Menü
Kurztitel: WaveSave
Förderkennzeichen: 03ET1312A, 03ET1312B, 03ET1312D, 03ET1312E
Status: Laufend
Laufzeit: 08/2015 bis 04/2018
Themen: Dezentrale Energieerzeugung, Betriebsführung & Energiemanagement, Modellierung & Simulation, Planung & Auslegung, Neubau von Einzelgebäuden, Sanierung von Einzelgebäuden
Standort: Kaiserin-Augusta-Allee 31, 10589 Berlin
Innovation: Ein offenes, modular aufgebautes System zur Anlagenprojektierung wird kombiniert mit einer adaptiven Betriebsführung. Die Optimierung erfolgt schon in der Planung und berücksichtigt detaillierte und zeitvariable Kosten.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Software zur optimierten Projektierung von Gebäudeenergiesystemen wird kombiniert mit adaptiver Betriebsführung
  • Anlagenoptimierung bereits in der Planung durch optimal abgestimmte Systemkomponenten
  • Iterative Optimierung auf Basis sehr differenzierter, zeitvariabler Kostendaten sowie Simulation typischer Nutzungstage und Bewertung der Gesamtperformance
  • Über moderne Lernverfahren werden Realdaten der Gebäudeleittechnik zur Optimierung der Betriebsführung genutzt
  • Aus detaillierten Prognosen für Teilsysteme werden Betriebsführungsfahrpläne abgeleitet

 

 

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.

Projektkontext

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 mit Hilfe 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.

Vereinfachte Darstellung des Software-Architektur-Konzeptes der flexiblen, optimierenden Betriebsführung

© Fraunhofer FOKUS

Weitere Abbildungen

Struktur der selbstadaptierenden Betriebsführung mit internen und externen Kommunikationspfaden

© inhouse engineering GmbH

Beispiel des Ergebnisses einer Optimierung

© Fraunhofer FOKUS

Methodik des Projektierungssystems als Flowchart (Entwurf)

© UdK Berlin, Institut für Architektur und Städtebau

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 potentieller 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.

Solar optimiertes Rooftop-Gebäude auf dem Wettbewerbsgelände des Solar Decathlon Europe 2014 in Versailles. An diesem Gebäude wurde das WaveSave-System zur Planung, Optimierung und Betriebsführung erprobt.

© UdK Berlin, Institut für Architektur und Städtebau

Modelica-Modell des Rooftop-Gebäudes

© UdK Berlin, Institut für Architektur und Städtebau

Letzte Aktualisierung: 17. Mai 2017

Thematisch verwandte Publikationen

Thematisch verwandte Projekte