GIS für die Wärmebedarfsprognose von Siedlungen am Beispiel des Scharnhauser Parks

Transkript

1 GIS für die Wärmebedarfsprognose von Siedlungen am Beispiel des Scharnhauser Parks Betreuung: Prof. Ursula Eicker GIS: Prof. Volker Coors zafh.net, Hochschule für Technik Stuttgart 1

2 POLYCITY Projekt EU Projekt: 6 Forschungsrahmenprogramm Nachhaltige Stadtentwicklung von 3 europäischen Städten: Deutschland (Stuttgart) Scharnhauser Park Spanien (Barcelona) Cerdanyola del Valles Italien (Turin) Arquata Entwicklung nachhaltiger Energiekonzepte: -Optimierung des Energieverbrauchs -Einsatz von erneuerbaren Energien 2

3 Scharnhauser Park 1 3 Gesamtfläche Gebäude: m² 3

4 Ziel der Arbeit Eignung der GIS-Technologie für das Energiemanagement der Siedlung Scharnhauser Park Beitrag zur Optimierung der nachhaltigen Stadtentwicklung Produkte der GeoMedia Softwarefamilie 4

5 Methodik Energiemanagement Datenmanagement GIS INSEL-Simulation 5

6 Akquisition der Daten Energieverbrauchsdaten (Excel) TABELLE: GEBÄUDE TABELLE: ENERGIEZÄHLER Datenbank (Access) TABELLE: ENERGIE- VERBRAUCHS- DATEN 6

7 ALK-Karte (Geometrien) Text GEBÄUDE 7

8 Laserscannerdaten z y x Laser scanner data Airbone LIDAR Sensoren (Light Detection And Ranging) Rechtswert, Hochwert, Höhe über NN ( ) 8

9 GeoWorkspace Energieverbrauchsdaten (Excel) Geometrien (ALK-Karte) Datenbank (Access) GeoWorkspace (GWS) Join mit der gleichen Gebäude ID Datenbank (Access) Laserscanner daten 9

10 Thematische Karte Jahreswärmeverbrauchsdaten für die einzelnen Gebäude 10

11 Datenschutz Gebäudetyps, -gruppen POLYCITY Standardwert: 56 kwh/m²a MITTELWERT des Wärmeverbrauchs für die jeweilige Gebäudegruppe, -typ 11

12 Wärmeverbrauch via -bedarf Laser scanner Daten/ALK-Karte - Grundfläche - Dachstruktur - Gebäudehöhe Berechnung - Fläche Wand Außen - Fläche Wand Intern - Dachfläche - Fläche Fenster Typisierung der Gebäude - Reihenhäuser - Mehrfamilienhäuser Parameter - U-Werte (Wärmedurchgangs -koeffizienten, in W/m²K) GIS- SCHNITTSTELLE 12

13 Energieverbrauchsdaten Excel Access Wärmeverbrauchs -daten Automatische Fernübertragung GIS-Schnittstelle GEOMETRIEN Aus ALK-Karte: Gebäude Grundrisse GebäudeID ID ID2 GIS-Schnittstelle ID3 Fläche Aussenwamd Grundfläche 24 Fläche Wand intern Aus Laserscannerdaten: Gebäudehöhen Dachfläche

14 Input ins Berechnungsmodell GIS- SCHNITTSTELLE Messwerte - Vergleich mit den berechneten Werten INSEL Modell - Berechnung des Wärmebedarfs für jedes Gebäude - Vergleich mit den gemessenen Werten Wetterdaten - Außentemperatur -Solare Einstrahlung 14

15 Berechnungsmodell 1 Qh = Ai * Ui * (Tau Tin) nur Transmissionswärmeverluste sind berücksichtigt 15

16 Berechnungsmodell 2 Berechnung auf der Basis von einer Norm DIN EN 18599: QH = QT + QV η*(qi + QS) 16

17 Testen der Modelle Wärmeverbrauch-/bedarf in kwh Abweichung Winter: Model 1 = 7 % Model 2 = 2 % Abweichung Sommer: Model 1 = 100 % Model 2 = 11 % Tag Messung Modell 1 Modell Vergleich der Jahreswerte > 5 %! 17

