Berliner ImpulsE

Dipl.-Ing. Nicolas Réhault

HIT2GAP – Eine innovative Energiemanagementplattform

Minimierung des Performance Gaps in Nichtwohngebäuden

Im Projekt HIT2GAP entwickelt ein europäisches Konsortium eine Energiemanagementplattform zur Minimierung des Performance Gaps von Gebäuden. Die Lösung ist für Facility Manager bestimmt und bündelt Werkzeuge zur Simulation, Messdaten­analyse und BIM in einer Smartphone-ähnlichen Architektur.

Bis 2050 soll die Versorgung des europäischen Gebäudesektors nahezu klimaneutral erfolgen. Effizienzsteigerungen im Bereich des energetischen Gebäudebetriebs können dabei eine Schlüsselrolle spielen, da gerade hier große CO2-Vermeidungspotenziale liegen. Jedoch überschreitet der Energieverbrauch von Gebäuden häufig die geplanten Kennwerte um ein Vielfaches. Diese ­Diskrepanz, die auch als „Performance Gap“ bezeichnet wird, übersteigt in manchen ­Fällen 100 Prozent. Für den Bausektor sind die Untersuchung der Ursachen dieser Diskrepanz und die Entwicklung ge­eigneter Verfahren und Werkzeuge, um diese zu minimieren, besonders wichtig. Einerseits um die gesetzlichen oder von den verschiedenen Energieeffizienzstandards festgelegten Anforderungen einzuhalten, andererseits um Investoren und Gebäudebetreibern eine belastbare Prognose des Energieverbrauchs ihrer Gebäude zu liefern.

Ursachen für den Performance Gap finden sich in der Planungs-, Bau- und Betriebsphase von Gebäuden. Beispielweise liefern normierte Berechnungsverfahren feste Werte des prognostizierten Energieverbrauchs, ohne den Einfluss von unsicheren Randbedingungen wie die Abbildung von Nutzerverhalten zu berücksichtigen. Obwohl letztere das Ergebnis von Gebäudesimulationen stark beeinflussen können, werden Unsicherheitsbewertungen bisher in der Planungspraxis nur selten durchgeführt. Bauliche Mängel während der Bauphase, wie falsch montierte Sensoren, können die Betriebsweise und somit die Energieeffizienz von Systemen beeinträchtigen. Für Gebäudebetreiber sind die Software und die Modelle, die während der Planungsphase zur Energiebedarfs­rechnung herangezogen wurden, nicht zugänglich oder für Energiemanagementaufgaben nicht geeignet. Weiterhin sind die Regelstrategien und die Funktionen von Gebäudeautomationssystemen oft nicht dokumentiert. Dadurch gehen wertvolle Informationen zwischen Planungs- und Betriebsphase verloren. Zusätzlich treten im Betrieb von Anlagen oft Fehler auf, die sich mit gängigen Gebäudeautomationssystemen nur schwierig identifizieren lassen und einen erheblichen zusätzlichen Verbrauch verursachen können.

Regelwerke wie die VDI 6039 oder die VDI 6041 liefern Anleitungen für eine gewerke­übergreifende Koordination der Inbetriebnahme bzw. für das Aufsetzen eines technischen Monitorings in Gebäuden. Die Anwendung der beschriebenen qualitätssichernden Maßnahmen kann sowohl zur Erreichung der geplanten Energiekennwerte als auch eines guten thermischen Komforts beitragen. Dies hat die Staatliche Vermögens- u. Hochbauverwaltung Baden-Württemberg, die seit 2016 für große Bauprojekte ein technisches Monitoring zur energetischen Optimierung verordnet, bereits erkannt.

Um den energetischen Gebäudebetrieb kontinuierlich und systematisch zu überwachen und geeignete Maßnahmen bei erkannten Defiziten zu ergreifen, sind Monitoringsys­teme wichtige Werkzeuge. Es fehlt jedoch noch an geeigneten Werkzeugen, die der wachsenden Komplexität und Digitalisierung der Gebäude begegnen und Gebäudebetreibern eine hohe Transparenz und Verfügbarkeit von Messdaten und Gebäudeinformationen verschaffen.

