ProKlim+ - Anwendung von Model Predictive Control zur Optimierung des Solarstrom-Eigenverbrauchs bei gesteigerter Energieeffizienz

Status

laufend

Kurzfassung

Ausgangslage

Die Einbindung von Wetterprognosen in die Gebäudesteuerung kann helfen, bestehende Systeme hinsichtlich ihrer Energieeffizienz zu optimieren und Energie einzusparen. Während das Einbeziehen aktueller Wetterdaten in die Gebäudesteuerung heutzutage weit verbreitet ist, werden Wetterprognosen nur vereinzelt, meist innerhalb von Studien für die vorausschauende Gebäudeklimatisierung verwendet. Und dies, obwohl die Einbindung von Wetterprognosen in moderne telematische Gebäudesteuerung auf vielseitige Weise helfen kann, bestehende Systeme hinsichtlich ihrer Energieeffizienz zu optimieren. In den vergangenen Jahren gab es einige theoretische Studien und Demonstrationsprojekte, die den innovativen Ansatz einer Wetterprognose-unterstützten Regelung untersuchten. Dabei wurden unterschiedliche Zielobjekte, wie z.B. Wohngebäude und Nichtwohngebäude, mit unterschiedlichen baulichen und systemtypischen Standards betrachtet und Energieeinsparungspotenziale zwischen 3 % und 41 % ermittelt.

Die bisherigen Studien konzentrierten sich aber meist auf die Gebäudesteuerung unter der Prämisse energieeffizient zu arbeiten, ohne die Möglichkeit der gebäudeintegrierten Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen, Solarthermie oder Kleinwindkraft zu berücksichtigen. Dabei könnte hier eine Möglichkeit liegen, trotz Einsparung von Fremdenergie die Komfortparameter einzuhalten.

Zielstellung

Ziel des Projekts ist es, eine prädiktive Regelung in die bestehende Gebäudeautomatisierung des Untersuchungsgebäudes ENERGYbase zu implementieren, die sowohl die solarbedingte Aufheizung im Gebäude als auch die Energieproduktion durch die gebäudeintegrierte Photovoltaik-Anlage berücksichtigt, um die Effizienz der Heizsysteme zu steigern und den Eigenverbrauch des Solarstroms zu optimieren ohne die geforderten Komfortkriterien zu verletzen. Es sollen Ansätze für eine Verbesserung der Regelstrategie hinsichtlich Berücksichtigung der Energieaufnahme der Wärmepumpe, des Strompreises, der Laufzeiten der Energieerzeuger, des Solarangebotes und des Verteilsystems entwickelt und durch Szenarien-Simulation getestet werden.

Methodische Vorgehensweise

Hierfür werden basierend auf dem Gebäudemodell der ENERGYbase Day-Ahead- Bedarfsberechnungen für den Heizfall erstellt, die in aufbereiteter Form der Simulationsumgebung Dymola zur Verfügung gestellt werden. In Dymola werden die haustechnischen Anlagen im Sprachstandard Modelica hinterlegt. Diese umfassen in erster Linie die Heizwärme- und Kältebereitstellung sowie die dazugehörigen Verteilsysteme, die Photovoltaik und die solarthermischen Anlagen. Unter Berücksichtigung der prognostizierten Außenlufttemperaturwerte und Strahlungsintensitäten werden die haustechnischen Anlagen in einem iterativen Optimierungsverfahren auf die exakten Bedürfnisse der Gebäudenutzer geregelt. Hierfür wird die Kopplung von Dymola mit dem generischen Optimierungstool GenOpt angestrebt. Unter diesen Voraussetzungen ist es möglich, verschiedene Optimierungsziele zu realisieren.

Erwartete Ergebnisse

ProKlim+ liefert wichtige Grundlagen für die strategische Ausrichtung einer effizienten Energieplanung im Bereich der Haustechnik. Durch die erreichbare Energieeinsparung im Bereich der Gebäudeklimatisierung kann eine Verringerung des CO2-Ausstoßes im Sinne eines nachhaltigen Ressourcenmanagements erreicht werden. Dies ist in erster Linie im Hinblick auf den Klimaschutz wichtig, hat aber auch einen ökonomischen Aspekt, da Österreich im Falle des Nichterreichens der Kyoto-Ziele CO2-Zertifikate in Höhe von mehreren Mio. Euro zukaufen muss. Um die sogenannte Zielerreichungslücke so klein wie möglich zu halten, sind weitere im Inland wirksame Maßnahmen notwendig, zu denen auch gesteigerte Energieeffizienz im Bereich der Raumwärme einen Teil beitragen kann.

Projektleitung

Dr. Fernando Carreras
UBIMET GmbH

Projekt- und Kooperationspartner

• Austrian Institute of Technology, Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H, Nachhaltige Gebäudetechnologien
• Technikum Wien GmbH

UBIMET GmbH
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