dPH | concepts

Komponenten des energetischen Modells

Ein designPH-Modell ist ein Energiemodell; nicht alle Details, die für ein volles architektonisches Gebäudemodell benötigt werden, sind erforderlich. Wenn sie keine thermische Bedeutung haben, sind sie für das designPH-Modell nicht notwendig. Dies bedeutet, dass einige Elemente, wie nicht-thermische interne Strukturen, interne Beschläge, sowie rein gestalterische externe Details, ausgeschlossen werden können. Dies beschleunigt in der Regel den Analyseprozess und reduziert zudem die Wahrscheinlichkeit von Benutzerfehlern.

Thermische Hülle (Wärmeübertragungselemente)

Die thermische Hülle ist die konzeptuelle Grenze, die die konditionierten (beheizten oder gekühlten) Innenräume mit einer stabilen angenehmen Temperatur von den klimatischen Verhältnissen außerhalb des Gebäudes thermisch trennt. In der Baukonstruktion wird die thermische Hülle meist durch gedämmte Wände, Dächer, Böden, Fenster und Türen gebildet. Für ein funktionierendes Passivhaus sollte diese Schicht ohne Unterbrechungen um die beheizten bzw. gekühlten Innenräume des Gebäudes geführt werden. Beachten Sie, dass umschlossene Räume wie Keller, Garagen, Loft-Räume, Wintergärten, Atrien, Pflanzenräume usw., die unbeheizt / ungekühlt sind, sich somit außerhalb der thermischen Hülle befinden. Räume außerhalb des thermischen Umschlags müssen nicht modelliert werden (zumindest nicht für die Zwecke des designPH-Energiemodells).

Die Wärmeübertragungsflächen, die für das Energiemodell in designPH benötigt werden, sind die Außenflächen der thermischen Hülle; Dies ist dieselbe Definition wie im PHPP. Dies bedeutet, dass ein Energiemodell nur durch Zeichnen eines einschaligen Modells aus SketchUp-Flächen erstellt werden kann. SketchUp ist daher in dieser Hinsicht sehr gut geeignet, ein Energiemodell zu erstellen; Wände und andere Bauelemente müssen nicht in SketchUp als 3D-Elemente gezeichnet werden. Dies bedeutet nicht, dass ein Gebäudemodell nicht mit SketchUp und designPH gezeichnet und analysiert werden kann, wobei die Wände als "feste" Elemente gezeichnet werden, aber es besteht kein inhärentes Bedürfnis für diese zusätzliche Komplexität.

Opake Oberflächen

SketchUp-Flächen werden als opake Wärmeübertragungsflächen für das Energiemodell behandelt und Transmissionswärmeverluste werden gemäß der Oberfläche, dem zugeordneten U-Wert und den thermischen Randbedingungen berechnet. Beachten Sie, dass das visuelle Erscheinungsbild der Flächen aus SketchUp-Materialien keine Auswirkung auf das Energiemodell hat. Weitere Informationen zu opaken Oberflächen finden Sie hier.

Transparente Oberflächen (Fenster)

Im Gegensatz zu einigen anderen Energieanalyse-Tools, die einfach bestimmte Flächen als transparent markieren, werden Fenster in designPH mit einer realistischen 3D-Komponente modelliert, die einen Rahmenbereich, eine Verglasungsfläche und eine Laibungstiefe beinhaltet. Die Fenstern werden anfänglich einem Standardrahmen- und Verglasungstyp zugewiesen, der es ermöglicht, dass der Einbau-U-Wert für jedes einzelne Fenster berechnet werden kann. Dies beeinflusst Änderungen im Rahmen des Verglasungsbereichs, der Perimeterlänge und der Kopplung an andere Fenster. Weitere Informationen zum Einfügen von Fenstern finden Sie im Abschnitt Fenster.

Wärmebrücken

Kanten im SketchUp-Modell können optional als lineare Wärmebrücken markiert werden. Dies dient als Anpassungsfaktor für Übergänge oder Unterbrechungen in der thermischen Hülle, bei denen der Wärmefluss nicht ausreichend mit den U-Werten von Oberflächen modelliert werden kann. Wärmebrücken für Fensterinstallationen und für die Verglasungsabstandshalter fließen automatisch in die Berechnung des installierten U-Wertes ein, so dass diese nicht separat eingegeben werden müssen. Weitere Informationen zu Wärmebrücken finden Sie hier.

Flächengruppen

Das PHPP verwendet nummerierte Flächengruppen, um die obigen Elemente zu kategorisieren und zu identifizieren. Somit können entsprechende Umgebungsbedingungen (Temperaturreduktionsfaktoren) zugewiesen werden. Das gleiche System nummerierter Bereichsgruppen wird in designPH verwendet, wobei die Zuweisung automatisch erfolgt.

