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F. Regnath:
"Application of agent-based modeling to assess the impact of occupant behavior on Buildings' Energy Use";
Supervisor: A. Mahdavi; Institute for Architectural Science, Department of Building Physics and Building Ecology, 2021; final examination: 2021-09-27.

In the building simulation, there are often serious differences between the calculated and the
actual energy demand. The reasons for this can be many, but one of the biggest factors is the
behaviour of users in the building which is difficult to predict, but has a significant influence on
the actual energy demand. Conventional software mainly replicates presence and interactions
with time-step based tables. In recent years, agent-based modeling has been increasingly used as
a new approach. This involves creating individual units that perform various actions based on a
set of rules. These building users, called agents, can differ according to need. Depending on the
current input, their actions change accordingly. The present work aims to combine a dynamic
energy simulation of an office building with an Agent-based model. The model will investigate
how different types of users affect the final energy demand. For this purpose, a behavioural
model for building users was created in the software Netlogo. This comprises four different
types of users, each of which have a high or low energy load and are additionally divided in their
tolerance with regard to the indoor climate conditions. The model is then connected to the
energy simulation programme EnergyPlus using a co-simulation. The co-simulation is carried
out by combining the software Building Control Virtual Test Bed and the Python programming
language. In a fictitious office building, the energy demand is investigated for one representative
week per season with several user compositions. For each time step, the actions of the building
users are simulated based on the current climatic conditions and fed back to EnergyPlus as
input. The work describes both the underlying behavioural model and the connection between
the tools. Subsequently, the results of the simulations are compared and analysed. It becomes
clear that the energy awareness of the building users has a significant influence on the energy
consumption. In addition, it is shown that in some cases a greater tolerance - in the simulation model associated with reduced influence on the building - can lead to an increased energy
consumption. It is also apparent that the commercial use of more precise energy simulation models with co-simulations is still in its infancy due to the exceptional effort required to create them.

In der Geb¨audesimulation gibt es oft gravierende Unterschiede zwischen dem berechneten und
dem tats¨achlichen Energiebedarf. Die Gr¨unde daf¨ur k¨onnen vielf¨altig sein, jedoch wird als
einer der gr¨oßten Faktoren das Verhalten von Nutzern im Geb¨aude benannt. Dieses ist schwer
vorauszusagen, hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf den tats¨achlichen Energiebedarf.
Herk¨ommliche Software bildet vor allem mit zeitschrittbasierten Tabellen die Anwesenheit und
Interaktionen von Geb¨audenutzern nach. Als alternativer Ansatz wird in den letzten Jahren
immer ¨ofter die sogenannte Agentenbasierte Modellierung verwendet. Dabei werden individuelle Einheiten erstellt, die basierend auf einem Regelset verschiedene Aktionen ausf¨uhren. Diese
als Agents bezeichneten Geb¨audenutzer k¨onnen sich je nach Modell unterscheiden. Abh¨angig
von dem aktuellen Input ¨andern sich dementsprechend ihre Aktionen. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, eine Energiesimulation eines B¨urogeb¨audes mit einem Agenten basierten
Modell zu verbinden. Das Modell soll untersuchen, wie sich verschiedene Nutzertypen auf den
Endenergiebedarf auswirken. Dazu wurde in dem Programm Netlogo ein Verhaltensmodell
f¨ur Geb¨audenutzer erstellt. Dieses umfasst vier verschiedene Typen, die jeweils einen hohen
oder niedrigen Energieverbrauch aufweisen und sich zus¨atzlich in ihrer Toleranz bez¨uglich des
Raumklimas aufteilen. Dieses Modell wird anschließend mit dem Energiesimulationsprogramm
EnergyPlus mithilfe einer Co-Simulation verbunden. In einem fiktiven B¨urogeb¨aude wird f¨ur
jeweils eine repr¨asentative Woche pro Jahreszeit mit Hilfe mehrerer Nutzerzusammensetzungen
der Energiebedarf untersucht. Die Co-Simulation erfolgt dabei ¨uber eine Verbindung aus dem
Programm Building Control Virtual Test Bed und der Programmiersprache Python. F¨ur jeden
Zeitschritt werden die Handlungen der Geb¨audenutzer basierend auf den aktuellen klimatischen
Bedingungen simuliert und als Input zur¨uck an EnergyPlus gegeben. Die Arbeit beschreibt
dabei sowohl das zugrundeliegende Verhaltensmodell, als auch die Verbindung der Programme
miteinander. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Simulationen verglichen und untersucht.
Dabei wird deutlich, dass das Energiebewusstsein der Geb¨audenutzer einen großen Einfluss auf
den Verbrauch hat. Zus¨atzlich zeigt sich, dass in einigen F¨allen eine gr¨oßere Toleranz - und
im Simulationsmodell damit verbunden ein Unterlassen der Einflussnahme auf das Geb¨aude
- zu einem erh¨ohten Energieverbrauch f¨uhren kann. Zudem zeigt sich, dass die kommerzielle
Nutzung von pr¨aziseren Energiesimulationsmodellen mit Co-Simulationen, bedingt durch den
großen Aufwand zur Erstellung, noch an ihrem Anfang steht.

Agent-Based-Modelling, Building-Energy-Modelling, Occupancy, Energy Consumption, Behaviour Modelling