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PEAR - Prüfstand für energieeffiziente Automation und Regelung von Gebäuden

Das Forschungsansuchen PEAR untersucht, evaluiert und optimiert energieeffiziente gebäudetechnische Systeme hinsichtlich ihrer Regelstrategien mit dem Hauptziel einer signifikant verkürzten Inbetriebnahmephase – von 1-2 Jahren auf 3 Monate – sowie einem durchgängig energieoptimierten Betrieb bei gleichbleibender Behaglichkeit. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird die Hardware-in-the-Loop Methode entwickelt und anhand eines Demonstrationsgebäudes einem die Entwicklung begleitenden Praxistest unterzogen. Hardware-in-the-loop verbindet die Gebäudeautomations-Hardware mit einer Simulationsumgebung, um so das Zusammenspiel zwischen Regelung und (simulierten) Energiesystemen analysieren und optimieren zu können.

Forschung Bauphysik

Ausgangssituation/Motivation

Gebäudetechnische Anlagen werden nach dem Stand der Technik nach ihrer maximal auftretenden Leistung (Heizung, Kühlung) ausgelegt, diese Maximalleistung ist aber nur wenige Stunden im Jahr erforderlich, womit die Anlagen zum Großteil des Jahres im Teillastbetrieb sind. Die Performance von gebäudetechnischen Anlagen im Teillastbetrieb hängt sehr stark vom Know-how des Planungsteams ab.

Das Forschungsprojekt PEAR untersucht, evaluiert und optimiert energieeffiziente gebäudetechnische Systeme hinsichtlich ihrer Regelstrategien mit dem Hauptziel einer signifikant verkürzten Inbetriebnahmephase – von 1 bis 2 Jahren auf 3 Monate – sowie einem durchgängig energieoptimierten Betrieb bei gleichbleibender Behaglichkeit.

Die Akzeptanz von neuen Technologien ist maßgeblich von der Nutzerzufriedenheit abhängig, für eine erfolgreiche Einführung ist es daher erforderlich, dass diese zumindest gleichbleibend ist, vorteilhafter ist eine Steigerung.

Inhalte und Zielsetzungen

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird die Hardware-in-the-Loop Methode entwickelt und anhand eines Demonstrations­gebäudes einem die Entwicklung 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.

Die wesentlichen Projektteilziele, die zum Hauptziel führen, sind:

  • die Entwicklung von intelligenten Regelstrategien zum effizienten Betrieb von Teillastzuständen in komplexen gebäudetechnischen Anlagen mittels dynamischer Gebäude- und Anlagensimulation.

  • die Verbreitung der methodischen Herangehensweise zur Entwicklung von intelligenten Regelstrategien für komplexe gebäudetechnische Anlagen mittels Hardware-in-the-Loop.

  • Die Testmöglichkeit der hier entwickelten Lösungen am Demonstrationsgebäude "Post am Rochus".

  • Die Entwicklung eines Monitoring und Evaluierungskonzeptes zur Validierung der entwickelten Forschungsergebnisse. Mittels Monitoring und Evaluierung sollen sowohl die Simulationsmodelle, die Regelstrategien sowie die Hardware-in-the-Loop Methode validiert werden.

Methodische Vorgehensweise

Die generelle Vorgehensweise und die eingesetzten Methoden des Projektes werden nachfolgend taxativ aufgelistet:

  • Anforderungsdefinition: Systemanforderung Regelungstechnik, Berücksichtigung Nutzerverhalten, Anwendungsfälle automatische Fehlererkennung und Regelstrategien

  • Definition Regelstrategien: Recherche und Konzeption für gebäudetechnische Anlagen, Systemmodelle

  • Hardware-in-the-Loop: Modellerstellung, Implementierung, Validierung und Entwicklung von Empfehlungen

  • Monitoring: Erstellung Monitoringkonzept, Durchführung von Monitoring, Datenauswertung, Interpretation, Dokumentation der Erkenntnisse

Erwartete Ergebnisse

Durch den gewählten forschungsintensiven Ansatz werden 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 und anderseits ist durch den generischen Ansatz eine Übertragbarkeit der Untersuchungsergebnisse auf andere Gebäude gegeben.

Als „Stadt der Zukunft“ Projekt ist es die grundlegende Intention von PEAR sowohl weitere F&E Projekte als auch Umsetzungsprojekte in Österreich mit Fokus auf den energieoptimierten Gebäudebetrieb zu unterstützen bzw. zu stimulieren. Zukünftige Projektentwicklungen für Lösungsansätze zur Bewertung der Energieeffizienz von Regelstrategien im Bereich komplexer gebäudetechnischer Systeme werden unterstützt, die „Sicherheit“ im Umgang mit zukunftsfähigen Technologien wird verbessert und die Bereitschaft zu entsprechenden Investitionen wird erhöht.

Projektteam

AIT – Austrian Institute of Technology (Projektleitung)

Österreichische Post AG

teamgmi Ingenieurbüro GmbH

BPS Engineering Technisches Büro zur Planung Haustechnischer Anlagen GmbH

Forschungszeitraum

Jänner 2015 – Oktober 2018

Fördergeber

Gefördert durch das BMVIT im Programm Stadt der Zukunft

Demonstrationsgebäude Post am Rochus
© Lukas Schaller
Schematische Darstellung der Controller in der Loop Methodik