Flächengruppennummer	Flächengruppenname
1	Energiebezugsfläche
2	Nord-Fenster
3	Ost-Fenster
4	Süd-Fenster
5	West-Fenster
6	Horizontale Fenster
7	Außentür
8	Außenwand Außenluft
9	Außenwand Erdreich
10	Dach/Decke Außenluft
11	Bodenplatte / Kellerdecke
12	Nicht belegt
13	Nicht belegt
14	Temperaturzone X
15	Wärmebrücke Außenluft
16	Wärmebrücke Perimeter
17	Wärmebrücke Bodenplatte /Kellerdecke
18	Wand zum Nachbarn

Energiebilanz

In designPH wird die Energiebilanz mit dem Jahresverfahren berechnet, basierend auf dem Gleichgewicht der Wärmeverluste (durch Wärmeleitung und durch Luftbewegung) und freien Wärmegewinnen (solare Gewinne und interne Gewinne der Einrichtung und der Bewohner). Ein Nutzungsfaktor wird auf die freien Wärmegewinne angewendet, weil sie nicht immer zu den Zeiten auftreten, wenn Wärme benötigt wird. In designPH werden die Verluste und Gewinne für jedes Bauelement nach ihren individuellen Eigenschaften und dem angegebenen Klima berechnet.

Materialverluste werden nach Fläche, U-Wert und thermischen Randbedingungen jeder einzelnen Fläche im Modell berechnet.
Die Lüftungsverluste basieren auf einer angenommenen Luftdichtheit (0,6 1/h, Mindestwert für ein Passivhaus), Lüftung mit Wärmerückgewinnung (75% Wirkungsgrad, Mindestwert für ein Passivhaus) und einem aus der Energiebezugsfläche extrapolierten Belüftungsvolumen.
Solare Gewinne werden für jedes Fenster berechnet und berücksichtigen die individuelle Verschattungssituation des Fensters.
Interne Wärmegewinne werden wie im PHPP durch eine Reihe von Standardwerten abgedeckt, die passend zum Gebäudetyp automatisch ausgewählt werden. In den designPH-Versionen 1.5 und niedriger wurden interne Wärmegewinne über einen pauschalen Wert von 2.1 W/m² abgedeckt. Klicken Sie auf Interne Wärmegewinne für mehr Informationen.

Energiebezugsfläche

Die Energiebezugsfläche (EBF) ist ein Maß für die nutzbare Bodenfläche inerhalb der thermischen Hülle, die nach einer vorgeschriebenen Methode berechnet wird. Weitere Erläuterungen finden Sie im PHPP-9-Handbuch (Abschnitt 14.9). Die EBF ist eine sehr wichtige Messgröße, da der jährliche Heizwärmebedarf (oder Kühlungsbedarf) durch die EBF geteilt wird, um den spezifischen jährlichen Heizwärmebedarf (oder Kühlungsbedarf) zu ermitteln, der die Grundlage für die Zielvorgabe von 15 kWh/m² für ein Passivhaus bildet. Der spezifische Heiz- bzw. Kühlbedarf reagiert daher empfindlich auf Änderungen der EBF. Deshalb ist es wichtig, dass die EBF für die Zertifizierung genau berechnet wird.

designPH hat nun drei Möglichkeiten zur Ermittlung der EBF:

Abschätzung der EBF
Zeichnen und zuweisen einer Fläche als EBF
Direkte Eingeabe der EBF (ab designPH 1.6)

Weitere Informationen zur Verwendung jeder Methode finden Sie unter Definieren der Energiebezugsfläche.

Überbaute Fläche

Die überbaute Fläche ist die Referenzfläche, die für die Berechnung des PER-Faktors (Primary Energy Renewable = Erneuerbare Primärenergien) in PHPP 9 erforderlich ist. Sie ist definiert als die vertikale Projektion der thermischen Hülle auf eine horizontale Ebene, sodass sie größer sein kann als der tatsächliche "Fußabdruck" des Gebäudes, zum Beispiel, wenn es freitragende Fußböden oder Teile der thermischen Hülle über unbeheizte Garagen gibt. Die überbaute Fläche kann ebenso mit einem gleichnamigen Werkzeug in designPH berechnet werden.

Components of the Energy Model

A designPH model is an energy model; not all of the details that may be modelled for a full architectural design model are required unless they have thermal significance. This means that some elements such as non-thermal internal structures, internal fittings and any purely cosmetic external details can be excluded. This will usually speed up the analysis process and also reduce the likelihood of user mistakes.

Thermal Envelope (heat transfer elements)

The thermal envelope is the conceptual boundary that thermally separates the conditioned (heated or cooled) internal environment where a stable comfortable temperature is required, from the external environment which is subject to climatic variations. In terms of the building construction, the thermal envelope is usually formed by the insulated walls, roofs, floors, windows and doors. For an effective Passive House building, this layer should form a continuous enclosure around the conditioned internal spaces of the building. Note that there can be enclosed spaces such as basements, garages, loft spaces, conservatories, atria, plant rooms and so on that are unheated / uncooled, so are considered to be outside of the thermal envelope. Spaces outside of the thermal envelope may not need always to be modelled (at least not for the purposes of the designPH energy model).

