Prädiktive Gebäudeautomation mittels Wetterprognose
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- Margarethe Becke
- vor 7 Jahren
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1 Prädiktive Gebäudeautomation mittels Wetterprognose Prädiktive Gebäudeautomation mittels Wetterprognose Referent: Lars Willemen Practical use modumeteo 1
2 SAUTER Cumulus GmbH Hans Bunte Straße Freiburg SAUTER betreut das Gebäude über den gesamten Lebenszyklus. Gründung 1910 Systems Components Services Über 100 Jahre Erfahrung Konzern Umsatz 315 Mio. und über 2000 Mitarbeiter Deutschland Umsatz 125 Mio. und über 900 Mitarbeiter Facility Management 14 Niederlassungen 12 Außenbüros Planung Realisierung Nutzung Phase 1 Phase 2 Phase 3 Kundenreferenzen
3 Wie reagieren Sie?
4 Ist Könnte sein MeteoViva
5 Einsatzmöglichkeiten Speicherladung Ladung nur wenn der voraussichtliche Verbrauch die voraussichtliche Energiezufuhr übertrifft Träge Wärme/Kälteübertrager Fussbodenheizung, TABS, Betonkernaktivierung,.. Freie Aussenkühlung Absenkung der Raumtemperatur durch Zuführung kälterer Außenluft während der Nachtstunden in Abhängigkeit von der erwarteten Tagestemperatur Storensteuerung Nutzung, bzw. Reduzierung der Sonneneinstrahlung in Abhängigkeit von der erwarteten Tagestemperatur
6 Vorhersagewert Kurzbez. Einheit Wert Zeitpunkt/Zeitraum Windstärke Force km/h Mittelwert Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden Windrichtung Dir Mittelwert Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden Globalstrahlung GlobRad W/m² Mittelwert Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden Niederschlagsmenge Precip mm Summe Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden Sonnenscheindauer Sun h Summe Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden Temperatur Temp C Wert zum jeweiligen Zeitpunkt Minimaltemperatur TempMin C Minimum Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden Maximaltemperatur TempMax C Maximum Vorhersage-Zeitraum von 3 Stunden
7 Untersuchung Konventionelles Konzept klassischer Steuerung nach Außentemperatur. SAUTER Konzept prädiktiver Steuerung mittels prognostizierter Wettervorhersage. Auswertung in Bezug auf Thermischer Komfort Thermischer Energiebedarf Elektrischer Energiebedarf (Hilfsenergie Pumpe)
8 Unsichtbares Design (In Decken / Böden). Rohrschlangen 15-20mm Abstände cm in der Mitte der Betondecke. Merkmal Betonkernaktivierung: Gebäude / Betonmasse wird zur thermischen Speicherung genutzt. (24 cm starke Betondecke hat Speicherkapazität von 576 kj/m 2 K). Hohe Speichermasse bedeutet hohe Trägheit. (Aufnahme / Abgabe der Energie zeitlich verschoben gegenüber Energiebedarf.) große Wärme / Kälte abgebende Flächen (Decke 2/3, Boden 1/3). Arbeitsmedium meistens Wasser. Für Grundlast geeignet. Zusätzliche Einzelraumregelung für Lastspitzen und individuellen Komfort erforderlich.
9 Bestimmung der Vorlauftemperatur über die mittlere Außentemperatur des Vortages 30 Vorlauftemperatur in C Mittlere Außentemperatur des Vortages in C ϑvlh,n ϑvlk,n ϑvlh,s ϑvlk,s Neutrale Zone
10 Untersuchung Konventionelles Konzept klassischer Steuerung nach Außentemperatur. SAUTER Konzept prädiktiver Steuerung mittels prognostizierter Wettervorhersage. Auswertung in Bezug auf Thermischer Komfort Thermischer Energiebedarf Elektrischer Energiebedarf (Hilfsenergie Pumpe)
11 Entscheidung ob geheizt oder gekühlt wird 800 Mittlere Strahlung in W/m Mittlere prognostizierte Aussentemperatur in C Kühlen Heizen Neutrale Zone
12 Bestimmung der Vorlauftemperatur über die Wetterprognose 35 Vorlauftemperatur in C Mittlere prognostizierte Außentemperatur in C ϑvlh,n ϑvlk,n ϑvlh,s ϑvlk,s
13 Korrektur der Vorlauftemperatur durch die maximale Außentemperatur 2 durch die mittlere Strahlung 4 Korrekturfaktor in C 1,5 1 0,5 Korrekturfaktor in C (ϑ PAL,max -ϑ PAL,mittel ) in C Mittlere Strahlung in W/m²
14 Die Simulation ergibt: In Vergleich zum konventionellen Konzept, lässt sich mit dem prädiktiven Sauter Konzept der Komfort über 50% verbessern. Dies deckt sich mit Nutzerrückmeldungen aus dem Projekt Messeturm Basel, bei dem ein vergleichbares Sauter Konzept bereits umgesetzt ist.
