Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 1997.

Nürnberg, University, Diss., 2004--Erlangen.

No description available.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Thesis (doctoral)--Universität Stuttgart, 1995.

Stuttgart, Univ., Diss., 1999.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2000

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie ein Gebäude- und Anlagensimulationsprogramm mit bekannten Optimierungsalgorithmen gekoppelt und zur theoretischen Lösung optimaler Steuer- und Regelprobleme in der Gebäudetechnik eingesetzt werden kann. Theoretische Optimallösungen erlauben im Sinne eines optimalen Vergleichsprozesses die Bewertung praktisch anderweitig umsetzbarer Steuerungs- und Regelungsmechanismen. Die im Hinblick auf ein gewähltes Gütekriterium erforderliche Notwendigkeit zur Verbesserung von vorhandenen Steuerungs- und Regelungsszenarien sowie die theoretisch maximal erreichbaren Extremwerte lassen sich leicht abschätzen.

Thema der vorliegenden Arbeit ist die systematische Aufbereitung des Variantenvergleichs heizungstechnischer Systeme am Beispiel einer Neubauplanung für ein Mehrfamilienhaus mithilfe der Methode der multikriteriellen Entscheidungsunterstützung. Ziel der Arbeit ist es, im Rahmen einer Fallstudie sowohl die Methode der multikriteriellen Entscheidungsunterstützung als auch Simulationsmodelle für die Gebäude- und Anlagenplanung in den Auswahlprozess eines Heizungssystems in frühen Planungsphasen zu integrieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Ermittlung ausgewählter ökonomischer und ökologischer Kennwerte für die heizungstechnischen Systeme unter Einbindung einer Gebäudeenergiesimulation sowie einer dynamischen anlagentechnischen Simulation. Basierend auf der erstellten Fallstudie werden Herausforderungen bei der Einbindung von multikriterieller Entscheidungsunterstützung und den verwendeten Simulationsmodellen analysiert. Relevant ist diese Arbeit für die Auswahl eines geeigneten Gebäudeentwurfs sowie Heizungssystems im Planungsprozess von Auftraggeber, Objektplaner, Bauphysiker und TGA-Fachplaner. Die Fokussierung auf frühe Planungsphasen ist von besonderer Bedeutung, da der Aufwand von Änderungen im Planungsprozess geringer ist, je früher eine Festlegung auf eine Planungsvariante erfolgt. Die Erstellung der Fallstudie bezieht sich auf ein fiktives Mehrfamilienhaus in Deutschland, für das sechs ausgewählte heizungstechnische Systeme gegenübergestellt werden. In der Fallstudie wird eine strukturierte Vorgehensweise für die Aufbereitung des Variantenvergleichs vorgestellt. Dies umfasst die Definition der Zielstellung, der verglichenen Alternativen und zugehörigen Vergleichskriterien, die Festlegung der Kriteriengewichtung sowie die Bestimmung der Kriterienausprägungen für die Eignungsbewertung der Systemalternativen. Abschließend wird der Einfluss von Unsicherheiten bei der Parametrisierung mithilfe einer Sensitivitätsanalyse veranschaulicht. Die Auswahl der im Rahmen der Fallstudie aufgetretenen Herausforderungen erfolgt anhand ausgewählter Gütekriterien, die im Hinblick auf vergleichbare Studien sowie bekannte entscheidungstheoretische und techno-ökonomische Wirkungszusammenhänge diskutiert werden. Zur Verdeutlichung der praktischen Relevanz und Anwendbarkeit der in dieser Arbeit demonstrierten Methodik