Automatische Simulation von Wärmebedarf und -versorgung auf Quartiersebene

Die Bedeutung von Klimaschutz und Nachhaltigkeit sowie die Forderung nach konkreten Umsetzungsmaßnahmen nimmt in den letzten Jahren in Deutschland stetig zu. In den zuständigen Gemeinden und Landkreisen fehlen allerdings oftmals geeignete Tools zur Berechnung und Bewertung von individuell angepassten Szenarien zur Umstellung der Wärmeversorgung der Gebäude. Viele Analysen finden bislang top-down auf nationaler Ebene statt oder betrachten bottom-up Einzelgebäude. Die allerdings für die Entscheidung und Umsetzung relevante Zwischenebene von Quartieren wird nur selten adressiert. Daher wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Verfahren entwickelt, welches es ermöglicht, Energiebilanzen sowie verschiedene Szenarien für eine nachhaltige Wärmeversorgung der Gebäude für ein Quartier oder eine ganze Kommune zu berechnen, bewerten und vergleichen. Es basiert auf Tools zur Modellierung und Simulation, die unabhängig von dieser Arbeit bereits die Bestimmung der lokalen erneuerbaren Potenziale sowie bestimmte bedarfsseitige Analysen umfassen und an der HFT Stuttgart seit 2013 entwickelt werden. Darauf aufbauend kommen im Rahmen der vorliegenden Arbeit verschiedene Methoden unter anderem aus dem Bereich der Geoinformatik, der heuristischen Entscheidungsfindung, der objektorientierten Modellierung mit UML sowie der mathematischen Modellbildung in Form der physikalische Modellierung mit Python, Java und INSEL zum Einsatz. Fokus ist die Verknüpfung der einzelnen Methoden um eine automatisierte Berechnung von zentralen und dezentralen Wärmeversorgungssystemen zu ermöglichen. Die Anwendung der entwickelten Methoden wird anhand verschiedener Fallstudien gezeigt. Dabei werden die einfache Anwendbarkeit sowie die Übertragbarkeit des Verfahrens demonstriert. Der Abgleich der Simulationsergebnisse mit Messdaten zeigt dabei eine nur geringe Abweichung von 6 % im Jahresmittel. Insgesamt steht mit den Erweiterungen dieser Arbeit ein Werkzeug zur Verfügung, welches den gesamten Bereich der urbanen Gebäudeenergiesimulation abdeckt. Mit nur wenigen, flächendeckend verfügbaren Informationen und einer anschaulichen Nutzeroberfläche können damit Szenarien für die erneuerbare Wärmeversorgung abgebildet und verglichen werden. Diese können zur Entscheidungsfindung in Kommunen und Landkreisen genutzt werden, um so die Umsetzung von konkreten Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen zu beschleunigen