Betriebsoptimierung eines Bürogebäudes mit Digitalem Zwilling erfolgreich demonstriert
Ziel des soeben abgeschlossenen „Stadt der Zukunft“-Forschungsprojekts „Digitaler Zwilling“ war es, einen Digitalen Zwilling eines Bürogebäudes und der Haustechnik dazu zu nutzen, den laufenden Betrieb zu optimieren und den Energieverbrauch zu senken. Dazu wurde das Simulationsprogramm IDA ICE so weiterentwickelt, dass es den Status des Gebäudes bzw. der Haustechnik in Echtzeit widerspiegelt. Die praktische Umsetzung des Konzepts erfolgte nach Labortests an einem Bürohochhaus in Wien, das von der OMV genutzt wird.
Der Digitale Zwilling, wie er im hier beschriebenen Projekt entwickelt wurde, basiert auf der Simulationssoftware IDA ICE, die bisher vor allem zur Gebäude- und Anlagensimulation in der Planungsphase verwendet wurde. Neu entwickelt wurde die Möglichkeit, Messdaten aus dem Gebäude und auch Wetterdaten in Echtzeit in die Simulation einzulesen. Außerdem kann das Simulationsmodell an die gemessenen Werte angepasst werden, sodass genaue Echtzeit-Informationen über den Gebäudezustand fortlaufend zur Verfügung stehen. Diese können beispielsweise für die Optimierung der Regelung verwendet werden. Andere Anwendungen des Digitalen Zwillings sind etwa ein vereinfachtes Facility Management mit Echtzeitvisualisierung oder das automatische Anpassen der Regelung an verändertes Nutzerverhalten beziehungsweise eine andere Nutzung der Räume, wenn Büros zum Beispiel in Besprechungsräume umgewandelt werden oder umgekehrt.
Der neu entwickelte Digitale Zwilling wurde sowohl auf die Kälteversorgung des Gebäudes als Ganzes sowie auf eine Büroetage angewendet.
Einige Betriebsoptimierungen konnten bereits im Zuge der Modellvalidierung durchgeführt werden. Mit dem Modell besteht zusätzlich die Möglichkeit, ein energietechnisches Betriebsoptimum unter Einhaltung von definierbaren Nutzervorgaben zu ermitteln. Als interessant haben sich im Rahmen der Simulationen unter anderem die Optimierung der Betriebszeiten und eine der jeweiligen Kälteverbraucher angepasste Kaltwasseraustrittstemperatur herausgestellt. Auch ein optimierter Betrieb des Free-Cooling-Wärmetauschers und der Lüftungsanlage bieten ein beachtliches Einsparpotential.
Die Entwicklung des Digitalen Zwillings ist mit diesem Projekt noch nicht abgeschlossen. Weitere mögliche Anwendungen sollen getestet und deren Nutzen bewertet werden. Zum Beispiel ist geplant, Algorithmen zu entwickeln, die basierend auf der Echtzeitsimulation beispielsweise Sollwerte für Heizen und Kühlen vorschlagen und an die Gebäudeleittechnik übermitteln. Auch soll es möglich sein, Stellsignale für Heizen, Kühlen oder die Lüftung zu bestimmen.
Ein weiteres Ziel ist es, externe Services wie Wettervorhersagen einzubinden oder Belegungspläne für Büro- oder Besprechungsräume als Input für die Simulation zu verwenden und damit die Regelung der Gebäudetechnik genauer auf die tatsächlichen Randbedingungen anzupassen. Damit kann sowohl Energie eingespart, als auch der Nutzerkomfort erhöht werden.
Projektpartner
EQUA Solutions AG www.equa.se/de
VASKO+PARTNER INGENIEURE Ziviltechniker für Bauwesen und Verfahrenstechnik GesmbH https://vasko-partner.at
Fördergeber
Stadt der Zukunft – Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (abgewickelt durch die FFG)
Kontakt