18 Wärmebedarf via Wärmeverbrauch Wärmeverbrauch-/bedarf in kwh Extremen Abweichungen Abweichung in % Gebäude ID Messung Modell 2 Abweichung 18

19 Extrem - Abweichungen 1. Befliegung Laserscanning in 2002 (viele Gebäude keine Höhenangaben, weil gebaut nach 2002) 2. Keine separaten Wärmemengenzähler (Wärmeverbrauch geteilt durch Anzahl der Gebäude, GIS unterschiedliche Gebäudegrößen) 19

20 Mittlere Abweichung reduziert Wärmeverbrauch-/bedarf in kwh Abweichung in % Gebäude ID Messung Modell 2 Abweichung Mittlere Abweichung für alle Gebäude reduziert von 35 zu 26 % 20

21 GIS Visualisierung der Ergebnisse VERBRAUCH BEDARF MODELL 2 BEDARF MODELL 1 21

22 Solarpotenzialanalyse z y x Laserscannerdaten + Orthofotos GeoMedia Professional (incl. GeoMedia Grid) Automatische Extrahierung der geeigneten Dachflächen 22

23 Bedingungen für die geeigneten Flächen Dächer Flachdächer Satteldächer Min Dachfläche: 8m² Min Dachfläche: 8m² Exposition: Dachneigung:

24 Analyse Boden- und Hochpunkte HOCHPUNTKE (*.veg - Vegetation) BODENPUNKTE (*.grd Ground) [Quelle: Kettemann] Ansicht im Schnitt Satteldach Flachdach [Quelle: Kettemann] 24

25 Substraktion der Boden- und Hochpunkte Richtige Höhe der Gebäude - Mittelwert 25

26 Analyse der Satteldächer Berechnung Exposition: GeoMedia Grid > Surface > Aspect Berechnung Dachneigung: GeoMedia Grid > Surface > Grade Dachfläche: richtige Exposition und Dachneigung Südexposition des Dachs Bebauung durch Gauben, Fenster 26

27 Verteilung der Dachflächen Verteilung der potenziell geeigneten Dachflächen 3% geeignete Flachdächer 43% 54% ungeeignete Dachfläche durch PV- und Solaranlagen bebaute Flachdächer 27

28 Potenzielle Dachfläche für PV Gesamt Dachfläche in Scharnhauser Park: m² Potenzielle Dachfläche aus der Laserscannanalyse: m² max Dachflächenausnutzung : 60 % (PV-Anlagen: 40 ) PV-potenzielle Dachfläche: m² 28

29 Berechnung des Solarenergiepotenzials Y = η * F * H * f Systemeffizienz: 0,11 0,12 Geeignete Dachfläche: m² Globaleinstrahlung (40 ): 1299 kwh/(m²a) (Jahr 2005) Ca MWh/a (Verschattung nicht berücksichtigt) 29

30 Solarenergiepotenzial im Scharnhauser Park PV-Systemswirkungsgrad in % 11% 12% Potenzieller Stromertrag (PV) in MWh/a Stromverbrauch in MWh/a Mehr als 40 % des Stromverbrauchs in Scharnhauser Park könnte durch die PV-Anlagen gedeckt werden. Stromverbrauch 2005 in MWh/a 30

31 GIS-Visualisierung der PV-Analyse 31

32 Publikation via WMS Energieverbrauchsdaten (Excel) Geometrien (ALK-Karte) Datenbank (Access) Energiedaten GeoWorkspace (GWS) Datenbank (Access) Geometrien Laser scanner data Web Map Service (WMS) POLYCITY-Webseite Publikation der Daten 32

33 Implementierung in die Webseite START Implementierung WMS in die POLYCITY-Webseite 33

34 POLYCITY-Webseite Möglichkeit zur Ansichtsänderung Informationen: -Gebäudeattribute -Mittlere Energieverbrauchsdaten -potenzielle PV-Dachfläche 34

35 Zusammenfassung Die eingesetzten GeoMedia-Produkte sind ideale Werkzeuge um Informationen aus tausenden Verbrauchsdaten zu verwalten, auszuwerten und anschaulich darzustellen. Das Programm GeoMedia WebMap Professional bietet jedem Anwohner des SHPs die Möglichkeit sowohl den Energieverbrauch, aber auch das Solarstrompotenzial zu prüfen. 35

36 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 36