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M. Schuss, U. Pont, F. Tahmasebi, M. Taheri, A. Mahdavi:
"Simulationsbasierte Optimierung des Gebäudebetriebs: Beiträge zum RESSEEPE - Projekt";
in: "Forschungstag 2016", Fakultät für Arch & RPL (ed.); issued by: Tu Wien, Fakultät für Architektur und Raumplanung; Forschungstag 2016, Wien, 2017, ISBN: 978-3-902707-32-1, 72 - 73.

(not available, german version) Für Sanierungen des Gebäudebestands gibt es verschiedene Herangehensweisen. Allerdings ist eine Abschätzung der Wirkung von Maßnahmen jeder Herangehensweise vor einer Sanierung zu evaluieren. Ein Projekt, dass ich mit eben dieser Thematik auseinandersetzt, wurde in den vergangenen Jahren unter Mitwirkung der Abteilung Bauphysik und Bauökologie umgesetzt. Das internationale RESSEEPE-Projekt (Retrofitting Solutions and Services fort he enhancement of Energy Efficiency in Public Edification) befasst sich mit unterschiedlichsten Sanierungsvarianten, die "harte" (Ertüchtigung der Gebäudehülle und der Systeme) und "weiche" (Optimierung des Betriebs via Analyse) Ansätze verfolgen. Spezifische Kennzahlen, die optimiert werden sollen, sind der Heizwärmebedarf und Kühlbedarf. Dabei sollen auch innovative und ungewöhnliche Ansätze auf ihre Wirtschaftlichkeit, Wirkung und Dauerhaftigkeit untersucht werden, wie Phase-Change-Materialien (PCMs) und thermische Speichertechnologien. In RESSEEPE wird dazu zusätzlich dynamische Gebäudesimulation eingesetzt. Anhand einer Reihe von Demonstration Sites (unter anderem eine Schule in Skellefteå, Schweden, ein Spital in Terassa/Barcelona, Spanien und ein Universitätsgebäude der Universität von Coventry, UK) wird die Implementierung und Umsetzbarkeit von verschiedenen Maßnahmen überprüft.
Im Zuge der an der Abteilung durchgeführten Arbeiten für das Projekt wurden Simulationsmodelle von Teilen der Demo-Gebäuden erstellt und spezifische Maßnahmen, vor allem im Steuerungsbereich, virtuell im Simulationsmodell umgesetzt. Hierbei wurden folgende Aspekte adressiert, von denen man sich eine Verbesserung der Performance der Dem-Gebäude versprach:
. Zeitliche Programmierung von vorhandenen HVAC-Systemen (Scheduling)
. Ergründen möglicher Modifikationen hinsichtlich HVAC-Systemen eingestellten Zielwerte (Set Points)
. Vorrausschauende (prädiktive) Steuerung von Schedules und Set Points
. Anwendung von passiven Kühlungsmethoden (Fensterlüftung zu geeigneten Zeiten) unter Tags, sowie Nachts (unter Berücksichtigung der Wettervorhersagen)
. Automatisierte Verschattungssysteme basierend auf den gewünschten Beleuchtungsstärken in Schlüsselbereichen im Innenraum, sowie der Vermeidung von (sommerlicher) Überwärmung.
Werkzeuge die hierzu verwendet wurden umfassen Energy Plus (Deparment of Energy, Version 8.1.0.) und das dazugehörige OpenStudio plugin for SketchUp, sowie die Software Meteonorm, die verwendet wurde um Wetterdaten für die Simulationen zu generieren.
Erste Ergebnisse der Bemühungen zeigen, dass eine detaillierte Betrachtung dieser "Common Sense" Faktoren durchaus lohnend sein kann, da doch ein beachtlicher Einfluss auf die Gebäudeperformance sichtbar ist. Exemplarisch soll dies für das für einige Fälle beschrieben werden:
Im Universitätsgebäude in Coventry wurden Räume unterschiedlicher (Nordost bzw. Südwest-)Orientierung betrachtet, und zwar ohne optimierter Ventilation untertags, sowie mit Applikation dieser Maßnahme. Es zeigt sich nur ein geringer, oder sogar negativer Einfluss auf den Heizwärmebedarf, jedoch eine Verringerung der - in diesem Fall viel höheren - Kühllasten (Reduktion um 50% oder mehr). Betrachtet man dieselbe Optimierung in Barcelona und Skellefteå (jeweils nördliche / südliche Ausrichtung von Räumen) zeigen sich veränderte Bilder: Optimierte Tagesventilation zeigt in Spanien nur einen geringen Nutzen, während in Schweden per se die Kühllasten sehr gering sind und daher der Einfluss dieser Maßnahme nicht allzu großen Nutzen zeigt.
