Entwicklung einer objektorientierten Modellbibliothek zur Ermittlung und Optimierung des hygrothermischen und hygienischen Komforts in Räumen

Abstract

Die Entwicklung energetisch optimierter Lüftungsstrategien für feuchtebedingte Probleme bzw. die Planung und die Sanierung energiesparender Gebäude benötigt eine genaue Kenntnis über das hygrothermische Bauteil- und Gebäudeverhalten. Diese Fragestellungen können vor dem eigentlichen messtechnischen Ausführen mit Hilfe von Simulationstools beantwortet werden. Die Komplexität solcher Fragestellungen führt zu komplexen Modellen, die schnell unüberschaubar werden können, wenn nicht geeignete Beschreibungsmittel verwendet werden. Modellierungssprachstandards wie Modelica ermöglichen aufgrund ihrer generischen Konzepte, wie beispielsweise Klassenprinzip, Vererbungsprinzip, Aggregationsprinzip und Polymorphie, solche komplexen Systeme in einfache Teilsysteme zu zerlegen, diese zu verifizieren und dann wieder zusammenzuführen.

In der Forschung existieren bisher keine generischen Simulationstools zur Bauteil- und Gebäudesimulation, die eine hygrothermische Analyse mit starken Wechselwirkungen zwischen Bauteilverhalten, Gebäudehülle, Gebäudenutzung sowie dem Raumklima ermöglichen.

Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Entwicklung einer flexiblen objektorientierten hygrothermischen Modellbibliothek, basierend auf der Modellierungssprache Modelica, für die Simulation und die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Raumklima, Bauteilverhalten, Gebäudehülle sowie Gebäudenutzung. Diese Modellbibliothek soll für die Entwicklung eines energetisch optimierten, bedarfsgeregelten Lüftungssystems zur Minimierung des Risikos der Schimmelpilzbildung unter Einhaltung eines hygrothermischen und hygienischen Komforts eingesetzt werden. Die Komponenten- bzw. Modellbibliothek soll in exemplarischen Konfigurationen simulativ sowie experimentell validiert werden.

The development of ventilation strategies for moisture problems, the reduction of the heating and cooling demands, the guarantee of thermal, hygric and hygienic comfort in building construction as well as the performance and the durability of building components are questions which are related to the strong interactions between the climate conditions, the building components and the building envelope. These questions can be answered with the help of efficient building simulation tools before building planning, building design, or building rehabilitation.

Until now, models which use the generic concepts of object-oriented modeling language standards like Modelica for the simulation of the hygrothermal analysis of the interactions between building components and building envelope are missing in building physics.

In this thesis, the advantages of the generic concepts of Modelica are used to develop a flexible building physics library for the simulation of the hygrothermal behavior of building components and building envelope under unsteady conditions. This model library is validated and is used to develop a controlled ventilation system to minimize the risk of mould growth while preventing hygrothermal and hygienic discomfort in building rooms