Digiaktiv

Planung und Betrieb von Gebäuden mit effizienten Technologien als Beitrag zu den Klimaschutzzielen. Forschungsprojekte zeigen das Potenzial für den Gebäudesektor auf.

Die aktuellen Forschungsprojekte digiaktiv, VirtualCoolingControl und digitaler Zwilling zeigen die Potenziale für Digitalisierung und Dekarbonisierung im Gebäudesektor auf – mit mehr Effizienz, höherer Planungssicherheit als auch einem optimierten Betrieb des Gebäudes.

 

AIT-Projekt digiaktiv schlägt eine digitale Brücke zwischen Gebäude- und Regelungstechnik

Für die Senkung der Nutzung fossiler Energie spielt der Gebäudesektor, mit einem Anteil von rund 30 Prozent des Endenergieverbrauchs in Österreich, eine entscheidende Rolle. Um diese Senkung zu erreichen bekommen die Handlungsfelder Gebäude- und Regelungstechnik und das effiziente Zusammenspiel der einzelnen Gewerke eine immer wichtigere Rolle in den Phasen Gebäudeplanung und -errichtung. Im Forschungsprojekt „digiaktiv“ untersuchen die Projektpartner Vasko+Partner und EAM Systems unter der Leitung des AIT Institute of Technology das Potenzial zur Verbesserung der Interoperabilität zwischen den unterschiedlichen Gewerken durch neutrale, offene semantische Datenmodelle.

„Moderne Gebäude sollen immer höhere Anforderungen an Komfort und Energieeffizienz erfüllen und dabei gleichzeitig mehr technische Systeme in Einklang bringen“, erklärt Stefan Hauer, Projektleiter und Research Engineer am AIT Center for Energy. „Im Projekt „digiaktiv“ untersuchen wir daher, wie sich durch die Weiterentwicklung technischer Lösungen das Schnittstellenrisiko hinsichtlich Informationsweitergabe bei den Gewerken technische Gebäudeausrüstung und Regelungstechnik minimieren lässt.“, erklärt Hauer.

Für die Gebäudeplanung wird zunehmend auf Building Information Modelling (BIM) gesetzt, um Prozessabläufe bei abgestimmten Datenschnittstellen in einem sogenannten digitalen Gebäudezwilling darzustellen. Das Projekt „digiaktiv“ geht einen Schritt weiter, indem zusätzlich zu den Plänen für Gebäude parallel die Betriebsführung der jeweiligen Komponenten wie Umschaltpunkte oder aufgeschaltete Kaskaden interaktiv dargestellt werden. Diese Informationen sind für die Mess,- Steuerungs- und Regelungstechnik und Gebäudeautomation von essenzieller Bedeutung, um eine effiziente Anlagenreglung zu entwickeln und zu optimieren.

 

Digiaktiv verbindet digitale Inseln

Die beiden Gebäudetechnikexpertinnen Katharina Eder und Barbara Beigelböck von Vasko+Partner unterstreichen dies: „Wir nutzen BIM bereits als Methode in unseren Planungen, aber bisher fehlte eine Integration der Gewerke Technische Gebäudeausrüstung und der Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik (MSR) bzw. Gebäudeautomation (GA). Das ist einer der Knackpunkte, die nicht nur Zeit und Kosten verursachen, sondern ebenso Reibungsverluste erzeugen.“ Unabhängig davon, ob die Planung der Energieverteilung innerhalb der BIM-Umgebung oder in einem herkömmlichen Zeichenprogramm abgebildet wird, die Darstellung der Energieerzeugung in Form von TGA-Schemata stellt eine davon getrennt zu betrachtende Komponente dar. Bis dato erfolgen Änderungen oft manuell und entkoppelt von den anderen Gewerken, wodurch ein erhebliches Fehlerpotenzial auftritt. „Eine digitale Informationsschnittstelle zwischen dem hydraulischen TGA- und GA-Schema gibt es derzeit nicht in praktikabler Form, wodurch digitale Inseln zwischen den Fachdomänen Architektur, TGA-Planung und MSR/GA entstehen“, erklärt Eder. „Dies beeinflusst vor allem auch den energieeffizienten Gebäudebetrieb. Bestehende Technologien wie semantische Datenmodelle, openBIM-Standards, sollen im aktuellen Forschungsprojekt erweitert und kombiniert werden, um den verlustfreien Informationsfluss zwischen den Gewerken zu ermöglichen. Somit ist man in der Lage ein durchgängiges Aktualisieren und das Weitergeben aller relevanten Planungsdaten zwischen TGA und MSR/GA beispielsweise Betriebsmodi, Teillastverhalten, etc. zu ermöglichen“, so die Expertin weiter.