Betrachtet man alternativ die Nachtlüftung als Option zeigt sich folgendes Bild: In Coventry und Schweden ist nur ein geringer Einfluss auf Heiz- und Kühlwärmebedarf ablesbar, während in Barcelona diese Maßnahme den Kühlbedarf signifikant reduzieren kann.
Abschließend soll noch kurz über die automatisierte Verschattung und die damit verbundenen Performance-Implikationen gesprochen werden. Es wurden hierzu Heizwärmebedarf, Kühlbedarf und der mit der Beleuchtung verbundene Strombedarf angesehen, sowie drei Szenarien: Ohne automatisierte Verschattung, mit automatisierten Verschattungseinrichtungen auf der Innenseite und mit automatisierten Verschattungseinrichtungen auf der Außenseite. Nach Ausrichtung der betrachteten Räume und geographischer Lage war die Wirkung der Maßnahmen unterschiedlich: Süd-ausgerichtete Räume in Barcelona können mit entsprechender automatisierter Verschattung gehörige Einsparungen beim Kühlwärmebedarf erzielen, während der Einfluss in nord-ausgerichteten Räumen eher gering ist. In Coventry kann sowohl bei Südost- wie auch Nordwest-orientierten Räumen durch außenliegende Verschattungen der Kühlbedarf gesenkt werden, während in Schweden der Einfluss gering ist, und durch einen gesteigerten Heizwärmebedarf fast ausgeglichen wird.
Die Resultate des Forschungsprojektes führen zu folgenden Empfehlungen:
- Maßnahmen zur Gebäudeoptimierung sind auf die jeweilige Situation hinsichtlich Nutzung, Klima, Gebäudemorphologie, -zustand, und -geometrie maßzuschneidern.
- Die Einbeziehung von Simulationen und von oftmals vorhandenen Datenströmen (Wettervorhersage) Maßnahmen können darüber hinaus dazu verwendet werden, um die Auswirkungen von Maßnahmen numerisch abzuschätzen, und damit zu legitimieren bzw. helfen sinnvolle und wirtschaftliche Varianten (Kapitaleinsatz) zu identifizieren.
 

Für Sanierungen des Gebäudebestands gibt es verschiedene Herangehensweisen. Allerdings ist eine Abschätzung der Wirkung von Maßnahmen jeder Herangehensweise vor einer Sanierung zu evaluieren. Ein Projekt, dass ich mit eben dieser Thematik auseinandersetzt, wurde in den vergangenen Jahren unter Mitwirkung der Abteilung Bauphysik und Bauökologie umgesetzt. Das internationale RESSEEPE-Projekt (Retrofitting Solutions and Services fort he enhancement of Energy Efficiency in Public Edification) befasst sich mit unterschiedlichsten Sanierungsvarianten, die "harte" (Ertüchtigung der Gebäudehülle und der Systeme) und "weiche" (Optimierung des Betriebs via Analyse) Ansätze verfolgen. Spezifische Kennzahlen, die optimiert werden sollen, sind der Heizwärmebedarf und Kühlbedarf. Dabei sollen auch innovative und ungewöhnliche Ansätze auf ihre Wirtschaftlichkeit, Wirkung und Dauerhaftigkeit untersucht werden, wie Phase-Change-Materialien (PCMs) und thermische Speichertechnologien. In RESSEEPE wird dazu zusätzlich dynamische Gebäudesimulation eingesetzt. Anhand einer Reihe von Demonstration Sites (unter anderem eine Schule in Skellefteå, Schweden, ein Spital in Terassa/Barcelona, Spanien und ein Universitätsgebäude der Universität von Coventry, UK) wird die Implementierung und Umsetzbarkeit von verschiedenen Maßnahmen überprüft.