erfolgt die Vorstellung eines durch den Autor dieser Arbeit erstellten Tools. Dieses Tool ermöglicht die Verwertung von Simulationsergebnissen im Rahmen der multikriteriellen Entscheidungsanalyse. Im Fallbeispiel wird das Tool zur Bestimmung der Gesamtkosten, der CO2-Emissionen und des nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarfs der verglichenen Heizungssysteme zum Einsatz gebracht. Im Ergebnis zeigt diese Arbeit die Potentiale und Herausforderungen der Anwendung der multikriteriellen Entscheidungsunterstützung für die Auswahl heizungstechnischer Systeme in frühen Planungsphasen auf. Die vorgestellte Methodik, die zugehörige Toolkette sowie die zusammengetragenen Informationsquellen für die Parametrisierung der Berechnungsmodelle können im Rahmen zukünftiger Bauprojekte praktisch verwertet werden. Die Arbeit leistet somit sowohl einen Beitrag zur Weiterentwicklung des frühen Planungsprozesses als auch zur von der Bundesregierung geplanten Energiewende in der Wärmeversorgung von Gebäuden.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ausgangspunkt 1.3 Erläuterung der Forschungsfrage 1.4 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen des heizungstechnischen Variantenvergleichs im Entwurfsprozess 2.1 Kapitelübersicht 2.2 Charakteristika des Auswahlprozesses in frühen Planungsphasen 2.2.1 Terminologie von Varianten und Vergleichen 2.2.2 Limitationen 2.2.3 Anforderungen 2.2.4 Zielkonflikte 2.3 Multikriterielle Entscheidungsunterstützung 2.3.1 Allgemeines 2.3.2 Einteilung der Verfahren 2.3.3 Grundlegende Vorgehensweise 2.3.4 Multikriterielle Entscheidungsunterstützung im energietechnischen Kontext 2.4 Politische und verordnungsrechtliche Rahmenbedingungen 2.4.1 Bezugsrahmen 2.4.2 Übergeordnete Strategie in Bezug auf Nachhaltigkeit 2.4.3 Übergeordnete Strategie in Bezug auf Digitalisierung 2.4.4 Energiepolitische Zielstellung 2.4.5 Verordnungsrechtliche Vorgaben 2.4.6 Förderpolitische Maßnahmen 2.5 Heizungstechnische Systeme 2.5.1 Klassifikation heizungstechnischer Systeme 2.5.2 Verbreitung heizungstechnischer Systeme in Deutschland 2.5.3 Randbedingungen und Grundanforderungen für die Vergleichbarkeit der Systeme 2.5.4 Ausgewählte Randbedingungen und Grundanforderungen 2.5.5 Vergleichskennwerte für heizungstechnische Systeme 2.5.6 Subjektive Einflüsse auf die Wahl heizungstechnischer Systeme 2.6 Gebäudeentwurf 2.6.1 Schnittstellen zwischen Heizungs- und Objektplanung 2.6.2 Klassifikation konstruktiv-technischer Entscheidungen im Entwurfsprozess 2.6.3 Ausgewählte Gebäudestandards 2.7 Kennwertermittlung für heizungstechnische Systeme in frühen Planungsphasen 2.7.1 Methoden zur Dimensionierung der Alternativen 2.7.2 Methoden zur energetischen Bewertung 2.7.3 Methoden zur ökonomischen Bewertung 2.7.4 Methoden zur ökologischen Bewertung 2.7.5 Methoden zur nutzwertbezogenen Bewertung 2.7.6 Top-Down-Methode und Bottom-Up-Methode 2.7.7 Chancen und Herausforderungen bei der Anwendung der Top-Down-Methode 2.7.8 Chancen und Herausforderungen bei der Anwendung der Bottom-Up-Methode 3 Methodik zur Anwendung der multikriteriellen Entscheidungsunterstützung 3.1 Übergeordnete Erläuterungen 3.1.1 Vorgehensweise zur Erstellung der Fallstudie 3.1.2 Wahl der Methode zur multikriteriellen Entscheidungsunterstützung 3.2 Schritt 1: Zieldefinition der Auswahlaufgabe 3.3 Schritt 2: Definition