openBAM - Open Building Automation Modelling - Offene Modellierung der Gebäudeautomation über den gesamten Gebäudelebenszyklus

Plattform-unabhängige Modellierung der Steuerungs- und Regelungslogik zur detaillierten Untersuchung von Gebäudeautomationssystemen mit Bautechnik und Gebäudetechnik. Das Ergebnis ermöglicht es, Energieeinsparungspotenziale durch Gebäudeautomation schon vor der Ausführung digital zu analysieren.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Hocheffiziente Gebäude, deren gesamter Energieverbrauch (Gebäudebetrieb und Nutzung) durch lokale Energiegewinnung abgedeckt werden kann, sind wesentliche Elemente von klimaneutralen Städten bzw. Stadtteilen. Diese Plus-Plus-Energie-Gebäude wurden bereits in unterschiedlichen Ausprägungen in der Praxis umgesetzt, jedoch zeigte sich bei vielen Projekten, dass deren tatsächlicher Energieverbrauch höher ist als der ursprünglich geplante Verbrauch.

Einer der Gründe dafür lässt sich darauf zurückführen, dass die Gebäudeautomation erst im Zuge der Inbetriebnahme der Gebäude detailliert geplant wird. Deswegen und mangels Zeit und Budget wird in den seltensten Fällen das volle Energieeinsparungspotenzial, das die Gebäudeautomation erschließen könnte, ausgeschöpft und die Gebäude weisen somit einen höheren Energieverbrauch auf.

Inhalte und Zielsetzungen

Da jede Kilowattstunde nicht verbrauchte Energie dazu beiträgt, das Ziel „Klimaneutralität" zu erreichen, braucht es Gebäude mit sauber durchdachter, funktionierender Gebäudeautomation, die einen optimalen Gebäudebetrieb sicherstellt, da es bei hocheffiziente Gebäude ansonsten zu einem Mehrverbrauch von bis zu 54% kommen kann.

Um die Gebäudeautomation – insbesondere die Steuerungs- und Regelungslogik – schon vorab auf einen optimalen Betrieb auslegen zu können, ist es notwendig, diese anhand eines digitalen, simulationsfähigen Abbildes (digitaler Zwilling) zu entwickeln. Dabei müssen alle relevanten Aspekte des Gebäudes (Steuerungs- und Regelungslogik, Nutzungsinformationen, Geometrie, Bautechnik und Gebäudetechnik) in unterschiedlichen Detaillierungsgraden abbildbar sein – von stark vereinfacht bis sehr detailliert – um eine zielführende Planung sicherzustellen.

Im Zuge des Projektes wird eine Methode zur plattformunabhängigen Modellierung der Steuerungs- und Regelungslogik erstellt und in ein offenes Datenmodell integriert. Damit kann die Steuerungs- und Regelungslogik mit den Komponenten und Parametern der Gebäudemodelle bereits in der Planungsphase und über den gesamten Gebäudelebenszyklus verbunden werden.

Methodische Vorgehensweise

Für einen Proof-of-Concept wird das IT Ökosystem SIMULTAN verwendet, dass eine Plattform für existierende offenen Datenmodelle wie z.B. IFC (ISO 16739) und BACNET (ISO 16484) darstellt. Darauf aufbauend werden methodisch Schnittstellen entwickelt, um die plattformunabhängige, modellierte Steuerungs- und Regelungslogik in plattformspezifische Lösungen (z.B. Simulationstools, Engineering Tools) überzuführen. Dadurch wird ermöglicht, Planungsideen und Erkenntnisse aus den Simulationen direkt in die Ausführungslogik zu übernehmen.

Bewährte Planungsunterlagen und Tools (z.B. GA Funktionsliste nach ISO 16484-3) sollen wiederverwendet werden. Darauf aufbauend werden die für die Gebäudeautomation relevanten Informationen an das Gebäudemodell zurückgeliefert und es wird dadurch um die Steuerungs- und Regelungslogik erweitert.

Simulationstools werden angesprochen, wodurch das Zusammenspiel des Gebäudeautomationssystems mit der Bautechnik und der Gebäudetechnik detaillierter untersucht und somit energieeffizientere, nachhaltigere Automationslösungen entwickeln werden können. Auf Basis dessen kann die Information an Engineering Tools übergeben werden.
Die Praxistauglichkeit der Methodik wird durch die Anwendung in einem Laborszenario nachgewiesen.

Erwartete Ergebnisse

Ziel ist eine optimale Planung der Gebäudeautomation unter Berücksichtigung der Systemrückwirkung. Der Fokus liegt auf der Ermöglichung einer generischen, technologieunabhängigen Planung der Gebäudeautomation in einem eigenen Tool (openBAM).

Das Projektergebnis wird im Bereich der Gebäudeautomation und in Bezug auf Klimaneutralität der Städte einen Meilenstein bezüglich Planbarkeit und offenen Austausch setzen.

Datenaustausch zwischen Gebäudemodell, Gebäudeautomation, Simulation- und Engineering Tool (Quelle: Projekt openBAM, 2021)

Projektbeteiligte

Projektleitung

Institut für Werkstofftechnologien, Bauphysik und Bauökologie (E207), TU Wien

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

Institute of Computer Engineering, TU Wien
Sauter Meß- und Regeltechnik Gesellschaft m.b.H.

Kontaktadresse

Prof. Thomas Bednar
Karlsplatz 13, E207-02
A-1030 Wien
Tel.: +43 (1) 58801 207201
E-Mail: thomas.bednar@tuwien.ac.at
Web: www.bph.tuwien.ac.at