Planungstool für Gebäude & Quartiere

nPro: Tool zur Erstellung von Lastprofilen für Gebäude

Für die Planung von Quartieren und Gebäuden ist die Erstellung von konsistenten Lastprofilen von großer Bedeutung. nPro ist ein Tool, mit dem für Energiebedarfe von Raumwärme über Trinkwarmwasser bis hin zu Elektromobilität konsistente Bedarfsprofile erstellt werden können.

Mit Hilfe von nPro können 6 verschiedene Lastprofilarten erstellt werden. Diese sind:

Lastprofile für Raumwärme-Bedarfe berechnen

Zur Dimensionierung von Heizungsanlagen und Wärmenetzen sind Lastprofile für Raumwärme und Trinkwarmwasser entscheidend. Raumwärme bezeichnet hierbei den Energiebedarf, der benötigt wird, um eine vorgegebene Soll-Temperatur im Gebäude zu halten. Lastprofile haben maßgeblichen Einfluss auf die spätere Auslegung, da aus den Spitzenlasten über das Jahr in der Regel die Kapazität der Erzeugungsanlagen resultieren. Es geben verschiedene Ansätze wie Lastprofile bestimmt werden: Zum einen können mit physikalischen Modellen Gebäude sehr detailliert abgebildet werden und so die physikalischen Zustände und Energieflüsse vergleichsweise genau berechnet werden. Nachteil ist bei physikalischen Simulationsmodellen, dass sehr viele Berechnungsparameter bekannt sein müssen. Dies ist insbesondere in der frühen Planungsphase von Quartieren und Gebäuden in der Regel nicht der Fall. Neben physikalischen Modellen können auch statistische Verfahren verwendet werden. Diese finden beispielsweise im nPro-Tool Anwendung.

Lastprofile für Trinkwarmwasser-Bedarfe erstellen

Trinkwarmwasser ist ein weiterer Energiebedarfstyp in Gebäuden. Der Trinkwarmwasserbedarf wird in Zukunft immer wichtiger, da sich der Gebäudestandard stetig verbessert und sich dadurch die Heizwärmebedarfe im Gebäude verringern. Da gleichzeitig die Trinkwarmwasserbedarfe etwa unverändert bleiben (bzw. über die vergangenen Dekaden leicht angestiegen sind), nimmt der relative Anteil der Trinkwarmwasserbedarfe am Gesamtwärmebedarf stetig zu. In Wohngebäuden mit hohem Dämmstandard kann daher der Trinkwarmwasserbedarf schon mehr als die Hälfte des gesamten Wärmebedarfs ausmachen. Der Wärmebedarf zur Trinkwassererwärmung ist für viele Gebäudetypen erhoben worden. Insbesondere für Wohngebäude ist er gut mit Approximationsformeln abbildbar. Zu beachten ist jedoch, dass die angegebenen Nutzwärmebedarfe nicht gleich den Wärmebedarfen sind, die von den Wärmeerzeugern aufgebracht werden müssen. In Einfamilienhäusern entfallen je nach Heizungssystem (z. B. mit oder ohne Zirkulationsleitung) nur rund 50 % der Wärmebedarfe auf den eigentlichen Nutzbedarf an der Zapfstelle, die anderen 50 % entfallen auf die Verteilverluste der Rohrleitungen.

Lastprofile für Raumwärme- und Trinkwarmwasser
Abbildung 1: Lastprofile für Raumwärme- und Trinkwarmwasser
Im nPro-Tool sind für eine Vielzahl von Gebäudetypen spezifische Bedarfskennwerte hinterlegt.

Bedarfsprofile für Raumklimatisierung und Prozesskälte

Für Kälte können zwei Bedarfstypen unterschieden werden: Die Kältebedarfe für die Klimatisierung von Räumen (Raumkälte) sowie Prozesskälte (in Gewerbegebäuden wie Supermärkten). Für beide Bedarfstypen sind nur unzureichende statistische Auswertungen verfügbar, weshalb der Bedarf nur grob geschätzt werden kann. Dies liegt auch daran, dass Raumklimatisierung in Gebäuden bislang nur selten eine Rolle spielte und oftmals unberücksichtigt bliebt. Die stetig steigenden Komfortbedingungen sowie die effizienten technischen Möglichkeiten (Wärmepumpe und kalte Nahwärme) führen jedoch dazu, dass im Neubau Kältebereitstellung immer mehr in den Fokus rückt. Dies ist auch ein Resultat der bereits spürbaren klimatischen Veränderungen: Hitzeperioden im Sommer werden immer extremer und zeitlich ausgedehnter. Gerade im urbanen Raum sind lange Hitzewellen für Menschen problematisch. Bei der Prozesskälte findet ein ähnlicher Trend statt: Die zunehmende Technisierung führt zu höheren Kältelasten vor allem im urbanen Raum, beispielsweise in Bürogebäuden oder grundsätzlich durch die vermehrte Einrichtung von Serverräumen oder Rechenzentren. Die Mitbetrachtung von Lastprofilen für Kälteanwendungen spielen daher bei der Gebäude- und Quartiersplanung eine immer wichtigere Rolle.

Lastprofile für Raumklimatisierung und Prozesskälte
Abbildung 2: Lastprofile für Raumklimatisierung und Prozesskälte

Profile für Elektrizität (Nutzerstrom) und Elektromobilität erzeugen

Für Strombedarfe sind vor allem zwei Bedarfstypen dominant: Zum einen die Nutzerstrombedarfe, also Bedarfe, die durch die Nutzung von elektrischen Geräten wie Toaster, Spülmaschine, Computer oder Beleuchtung entstehen. Zum anderen werden Strombedarfe aus Ladepunkten für Elektromobilität immer wichtiger. Diese weisen hohe Ladeströme und ausgeprägte Leistungsspitzen auf und müssen daher bei Quartieren immer stärker mitbedacht werden, da der Anteil von Elektro-Autos schon bald überwiegend wird. Beide Bedarfstypen können mithilfe von statistischen Ansätzen und geeigneten Lastprofilen mit nPro erzeugt werden. Bei der Lastprofilerzeugung müssen dabei Gesamtbedarfe für Nutzerstrom und Elektromobilität abgeschätzt werden. Nutzerstrombedarfe können recht einfach basierend auf nationalen Statistiken für unterschiedliche Gebäudetypen abgeschätzt werden. Elektromobilitätsbedarfe sind hingegen schwieriger abzuschätzen, da die Auslastung von Ladesäulen von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren abhängt, wie zum Beispiel dem konkreten Nutzerverhalten vor Ort, dem Gebäudetyp und letztlich auch Preismodellen des Ladesäulen-Betreibers.

Lastprofile für Elektrizität (Nutzerstrom) und Elektromobilität
Abbildung 3: Lastprofile für Elektrizität (Nutzerstrom) und Elektromobilität

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