Um diese Lücke zu schließen, entwickelt ein europäisches Konsortium im Rahmen des Horizont 2020-geförderten Projekts HIT2GAP seit Ende 2015 eine neuartige Energiemanagementplattform für das Monitoring von Nichtwohngebäuden. Der Kernaspekt der HIT2GAP-Plattform ist eine Softwarearchitektur ähnlich eines Smartphone-Betriebssystems: Anwendungen werden entwickelt, welche Zugriff auf eine zentrale Datenbank haben und verschiedene Funktionalitäten anbieten. Darunter sind beispielsweise Module zur Visualisierung, zur Simulation mit Unsicherheitsbewertung, zur Datenanalyse mit automatisierter Fehlererkennung, zur Energieverbrauchsprognose und zur Bewertung des Nutzerverhaltens. Ziel jedes einzelnen Moduls ist es, zur Reduktion des Performance Gaps beizutragen. Zusätzlich bietet die in HIT2GAP entwickelte Plattform die ­Integration unterschiedlicher Datenquellen wie drahtlose Sensoren, Gebäudeautomationssysteme und Daten aus Bauwerksinformationsmodellen (BIM). Der Vorteil der ­HIT2GAP-Lösung gegenüber bereits am Markt existierender Energiemanagementsysteme ist eine sehr hohe Flexibilität auf Grund des modularen Ansatzes sowie eine sehr große Bandbreite an Funktionalitäten, welche über die Projektlaufzeit hinaus noch erweiterbar ist. Der Datenaustausch der Core-Plattform beruht auf dem Prinzip von REST-Web-APIs – einer Technologie, die Standard-Webprotokolle nutzt und somit einen einfachen Fernzugriff der Module auf die verschiedenen Daten sowie die Inter­operabilität zwischen Modulen ermöglicht. Zudem übernimmt die Core-Plattform Funktionalitäten wie Datenbereinigung, Datenaggregation und Datenabgleich um Module dabei zu unterstützen, die gesammelten Daten zu nutzen. Die steigende Komplexität sowie die zunehmende Digitalisierung von Gebäuden stellt eine große Herausforderung an die Speicherung von heterogenen und voluminösen Daten dar. Die Verknüpfung von statischen Daten, die ein Gebäude und seine Anlagen beschreiben, mit dynamischen Daten aus dem Gebäudeleitsystem und Messsystemen, liefert interessante Möglichkeiten. So lassen sich zum Beispiel die Ergebnisse von Analyseverfahren wie der Fehlererkennung und Diagnose mit statischen Informationen wie Ort und Typ eines fehlerhaften Systems verknüpfen und dem Gebäudebetreiber für die Fehlerbehebung sowie Instandhaltungsaufgaben bereitstellen. Um dies zu ermöglichen wurde ein zweilagiges Datenspeichersystem konzipiert. Dies setzt sich zusammen aus einem HDF5-Dateisystem zur Speicherung und zum Management von Zeitreihendaten und aus einem nach den Prinzipien des semantischen Webs strukturierten Dateisystem zur Speicherung von statischen Daten auf Basis von RDF (Resource Description Framework). Nach der abgeschlossenen Konzeptionsphase fokussiert sich das HIT2GAP-Konsortium auf die Entwicklung und die Integration der verschiedenen Module. Anschließend wird die Lösung in vier Demonstrationsgebäuden in Polen, Frankreich, Irland und Spanien implementiert, getestet und evaluiert; mit dem Ziel, eine behagliche Umgebung für Nutzer und eine hohe Energieeffizienz während des Betriebs zu erreichen.

 

Dipl.-Ing. Nicolas Réhault
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE
nicolas.rehault@ise.fraunhofer.de

Das diesem Artikel zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln der europäischen Kommission im Rahmen des Horizont 2020-Programms unter dem Förderkennzeichen 680708 gefördert.

www.hit2gap.eu