SMART CITY - MIKROQUARTIERE

Energie- und lebensqualitätsoptimierte Planung und Modernisierung von Smart City-Quartieren

Modellierung und Optimierung der erneuerbaren Energieversorgung

Da es derzeit auf dem Markt keine Simulationssoftware gibt, die alle erwünschten energetischen Parameter auf Mikroquartiers-Ebene ausgibt, werden unterschiedliche softwarebasierte Simulationswerkzeuge eingesetzt. Die MQ-Varianten sind in SketchUp gezeichnet und die Simulationstools sollten – um den Arbeitsaufwand zu begrenzen – mit diesem Format kompatibel sein.
Die Simulationsergebnisse zeigen die Auswirkungen unterschiedlicher Nachverdichtungsszenarien auf den resultierenden Energiebedarf, die untersuchten Lebensqualitätsparameter und das lokale Potential an erneuerbarer Energieerzeugung auf.
Die Energiebedarfe eines Längs- und eines Eckgebäudes (im Mikroquartier Blockrandbebauung) werden durch thermische Simulationen mit einem TRNSYS Mehrzonenmodell ermittelt. Dabei werden unterschiedliche Baustandards (Bestand, OIB Mindestanforderungen und Passiv-hausstandard) sowie vier verschiedene Orientierungen berücksichtigt. Die Hochrechnung des Energiebedarfs für das gesamte Mikroquartier erfolgt durch Hochrechnung über die BGF.
Das lokal zur Verfügung stehende erneuerbare Erzeugungspotential (Solarthermie, Photovoltaik, Erdwärme/kälte, Grundwasserwärme/kälte, Außenluft etc.) wird in verschiedenen Varianten simuliert und dem jeweiligen Energiebedarf gegenübergestellt. Das aktive solare Potential wird in zwei Varianten betrachtet, von Standard Dach bis maximal, d.h. inklusive Vordächer und geeigneten Fassaden. Die kumulierte solare Einstrahlung auf die unterschiedlichen Flächen eines MQ ist in Abbildung 1 für ein Jahr dargestellt.

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Abb. 1: Solares Potential des Mikroquartiers (Simulationsergebnisse PVsites)

Varianten der Bedarfsberechnungen und das Deckungspotential an Erneuerbaren Energien sind in Abbildung 2 dargestellt. Dadurch können für die unterschiedlichen Varianten Aussagen zu den erzielbaren Energie-Autonomiegraden getroffen werden.

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Abb. 2: Varianten Endenergiebedarf und Deckungsszenarien für MQ Blockrand

Eingesetzte Simulationstools

  • Sefaira Plugin für Sketchup Modelle zur Tageslichtbewertung und direkte Besonnungsdauer
  • PVsites für dynamische Strahlungswerte, potenzielle PV/ST-Flächen und resultierende Energieerträge
  • TRNSYS Mehrzonenmodell: Auf der Grundlage Nutzungsprofile und Einstrahlung werden Bedarfs- und Deckungsprofile berechnet.

Zusätzlich werden die einzelnen Varianten primärenergetisch (Betrieb und Gesamt) und anhand der Lebenszykluskosten bewertet.

Jens Leibold, IBO