Für die Forschungsförderungsgesellschaft, FFG, ist „digitaktiv“ ein vielversprechendes  Forschungsvorhaben – von dem sich das Projektteam einen weiteren Meilenstein in der digitalen Planung als auch im Betrieb von Gebäuden erwartet.

 

Energieeffizienzsteigerung von Kältesystemen

Ein weiteres spannendes Forschungsprojekt läuft bei Vasko+Partner aktuell zur Energieeffizienzsteigerung von Kälteanlagen durch intelligente Regelstrategien auf Basis virtueller Datenpunkte, unter dem Titel: VirtualCoolingControl (ViCC). Gemeinsam mit dem Projektpartner Universität für Bodenkultur Wien und dem Institut für Verfahrens- und Energietechnik soll der energetische Mehrwert sowie das vorhandene Marktpotenzial der ViCC-Methodik mit fundierten/belastbaren Zahlen durch Real-Anlagendaten untermauert sowie ein Lösungsweg zur Umsetzung entwickelt werden. Dieses Projekt ist gefördert durch die Wirtschaftsagentur Wien, ein Fonds der Stadt Wien.

Das Forschungsvorhaben ViCC hat die Steigerung der Energieeffizienz von Kompressions-Kälteanlagen durch innovative Regelkonzepte mittels Kombination aus „rule-based“- und „virtual-based“-Regelstrategien als Ziel. „Literaturquellen bzw. darauf aufbauende Berechnungen im Rahmen der Projektvorbereitung zeigen, dass die Entwicklung der ViCC-Methodik ein Energieeffizienzsteigerungspotential von Kompressions-Kälteanlagen von 25 Prozent erwarten lässt, was ein Reduktionspotential der CO₂ Emissionen von 25.885 Tonnen pro Jahr bedeutet“, erläutern die beiden Forscherinnen. Der generierte Lösungsweg wird im Rahmen des Forschungsvorhabens einem ersten Praxistest unterzogen und somit validiert und für eine geplante Markteinführung vorbereitet bzw. ein eventuell nachfolgender F&E Bedarf definiert.

 

Digitaler Zwilling

Das dritte aktuell laufende Forschungsprojekt beschäftigt sich mit dem digitalen Zwilling, der vor allem in der Gebäudetechnik zu einer deutlich verbesserten Perfomance eines Gebäudes führen kann. Bei diesem Projekt hat das AEE Intec, Institut für Nachhaltige Technologien, die Leitung, Vasko+Partner ist gemeinsam mit der Equa Solutions AG Projektpartner, des im Rahmen der 5. Ausschreibung des Programms „Stadt der Zukunft“ durch die FFG geförderten Projektes. Hier hat sich das Team die Aufgabe gestellt, an einem bereits fertiggestellten und von Vasko+Partner realisierten Projekt, dem RHW.2 am Wiener Donaukanal, das Potenzial für zusätzliche Energieeinsparungen zu identifizieren. „Das Ziel ist die Kopplung des Raiffeisen-Passivhaushochhauses mit seinem virtuellen Zwilling, dem, Building-Tracker´. Der tatsächliche Energiebedarf sowie vielfältige Einflüsse wie Wetter, Umgebungstemperatur, Netzdienlichkeit, Integration und Nutzung von erneuerbaren Energien und nicht zuletzt das Nutzerverhalten sollen dabei in Echtzeit mit einem Monitoring verfolgt und Verbesserungen und mögliche Ursachen für Leistungslücken in Echtzeit vorgeschlagen werden“, erklärt Katharina Eder. Mit Hilfe der Kopplung von Monitoring und Simulation durch virtuelle Sensoren ist ein innovatives Gebäudeenergiemanagement zur Erreichung von nahezu Nullenergiegebäuden möglich. Dieses Prinzip kann dann in weiterer Folge auf andere Gebäude und auch Quartiersverbünde angewendet werden.

Alle drei Forschungsprojekte haben ein gemeinsames Ziel: Mehr Effizienz, höhere Planungssicherheit als auch einen optimierten Betrieb des Gebäudes. Zukunftsweisende Themen, die einen Denkanstoß für alle zukünftigen Planungen liefern werden.