Im Zuge der an der Abteilung durchgeführten Arbeiten für das Projekt wurden Simulationsmodelle von Teilen der Demo-Gebäuden erstellt und spezifische Maßnahmen, vor allem im Steuerungsbereich, virtuell im Simulationsmodell umgesetzt. Hierbei wurden folgende Aspekte adressiert, von denen man sich eine Verbesserung der Performance der Dem-Gebäude versprach:
. Zeitliche Programmierung von vorhandenen HVAC-Systemen (Scheduling)
. Ergründen möglicher Modifikationen hinsichtlich HVAC-Systemen eingestellten Zielwerte (Set Points)
. Vorrausschauende (prädiktive) Steuerung von Schedules und Set Points
. Anwendung von passiven Kühlungsmethoden (Fensterlüftung zu geeigneten Zeiten) unter Tags, sowie Nachts (unter Berücksichtigung der Wettervorhersagen)
. Automatisierte Verschattungssysteme basierend auf den gewünschten Beleuchtungsstärken in Schlüsselbereichen im Innenraum, sowie der Vermeidung von (sommerlicher) Überwärmung.
Werkzeuge die hierzu verwendet wurden umfassen Energy Plus (Deparment of Energy, Version 8.1.0.) und das dazugehörige OpenStudio plugin for SketchUp, sowie die Software Meteonorm, die verwendet wurde um Wetterdaten für die Simulationen zu generieren.
Erste Ergebnisse der Bemühungen zeigen, dass eine detaillierte Betrachtung dieser "Common Sense" Faktoren durchaus lohnend sein kann, da doch ein beachtlicher Einfluss auf die Gebäudeperformance sichtbar ist. Exemplarisch soll dies für das für einige Fälle beschrieben werden:
Im Universitätsgebäude in Coventry wurden Räume unterschiedlicher (Nordost bzw. Südwest-)Orientierung betrachtet, und zwar ohne optimierter Ventilation untertags, sowie mit Applikation dieser Maßnahme. Es zeigt sich nur ein geringer, oder sogar negativer Einfluss auf den Heizwärmebedarf, jedoch eine Verringerung der - in diesem Fall viel höheren - Kühllasten (Reduktion um 50% oder mehr). Betrachtet man dieselbe Optimierung in Barcelona und Skellefteå (jeweils nördliche / südliche Ausrichtung von Räumen) zeigen sich veränderte Bilder: Optimierte Tagesventilation zeigt in Spanien nur einen geringen Nutzen, während in Schweden per se die Kühllasten sehr gering sind und daher der Einfluss dieser Maßnahme nicht allzu großen Nutzen zeigt.
Betrachtet man alternativ die Nachtlüftung als Option zeigt sich folgendes Bild: In Coventry und Schweden ist nur ein geringer Einfluss auf Heiz- und Kühlwärmebedarf ablesbar, während in Barcelona diese Maßnahme den Kühlbedarf signifikant reduzieren kann.
Abschließend soll noch kurz über die automatisierte Verschattung und die damit verbundenen Performance-Implikationen gesprochen werden. Es wurden hierzu Heizwärmebedarf, Kühlbedarf und der mit der Beleuchtung verbundene Strombedarf angesehen, sowie drei Szenarien: Ohne automatisierte Verschattung, mit automatisierten Verschattungseinrichtungen auf der Innenseite und mit automatisierten Verschattungseinrichtungen auf der Außenseite. Nach Ausrichtung der betrachteten Räume und geographischer Lage war die Wirkung der Maßnahmen unterschiedlich: Süd-ausgerichtete Räume in Barcelona können mit entsprechender automatisierter Verschattung gehörige Einsparungen beim Kühlwärmebedarf erzielen, während der Einfluss in nord-ausgerichteten Räumen eher gering ist. In Coventry kann sowohl bei Südost- wie auch Nordwest-orientierten Räumen durch außenliegende Verschattungen der Kühlbedarf gesenkt werden, während in Schweden der Einfluss gering ist, und durch einen gesteigerten Heizwärmebedarf fast ausgeglichen wird.
Die Resultate des Forschungsprojektes führen zu folgenden Empfehlungen:
- Maßnahmen zur Gebäudeoptimierung sind auf die jeweilige Situation hinsichtlich Nutzung, Klima, Gebäudemorphologie, -zustand, und -geometrie maßzuschneidern.
- Die Einbeziehung von Simulationen und von oftmals vorhandenen Datenströmen (Wettervorhersage) Maßnahmen können darüber hinaus dazu verwendet werden, um die Auswirkungen von Maßnahmen numerisch abzuschätzen, und damit zu legitimieren bzw. helfen sinnvolle und wirtschaftliche Varianten (Kapitaleinsatz) zu identifizieren.