der Alternativen 3.4 Schritt 3: Hierarchische Definition des Zielsystems und der Vergleichskriterien 3.5 Schritt 4: Präferenzbewertung und Kriteriengewichtung 3.6 Schritt 5: Bestimmung der Kriterienausprägungen für die Alternativen 3.6.1 Übergeordnete Herangehensweise 3.6.2 Modellbildung für die Gebäudeenergiesimulation 3.6.3 Entwicklung der Anlagenschemata für die Alternativen 3.6.4 Dimensionierung wesentlicher Komponenten der heizungstechnischen Systeme 3.6.5 Modellbildung zur Bestimmung energetischer Kennwerte 3.6.6 Bestimmung ökonomischer und ökologischer Kennwerte 3.7 Schritt 6: Aggregation und Erzielung einer Rangfolge 3.8 Schritt 7: Sensitivitätsanalyse 4 Ergebnisse des Fallbeispiels für den Vergleich der heizungstechnischen Systeme 4.1 Zusammenfassung der Zielaufgabe 4.2 Definition der Alternativen 4.2.1 Auswahl der Alternativen 4.2.2 Randbedingungen 4.2.3 Grundanforderungen 4.3 Hierarchische Definition des Zielsystems und der Vergleichskriterien 4.4 Präferenzbewertung und Kriteriengewichtung 4.5 Bestimmung der Kriterienausprägungen für die Alternativen 4.5.1 Ergebnisse der Gebäudeenergiesimulation 4.5.2 Schematische Beschreibung der Alternativen 4.5.3 Grobdimensionierung der Alternativen 4.5.4 Ergebnisse der anlagentechnischen Simulation 4.5.5 Ergebnisse der Bestimmung ökonomischer und ökologischer Kennwerte 4.6 Aggregation und Erzielung einer Rangfolge 5 Sensitivitätsanalyse im Rahmen der Fallstudie 5.1 Ablauf der Sensitivitätsanalyse 5.2 Screening der Einflussgrößen mithilfe eines Einflussdiagramms 5.3 Gruppierung der Einflussgrößen 5.4 Ausgewählte Variation einzelner Einflussgruppen 5.4.1 Geometrische Parameter 5.4.2 Konstruktive Parameter 5.4.3 Nutzungsparameter 5.4.4 Wetterdaten 5.4.5 Technische Parameter 5.4.6 Ökonomische Parameter 5.4.7 Ökologische Parameter 5.5 Kombinierte Variation mehrerer Einflussgruppen 6 Tool zur praktischen Umsetzung des Variantenvergleichs in frühen Planungsphasen 6.1 Kapitelübersicht 6.2 Ziel des Tools 6.3 Einbindung des Tools in den Planungsprozess 6.3.1 Einordnung des Tools in den Entwurfsprozess in frühen Planungsphasen 6.3.2 Vorbereitende Tätigkeiten 6.4 Anwendungsbereich des Tools 6.4.1 Randbedingungen 6.4.2 Alternativen 6.4.3 Vergleichskennwerte 6.5 Hinterlegte Berechnungsvorschriften 6.6 Aufbau des Tools 6.6.1 Namenskonvention 6.6.2 Bedeutung der Tabellenblätter 6.7 Bedienung des Tools 6.7.1 Bearbeitungsreihenfolge 6.7.2 Farbkonvention 6.7.3 Hinterlegte Automatismen 6.8 Potentielle Weiterentwicklung des Tools 7 Auswertung der Fallstudie 7.1 Kriterien zur Analyse des Fallbeispiels 7.1.1 Ausgewählte Gütekriterien 7.1.2 Beurteilung der Validität 7.2 Übergreifende Herausforderungen 7.2.1 Allgemeines 7.2.2 Interdependenz und Zielkonflikte der Herausforderungen 7.2.3 Einfluss der Herausforderungen auf die Gütekriterien 7.3 Herausforderungen bei der Zieldefinition 7.4 Herausforderungen bei der Wahl der Alternativen 7.4.1 Auswahl von Alternativen durch den Modellierer 7.4.2 Einfluss veränderlicher Rahmenbedingungen auf die Wahl der Alternativen 7.5 Herausforderungen bei der Auswahl der Kennwerte 7.5.1 Auswahl von Kennwerten und Bilanzgrenze durch den Modellierer 7.5.2 Einfluss veränderlicher Rahmenbedingungen auf die Wahl der Kennwerte 7.6 Herausforderungen bei der Kriteriengewichtung 7.6.1 Eingeschränkte Zuverlässigkeit des Direct-Ratio-Verfahrens 