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Ausgewählte Ausgabe: 10-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Urbane Energieversorgungskonzepte und Sanierungsfahrpläne

Im Zuge der energetischen Planung und Simulation von Stadtquartieren müssen Energieversorgungskonzepte und Sanierungsfahrpläne für Gebäude entwickelt werden. Dahingehend ergeben sich zahlreiche Anforderungen an das Datenmanagement in Verbindung mit Schnittstellen zu Software-Tools. Um Stakeholder fortlaufend über verschiedene energetische Entwicklungsvarianten des Stadtquartiers informieren zu können, bedarf es einer webbasierten Plattform zum Informationsaustausch.


Die Planung und der optimierte Betrieb urbaner Energiesysteme bedarf zum einen einer systematischen standardisierten Datenhaltung im Rahmen des Datenmanagements und zum anderen einer Plattform, mit welcher der Ist-Zustand des Systems abgebildet und Planungsalternativen sowie Simulationsergebnisse veranschaulicht werden können. Der CityGML-Standard, in Verbindung mit speziellen Erweiterungen (Application Domain Extensions) erlaubt u. a. die Modellierung von Energiesystemen, thermischen Netzen, Gebäuden oder die Haltung von Daten eines Energiemonitorings und bildet die Basis für das Datenbank-Schema. Mittels einer Weboberfläche lassen sich systematisch und lokalisiert gebäude- und netzbezogene Informationen, historische sowie live-generierte Messdaten für Strom, Wärme und Kälte abrufen und visualisieren. Das entwickelte Energie-Informationssystem bietet zudem Schnittstellen zur Anbindung von Planungs- und Simulationssoftware. Von der Erfassung sowie energetischen und wirtschaftlichen Bewertung des Ist-Zustands über eine Modifizierungsphase in Gestalt von optimierten Sanierungsfahrplänen bis hin zur Simulation von zukünftigen Planungs-und Betriebszuständen stellt das Energie-Informationssystem ein in sich abgeschlossenes dynamisches Planungswerkzeug dar. Als zentrales Element für den Informationsaustausch zwischen Stakeholdern dient die entwickelte Weboberfläche, die im Mittelpunkt einer Toolkette aus Datenbank und Software-Tools steht.

Datenbank mit GIS-Anbindung

Bild 1 Ermittlung optimierter Sanierungsreihenfolgen bei unterschiedlichen Investitionsbudgets

Bild 1
Ermittlung optimierter Sanierungsreihenfolgen bei unterschiedlichen Investitionsbudgets

Die entwickelte objektorientierte PostgreSQL Datenbank basiert auf dem Datenbankschema „3D City Database“, das auf dem international anerkannten Austauschformat für 3D-Stadtmodelle, „CityGML“, beruht. Dieses zentrale Datenablagesystem fungiert als Grundlage für die Anwendung von Software-Tools zur thermisch energetischen Analyse und Simulation von urbanen Räumen. Um den Gebäuden thermisch-energetische Charakteristika zuordnen und Versorgungsnetze in das Datenbankschema integrieren zu können, wird das Schema um CityGML Energy Application Domain Extension (ADE) und die UtilityNetworksADE erweitert. Dabei dient die Energy ADE der energetischen Beschreibung von Gebäuden und die UtilityNetworksADE der Modellierung von Versorgungsnetzen. Diese Erweiterungen des CityGML-Standards dienen dem Informationsaustausch für energiebezogene Simulationen von Stadtquartieren [1].

Integration von Software-Tools

Um neben der Abbildung von Ist-Zuständen von Stadtquartieren auch simulierte Szenarien und Optimierungen durchführen und in das Energie-Informationssystem eingliedern zu können, wurden Software-Tools zur Ermittlung optimierter Sanierungsreihenfolgen von Gebäuden, zur Vorhersage zukünftiger Lastzustände sowie zur Auslegung von Wärmeerzeugern und –netzen entwickelt. Diese Programme verfügen bereits über Schnittstellen zur Datenbank. Die Schnittstelle zur Weboberfläche wird derzeit entwickelt. Damit lassen sich nicht nur aktuelle und historische Messdaten anzeigen, sondern auch verschiedene Szenarien der Stadtquartiersentwicklung im Kontext der energetischen Sanierung und der Planung von Energieversorgungssystemen generieren.

Sanierungsreihenfolgen von Gebäuden

Die energetische Sanierung existierender Gebäude auf den aktuellen Stand der Technik (EnEV) kann grundsätzlich zu signifikanten Energieeinsparungen führen. Der dringende Handlungsbedarf wird in Zeiten der Energiewende zunehmend erkannt. Neben steigenden Energiekosten und schärferen gesetzlichen Anforderungen tragen insbesondere auch ökologische Ziele zu einem Umdenken bei. Die Sanierung des Gebäudebestands, insbesondere der Gebäudehülle erfordert generell jedoch hohe Investitionen. Da das Investitionsbudget der Institutionen eingeschränkt ist, kann eine zeitnahe Gebäudesanierung des gesamten Gebäudebestands bei vielen Liegenschaften nicht durchgeführt werden. Größere Städte oder Liegenschaftsbetreiber versuchen dieses Problem oftmals durch spezifisch aufgestellte Klimaschutzpläne oder Ähnliches zu lösen. Diese Pläne stellen meist jedoch einen unzureichenden Leitfaden der zukünftigen Entwicklungen und eher manuelle und nicht optimale Lösungen eines eigentlich zu optimierenden Problems dar.

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Autoren

M.Sc. Daniel Koschwitz

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D, RWTH Aachen.

M.Sc. Eric Spinnräker

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D, RWTH Aachen.

Dr.-Ing. Jérôme Frisch

Oberingenieur am Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D an der RWTH Aachen University und vor allem auf dem Gebiet der Modellierung und Simulation tätig

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck

Inhaber des Lehrstuhls für Energieeffizientes Bauen E3D, RWTH Aachen University, Aachen.

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