The heat transfer surface areas that are required for the energy model in designPH are the external surface areas of the thermal envelope; this is the same convention as In the PHPP. This means that an energy model can be created just by drawing a single-skin model comprised of SketchUp faces. SketchUp is therefore very well suited in this respect for creating an energy model; walls and other building elements need not be drawn in SketchUp as 3D volumes. This does not mean that a building cannot be analysed using SketchUp+designPH with the walls drawn as 'solid' elements, but there is no inherent need for that additional complexity.

Opaque Surfaces

The SketchUp faces are treated as opaque heat transfer surfaces for the energy model and transmission heat losses are calculated according the surface area, the assigned U-value and the thermal boundary conditions. Note that the visual appearance of the faces from applied SketchUp materials has no effect on the energy model.

Transparent Surfaces (Windows)

Unlike some other energy analysis tools which simply tag certain surfaces as transparent, windows in designPH are modelled using a realistic 3D component comprising a frame area, glazing area and reveal depth. Windows are initially assigned a default frame and glazing type which allows the installed U-value to be calculated for each separate window, and this will be responsive to changes in the frame to glazing area ratio, perimeter length and coupling to other windows. See the Windows section below for further details on inserting windows.

Thermal Bridges

Edges in the SketchUp model can optionally be marked as linear Thermal Bridges, this serves as an adjustment factor for junctions or discontinuities in the thermal envelope where the heat flow cannot be adequately modelled using the U-values of surfaces. Thermal bridges for window installations and for the glazing spacer are automatically incorporated into the calculation of the installed window U-value, so these do not need to be identified separately.

Area Groups

PHPP uses numbered Area Groups to categorise and identify the elements above and assign the appropriate boundary conditions (temperature reduction factor). The same system of numbered area groups is used in designPH, although the assignment is usually done automatically.

Area Group number	Area Group name
1	Treated Floor Area
2	North windows
3	East windows
4	South windows
5	West windows
6	Horizontal windows
7	External Door
8	External Wall - Ambient
9	External Wall - Ground
10	Roof/Ceiling - Ambient
11	Floor slab / Basement ceiling
12	Not used
13	Not used
14	Temperature zone X
15	Thermal Bridges Ambient
16	Perimeter Thermal Bridges
17	Thermal Bridges Floor Slab / Basement Ceiling
18	Partition Wall to Neighbour

Energy Balance

An annual heating energy balance is calculated within designPH, based on the balance of the heat losses (by conduction through the building fabric and through air movement) and free heat gains (solar gains and internal gains from occupants and equipment). A utilisation factor is applied to the free heat gains because they do not always occur at times when heat is required. In designPH, the losses and gains are calculated for each building element, according to their individual properties and the specified climate.

Fabric losses are calculated according to the area, U-value and thermal boundary conditions of each individual surface in the model
Ventilation losses are based on an assumed level of airtightness (0.6 ac/h, Passivhaus minimum), heat recovery ventilation (75% efficiency, Passivhaus minimum) and a ventilation volume extrapolated from the Treated Floor Area
Solar gains are calculated for each window and take into account the individual shading situation of the window
Internal heat gains (IHG) use a range of default values that are determined according to the building type, as in the PHPP. In designPH versions <= 1.5, internal heat gains were fixed at a default level of 2.1 W/m². See Internal heat gains for further details.

Treated Floor Area

The Treated Floor Area (TFA) is a measure of the usable internal floor area, contained within the Thermal Envelope, which is calculated according to a prescribed method – see the PHPP 9 manual (section 14.9) for further explanation. The TFA is a very important metric because the annual space heat (or cooling) demand is divided by the TFA to give the Specific Annual Space Heat (or Cooling) Demand, which is the basis of the 15 kWh/m² target metric for Passivhaus. This figure is therefore sensitive to changes in the TFA so it is important that it is calculated accurately for certification.

designPH now has three possibilities for defining the TFA:

Estimated TFA calculator
Directly drawn and assigned TFA surfaces
Direct entry box for TFA (since designPH v1.6)

See Treated Floor Area later for details on how to use each method.

Projected Footprint Area

The Projected Footprint Area is the reference area that is required for the calculation of the PER (Primary Energy Renewable) factor in PHPP9. This is defined as the vertical projection of the thermal envelope onto a horizontal plane, so it may be larger than the actual footprint where the building touches the ground, for example if there are cantilevered floors, or parts of the Thermal Envelope over unheated garages. The Projected Footprint area can be generated using the tool of the same name, provided in designPH.

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