheren Beispielen besprochen haben. Als Nächstes wechseln wir zum Tab „Ergebnisübersicht“ auf der linken Seite. Für dieses Modell wurden zwei verschiedene Ergebnisberichte erstellt: die OpenStudio-Ergebnisse und die EnergyPlus-Ergebnisse. Sie können den gewünschten Bericht im Dropdown-Menü oben auswählen. Beide Berichte werden als HTML-Dateien erstellt. Navigieren Sie zum OpenStudio-Projektordner, öffnen Sie ihn und gehen Sie zum Ordner „Berichte“. Dort finden Sie sowohl den EnergyPlus-Bericht als auch den OpenStudio-Ergebnisbericht. Öffnen wir nun den OpenStudio-Ergebnisbericht, der sich in einem Standard-Webbrowser öffnet. Der OpenStudio-Ergebnisbericht fasst viele Informationen zum Energiemodell zusammen. Er ist zwar nicht so umfassend wie der EnergyPlus-Bericht, aber etwas übersichtlicher. Er beginnt mit einer Zusammenfassung der Gebäudeinformationen, gefolgt von einer Wetterübersicht und den Auslegungstagen für den Dimensionierungszeitraum. Diese beziehen sich auf die Auslegungsdatei, die zu Beginn des Modells eingegeben wurde, und die Annahmen für die automatische Dimensionierung der Anlagen. Anschließend folgt eine Zusammenfassung der nicht erfüllten Betriebsstunden. Dieser Abschnitt ist besonders empfehlenswert. Nicht erfüllte Betriebsstunden in Ihrem Gebäude können auf Probleme mit der Anlagendimensionierung, den Raumlasten oder sich überschneidenden Zeitplänen hinweisen. Die Toleranz für nicht erfüllte Betriebsstunden gibt die Toleranz an, die für die Meldung dieser Stunden verwendet wird. Weitere Details finden Sie im Abschnitt „Zonenbedingungen“ des Inhaltsverzeichnisses. Dort werden links die Stunden mit unzureichender Heizleistung und rechts die Stunden mit unzureichender Kühlleistung angezeigt. Diese Tabelle zeigt die Temperaturschwankungen in den Räumen über das Jahr. Wenn ein Raum, wie beispielsweise die thermische Zone 103, über eine bestimmte Anzahl von Stunden unter den Heizsollwert fällt, gilt dies als Stunde mit unzureichender Heizleistung, insbesondere wenn dies während der Nutzungszeiten geschieht. Im Anschluss an diese Stunden bietet der Bericht eine Jahresübersicht mit Tabellen zum Endverbrauch von Geräten, Energie, Strom und Gas sowie monatliche Übersichtstabellen für Strom und Erdgas. Die Fernwärme- und Fernkälteversorgung wird hier ebenfalls aufgeführt, da den thermischen Zonen ideale Luftlasten zugewiesen wurden, die von einer unbegrenzten Heiz- und Kühlleistung ausgehen. Im weiteren Verlauf des Berichts sehen Sie die monatlichen Spitzenlasten für Strom und Erdgas sowie für Fernwärme und Fernkälte. Da keine Versorgungsrechnungen eingegeben wurden, werden keine Kosteninformationen angezeigt. Der Bericht enthält anschließend eine Zusammenfassung der Gebäudefläche und eine Aufschlüsselung der Raumtypen, die die Verteilung der verschiedenen Raumtypen im Gebäude zeigt. Beispielsweise nimmt die Gerätehalle etwa 39 % der Gebäudefläche ein. Beim Scrollen nach unten werden in der Raumübersicht Informationen zu Personen, Beleuchtung, Luftinfiltration und Belüftung sowie Statistiken zur Innenbeleuchtung, Steckdosenlasten und Außenbeleuchtung, einschließlich der zuvor hinzugefügten astronomischen Uhr, angezeigt. Die HLK-Lastprofile zeigen die monatlichen Heiz- und Kühllasten im Vergleich zur Außentemperatur, und die Zonenbedingungen geben die Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche an. Weitere Tabellen enthalten die Zonenübersicht, Außenluftstatistiken, Zusammenfassungen der Standort- und Quellenergie sowie Zeitpläne. Der EnergyPlus-Ergebnisbericht bietet schließlich all diese Informationen und viele weitere Details, die über den Link im Inhaltsverzeichnis zugänglich sind, für Benutzer, die das Modell eingehender erkunden möchten. Vielen Dank. Bitte liken und abonnieren!