Neue urbane Energiesimulations-Plattform für CityGML-Stadtmodelle. Zafh.net M. Sc. Romain Nouvel,

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1 Neue urbane Energiesimulations-Plattform für CityGML-Stadtmodelle Zafh.net M. Sc. Romain Nouvel, Darmstadt, den

2 Motivationen 1. CityGML 3D Stadtmodelle nutzen und analysieren, um auf das volle Potenzial des open Big Geo Data zugreifen. 2. Ein modulares Workflowsystem entwickeln, um eine unbegrenzte Anzahl urbaner Analysen zu ermöglichen. 2

3 Entwicklung Entwicklungsstart im Jahr 2012 im gleichnamigen Forschungsprojekt Ein pluridisziplinäres Programmiererteam aus den Abteilungen Geoinformatik und Energietechnik der HFT Stuttgart Berücksichtigung und Einbeziehung marktorientierter Anforderungen von GEF und MOSS Aktuell: Prototyp der Software, version 0.6 3

4 3D Stadtmodelle basierend auf CityGML Standardisierte (OGC) open data model für digitale Stadtmodelle Spatio-semantische Modelle mit vier möglichen Levels of Details Angewandt für die Modellierung von zahlreichen Städten/Regionen Viele Möglichkeiten von räumlichen Analysen und Simulationen Source: city Zürich Source: city Stuttgart Source: city Zürich Lärmekarte Hochwasseranalyse Neue Bauprojekte Source: city Zürich Cellular radio pollution Solarkadaster Source: city Berlin Source: HFT Stuttgart Wärmebedarfsdiagnose 4

5 Verschiedene Levels of Detail LoD 0: Landschaftsmodell mit Texturen LoD 1: Stadtmodell, Gebäudeblock ohne Dachstruktur LoD 2: Stadtmodell, Gebäudeblock mit Dachstruktur LoD 3: Detailliertes architektonisches Modell (Außen) Stuttgart LoD 4: Detailliertes architektonisches Modell (Außen und Innen) + 4 Level of Details von CityGML 5

6 Paralleles Entwicklungsprojekt : CityGML Energy ADE Entwicklungsteam: 14 internationale Partner Ziel: Kodierung, Speicherung und Austausch von Energiedaten in einem gemeinsamen CityGML-Stadtmodell Energy ADE Schema Struktur: modular strukturiert Gebäudeenergie-Kern Constructions and Materials module Occupancy module Energy and Systems module 6

7 Modulares Workflow-system Workflows = Kette von elementaren und wiederverwendbaren Workflowsteps CityGML model validation and import Datapreprocessing workflow steps (Geometry, Physics, Usage) WeatherProcessor mit verschiedenen Datenquellen RadiationProcessor mit verschiedenen Strahlungs- und Himmelsmodellen Plug-Ins für weitere Tools (STANET, INSEL etc.) In jedem Workflowstep: Über die GUI können (Zwischen)Ergebnisse anhand von Diagrammen, Tabellen und Karten analysiert werden 7

8 Workflowstep GeomPreprocessor in der GUI Screenshot - SimStadt 8

9 Anreicherung des Stadtmodells über Gebäudebibliotheken Building Typology Library Deutsche Gebäudetypologie (2005) Bauphysikallische Beschreibung von Wohngebäudetypen Empfohlene Sanierungsmaßnahmen 9

10 Gebäudebibliothek Building Physics Editor Screenshot - SimStadt 10

11 Gebäudebibliothek Building Usage Editor Screenshot - SimStadt 11

12 Fertiggestellte Workflows 1- Heizwärmebedarfsberechnung nach dem Monatsbilanzverfahren (EnEV14) Mindest-Datenanforderungen: 3D-Stadtmodell mit Baujahr und Baufunktion Ergebnisse: Heizwärmebedarf und Energiebezugsfläche pro Gebäude, Wärmedichtekarte 12

13 Wärmedichtekarte Screenshot - SimStadt 13

14 Fertiggestellte Workflows 2- Sonneneinstrahlung und Analyse des PV-Potentials Zwei Strahlungsmodelle (mit und ohne Verschattung) Mindest-Datenanforderungen: Nur 3D-Stadtmodell Ergebnisse: Einstrahlung je Gebäudefläche, für PV-Installation geeignete Fläche, theoretischer Stromerertrag 14

15 PV-Potentialanalyse Screenshot - SimStadtScreenshot - SimStadt 15

16 Fertiggestellte Workflows 3- Bilanzierung des CO 2 -Ausstoßes Setzt sich zusammen aus Emissionen durch Heizwärme, Warmwasserbereitung und Stromverbrauch Mindest-Datenanforderungen: 3D-Stadtmodell mit Baujahr und Gebäudefunktion + Heizsysteme pro Gebäude oder aggregiert. 16

17 Fertiggestellte Workflows 4- Planung und Simulation von Sanierungsszenarien Sanierungsplanung und -simulation basierend auf Sanierungsrate und gebäudetypabhängigen Sanierungsmaßnahmen Mindest-Datenanforderungen: 3D-Stadtmodell mit Baujahr und Gebäudefunktion Ergebnisse: Zeitlich priorisierte Planung der Sanierungsoperation pro Gebäude, Heizwärmebedarf vor und nach Sanierung Grünbühl Stand 2050 Qh = 44,2 kwh/m².a Grünbühl Stand 2013 Qh = 96,9 kwh/m².a 17

18 Sanierungsszenarien Screenshot - SimStadt 18

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