Wärmepumpen stellen eine der Schlüsseltechnologien für die Dekarbonisierung des Energiesystems dar. Erdwärmesonden-gekoppelte Wärmepumpen sind dabei besonders effizient.

In dieser Arbeit soll eine Benchmark-Toolbox entwickelt werden, um einen Beitrag zur Vergleichbarkeit von Erdwärmesondenmodellen zu leisten.

Gebäudebegrünung hat sich als wirksames Mittel zur Minderung des Urban Heat Island-Effekts erwiesen. Zahlreiche Studien haben den positiven Einfluss von Gründächern und begrünten Flächen auf das städtische Mikroklima belegt. Jedoch ist der Einfluss von Fassadenbegrünung auf das thermische und hygrische Verhalten von Fassaden- bzw. Wandkonstruktionen noch weitgehend unbekannt.

In dieser Arbeit soll der Fokus auf den potenziellen Kühleffekten im Sommer liegen, welche durch die Transpiration der Pflanzen sowie die Verschattung der Bauteiloberflächen entstehen können. Dabei soll der Einfluss von Fassadenbegrünung auf die Transmissionseigenschaften von Wandbauteilen mithilfe numerischer Simulationswerkzeuge untersucht werden. Es sollen Möglichkeiten und Methoden zur Integration von Fassaden-Begrünungselementen in Modelle zur numerischen Bauteilsimulation untersucht werden. Damit soll ein Beitrag zur Vertiefung des Wissens geleistet werden, wie Fassadenbegrünungen nicht nur zur Energieeffizienz, sondern auch zur thermischen und hygrischen Performance von Baukonstruktionen beitragen können.

Bei der Planung von Neubauten oder Sanierungsstrategien für Bestandsgebäude ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen zur Ermittlung des Wärmebedarfs ein wichtiges Instrument zur Auslegung der Gebäudehülle und zur Auswahl der energetisch optimierten Anlagentechnik. Darüber hinaus ist eine Analyse des thermischen Komforts möglich, aus welcher entsprechende Maßnahmen zur Gebäudekonditionierung abgeleitet werden können. Mit zunehmender Komplexität der Energiesysteme steigen jedoch auch die Anforderungen an das Simulationswerkzeug. Unter den zur Verfügung stehenden Werkzeugen haben sich u.a. TRNSYS und EnergyPlus durchgesetzt, da sie genaue, flexible und schnelle dynamische Simulationen ermöglichen. Jedes dieser Werkzeuge wurde unabhängig unter verschiedenen Betriebsbedingungen und anhand verschiedener Benchmarks validiert. Ein direkter Vergleich der beiden Werkzeuge unter exakt gleichen Bedingungen, zur Anwendung auf ein Bestands-Nichtwohngebäude existiert jedoch noch nicht.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die Eignung der beiden Simulationswerkzeuge TRNSYS und EnergyPlus anhand eines realen Beispiels im Gebäudebestand analysiert werden. Die Untersuchungen sollen die Modellierung des Gebäudes und des dazugehörigen Energiesystems umfassen. Darüber hinaus kann eine anschließende CO2-Optimierung der Wärmeversorgung und/oder eine Untersuchung zur thermischen Behaglichkeit durchgeführt werden

In der Postsiedlung in Darmstadt sind Neubauten und Bestandsgebäude an ein gemeinsames Nahwärmenetz angeschlossen. Während die Neubauten über zentrale Wärmepumpen mit einem Erdwärmesondenfeld als Wärmequelle versorgt werden, wird der Heizwärmebedarf der Bestandsgebäude überwiegend über Blockheizkraftwerke (BHKW) auf einem höheren Temperaturniveau gedeckt. Die Abwärme aus der Abluft und den Abgasen der BHKW wird wiederum zusammen mit der Abwärme aus der passiven Fußbodenkühlung der Neubauten zur Regeneration des Erdwärmesondenfeldes genutzt. Damit soll ein langfristig effizienter Betrieb der Wärmepumpen sichergestellt werden.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Analyse und Optimierung der Regeneration des Erdwärmesondenfeldes und des Kühlbetriebes.