Im Forschungsprojekt WaveSave werden aufeinander abgestimmte Planungs- und Optimierungstools für Gebäudeenergiesysteme zur dezentralen Strom- und Wärmeversorgung entwickelt: ein modular aufgebautes System zur Projektierung und eine adaptive Betriebsführung. Geeignete Planungs- und Steuerungstechniken sollen die verschiedenen Energiesystemkomponenten für den späteren Betrieb optimal aufeinander abstimmen. Darüber hinaus wollen die Forscher neue Managementlösungen für die Integration und Steuerung dezentraler Energiesysteme in der Gebäudeautomatisierung bereitstellen.

Gebäudeenergiesysteme werden immer komplexer. Daher reicht es nicht mehr aus, diese erst im Betrieb von bereits gebauten Anlagen zu optimieren. Bereits in der Planung oder Projektierung müssen die Systeme mit Blick auf einen optimalen Betrieb ausgelegt werden. Moderne Anlagenmodelle, Software und Informationstechniken bieten hier neue Möglichkeiten. So werden in diesem Forschungsprojekt zwei aufeinander abgestimmte Tools entwickelt:

  • ein Modellierungs-, Simulations- und Optimierungssystem mit erweiterbaren Modell- und Datenbibliotheken sowie anwendungsspezifisch anpassbaren Optimierungszielen
  • ein selbst-anpassendes System zur Betriebsführung, das mit Hilfe von Optimierungsverfahren die Anlagenplanung unterstützen soll. Teil dieses Systems sind auch Methoden und Verfahren des maschinellen Lernens.

WaveSave weist auf den ersten Blick gewisse Ähnlichkeiten mit dem Projekt "enerMAT" auf. Jedoch bestehen sowohl hinsichtlich der Zielsetzung als auch der Methodik erhebliche Unterschiede: Das Simulationsmodell dient in „enerMAT“ nicht als Grundlage für die Optimierung der Anlagenauslegung und zur Erstellung von Initialfahrplänen für die Betriebsführung. Es stellt dort ein virtuelles Gebäude bereit, anhand dessen Betriebsabläufe prognostiziert und optimiert werden. In WaveSave erfolgt die eigentliche Betriebsführungsoptimierung im Gegensatz zu „enerMAT“ nicht als Prognose auf simulativer Ebene, sondern mithilfe mathematischer Optimierungsverfahren auf Basis aktueller Soll-Ist-Werte sowie Prognosedaten zum zukünftigen Energiebedarf und zur Energiegestehung „in-the-loop“. Durch kontinuierliche Adaption an das tatsächlich vorhandene Raum- und Außenklima sowie die tatsächlichen Betriebszustände der verwendeten Anlagentechnik werden optimierte Fahrpläne für bis zu 24 Stunden im Voraus erstellt und fortlaufend angepasst.

Forschungsfokus

Für das Projektierungssystem entwickeln die Forscher eine neuartige Methodik, bei der eine optimal abgestimmte Auswahl und Auslegung von Systemkomponenten unter Berücksichtigung einer optimierten Betriebsführung erreicht wird. Zur Modellierung der Systemkomponenten sowie zur Abbildung der thermischen und elektrischen Energiesysteme wird die Modelica-Modellbibliothek BuildingSystems verwendet. Ein Schwerpunkt der Realisierung dieses selbst-anpassenden Systems zur Betriebsführung ist die Entwicklung einer Planungskomponente mit flexiblen Optimierungszielen, bei der alle Energiekomponenten des Gebäudes berücksichtigt und aufeinander abgestimmt werden.

Weiterhin wollen die Forscher neue Managementlösungen für die Integration und Steuerung dezentraler Energiesysteme in der Gebäudeautomatisierung bereitstellen. Da sich die Parameter der unterschiedlichen Komponenten im laufenden Betrieb ändern können, ist die Entwicklung eines adaptiven Systems zur Betriebsführung ein wichtiges Ziel. Im Projektverlauf werden neue Planungs-, Entwurfs- und Optimierungswerkzeuge zur Auslegung von Energiesystemen und deren Betrieb entwickelt, die durch äußere Einflüsse, die Integration erneuerbarer Energien und Spontanität der Nutzer gegeben sind. Diese Werkzeuge werden testweise implementiert und in definierten Anwendungsszenarien evaluiert.

Anwendung

Der Nutzen und die Vielseitigkeit des WaveSave-Systems wurden in verschiedenen Anwendungsszenarien nachgewiesen, z. B. der Lastoptimierung einer Wärmepumpenheizung. Darüber hinaus erfolgt eine Erprobung an realen Gebäuden, beispielsweise am Energieversorgungssystem einer Plusenergie-Schule sowie eines prototypisches Solargebäudes, dem Solarhaus Rooftop der UdK Berlin, das aus dem internationalen Wettbewerb Solar Decathlon Europe 2014 stammt. Hierzu wird das System anwendungsspezifisch angepasst und in einem Probebetrieb evaluiert. Des Weiteren sollen konkrete Geschäftsmodelle und technische Möglichkeiten im Rahmen einer Studie aufgezeigt werden, um die Zeit für den Übergang in das Produktportfolio potenzieller Technologie-Anbieter möglichst gering zu halten.

Bei der Umsetzung in eine anwendungsfähige Software ist ein Transfer neuer Modell- und Optimierungsansätze in die Praxis der Gebäudeleittechnik geplant.

Zuletzt aktualisiert am:
12.07.2021

Gebäudeenergiesysteme planen und optimal betreiben

För­der­kenn­zei­chen: 03ET1312A-E

Projektlaufzeit
01.08.2015 31.07.2018 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Dezentrale Energieerzeugung, Betriebsführung & Energiemanagement, Modellierung & Simulation, Planung & Auslegung, Neubau von Einzelgebäuden, Sanierung von Einzelgebäuden

För­der­sum­me: 1.288.175 €

Kontakt 

Koordination
Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS
https://www.fokus.fraunhofer.de

Tel.: +49(0)30-3463-7000

Modellierung, Simulation, Implementierung, Evaluierung
Universität der Künste Berlin (UdK), FG Versorgungsplanung, Versorgungstechnik
https://www.udk-berlin.de/

Tel.: +49(0)30-3185-2097

Betriebsführung, Modellierung, Implementierung, Evaluierung
inhouse engineering GmbH
http://www.inhouse-engineering.de

Tel.: +49-(0)30-57625-90

 

 

Link zum Projekt

Open-source library
Modelica BuildingSystems

©metamorworks–stock.adobe.com

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