An approach to model the thermal demand of buildings

In dieser Arbeit wird die Modellierung des jährlichen Wärme- und Kühlbedarfs für Gebäude am Beispiel zweier Grazer Bezirke gezeigt. Das Hauptziel ist die Erfassung der Bedarfsstruktur in verschiedenen Stadtteilen sowie eine mögliche Lokalisierung der Bedarfsschwerpunkte. Die Bestimmung des Wärme- und Kühlbedarfs von Gebäuden erfolgt im Wesentlichen über die Berechnung der individuellen Energiebilanz einzelner Gebäude. Für die praktische Umsetzung der entsprechenden Bedarfsberechnung wird die Programmiersprache Python verwendet. Thermale Gewinne und Verluste können einzeln und in Kombination aus beiden berechnet werden. Diese Master Thesis zeigt detailliert, welche Einflüsse bei der Bestimmung des Wärmeund Kühlbedarfs von Gebäuden zu berücksichtigen sind. Somit werden einerseits qualitative und quantitative Aussagen über die Gebäudequalität und die Bedarfsstruktur getroffen, andererseits wird auch das Zusammenspiel von Gebäudegeometrie, -alter und -typ aufgezeigt. Weiters wird der wesentliche Einfluss klimatischer Bedingungen hervorgehoben. Die präsentierte Methode könnte mit einem verbesserten Gebäudemodell oder einer höheren zeitlichen Auflösung bei der Berechnungsmethode optimiert werden. Mit der Berücksichtigung des Warmwasserbedarfs sowie von Heiz-, Lüftungs- und Kühlsystem kann auch der Endenergiebedarf berechnet werden. The current paper deals with an approach to model the annual heating and cooling demand of buildings, using two districts of the city of Graz as case study. Hence, the main objective is to gather the demand patterns within different parts of the city and to localise demand hotspots. A determination of the heating and cooling demand of buildings is carried out via the calculation of the heat balance of individual buildings. The practical implementation consists of the generation of a building model and the proper demand calculation, which is performed via the Python programming language. Thermal gains and losses of buildings are calculated separately. This master thesis shows in detail which kind of effects have to be considered when determining the heating and cooling demand of buildings. While qualitative and quantitative statements can be made about the building quality and the demand patterns, the interactions of building geometry, age and type are also revealed. Moreover, the significant influence of climatic conditions is highlighted. The approach chosen for this paper could be enhanced by considering an advanced building model or a higher level of temporal resolution. By considering the warm water heating demand and the integration of the HVAC-system into the model, the final thermal energy demand can be calculated.