7.6.2 Dynamische multikriterielle Entscheidungsunterstützung 7.7 Herausforderungen bei der Kennwertermittlung 7.7.1 Wahl der Softwareanwendung 7.7.2 Einfluss des Modellierers 7.7.3 Herausforderungen bei der Gebäudeenergiesimulation 7.7.4 Herausforderungen bei der Dimensionierung wesentlicher Komponenten 7.7.5 Herausforderungen bei der Kennwertermittlung mithilfe von TOP Energy 7.7.6 Herausforderungen bei der Bestimmung ökonomischer und ökologischer Kennwerte 7.8 Herausforderungen bei der Aggregation von Vergleichskennwerten 7.9 Diskussion der Sensitivitätsanalyse 8 Diskussion potentieller Weiterentwicklungen 8.1 Automatisierung und Optimierung 8.2 Co-Simulation von Gebäude und Anlagentechnik 8.3 Angepasste Detaillierung der Gebäude- und Anlagensimulation 8.4 Monitoring und Bereitstellung von Datengrundlagen 8.5 Veränderungen des Planungsprozesses in frühen Planungsphasen 8.5.1 Einbindung von BIM-Modellen in der Gebäudeenergiesimulation 8.5.2 Anbindung von Anlagenschemata an das dreidimensionale Modell 8.5.3 Lastprofile als Alternative zur Gebäudeenergiesimulation 8.5.4 Auswirkungen durch die Einbindung von dynamischen Berechnungsmethoden 9 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang / This thesis presents a systematic approach for the comparison of heating systems in the early design phases of buildings, utilising both multi-criteria decision analysis (MCDA) and transient simulation models. The method is demonstrated through a case study of a multi-family residential building determining selected economic and ecological criteria. This research is relevant for the selection of building designs and heating systems in the planning process of clients, architects, building physicists and MEP engineers. The focus on the early design phase is important, as the effort for planning tasks decreases the earlier a decision is made. The case study is created for a typical residential building in Germany and six selected heating systems are compared. A structured procedure for the comparison of the alternatives is introduced. This includes the definition of the objective of the comparison, the determination of the compared alternatives and criteria, the specification of the criteria weightings and the calculation of the criteria values. Furthermore, the influence of uncertainties is evaluated using a sensitivity analysis. To illustrate the practical relevance and applicability of the methodology, a tool developed by the author of this thesis is presented. The tool enables the utilisation of simulation results in the context of MCDA. In the case study, the tool is used to determine the total costs, CO2 emissions and non-renewable primary energy demand of the compared heating systems. Overall, this work summarises the potential and fields of action for the application of MCDA in the presented use case. The methodology, the associated tool chain and the information sources can be used practically in future planning projects. Thus, this work contributes both to the development of the early planning process and to the energy transformation in the heating supply of buildings.:Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Ausgangspunkt 1.3 Erläuterung der Forschungsfrage 1.4 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen des heizungstechnischen Variantenvergleichs im