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Energetische Systemoptimierung campusartiger Liegenschaften - RWTH Aachen und Forschungszentrum Jülich

EnEff:Stadt - Forschung für die energieeffiziente Stadt

Projekt-Beispielgebäude: Das Hauptgebäude des EON Energy Research Center der RWTH Aachen

© Holger Knauf

Steckbrief

Werkzeugtyp Planung, Bilanzierung/Optimierung
Laufzeit Januar 2011 - Dezember 2013
Kürzel EnEff:Campus - Entwicklung eines integralen Planungshilfsmittels
Schwerpunkte

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Projekts soll bis Ende 2013 ein Hilfsmittel auf Basis einer dynamischen Simulation zur energetischen Gesamtsystemoptimierung von campusartigen Liegenschaften entwickelt, validiert und an zwei Beispielen getestet werden. Dabei sollen Aussagen über die Potentiale auf den Campusgebieten der Forschungszentrum Jülich GmbH und der RWTH Aachen, Gebiet Melaten abgeleitet werden.

Ziele, Konzeption

Die Forschungszentrum Jülich GmbH sowie die RWTH Aachen besitzen beide ausgedehnte Fern- bzw. Nahwärmenetze unterschiedlichsten Baualters. Eine dynamische Auslegung der Netze auf zukünftige Anforderungen im Hinblick auf energieeffizientere Strukturen mit geringeren Verbräuchen und die Ausnutzung von Wärmespeichereffekten auf verschiedenen Ebenen (Gebäude, Netze, etc.) ist mit dem heutigen Stand der Technik im Bereich der Planungswerkzeugen schwer umzusetzen.

Im Rahmen dieses Projekts sollen daher auf Basis einer zeitaufgelösten Gesamtsimulation in der Sprache Modelica Hilfsmittel entworfen werden, die diesen Anforderungen gerecht werden. Die thermohydraulische Simulation soll dabei alle relevanten Elemente enthalten (Gebäude, Verteilnetze, Erzeuger) und auf einem geeigneten Niveau abbilden. Dadurch kann der Aufwand für die Parametrisierung und die Rechenzeit der Modelle im vernünftigen Rahmen gehalten werden. Die Simulation soll vollständig modular aufgebaut sein, sodass besonders interessante Bereiche durch detailliertere Modelle ergänzt werden können.

Die Datenbasis großer Liegenschaften ist je nach Baualter der verschiedenen Teilstrukturen sehr unterschiedlich. Um vorhandene detaillierte Daten nutzen und gleichzeitig bei schlechter Datenlage ausreichend genau arbeiten zu können, wird auch die Parametererfassung für die Simulation modular aufgebaut sein.

Ergänzt werden die Simulationsergebnisse durch umfangreiche Dauermessungen in den Liegenschaften. Aufgrund dieser Daten, die wiederum weitgehend alle Gebäude, das Verteilnetz und die Erzeuger umfassen, können Aussagen zur Energieeffizienz und Einsparpotentialen getroffen werden. Dabei sollen Maßnahmen nicht bezüglich einzelner Gebäude getroffen werden, sondern im Kontext des Gesamtsystems gesehen werden. Die Fahrweise und Auslegung des Netzes und der Erzeuger steht somit ebenfalls im Fokus.

Realisierung, Zwischenbilanz

Der Fokus der Projektarbeit lag bislang auf der Erfassung der Datenbestände und der Entwicklung erster Simulationsbausteine. Die Datenlage in Jülich ist sehr gut und es konnten bereits viele langjährige Messreihen für Gebäude und deren Parameter erfasst werden. Auch Daten und Parameter zum Verteilnetz und den Erzeugern sind in großer Menge vorhanden. Zum Campus Melaten ist die Datenlage etwas unvollständiger und wird derzeit noch erfasst. Dies bietet eine gute Möglichkeit, Ansätze für Klassifizierungen und Verallgemeinerungen bei verschiedenen Datenlagen zu entwickeln.

