„nachhaltige technologien 03 | 2022"

ist. Eine bessere Zonenregelung und damit mögliche Speicherbewirtschaftung versprechen sogenannte (modell-)prädiktive Regelungsansätze. Intelligente Zonenregelung mit Vorausblick – Modellprädiktive Regelungen Modellprädiktive Regelungen werden vermehrt auch in der Gebäudeautomatisierung eingesetzt und zei- gen, je nach Anwendungsgebiet und Ausgangslage, Energieeinsparungen von 15 bis zu 50 Prozent 1 im Vergleich zu herkömmlichen Reglern. Mit Hilfe eines mathematischen Modells wird vorausberechnet , wie sich bestimmte Größen in einem System, z.B. die Tem- peraturen in einer geregelten Zone, verhalten werden, wenn man das System in einer gewissen Weise ansteuert (z. B. heizt oder kühlt) und es bekannten - oder zumindest abgeschätzten - äußeren Einflüssen unterworfen ist (z. B. Schwankungen in der Außentem- peratur und solaren Einstrahlung). Dieses Verhalten wird mit einer Kostenfunktion bewertet, in welche z. B. Komfortverletzungen, Heizungskosten oder CO 2 - Emissionen einfließen können. Die Betriebsstrategie wird daraufhin gezielt so verändert, dass die Kosten minimal werden. Diese Betriebsstrategie wird dann umgesetzt und in regelmäßigen Abständen basierend auf aktuellen Messwerten neu berechnet. So passt sie sich kontinuierlich den Gegebenheiten an. Bei der Regelung von Zonen mit aktivierten Bauteilen kann eine modellprädiktive Regelung dazu beitragen, den Komfort auch dann aufrecht zu erhalten, wenn es z. B. zu einem Wetterumsturz kommt und die Außen- temperatur rasch absinkt. Dazu werden Wetterpro- gnosen in die Optimierung eingebunden und einer drohenden Absenkung der Innenraumtemperatur rechtzeitig entgegengewirkt. Dabei ist heutzutage der Rechenaufwand, der für die Optimierung notwen- dig ist, ein geringeres Problem bei der praktischen Umsetzung als die Schwirigkeit, ein hinreichend genaues mathematisches Modell der thermischen Zone zu erhalten, welches überhaupt Prognosen der Temperaturverläufe erlaubt. Zudem ist es wichtig, die äußeren Einflüsse korrekt zu berücksichtigen. Neben der vergleichsweise einfach abschätzbaren Außen- temperatur spielen hier die solare Einstrahlung mit diversen Verschattungseffekten (z. B. Jalousien), das Öffnen und Schließen von Fenstern bzw. die Wohnraumlüftung, sowie Energieeinträge durch die Bewohner und die in den Zonen aktiven Geräte eine Rolle. Durch die langen Zeitkonstanten des Systems genügt es aber im Allgemeinen, den Einfluss dieser Größen im Mittel abzuschätzen und zu kompensieren. Übergeordnete Koordination der Zonenregler zur Speicherbewirtschaftung Für eine intelligente Bewirtschaftung des Gebäudes als Speicher müssen die einzelnen Zonenregler so von der Energiezentrale koordiniert werden, dass sie in- nerhalb ihrer Komfortgrenzen für Lastverschiebungen herangezogen werden können. Auch hier kann eine modellprädiktive Regelung eingesetzt werden, um z. B. aus Prognosen des Ertrages aus Photovoltaik oder So- larthermie eine optimale Betriebsweise steuerbarer Erzeuger und eine gewünschte Speicherbewirtschaf- tung abzuleiten. Die Koordination der vielen Zonen in einem Gebäude, um diese Speicherbewirtschaftung umzusetzen, ist jedoch nicht trivial: Entweder werden der Betrieb der Energiezentrale und sämtlicher Zonen gemeinsam optimiert, was zu einem sehr großen Optimierungsproblem führt und entsprechende Ressourcen benötigt, oder es werden Schnittstellen geschaffen, die eine Abstimmung der Energiezentrale mit den Zonenregelungen ermöglichen. Für eine hohe Skalierbarkeit wären hier marktbasierte Ansätze möglich, in denen die einzelnen Zonenregler für eine Verschiebung ihrer Last „belohnt“ werden. Die übergeordnete Koordination ist jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium, so dass es hier noch keine standardisierten Protokolle oder Lösungen gibt. "Die Entwicklungen verschiedenster Forschungsprojekte zum Thema Bauteilaktivierung zeigen uns, wie viel Potenzial darin steckt. Wie es sich nun entwickelt hat, ist phänomenal. Wir als Energieversorger können CO 2 -freien Strom aus Wind und Sonne liefern, damit diese Technologie den besten Nutzen für die Menschen und die Unternehmen schaffen. Wenn die Betonelemente in Gebäuden damit ausge- stattet werden, können wir günstiges und umweltfreundliches Heizen und Kühlen garantieren." Frank Dumeier , Vorstandsvorsitzender der WEB Windenergie AG Foto: WEB Mögliche übergeordnete Struktur des Zusammenspiels von Regelungen der einzelnen Zonen Quelle: BEST - Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH Energiezentrale Energiefluss Informations- fluss