Entwurfsprozess 2.1 Kapitelübersicht 2.2 Charakteristika des Auswahlprozesses in frühen Planungsphasen 2.2.1 Terminologie von Varianten und Vergleichen 2.2.2 Limitationen 2.2.3 Anforderungen 2.2.4 Zielkonflikte 2.3 Multikriterielle Entscheidungsunterstützung 2.3.1 Allgemeines 2.3.2 Einteilung der Verfahren 2.3.3 Grundlegende Vorgehensweise 2.3.4 Multikriterielle Entscheidungsunterstützung im energietechnischen Kontext 2.4 Politische und verordnungsrechtliche Rahmenbedingungen 2.4.1 Bezugsrahmen 2.4.2 Übergeordnete Strategie in Bezug auf Nachhaltigkeit 2.4.3 Übergeordnete Strategie in Bezug auf Digitalisierung 2.4.4 Energiepolitische Zielstellung 2.4.5 Verordnungsrechtliche Vorgaben 2.4.6 Förderpolitische Maßnahmen 2.5 Heizungstechnische Systeme 2.5.1 Klassifikation heizungstechnischer Systeme 2.5.2 Verbreitung heizungstechnischer Systeme in Deutschland 2.5.3 Randbedingungen und Grundanforderungen für die Vergleichbarkeit der Systeme 2.5.4 Ausgewählte Randbedingungen und Grundanforderungen 2.5.5 Vergleichskennwerte für heizungstechnische Systeme 2.5.6 Subjektive Einflüsse auf die Wahl heizungstechnischer Systeme 2.6 Gebäudeentwurf 2.6.1 Schnittstellen zwischen Heizungs- und Objektplanung 2.6.2 Klassifikation konstruktiv-technischer Entscheidungen im Entwurfsprozess 2.6.3 Ausgewählte Gebäudestandards 2.7 Kennwertermittlung für heizungstechnische Systeme in frühen Planungsphasen 2.7.1 Methoden zur Dimensionierung der Alternativen 2.7.2 Methoden zur energetischen Bewertung 2.7.3 Methoden zur ökonomischen Bewertung 2.7.4 Methoden zur ökologischen Bewertung 2.7.5 Methoden zur nutzwertbezogenen Bewertung 2.7.6 Top-Down-Methode und Bottom-Up-Methode 2.7.7 Chancen und Herausforderungen bei der Anwendung der Top-Down-Methode 2.7.8 Chancen und Herausforderungen bei der Anwendung der Bottom-Up-Methode 3 Methodik zur Anwendung der multikriteriellen Entscheidungsunterstützung 3.1 Übergeordnete Erläuterungen 3.1.1 Vorgehensweise zur Erstellung der Fallstudie 3.1.2 Wahl der Methode zur multikriteriellen Entscheidungsunterstützung 3.2 Schritt 1: Zieldefinition der Auswahlaufgabe 3.3 Schritt 2: Definition der Alternativen 3.4 Schritt 3: Hierarchische Definition des Zielsystems und der Vergleichskriterien 3.5 Schritt 4: Präferenzbewertung und Kriteriengewichtung 3.6 Schritt 5: Bestimmung der Kriterienausprägungen für die Alternativen 3.6.1 Übergeordnete Herangehensweise 3.6.2 Modellbildung für die Gebäudeenergiesimulation 3.6.3 Entwicklung der Anlagenschemata für die Alternativen 3.6.4 Dimensionierung wesentlicher Komponenten der heizungstechnischen Systeme 3.6.5 Modellbildung zur Bestimmung energetischer Kennwerte 3.6.6 Bestimmung ökonomischer und ökologischer Kennwerte 3.7 Schritt 6: Aggregation und Erzielung einer Rangfolge 3.8 Schritt 7: Sensitivitätsanalyse 4 Ergebnisse des Fallbeispiels für den Vergleich der heizungstechnischen Systeme 4.1 Zusammenfassung der Zielaufgabe 4.2 Definition der Alternativen 4.2.1 Auswahl der Alternativen 4.2.2 Randbedingungen 4.2.3 Grundanforderungen 4.3 Hierarchische Definition des Zielsystems und der Vergleichskriterien 4.4 Präferenzbewertung und Kriteriengewichtung 4.5 Bestimmung der Kriterienausprägungen für die Alternativen 4.5.1 Ergebnisse der Gebäudeenergiesimulation 4.5.2 Schematische Beschreibung der Alternativen 4.5.3 Grobdimensionierung der Alternativen 4.5.4 