Energieeffizientes Bauen, Sanieren und Betreiben 1. Passive Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz energetische Sanierung Dämmstandard vs. Gebäudetechnik Luftdichtheit & WRG passive Solarenergienutzung Einsatz von BIM für Energieberechnung und Simulation 2. Aktive Maßnahmen aktive Solarenergienutzung Wärmepumpentechnik (Umweltwärme) effiziente Kraft-Wärme-Kopplung Lastverschiebungen (zeitlich, räumlich) Betriebsoptimierung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D RWTH Aachen University ISH Gebäude-Forum 13.03.2015 2 Energieeffizientes Bauen, Sanieren und Betreiben Energieeffizientes Bauen, Sanieren und Betreiben 3. Netzkompatibilität Dezentrale Speichertechniken Erweiterung der Systemgrenzen ( Stadtquartier, Infrastruktur, Mobilität & Energie ) Demand Side Management 3. Netzkompatibilität Dezentrale Speichertechniken Erweiterung der Systemgrenzen ( Stadtquartier, Infrastruktur, Mobilität & Energie ) Demand Side Management 4. Integrale Planungsmethoden Digitale Planungswerkzeuge Mehrskalen-Simulation Lebenszykluskostenbetrachtung Nachhaltigkeitsaspekte 4. Integrale Planungsmethoden Digitale Planungswerkzeuge Mehrskalen-Simulation Lebenszykluskostenbetrachtung Nachhaltigkeitsaspekte 3 4 Planungsprozess heute Projektentwicklung Planung Ausführung + Bauen Betrieb Welche Rolle spielt BIM dabei? 4 3 13 7 4 Vertrag Bauantrag Beginn Richtfest Softopening Eröffnung 5 6 1
Planungsrealität heute Impression aus der Praxis Baubegleitende Planung aufgrund enger Terminpläne Häufige Änderungen während der Bauphase Gestörter Bauablauf Änderungswünsche Bauherr Einflüsse aus anderen Gewerken Rückläufe aus der baubegleitenden Genehmigung Funktionale Ausschreibungen Reagieren statt Vorausplanen 7 8 Was ist BIM? BIM: Dezentrale Planung und zentrale Koordination Building Information Modeling (BIM) ist eine Methode zur digitalen Abbildung der physikalischen und funktionalen Eigenschaften eines Bauwerks von der Grundlagenermittlung bis zum Rückbau/Abriss. Als solches dient es als Informationsquelle und Datendrehscheibe für die Zusammenarbeit über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks. BIM stellt keine Software dar, sondern eine Methode und Arbeitsweise, die passende Softwarelösungen benötigt. Quelle: Obermeyer Planen & Beraten, Aus: BIM Leitfaden für Deutschland, BBSR, 2013 9 10 Aufwandsverlagerung und Einfluss auf die Kostenentwicklung bei BIM-gestützter Planung Was ändert sich? Quelle: Liebich et al. 2011, Aus: BIM Leitfaden für Deutschland, BBSR, 2013 11 12 2
Welche konkreten Festlegungen werden benötigt? BIM = B I Beispiel Modellierungsart Modellstandard Methode wo und in welcher Form werden Informationen abgelegt? welche Informationen müssen übergeben werden? wie werden Informationen erarbeitet, geprüft und ausgewertet? CAD Zusammenarbeit und Datenaustausch mit BIM Management wer organisiert Informationen, nimmt diese ab und bestimmt deren Qualität? in Anlehnung an: BIM Leitfaden für Deutschland, BBSR, 2013 13 14 Welche Formen des Datenaustausches gibt es? Einheitliches Datenmodell Koordinationsmodell Fachdisziplin A Fachdisziplin A Software A Modell A Modell Einheitliches Datenmodell Informationsverlust Nachricht Software A Teilmodell Koordinationsmodell ("view") Teilmodell Planungsaufgaben in der Modell Informationsverlust Software A Fachdisziplin B Nachricht Software B Modell B Fachdisziplin B 15 16 Planungsaufgaben in der Beispiel: CAD-gestützte Planung im Bereich der Auslegung, Dimensionierung, Energiebedarfsermittlung, Energieeffizienz Heizung Heizlastberechnung (DIN EN 12831), Heizflächenauslegung (VDI 6030-1), Rohrnetzberechnung, hygienische Anforderungen, Gasleitungsdimensionierung (ÖVGW G 11) Lüftung Kühllastberechnung (VDI 2078, VDI 6007), Volumenstrom-/ Druckverlustberechnung, RLT Planung (DIN 1946-6, DIN 18017-3) Sanitär Sanitärplanung Trinkwasser (DIN 1988-300), Entwässerungsanlagen (DIN EN 12056; 752, DIN 1986-100) Energiebedarfsermittlung, Gesamtenergieeffizienz Energiebedarfsberechnung (VDI 2067-10, VDI 6007) Gesamtenergieeffizienz (DIN V 18599, DIN 4108-6, DIN 4701-10) Sommerlicher Wärmeschutz (DIN 4108-2/Simulation) (Bildquelle: Firma linear, Aachen, 2015) 17 18 3
