„nachhaltige technologien 02 | 2024"

In dieser Arbeit werden der Energiebedarf und der In- nenraumkomfort verwendet, um „Wertefunktionen“ im Vergleich zu typischen Leistungsbedingungen zu definieren. Der Weg zu einer optimalen Lösung ist ein Learning-by-Doing-Verfahren, das über einen kur- zen Zeitraum zu einer Strategie führt, durch die der Agent schnell auf Umweltveränderungen reagieren kann. [4] Fallstudie mit 24 Gebäuden In einem Stadtgebiet mit 24 Gebäuden wurden vier generische Gebäude-Archetypen mit Hilfe eines Mehrzonen-Wärmemodellierungsansatzes auf der Grundlage der häufigsten architektonischen Grund- risse der Mehrfamilienhäuser generiert (Tabelle 1). Zwei Baualtersklassen wurden definiert, der Gebäu- debestand vor 1990 und der Neubau nach 2000. Spe- zifische physikalische Eigenschaften (z. B. U-Werte, solare Wärmegewinnungskoeffizienten etc.) und Hülleneigenschaften wurden verschiedenen Daten- banken entnommen. Für neu errichtete Gebäude wurden die Kriterien des schwedischen Zentralamts für Wohnungswesen, Bauwesen und Planung (Bo- verket) und die Technische Bauordnung (CTE) ver- wendet. Die Energiesimulationen wurden mit den Simulationsprogrammen EnergyPlus und OpenStudio durchgeführt. Für jedes Gebäude werden die Regelungsstrategien als eine Reihe von Maßnahmen interpretiert, die in fünf Hauptkategorien unterteilt sind: (a) Heizungssollwerte zwischen 17 und 23 °C mit Intervallen von 1 °C (b) Kühlungssollwerte zwischen 24 und 28 °C mit Intervallen von 1 °C (c) Lüftungsraten pro Fläche zwischen 0. 4-1,2 l/s.m 2 mit 0,4 l/s.m²-Intervallen (d) Bedarf an Geräten und Steckdosenlasten zwischen 3-9 W/m 2 mit Intervallen von 3 W/m 2 und (e) Beleuchtungsbedarf zwischen 6-12 W/m 2 mit Intervallen von 3 W/m 2 Insgesamt wurden pro Gebäude (Agent) 945 mögliche Aktionen als Anpassungsmaßnahmen an die neuen Umweltbedingungen definiert. Um den Energiebedarf der Gebäude unter zukünftigen Klimabedingungen zu simulieren, wurden typische und extreme Wetterdaten mit Hilfe von Klimadaten aus regionalen Klimamodellen (RCMs) für den Zeitraum 2040-2069 erstellt. Die Klimadatensätze enthalten unterschiedliche globale Klimamodelle und decken dadurch verschiedene Klimaunsicherheiten und -szenarien ab. Für diese Arbeit wurden zwei Sätze repräsentativer Wetterdaten nach dem Ansatz von Nik [6] generiert, nämlich das „Typical Downscaled Year (TDY)“ und das „Extreme Cold Year (ECY)“. Der TDY-Winter (Dez-Jan-Feb) wurde als Referenz ver- wendet, während der Winter mit Kältewellen durch Ersetzen von zwei extremen Kälteperioden aus dem ECY in den TDY-Daten erstellt wurde. Leistungsfähigkeit von CIRLEM Die Leistungsfähigkeit von CIRLEM wurde im Ver- gleich zu den Referenzgebäuden für einen typischen Winter und einen Winter mit Kältewellen untersucht. In der folgenden Abbildung links sind die Perioden mit Kältewellen durch blaue Quadrate gekenn- zeichnet. Die grüne und die rote Linie zeigen den kumulierten Energiebedarf der Gebäude, ohne CIR- LEM- Regelung. Die Abweichung von den typischen Wetterbedingungen (grüne Linie) beginnt mit der ersten Kältewelle, und der Energiebedarf steigt bis zu einem weiteren Höhepunkt während der zweiten Kältewelle (rote Linie). Diese beiden Kältewellen führen zu einem Anstieg des Heizbedarfs um etwa 20 Prozent im Vergleich zu einem typischen Winter. Durch den Einsatz von CIRLEM während des Winters mit Kältewellen (schwarze Linie) sinkt der Gesam- tenergiebedarf auf einen Wert, der den typischen Bedingungen sehr nahekommt. Die Verteilung der Innentemperatur während des kal- ten Winters mit CIRLEM ist in der Abbildung rechts dargestellt. In etwa 35 Prozent der Zeit liegt die Tem- peratur unter 19 °C, mit einem Minimum von 17 °C. In Anbetracht der Tatsache, dass einige der Gebäude recht groß und nicht gut isoliert sind, kann eine sol- che Temperaturverteilung akzeptabel sein. Tabelle 1: Details der archetypischen Gebäude. [5] (WWR – Fenster zu Wand-Verhältnis) Arche- typ #Etagen Fläche pro Etage [m 2 ] Gesamtfläche pro Gebäude [m 2 ] WWR (N, E, S, W) Errichtungs- jahr B1 2 120 240 0.1,0.1,0.2,0.1 vor 1980 B2 3 250 750 0.15, 0.1, 0.3, 0.1 nach 2000 B3 4 240 960 0.1, 0.1, 0.3, 0.1 nach 2000 B4 5 150 750 0.15, 0.1, 0.25, 0.1 vor 1990 Abb. 2. Kumulierter Heizenergiebedarf in Wintern mit und ohne Kältewel- len (links) und Verteilung der Innentemperatur, bei Regelung des Energie- bedarfs von 24 untersuchten Gebäuden in einem Winter mit Kältewellen durch CIRLEM (rechts) Quelle: Lund University 17°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 18°C 19°C 20°C 23,7% 11,5% 53,7% 3% 0,4% 21°C 70 60 50 40 30 20 10 0 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Distribution of the indoor temperature [%] Energy [kWh] Week x 10 5 Typical winter - Default control Winter with cold waves - Default control Winter with cold waves - CIRLEM control