Im Bereich der Simulation wurde ein vereinfachtes Gebäudemodell in Anlehnung an die VDI 6007 entwickelt und in der Programmiersprache Modelica (in der Programmierumgebung Dymola) implementiert. Das Modell konnte an Rechenbeispielen, Testräumen und ersten realen Gebäuden aus Jülich getestet werden und zeigt in allen Fällen ausreichend genaue Ergebnisse bei kurzen Rechenzeiten. Hier zeigte sich schon, dass ein Fokus der Arbeit auf der Erfassung und Klassifizierung der Eingangsparameter liegen wird, da diese einen sehr großen Einfluss auf die Simulation haben und zum Teil sehr schwer für spezifische Gebäude ermittelt werden können (Nutzerprofile etc.).

Für die standardisierte Auswertung des Gebäudemodells wurde ein Programm in Python entwickelt, mit dem sich schnell aussagekräftige Grafiken und Kennwerte gewinnen lassen.

Nächste Schritte, Perspektiven

In den nächsten Schritten soll die Datenlage der beiden Liegenschaften soweit möglich vervollständig und wenn nötig durch eigene Messungen ergänzt werden. Die hierfür benötigte Messtechnik wurde bereits ausgewählt, beschafft und getestet. Außerdem wird momentan an einer Datenbank gearbeitet, in die alle Daten (Messungen, Parameter, Simulationen) übertragen werden sollen um eine Vergleichbarkeit der Daten herzustellen und eine schnelle Verarbeitung der Daten zu ermöglichen.

Parallel zu der Simulation wird eine genaue Analyse der vorhandenen Messdaten durchgeführt, aus der sich Aussagen über den Zustand und erste Potentiale zur Energieeffizienz der Liegenschaften gewinnen lassen.

Im Bereich der Simulation werden im Laufe des Jahres 2012 weitere Modelle entwickelt und verfeinert, um auch die Netz- und Erzeugerstrukturen abbilden zu können. Daraus lassen sich wiederum Anforderungen an die Datenaufnahme und Parameterentwicklung ableiten. 

Projektpartner

In das Projekt sind drei verschiedene Partner eingebunden.

Die Forschungszentrum Jülich GmbH vertreten durch die Abteilung G-EL übernimmt das Monitoring und die Aufbereitung der Messdaten für die Gebäude und Versorgungsnetze des Forschungszentrums Jülich. Außerdem werden alle für die Untersuchung benötigten Parameter der Gebäude und Netze zu Verfügung gestellt.

Das Dezernat 10 – Facility Management der RWTH Aachen übernimmt in Zusammenarbeit mit dem E.ON Energy Research Center, Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate an der RWTH die Messdaten- und Parametererfassung für den Campus Melaten der RWTH Aachen.

Die Auswertung und Analyse der Daten, die Ausarbeitung und Umsetzung des Planungstools, die Erstellung von Energiekonzepten sowie die wissenschaftliche Betreuung und Auswertung werden vom Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate des E.ON Energy Research Centers der RWTH Aachen übernommen.

 

Kenndaten RWTH Achen – Campus Melaten
  • Kommune
    Aachen, Nordrhein-Westfalen
  • Kommune in Zahlen
    Fläche: 160 km²; Einwohner: 260.000
  • Siedlungstyp
    öffentliche Forschungseinrichtung
  • Nutzungstyp
    Wissenschaft 
Kenndaten Forschungszentrum Jülich
  • Kommune
    Jülich, Kreis: Düren, Nordrhein-Westfalen
  • Kommune in Zahlen
    Fläche: 2,2 km²; Einwohner: 4.800
  • Siedlungstyp
    öffentliche Forschungseinrichtung
  • Nutzungstyp
    Wissenschaft
  • Altersstruktur
    120 Gebäude und Bauwerke mit Baujahren zwischen 1960 und 2012
  • Bau- und Sanierungszustand
    gemischt – teils Sanierungsbedarf
  • Heizungssysteme
    Wärmenetze Fernwärme
  • Website des E.ON Energy Research Center
  • Website des Forschungszentrums Jülich