PEAR - Prüfstand für energieeffiziente Automation und Regelung von Gebäuden

Die Auslegung und Dimensionierung gebäudetechnischer Anlagen erfolgt nach heutigem Stand der Technik für die maximal auftretenden Leistungen für Heizung, Kühlung und Belüftung. Diese Spitzenlasten treten aber nur zu sehr wenigen Stunden im Jahr auf, womit die Anlagen zum Großteil des Jahres im sogenannten "Teillastbetrieb" sind. Je mehr Betriebszustände mit einer Anlage bewältigt werden können, umso eher kann auf unterschiedliche Teillastzustände effizient reagiert werden. Diese Vielzahl an möglichen Betriebszuständen verlangt nach intelligenten Regelstrategien, die festlegen, wann welche Betriebszustände in der gebäudetechnischen Anlage abgerufen werden sollen. Ohne fundierte Unterstützung von der Haustechnikplanung bzw. vorab durchgeführten theoretischen Analysen, stellt die Entwicklung solcher intelligenten Regelstrategien aktuell eine Schwachstelle im Planungs-, Bau- und Betriebsprozess dar. Die Inbetriebnahme-Phase und die Betriebsoptimierung von komplexen gebäudetechnischen Anlagen sind daher eine Herausforderung für die Regelungstechnik und das Facility Management und setzen üblicherweise viel Zeit und Erfahrung voraus. Das Forschungsprojekt PEAR untersucht, evaluiert und optimiert energieeffiziente gebäudetechnische Systeme hinsichtlich ihrer Regelstrategien mit dem Hauptziel einer Verkürzung der Inbetriebnahme-Phase, sowie einem durchgängig energieoptimierten Betrieb bei gleichbleibender Behaglichkeit. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine Erweiterung der Hardware-in-the-Loop (HIL) Methode entwickelt und anhand eines Demonstrationsgebäudes einem begleitenden Praxistest unterzogen. Hardware-in-the-Loop verbindet die Gebäudeautomations-Hardware mit einer Simulationsumgebung, um so das Zusammenspiel zwischen Regelung und (simulierten) Energiesystemen zu analysieren und zu optimieren. Dabei wurden folgende Hauptziele verfolgt:

• die Entwicklung von intelligenten Regelstrategien zum effizienten Betrieb von Teillastzuständen in komplexen gebäudetechnischen Anlagen mittels dynamischer Gebäude- und Anlagensimulation,
• die Weiterentwicklung der HIL Methode als qualitätssichernde Maßnahme, zur Überprüfung von Regelstrategien auf korrekte Funktion und Effizienz.

Durch die Simulation der Regelstrategien konnten wertvolle Inputs für das Engineering der Regelungstechnik-Firma erarbeitet werden. Insbesondere bei komplexen haustechnischen Anlagen kann durch Simulation von Regelstrategien im Vorfeld ein effizienter Betrieb schon von Beginn an erreicht werden. Ein ganz neuer Aspekt der Vorabfunktionsüberprüfung von Regelstrategien konnte mittels der Hardware-in-the-Loop Methode durchgeführt werden. Somit war es möglich, schon vor Inbetriebnahme des Gebäudes Fehler in der Regelungsprogrammierung zu beheben. Die vergleichende Analyse von Regelstrategien mit Hilfe von dynamisch-thermischen Simulationen hat einen enormen Mehrwert, sofern die daraus gewonnen Erkenntnisse auch den nachgelagerten Gewerken kommuniziert werden. Demgegenüber steht der aktuell noch sehr hohe Aufwand der Modellbildung von komplexen haustechnischen Anlagenmodellen. Ein Schwerpunkt zukünftiger Forschung sollte daher auf der Vereinfachung/Beschleunigung der Modellbildung liegen.
Durch den gewählten forschungsintensiven Ansatz wurden essentielle Erkenntnisse und Projektierungsgrundlagen geliefert, inwiefern der Gebäudebetrieb energieoptimiert gestaltet werden kann. Einerseits wird die Anwendbarkeit der entwickelten Konzepte am Testgebäude „Post am Rochus" demonstriert, anderseits ist durch den generischen Ansatz eine Übertragbarkeit der Untersuchungsergebnisse auf andere Gebäude gegeben.

Projektleitung

AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Energy Department

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• Österreichische Post AG

• teamgmi Ingenieurbüro GmbH

• IBO Österreichisches Institut für Bauen und Ökologie GmbH

• BPS Engineering Techn. Büro z Planung Haustechnischer Anlagen GmbH

AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Energy Department
Katharina Eder
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