15 Die Simulation ergibt: In Vergleich zum konventionellen Konzept, lässt sich mit dem prädiktiven Sauter Konzept die benötigte thermische Energie um über 10% verbessern. Dies deckt sich mit Nutzerrückmeldungen aus dem Projekt Messeturm Basel, bei dem ein vergleichbares Sauter Konzept bereits umgesetzt ist. Die notwendige Technik ist verfügbar und in jeder modu525 bereits implementiert!
16 Die Simulation ergibt: In Vergleich zum konventionellen Konzept, lässt sich mit dem prädiktiven Sauter Konzept die benötigte elektrische Energie um ca. 25% verbessern. Dies ist insbesondere bei Projekten mit regenerativen Energieträgern von Bedeutung.
17 Referenzobjekt: Messeturm Basel Höhe: 105 m Stockwerke: 31 Büros: 9'000 m 2 Energiefassade 14'000 m 2 Investor: Messe Schweiz AG Gebäudeautomation: SAUTER Schweiz 19'000 Datenpunkte (HLKK 7000, RA: 11000, E-Zähler: 1000) 150 Automationsstationen 400 Zähler 4 Server für GA, RA und Energiemanagement 40 WEB-Touch-Panels Anbindungen zu Modbus, M-Bus PVC-Schläuche auf m 2 Stockwerke 4 30 Leistung: 45 W/m 2 Kühltemperaturen: 17 / 19 C Heiztemperaturen: 30 / 27,5 C
18 Practical use modumeteo
19 Practical use modumeteo
20 31. Etage Bar Rouge Deckenelemente = TABS Practical use modumeteo
21 Der ursprüngliche TABS-"Regel"-Algorithmus
22 Benutzer-Interface auf der Managementebene
23 Resultat in Bezug auf Komfort Die Raumtemperatur war während 9 Monaten immer in der Komfortzone 20 C 26 C.
24 Resultat in Bezug auf Energie Die Pumpen für die Förderung des Heiz- und Kühlwassers waren im Vgl. zum Vorjahr nur noch 65% in Betrieb Die Energiedaten wurden durch einen externen neutralen Planer während der Betriebszeit von April bis Dezember 2009 erfasst und verarbeitet (Hermann & Partner, Basel)
25 Auszug aus Bericht Wetterfrosch Messetrum, Hermann & Partner) Practical use modumeteo
26 Nutzung von Wetterprognosen zur Optimierung der Nachtlüftung am Solar Info Center in Freiburg
27 m² BGF 40 kwh / m² / Jahr Gesamtenergieverbrauch Keine aktive Kühlung Sommerliche Nachtlüftung im ganzen Gebäude Geothermie in Teilbereichen Solarthermie 34 m² Photovoltaik 56 kw Einer von insgesamt 8 Haupt-Abluftventilatoren Fördermenge 5250 m³/h
28 Fuzzy Decision Making Expertensystem mit zwei Eingangsgrößen 1. Raumtemperatur um Mitternacht als Größe für den thermischen Zustand des Gebäudes. 2. Für den nächsten Tag vorhergesagte maximale Außentemperatur und einer Ausgangsgröße Lüftungsintensität (Lüftungsdauer und Ventilatorleistung)
29 Je wärmer der Raum und je wärmer der nächste Tag, umso länger läuft die freie Aussenkühlung
30 Stellsignal Abluftventilator C2 Temperaturprognose
31
32
33 Vergleichbare Qualität trotz Einsparung
34 Beispielbild:
35 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Anwendung "Wetterfrosch" thermisch aktiven Bauteilsystemen Dr. Andreas Wetzel
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