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L. Siafara:
"Design of an active solar systems software component for a Performance-Based Optimization Environment";
Supervisor: A. Mahdavi; Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie, 2014; final examination: 2014-10-22.

Transition to Zero Energy Buildings requires on-site energy generation from renewable energy sources in order to offset the energy usage for building operation. Solar thermal collectors and photovoltaic panels are the most common building integrated renewable technologies and are used in order to reduce CO2 emissions and dependence on imported energy. A combined use of the later, designed according to the building energy demand can potentially maximize the benefits of solar energy and enhance the
environmental and financial building performance.
SEMERGY is an innovative performance-based optimization environment for building design and currently lacks of a tool for modeling of photovoltaic and solar thermal systems. Therefore the system is restricted to supporting decisions on energy efficiency
measures, while energy generation solutions are not considered. The scope of this work is to address this problematic by defining the design problem of a solar system component and further by providing a description of what is to be built and how it is
expected to be built in order to allow for software development to proceed with the implementation.
Two main issues are addressed, design optimization and seamless integration into a building design system (SEMERGY). This research determines the exact problem and its parameters, and investigates existing tools for active solar design in order to explore
whether and how they answer the specific design problem. Further, it develops the design specifications in accordance with user requirements, defines the system architecture and the detailed computer system models, and executes test cases in order
to test how the tool responds to the design specifications. Finally, the interaction with SEMERGY environment is analyzed and the necessary extensions to SEMERGY Building Model (SBM) are reported.
The design tool points to design solutions that achieve an optimum exploitation of the available area of the building envelope. Optimization is evaluated against preset design criteria for maximizing CO2 reduction gains and financial performance.
As a result, the implementation of the solar system component enhances the optimization function of SEMERGY, since it allows the user to be able to design buildings with more specific requirements.

Der Übergang zum Null-Energie-Gebäude erfordert die Vor-Ort-Energieerzeugung durch erneuerbare Energiequellen, um den Energiebedarf für den Gebäudebetrieb auszugleichen. Solarthermische Kollektoren und Photovoltaik-Module sind die
häufigsten gebäudeintergrierten erneuerbaren Technologien und werden aufgebracht für die Reduzierung der CO2-Emissionen und der Abhängigkeit von Energieimporten.
Eine kombinierte Anwendung der Solartechnologien, ausgelegt nach dem Gebäudeenergiebedarf, könnte die Solarenergiegewinne maximieren und zu einer Steigerung der Umwelt-und Finanzleistung beitragen. SEMERGY ist ein innovatives leistungsorientiertes Optimierungsystem für Bauplanung und verzichtet derzeit auf ein Tool für die Modellierung von Photovoltaik-und Solarthermieanlagen. Daher ist momentan das System auf die Unterstützung von Entscheidungen über Energieeffizienzmaßnahmen beschränkt, während Lösungen für die Energieerzeugung nicht berücksichtigt werden. Diese Arbeit adressiert diese Problematik an die Problemstellung des Entwurfs der Solarkomponenten, indem sie eine Beschreibung dessen gibt, was gebaut und wie es erwartungsgemäß gebaut werden soll, um die Software-Weitrentwicklung zu ermöglichen.
Zwei Hauptthemen werden angesprochen: die Designoptimierung und die nahtlose Integration in einem integrierten Gebäude-Design-System (SEMERGY). Die Arbeit legt das genaue Problem und seine Parameter fest, untersucht vorhandenene Werkzeuge für
aktive Solarsysteme, um zu kontrollieren, ob und wie sie das spezifische Designproblem beantworten. Weiter entwickelt sie die Designvorgaben gemäß den Benutzeranforderungen, definiert die Systemarchitektur und die detaillierten Computersystemmodelle, und führt Testfälle an, um zu überprüfen, wie das Tool den Designvorgaben entspricht. Schließlich wird die Interaktion mit SEMERGY analysiert und über die notwendigen Erweiterungen des SEMERGY Informationsmodells (SBM) berichtet.
Das entwickelte Tool zeigt Lösungen auf, die eine optimale Nutzung der verfügbaren Fläche der Gebäudehülle erreichen. Die Optimierung wird gegenüber voreingestellten Designkriterien für die ökologische und finanzielle Leistung bewertet.Die Umsetzung der Solaranlagenkomponente verbessert die Optimierungsfunktion von SEMERGY, da sie dem Benutzer erlaubt, Gebäude mit besonderen Anforderungen planen zu können.

Active solar systems, solar thermal collectors, photovoltaics, SEMERGY, software design, software component, performance optimization

Project Head Ardeshir Mahdavi:
Semantische Technologien für Softwaretechnik und Interaktive Systeme