Klimadatenformate

DELPHIN, NANDRAD und THERAKLES benötigen für die Simulation Klimadaten. Diese werden je nach Wetterdienst/Klimadatenquelle in verschiedenen Formaten bereitgestellt. Unterschiede gibt es beispielsweise in der Ablage der Solarstrahlung, z.B. wird die direkte Solarstrahlung auf eine Horizontalfläche oder aus der Sonnennormalenrichtung abgelegt. Auch wird bisweilen die Globalstrahlung und Diffusstrahlung angegeben.

Zudem sind in einigen Klimadaten Schlagregendaten enthalten, in anderen fehlen diese. Weiterhin gibt es bei verschiedenen Klimadateiformaten wiedersprüchliche Formatspezifikationen, z.B. ist in EnergyPlus-Wetterdateien (*.epw-Dateien) die Spezifikation der Stunde und Minute verschieden definiert (1-24; 0-23; bzw. 0-59;1-60 mit jeweils unterschiedlicher Deutung dieser Zeitpunkte). Damit bei der Verwendung der Klimadaten in Simulationen keine Fehler aus automatisierten Konvertierungen oder fehlerhaften Dateiinterpretationen entstehen, verwenden die IBK-Simulationsprogramme ein eigenes Klimadatenformat (*.c6b-Dateien), welches mit dem CCM-Editor erzeugt werden kann und das mit den Simulationsprogrammen mitgeliefert wird.

CCM-Editor

Das Tool CCM-Editor (herunterladbar im Download-Bereich) dient

• der Konvertierung oder dem Import anderer Klimadatenformate,
• der Darstellung und Prüfung der Daten,
• dem Datentransfer von/in Tabellenkalkulationsprogrammen (Excel, LibreOffice/Calc, etc.), und natürlich
• der Erstellung oder Bearbeitung von c6b-Dateien.

Eine ausführliche Dokumentation erläutert die Import- und Konvertierungsfunktionalitäten, unter anderem auch den Transfer/Import von älteren ccd-Dateien aus DELPHIN 5.

Das c6b-Klimadatenformat

Das c6b-Format ist ein binäres Dateiformat (daher nicht direkt mit dem Texteditor zu bearbeiten), weswegen das Tool CCM-Editor für die Erstellung und Bearbeitung dieser Dateien verwendet werden kann.

Das Dateiformat speichert genau (und ausschließlich) die Klimakomponenten, welche in den IBK-Simulationsprogrammen Verwendung finden:

• Temperatur,
• Relative Luftfeuchte,
• Direkte kurzwellige Solarstrahlung in Normalenrichtung,
• Diffuse kurzwellige Solarstrahlung auf die Horizontalfläche,
• Langwellige Abstrahlung des Himmels,
• Windrichtung,
• Windgeschwindigkeit,
• Luftdruck und
• Niederschlag

Nicht alle Klimakomponenten werden in allen Simulationsprogrammen verwendet, z.B. benötigen THERAKLES und NANDRAD keine Niederschlagsdaten. Bei DELPHIN hängt es von der Wahl der zu berücksichtigten Randbedingungen ab, welche Klimadaten benötigt werden.

In c6b-Dateien können zum einen zyklisch anzuwendende Jahresdaten im Stundenraster abgelegt werden, sowie beliebige Zeitraster, auch über mehrere Jahre hinweg, mit flexiblen Zeitschritten und Anfangs- und Endzeitpunkten (ideal für Messdaten). Fehlende Klimadaten werden in der Datei entsprechend markiert, sodass Simulationsprogramme die Verfügbarkeit prüfen können und ggfs. den Anwender über fehlende Daten informieren können (anstelle fälschlicherweise mit Fehlwerten zu rechnen).

Das c6b-Dateiformat ist in folgender Publikation spezifiziert:

Nicolai, A.: DELPHIN 6 Climate Data File Specification, Version 1.0, 2017, Technischer Bericht, Qucosa, https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-221222.

