Modellierung von Maßnahmen als Transaktionen auf den Entitäten virtueller 3D-Stadtmodelle

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1 Modellierung von Maßnahmen als Transaktionen auf den Entitäten virtueller 3D-Stadtmodelle Maximilian Sindram Lehrstuhl für Geoinformatik

2 Problemstellung Zur Verbesserung urbaner Planungsprozesse sollen Auswirkungen von Planungsmaßnahmen abgeschätzt werden Ziel: generell engere Kopplung von Planung und Wirkungsanalyse Planungsmaßnahmen haben Auswirkungen auf mehrere Aspekte der Stadt z.b.: Ökonomie, Mobilität, Energie, Soziale Aspekte Wirkungsanalyse einer Planung muss auf einem Modell erfolgen Semantische 3D-Stadtmodelle sind geeignete Grundlage Planungsmaßnahmen müssen virtualisiert werden Berechnung relevanter Kennwerte auf Basis des 3D-Modells

3 Stadtsystemmodell wird repräsentiert durch Stadtsystem

4 Energie Umwelt Ökonomie Sozial Verkehr, Bewertung / Leistungsmessung / Kennzahlen des aktuellen Zustands Planung eines Folgezustands Modell der Realität Stadtsystem

5 Modell der Realität [Ökonomie] n 2 Verbindungen möglich Modell der Realität [Umwelt] Modell der Realität [Sozial] Modell der Realität [Mobilität] Modell der Realität [Energie]

6 Modell der Realität [Ökonomie] n Verbindungen Modell der Realität [Umwelt] gemeinsames semantisches 3D-Stadtsystemmodell Modell der Realität [Sozial] Modell der Realität [Mobilität] Modell der Realität [Energie]

7 Informationsintegration im 3D-Stadtmodell Energie Heizenergiebedarf Warmwasserbedarf Strombedarf Lärmbelastung Lärmpegel auf der Fassade Anzahl der Bewohner Ökonomie Immobilienwert Wohngeld

8 KPIs t -1 KPIs t 0 KPIs t 1 KPIs t 1 Berechnung Berechnung Berechnung Stadtmodell t -1 Erfassung Stadtmodell t 0 Erfassung/ update Stadtmodell t 1 Stadtmodell t 1 Keine Erfassung möglich Veränderung Realität t 1 Realität t -1 Realität t 0 Realität t 1 Vergangenheit t -1 Gegenwart t 0 Zukunft t 1

9 Key Performance Indicator

10 Berechnung des Heizwärmebedarfes Gebäudesimulationsverfahren DIN V Berechnung des monatlichen Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung Gebäudeinformationen Gebäudegeometrie Gebäudenutzung Baukonstruktion Sanierungszustand Bewohner Wohneinheiten Klima- und Umweltbedingungen Korrelation Nutzenergiebedarf Strom Warmwasser Heizwärme

11 Berechnung des Strombedarfes Die Abschätzung des Strombedarfes der Gebäude basiert auf durchschnittlichen Stromverbräuchen verschiedener Haushalte, veröffentlicht durch Vattenfall Gebäudeinformationen Gebäudegeometrie Gebäudenutzung Baukonstruktion Sanierungszustand Bewohner Wohneinheiten Klima- und Umweltbedingungen Korrelation Nutzenergiebedarf Strom Warmwasser Wärme

12 Berechnung des Energiebedarf Warmwasser Die Berechnung des Nutzenergiebedarfes zur Aufbereitung von Warmwasser erfolgt in Anlehnung an Energiepass Heizung/ Warmwasser des Instituts Wohnen und Umwelt Gebäudeinformationen Gebäudegeometrie Gebäudenutzung Baukonstruktion Sanierungszustand Bewohner Wohneinheiten Klima- und Umweltbedingungen Korrelation Nutzenergiebedarf Strom Warmwasser Wärme

13 Warum diese Verfahren? Gebäudesimulationsverfahren DIN V (Heizwärmebedarf) Monatliche Bilanzierung von Energiebedarf und -produktion Wichtig für die Bewertung von Maßnahmen bezüglich erneuerbarer Energien, z.b. Geothermie, PV und Solarthermie Bauteilbezogene Berechnung erlaubt die gebäudespezifische Ermittlung von Einsparungen von Sanierungsmaßnahmen Zulässiges Berechnungsverfahren zur Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden nach aktueller EnEV Statistische Verfahren (Strom und Warmwasser) Strom- und Warmwasserbedarf sind vielmehr von der Gebäudenutzung als von der Gebäudegeometrie, z.b. Gebäudenutzfläche, abhängig Energiebedarfe können in Abhängigkeit des demographischen Wandels simuliert werden (Wohnfläche bleibt gleich)

14 Beispiel: Heizwärmebedarf

15 Maßnahmen

16 Maßnahmen Politische Vorgaben Planung Soweit bei beheizten oder gekühlten Räumen Außenwände... erneuert werden... sind die jeweiligen Höchstwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten nach Tabelle 1 Zeile 1 einzuhalten. Bei einer Kerndämmung von mehrschaligem Mauerwerk gemäß Buchstabe c gilt die Anforderung als erfüllt,... Wie können Vorgaben so formuliert werden, dass sie von den Tools verstanden werden? Werkzeuge Simulation Statistische Daten Virtuelle 3D- Stadtmodelle

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20 Framework

21 Meta Object Facility (MOF) <<instance of>> Klasse M3: Metametamodell General Feature Model ISO <<instance of>> Klasse Attribut Beziehung M2: Metamodell CityGML Application Schema +hoehe:in Gebäude t Maßnahme M1: Modell <<instance of>> :Gebäude hoehe=10 :Maßnahme M0: Instanz

22 General Feature Model ISO General Key Performance Indicator Model General Planning Actions Model CityGML Application Schema Energy Related KPIs Application Schema Climate Related KPIs Application Schema Energy Planning Application Schema Traffic Planning Application Schema KPI Gebäude X KPI Gebäude Y Fassadensanierung Gebäude X

23 General Feature Model ISO CityGML Application Schema AAA Application Schema General Key Performance Indicator Model Meta Model Level (Abstract Specifications) Application Schema Level (Conceptual, Domain Specific Modeling) INSPIRE Application Schema General Planning Actions Model Energy Related Application Schema

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25 General Feature Model ISO General Key Performance Indicator Model General Planning Actions Model General Constraint Model Meta Model Level (Abstract Specifications) Application Schema Level (Conceptual, Domain Specific Modeling) CityGML Application Schema Energy Related KPI Application Schema Energy Planning Actions App. Schema Preconditions Energy Planning Actions Application Schema

26 Zusammenfassung Virtuelle 3D-Stadtmodelle (CityGML) dienen als Integrationsplattform für die an der Stadtsystemmodellierung beteiligten Fachdisziplinen und Entscheider. Reduktion der potentiellen Verbindungen zwischen den Disziplinen von n 2 auf n Auf der Basis von 3D-Stadtmodellen können wichtige Kennzahlen (KPIs) berechnet werden, die den Zustand der Stadt beschreiben. Beispiele: Heizenergiebedarf, CO 2 Emissionen, usw. Das von uns entwickelte Framework ermöglicht es, die Auswirkungen von geplanten Maßnahmen vor deren Umsetzung in der Realität zu berechnen. Datenmodell zur Repräsentation von Planungsmaßnahmen