Beispiel: CAD-gestützte Planung im Bereich der Modellbasierte Planung, Berechnung und Dimensionierung Hoher Automationsgrad (Bsp. Reduzierungen und Anschlüsse) Herstellerbezogene Detailplanung über Produktinformationen, usw. BIM-basierte Berechnung, Simulation und Auslegung (Bildquelle: Firma linear, Aachen, 2015) 19 20 Datentransformation: Berechnung und Simulation Datentransformation: Berechnung und Simulation Architekt Planer Daten verarbeiten & anreichern Wetterdaten Interne/ Externe Lasten Gebäudegeometrie Materialeigenschaft Systemverhalten System Informationsquelle Berechnungsverfahren Thermische Thermische Zonen Zone Randbedingungen Anlagen Modelle Ergebnis (RWTH Aachen, IEA EBC Annex 60 / EnEff-BIM, 2014) 21 22 Welche BIM Standards gibt es? BIM Standards und Datenschnittstellen Datenstandards Modellstandards ISO 16739 (Industry Foundation Classes, IFC) ISO 16757 (VDI 3805) gbxml ISO 29481 (IDM Vorlage) MVDs (Abbildungen auf IFC) LoD Definitionen (z.b. US: NATSPEC) ISO/TC 12911 (BIM Guideline Vorlage) ISO 29481 (Information Delivery Manual) Methodenstandards Managementstandards ISO 19650 (in Erarbeitung) 23 24 4
ISO 16739 Industry Foundation Classes (IFC) ISO 16757, VDI 3805 Produktdatenaustausch in der Gewerke Ebene Interoperabilitäts Ebene Kernel Ebene Datenaustausch von Hersteller-Katalog-Produktdaten in CAD/CAE Auslegungs- und Berechnungssystemen Automatische Einbindung Parametrisierung komplette Produktbeschreibung Auslegungsdaten, -algorithmen und Geometrie genormte Darstellung der technischen Daten exportierbares Einzel-Produkt-Datenformat zur Einbettung in IFC genormte Merkmallexika zur Datenbeschreibung Nachteil: Datendarstellungsformat veraltet Ressourcen Ebene (Auszüge aus: Pikart, VDI Expertenforum 2013) 25 26 ISO 16757, VDI 3805 Produktdatenaustausch in der Herstellerseitige Softwareschnittstellen Beispiel Firma TROX Autodesk REVIT Produktdaten als 3D Objekte mit technischen Daten direkte REVIT Unterstützung sowie VDI 3805 Unterstützung Problem: Komponentenhersteller können nicht für jedes CAD eine individuelle Schnittstelle implementieren Beispiel TROX EPF (Quelle: Pikart, VDI Expertenforum 2013) (Bildquelle: TROX Technik, 2014) 27 28 Zum Rollenverständnis Planung, Berechnung, Dimensionierung CAD Kontext CAD Modell Geometrie Attribute Assoziationen IFC Modell neutrales Datenaustauschformat z.b. IFC 2x3 (Express/XML) VDI 3805 technische Informationen Kennlinien, etc. Export Teilmodell Model View Definition daraus Auswahl von Klassen, Objekten, Assoziationen und Verbindungen Was macht die Forschung? 29 30 5
IEA Annex 60 Task 1 Technologieentwicklung EnEff-BIM IEA Annex 60 Förderung: BMWi (2013-2016) Partner: Modelica Modellbibliotheken Co-Simulation Modellaustausch BIM 3D Datenaustausch Workflow automation Architekt CAD/BIM Gebäude + Modelica Simulationsmodell Task 2 Validierung & Demonstration Gebäude Stadtquartiere Co-Design Interaktion Netz Betrieb Automation.ifc Geometrie MVD.SimXML Geometrie Konverter.mo.mo.mo Geometry Geometry Geometry HVAC HVAC HVAC Ingenieur GUI Defaultwerte weitere Daten Energieplaner Simulation 31 32 BIM ist auch "Building Informations-Management" Neues Rollenverständnis und an welchen Stellen? Frage Wer? Was? Wann? Wie? Welche? Betreff Fachmodelle und verantwortliche Modellautoren Modellelemente: Geometrie und Sachmerkmale BIM-Fertigstellungsgrade nach Leistungsphasen Software, Formate, Datenaustausch und Plattformen Auswertungen und Nachweise mit Hilfe von BIM Quelle: BIM Leitfaden für Deutschland, BBSR, 2013 33 34 Rollenverständnis zwischen Architekt und BIM Manager Rollenverständnis zwischen Planung und Anlagenbau Bauherr Architekt BIM-Manager BIM nach HOAI zuständig für Planung Gewerkekoordination BIM-Management Modellkoordinierung Änderungsmanagement Fachplaner Planung Fachplanung Architekturmodell Datenqualität BIM Raumbuch Tragwerk Anlagenbauer nur Ausführung Planung und Ausführung (Bildquelle: van Treeck, Müller, Merz, HLH, 2015) (Bildquelle: van Treeck, Müller, Merz, HLH, 2015) 35 36 6
Einsatz von BIM für Energieberechnung und Simulation Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph van Treeck Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen E3D RWTH Aachen University ISH Gebäude-Forum 13.03.2015 7