Modellierung des Wärmeenergiebedarfs auf der Grundlage von 3D-Daten am Beispiel Grand Lyon (Frankreich)

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Minna Lichtenberg
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1 EUROPÄISCHES INSTITUT FÜR ENERGIEFORSCHUNG INSTITUT EUROPEEN DE RECHERCHE SUR L ENERGIE EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH Modellierung des Wärmeenergiebedarfs auf der Grundlage von 3D-Daten am Beispiel Grand Lyon (Frankreich) Jean-Marie BAHU, Research Ingenieur Mail: bahu@eifer.org Tel: +49(0)

2 EIFER: Energieplanung und Geosimulation für Städte EIFER Non-Profit Institut, Kooperation mit KIT und EDF (EWIV) Forschungsthemen: dezentrale Energiesysteme, Bioenergie, Geothermie, Nachhaltige Stadtentwicklung Forschungsgruppe Energy Planning and Geosimulation (28 Mitarb.) GIS basierte Energieplanung für Regionen und Städte 3D Gebäudebestandssimulation Agent Based Modelling von Energiesysteme und Infrastruktur Landnutzung und Mobilitätskonzepte Energy Planning Urban Form Electrical Systems Electromobility

Kontext Ökologische und städtische Herausforderungen http://emlakkulisi.

3 Kontext Ökologische und städtische Herausforderungen Nachhaltige Stadtentwicklung Erfordert systemischen Ansatz: Interdisziplinär Maßstabsübergreifend Austausch mit lokalen Akteuren (Standards?) 3

4 Städtische Energieplanung : Makro Ansätze Beschreibung des Gebäudebestand Kombination von unterschiedlichen statistischen Datenquellen für mehreren Sektoren Beschreibung des Jahreswärmebedarfs für vers. Nutzungen Aggregation von gebäudebasierten Daten zu Ermittlung der spezifischen Wärmedichte in Kommunen (100m*100m) - MWh/(ha*a) Makroanalyse und Lokalisierung des Gebäudeenergiebedarfs

5 Städtische Energieplanung : Lokale Modellierung 3D Stadtmodelle und Beschreibung des Gebäudebestand Solaranstrahlungssimulation Abschätzung des aktiven und passiven Solarenergiepotenzials Thermische Energiesimulation Deterministische (physikalische) Modelle für die Rechnung des Kälte- und Wärmebedarfs Lokalisierung städtischer Wärmeinseln

6 Grand Lyon - Kontext Grand Lyon ist die größte Metropolregion Frankreichs 58 Kommunen 515,96 km² 1,3 Millionen Einwohner Grand Lyon war auf der Suche nach innovativen Lösungen um die lokale Energienachfrage seines Gebäudebestand abzustimmen. Der Wärmeenergiebedarf des Wohnungsgebäudebestand wurde durch EIFER innerhalb einer Froschungspartnerschaft mit Hilfe eines systemischen bottom-up Ansatzes auf der Grundlage des städtischen 3D Stadtmodells modelliert. 6

7 Grand Lyons 3D Stadtmodell BD Bâti 3D Grand Lyon EIFER 7

8 Grand Lyons 3D Stadtmodell Probestück - 5x5km 8

9 Gebäude Wärmeenergiebedarf Heizwärmebedarf = Σ Transmission losses Wärmeverluste Σ Ventilation losses - Σ Solar gains Wärmegewinne Σ internal gains 9

Solaranalyse Klassifizierung / Typologie Energiebilanz QH

10 Methode Städtische Textur Kataster und 3D SM 3D Gebäudemodell Gebäudenutzung Gebäudealter Morphologie Solaranalyse Klassifizierung / Typologie Energiebilanz QH ( i ep ) tp ( HT HV ) Q ( ) t ( H H ) ( ) t H i ep P T V P S, P I, P P 10

11 Wärmeenergiebedarfsergebnisse (Wohnungsgeb.) - Stand ohne Sanierung EIFER 11

12 Aggregation - Erweiterung der Methode an der ganzen Metropolregion am Beispiel Paris 12

13 Kalibration LoD1/2 Vergleich Gesamte Dachvolumenunterschied = 3% Summe der Dachvolumenunterschieden = 10% Summe der Geb.-volumenunterschieden < 1% Anteil der Flächen mit relevanten Geb- Volumenunterschieden (mehr als die Abweichung) = 10% Summe der Geb.-Brandflächenunterschieden = 2% Anteil der relevante Brandflächenunterschieden (mehr als die Abweichung) = 20 % Einfluss des Dach auf die Energiebedarfs = 3% Einfluss des LoD1-Höhe auf die Energiebedarfs = 9% 13

14 Energiebalanzsmodellvergleich Ergebnisanalyse Differences between the Enerbat s heat demand results and the EIFER s results 14

15 Energiebilanzssimulation - Objektorientierte Simulation 15

16 Simulation der Smartenergiesysteme - Agent Based Modelling Objektorientierte / Agentenbasierte Simulation Beschreibung der Haushalte und Anwendungen mit individuellen Betriebsweisen Verknüpfung der Objekte Agent based modelling und Austausch zwischen einzelnen Objekten Link zwischen Energienachfrage und -versorgung Darstellung der Effekte von Betriebsstrategien Towards a 3D spatial urban energy modelling approach J.-M. Bahu*, A. Koch, E. Kremers, S.M. Murshed, 2013 (ISPRS Annals)

17 System aus mehreren Ebenen Gebäude Cross-Scale Interactions Wärme- /Kältenetzwerk Smart Grid Mobilität

18 Räumliche Modellierung der Energiesysteme Component models Infrastructure models Spatial data model Land use planning visualisation reporting analysis

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Jean-Marie BAHU Energy Planning and Geosimulation Mail: Tel: +49(0) EIFER - European Institute for Energy Research Emmy-Noether-Str Karlsruhe, Germany 19

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