Ergebnisse der anlagentechnischen Simulation 4.5.5 Ergebnisse der Bestimmung ökonomischer und ökologischer Kennwerte 4.6 Aggregation und Erzielung einer Rangfolge 5 Sensitivitätsanalyse im Rahmen der Fallstudie 5.1 Ablauf der Sensitivitätsanalyse 5.2 Screening der Einflussgrößen mithilfe eines Einflussdiagramms 5.3 Gruppierung der Einflussgrößen 5.4 Ausgewählte Variation einzelner Einflussgruppen 5.4.1 Geometrische Parameter 5.4.2 Konstruktive Parameter 5.4.3 Nutzungsparameter 5.4.4 Wetterdaten 5.4.5 Technische Parameter 5.4.6 Ökonomische Parameter 5.4.7 Ökologische Parameter 5.5 Kombinierte Variation mehrerer Einflussgruppen 6 Tool zur praktischen Umsetzung des Variantenvergleichs in frühen Planungsphasen 6.1 Kapitelübersicht 6.2 Ziel des Tools 6.3 Einbindung des Tools in den Planungsprozess 6.3.1 Einordnung des Tools in den Entwurfsprozess in frühen Planungsphasen 6.3.2 Vorbereitende Tätigkeiten 6.4 Anwendungsbereich des Tools 6.4.1 Randbedingungen 6.4.2 Alternativen 6.4.3 Vergleichskennwerte 6.5 Hinterlegte Berechnungsvorschriften 6.6 Aufbau des Tools 6.6.1 Namenskonvention 6.6.2 Bedeutung der Tabellenblätter 6.7 Bedienung des Tools 6.7.1 Bearbeitungsreihenfolge 6.7.2 Farbkonvention 6.7.3 Hinterlegte Automatismen 6.8 Potentielle Weiterentwicklung des Tools 7 Auswertung der Fallstudie 7.1 Kriterien zur Analyse des Fallbeispiels 7.1.1 Ausgewählte Gütekriterien 7.1.2 Beurteilung der Validität 7.2 Übergreifende Herausforderungen 7.2.1 Allgemeines 7.2.2 Interdependenz und Zielkonflikte der Herausforderungen 7.2.3 Einfluss der Herausforderungen auf die Gütekriterien 7.3 Herausforderungen bei der Zieldefinition 7.4 Herausforderungen bei der Wahl der Alternativen 7.4.1 Auswahl von Alternativen durch den Modellierer 7.4.2 Einfluss veränderlicher Rahmenbedingungen auf die Wahl der Alternativen 7.5 Herausforderungen bei der Auswahl der Kennwerte 7.5.1 Auswahl von Kennwerten und Bilanzgrenze durch den Modellierer 7.5.2 Einfluss veränderlicher Rahmenbedingungen auf die Wahl der Kennwerte 7.6 Herausforderungen bei der Kriteriengewichtung 7.6.1 Eingeschränkte Zuverlässigkeit des Direct-Ratio-Verfahrens 7.6.2 Dynamische multikriterielle Entscheidungsunterstützung 7.7 Herausforderungen bei der Kennwertermittlung 7.7.1 Wahl der Softwareanwendung 7.7.2 Einfluss des Modellierers 7.7.3 Herausforderungen bei der Gebäudeenergiesimulation 7.7.4 Herausforderungen bei der Dimensionierung wesentlicher Komponenten 7.7.5 Herausforderungen bei der Kennwertermittlung mithilfe von TOP Energy 7.7.6 Herausforderungen bei der Bestimmung ökonomischer und ökologischer Kennwerte 7.8 Herausforderungen bei der Aggregation von Vergleichskennwerten 7.9 Diskussion der Sensitivitätsanalyse 8 Diskussion potentieller Weiterentwicklungen 8.1 Automatisierung und Optimierung 8.2 Co-Simulation von Gebäude und Anlagentechnik 8.3 Angepasste Detaillierung der Gebäude- und Anlagensimulation 8.4 Monitoring und Bereitstellung von Datengrundlagen 8.5 Veränderungen des Planungsprozesses in frühen Planungsphasen 8.5.1 Einbindung von BIM-Modellen in der Gebäudeenergiesimulation 8.5.2 Anbindung von Anlagenschemata an das dreidimensionale Modell 8.5.3 Lastprofile als Alternative zur Gebäudeenergiesimulation 8.5.4 Auswirkungen durch die Einbindung von dynamischen Berechnungsmethoden 9 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang