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Modellprädiktive Gebäuderegelung

Projektlaufzeit: 24 Monate (01.01.2016 – 31.12.2017)

Projektvolumen: 12 847 €

Fördermittelgeber: DAAD, Programm Projekt bezogener Personenaustausch mit Australien

 

Geförderte Doktorand/-innen: M.Eng. Katharina Boudier, M.Sc. Raghuram Kalyanam, M.Eng. Mathias Kimmling, M.Sc. Abolfazl Ganji

 

Kurzbeschreibung

Die transparente Fläche der Gebäudehülle (Fenster, Glasfassaden) hat einen signifikanten Einfluss auf das Innenraumklima in Gebäuden. Die Beschaffenheit von Fenstern ist bestimmend für die thermische und visuelle Behaglichkeit der Raumnutzer/-innen sowie für die Luftqualität im Innenraum. Natürlich beeinflussen Fensterflächen die Kühl- und Heizlasten im Gebäude sehr stark und stellen somit einen hervorragenden Ansatzpunkt zur Reduktion des Energieverbrauchs dar.

Der Einsatz von so genannten „Complex Fenestration Systems“ (CFS) (d.h. Verglasung in Kombination mit Verschattungssystemen, schaltbare elektrochrome Verglasung, winkelabhängige Systeme etc.) erlaubt ein intelligentes Licht- und Solarstrahlungsmanagement. Der optimierte Betrieb von Fensteröffnungen und die intelligente Regelung solcher CFS ist die Grundlage für hohen Komfort und maximale Energieeinsparung.

Aufgrund der komplexen dynamischen Interaktionen der Wärme- und Massenströme in Gebäuden und des stark variierenden Außenklimas sowie der zeitvarianten Nutzung ist die Entwicklung einer modellprädiktiven Regelung für Gebäude nicht trivial.

Das Ziel des Projektes ist es, Kontrollalgorithmen zu entwickeln und zu validieren. Diese sollen optimierte Echtzeit-Entscheidungen beim Betrieb von regelbaren Fenstern und CFS treffen. Die Hauptziele im Projekt sind:

1.         Entwicklung von  simulationsgestützten modellprädiktiven Ansätzen ( im folgenden auch MPC - model predictive control genannt) für die Vorhersage und Optimierung des Gebäudeverhaltens. Die Algorithmen sollten Lern- und Anpassungsmaßnahmen einbetten, um die Unterschiede zwischen deterministischen Annahmen und stochastischen Variablen (z. B das Verhalten der Gebäudenutzer/-innen durch Feedback) abzubilden.

2.         Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Regelungsalgorithmen mit gemessenen und/oder angenommenen Eingangsgrößen. Ziel ist eine Sensitivitätsanalyse, wenn z. B. mit niedrigaufgelösten Wettervorhersagen hochaufgelöste Größen geregelt werden. Mögliche Energieeinsparungen sollen dabei quantifiziert werden

3.         Validierung der entwickelten Regelungsalgorithmen an Versuchsgebäuden in Australien und Deutschland. Hierfür stehen  in Australien ein ausgezeichnetes Solar-Decathlon Gebäude zur Verfügung sowie das mit umfassender Gebäudeautomation ausgestattete Institutsgebäude des australischen Partners. In Deutschland wird von der Projektleiterin gerade das Living Lab Smart Office aufgebaut (Eröffnung Okt 2015). Ziel ist es für beide Partner, anhand der eigenen vorhandenen Testgebäude den entwickelten MPC-Ansatz zu validieren und während der Austauschphase diesen auf die Gebäude im Partnerland zu übertragen. Damit wird die Stabilität der Modelle unter variablen Randbedingungen auf den Prüfstand gestellt.