C6B-Dateien mit Python einlesen

Klimadatenquellen

Die IBK-Simulationsprogramme werden mit einer Klimadatenbank ausgeliefert. Aus lizenzrechtlichen Gründen müssen die meisten Klimadaten von Wetterdiensten direkt bei diesen Anbietern bezogen werden. Grundsätzlich ist dies kein Problem, da die meisten Formate ohne größeren Aufwand im CCM-Editor eingelesen werden können und dann in c6b-Dateien für DELPHIN, THERAKLES und NANDRAD abgespeichert werden können.

Eigene Klimadaten können dann in das nutzerspezifische Klimadatenverzeichnis des jeweiligen Simulationsprogramms kopiert werden (die entsprechende Importfunktionalität gibt es in der DELPHIN 6 Oberfläche).

Einbindung von Feuchtebemessungsjahren (HRY)

Für hygrothermische Simulationen an deutschen Standorten werden auch Feuchtebemessungsjahre (Hygrothermal Reference Year - HRY) verwendet. Diese Klimadaten sind speziell für hygrothermische Simulationen entwickelt worden und lassen es auch zu, mit Korrekturfaktoren lokale klimatische Einflüsse zu berücksichtigen.

Die Klimadaten werden mit dem so genannten Lokalklimagenerator generiert, der sich von der Webseite https://wufi.de/de/2018/12/18/lokalklimagenerator-2-0 herunterladen und installieren lässt. In der Hilfe des Lokalklimagenerators ist erläutert, wie ein Klima angepasst werden kann, das dann im wac-Format abgespeichert wird. Diese Dateien können direkt in DELPHIN, THERAKLES und NANDRAD verwendet werden (auch ohne Konvertierung) und auch direkt in die Klimadatenverzeichnisse/-datenbanken kopiert werden. Wir würden jedoch den Import über den CCM-Editor empfehlen, um dort die Daten noch einmal zu sichten (vor allem das Ergebnis der Solarstrahlungskonvertierung) und danach c6b-Dateien für die Simulation zu generieren.

Einbindung von Testreferenzjahren (TRY) des DWD aus dem Jahr 2017

In ihren Klimadatenbanken halten die IBK-Softwareprogramme u. a. TRY-Klimadaten (Test Reference Year) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) aus dem Jahr 2011 bereit, welche auch die passenden Niederschlagsdaten beinhalten. Neuere TRY-Bemessungsjahre des DWD aus dem Jahr 2017 lassen sich äußerst ortsgenau, d. h. bis auf den Quadratkilometer genau, generieren. Diese Datensätze enthalten allerdings keine Niederschlagsdaten. Die Grundlagen der Klimadatensätze und ein kostenloses Interface zur Generierung von Klimadateien sind auf der Webseite https://www.dwd.de/DE/leistungen/testreferenzjahre/testreferenzjahre.html erläutert.

Eine direkte Importmöglichkeit derartiger dat-Dateien, analog zu z.B. wac-Dateien, ist ab Version 1.0.1 mit dem CCMEditor möglich. Dieser kann dann eine c6b-Klimadatei generieren (s. Hilfe CCM-Editor). Diese lassen sich dann in DELPHIN, THERAKLES oder NANDRAD importieren und verwenden.

EnergyPlus Wetterdaten

Eine andere Datenquelle sind die EnergyPlus Wetterdaten. Hier können für weltweit verteilte Standorte epw-Dateien mit den üblichen Klimakomponenten für energetische Gebäudesimulationen, allerdings ohne Niederschlagsdaten, heruntergeladen werden. epw-Dateien können wie wac- und c6b-Dateien direkt von den IBK-Simulationsprogrammen verwendet werden, aber auch hier gilt die Empfehlung einer vorausgehenden Sichtung und Prüfung der Daten im CCM-Editor.

Ältere Testreferenzjahre des DWD

Ältere TRY und TM2-Daten des Deutschen Wetterdienstes können mit dem Importassistenten des CCM-Editor importiert und in c6b-Dateien überführt werden.

Weitere Quellen für Klimadaten

Auf dieser Seite im DELPHIN-Forum sind weitere Quellen für Klimadaten angegeben, die Sie in die IBK-Software einbinden können.