Blogautoren: Daniel Schmid (IPP) und Andreas Rüst (InES)
Wie wird ein kommerziell genutztes Gebäude mit heterogen verknüpften Subsystemen zentral zugänglich gemacht und mit neuen, zukunftsweisenden Funktionalitäten zur Energieeinsparung und Nutzungsoptimierung ergänzt? Das war die zentrale Frage des durch die Innosuisse geförderten Projekts «ZHELIO – User Assistance System for Smart Commercial Buildings».
Die ZHAW-Plattform «Industrie 4.0» forschte und entwickelte in den vergangenen zweieinhalb Jahren an dieser Herausforderung bez. kommerziell genutzten Gebäuden (Link). In das durch den Umsetzungspartner Leicom initiierte Projekt flossen die Expertisen unterschiedlicher Institute ein: InES, Institute of Embedded Systems, ICP, Institute of Computational Physics, IPP, Institute of Product Development and Production Technologies und IFM, Institute of Facility Management
Drei übergeordnete Nutzungsfälle
Das Projekt erarbeitete am Beispiel eines bestehenden Hochschulgebäudes (RA-Gebäude der ZHAW, Wädenswil) drei übergeordnete Nutzungsfälle und setzte zugehörige Demonstratoren um. Das Gebäudeleitsystem «eliona» der Leicom AG fungiert als zentraler Knotenpunkt. «eliona» bündelt die verteilten Gebäude-Subsysteme, macht sie den Anspruchsgruppen zugänglich und ermöglicht neue Anwendungen und Funktionalitäten.
- Thermische Gebäudesimulation zur Senkung des Energieverbrauchs
Die realisierte thermische Gebäudesimulation und der daraus abgeleitete Digitale Zwilling können einfach, schnell und kostengünstig auf bestehende Liegenschaften übertragen werden. Bestehende BIM-Daten (Building Modelling Information) werden eingebunden und vereinfachen das Überführen von Geometrie und Materialien in die digitale Welt.
Die «eliona»-Plattform verknüpft bei dieser thermischen Gebäudeoptimierung die Gebäude-Subsysteme mit dem Digitalen Zwilling, der u.a. die Wettervorhersage und die Gebäudebelegung nutzt. Der Digitale Zwilling läuft auf einer handelsüblichen, industriellen SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung). - Low-Power IoT-Wireless-Netzwerk auf dem Thread-Standard
Das implementierte Thread-Mesh-Netzwerk bindet miniaturisierte Sensorknoten drahtlos direkt ans Internet an. Die batteriebetriebenen Sensoren erlauben eine kostengünstige und flexible Erfassung von Innenklimadaten wie Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit. Diese Parameter ergänzen gezielt die Messungen von bestehenden Gebäudeautomationssystemen. Zusätzlich ermöglicht das Netzwerk ein Asset Tracking um interessante Mobilien über eine Signalstärkeauswertung (RSSI, Received Signal Strength Indicator) zu orten. - Digitaler Zwilling zur Optimierung einer Photovoltaikanlage basierend auf Echtdaten
Der erarbeitete Digitale Zwilling optimiert die Amortisationszeit einer modellierten Photovoltaikanlage unter Berücksichtigung von historischen Daten, Parkplatzbelegung durch Elektroautomobile, Sonneneinstrahlungsprognosen und unterschiedlichen Pufferspeicherkapazitäten. Auf Grund der Optimierung kann die Amortisationszeit der Anlage verkürzt werden. Dies lohnt sich kommerziell insbesondere für grosse Anlagen. Ein zusätzlicher Pufferspeicher (Akkumulator) erhöht den Autarkiegrad des Gebäudes auf Kosten einer längeren Amortisationszeit.
Abbildung 1: Ansatz der thermischen Gebäudesimulation zur Senkung des Energieverbrauchs
Die Partner planen die Projektergebnisse im Rahmen der European Conference on Computing in Construction vorzustellen und auch als White Paper zu publizieren. Weiterführende Informationen geben Ihnen gerne die Leicom AG und die Projektleiter (Link).