Analyse des Betriebs-/Energieverhaltens

Title: UseCase |  Analyse des Betriebs-/Energieverhaltens

Author: Thomas Lewis 

UCM-GUID: 67670E0E-A981-4F15-A100-A534F90A05B9

License: CC BY-SA 4.0 — Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen -  https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Dieser UseCase wurde im Rahmen des FFG (Stadt der Zukunft) Forschungsprojektes BIMBestand erhoben.

Der Use Case, GUID 67670E0E-A981-4F15-A100-A534F90A05B9, ist Teil einer Serie von Use Cases, die im Rahmen des Projektes BIMBestand erstellt wurden. In dem Projekt trägt er den Namen UCM-UC Analyse des Betriebs-/Energieverhaltens. Alle Use Cases des Projekts wurden in die Storyline des Umbaus eines Schulungsraumes einer Feuerwehrzentrale eingebunden. Dieser Vorgang des Umbaus (Planung -> Umsetzung) ist Teil des Bestandsmanagements. Der Use Case unterstützt den Facility Manager und Planer bei der Aufgabe, die Lüftungsplanung im Falle eines Umbaus bezüglich a) geeigneter Ventilatorleistung und b) Auswirkung der Umbaumaßnahme auf den Jahresstrombedarf zu überprüfen.

Die Simulationsergebnisse sollen im BIM-Modell (SIMULTAN) für den Facility Manager als Auftraggeber abrufbar sein, der darauf basierend seine Entscheidung treffen kann (Nacharbeit/Koordinationstreffen mit Planer erforderlich oder Freigabe). Dazu wird

1. die Lüftungsanlage in einer marktgängigen CAD-Software modelliert
2. die Lüftungsanlage in einem BIM-Modell der Softwareumgebung SIMULTAN in ihren strombedarfsrelevanten Eigenschaften abgebildet sowie

eine Anlagensimulation des Druckverlustes und damit eine Ermittlung des Strombedarfs unter Berücksichtigung der Anlagenregelung durchgeführt.

Zweck 1: Überprüfung, ob die bestehenden Ventilatorleistung ausreicht/zu hoch ist

Anhand einer Druckverlustberechnung wird ersichtlich, welche Auswirkung der geplante Umbau auf die erforderliche Leistung des Ventilators hat. Die erforderliche Leistung im umgebauten Zustand kann

1. größer sein als die vorhandene Ventilatorleistung: Dann muss überprüft werden, ob Luftqualität und Schallbelastung auch dann noch ausreichend/zumutbar sind, wenn der bestehende Ventilator weiterverwendet wird. Dies wird in allen Fällen der Fall sein, bei denen die aufgrund des Umbaus zusätzlich erforderliche Ventilatorleistung vernachlässigbar gering ist,
2. kleiner sein als die vorhandene Ventilatorleistung: Dann sollte überprüft werden, ob die nach dem Umbau im Regelbetrieb abgefragte Leistung derart klein ist, dass der bestehende Ventilator nur mit sehr schlechtem Wirkungsgrad läuft. Sofern es Netztopologie, räumliche Anordnung der Netzwerke und Ventilatorleistungen des Anlagenparks erlauben, könnte dann sinnvoll sein, den Raum über eine andere, noch nicht vollständige ausgelastete Anlage mitzuversorgen. Im Extremfall könnte es sogar sinnvoll sein, einen anderen Ventilator einzusetzen.

Zweck 2: Überprüfung, mit welcher Veränderung im Jahresstrombedarf zu rechnen ist

Von der Ermittlung der elektrischen Leistung (-> Auslegung, Angabe vorwiegend in kW) zu unterscheiden ist der über einen bestimmten Zeitraum kumulierte Energiebedarf (Angabe vorwiegend in kWh oder MWh). Dabei wird als Periode meist ein Jahr, ggf. aber auch einzelne Monate zugrundegelegt. Mit dem abgeschätzten Energiebedarf kann überprüft  werden, ob allfällige quantiativ (der Strombedarf muss durch die Umbaumaßnahme sinken) oder qualitativ (der Strombedarf darf durch die Umbaumaßnahme um maximal XX kWh/Jahr steigen) formulierte Zielen eingehalten werden.

Lüftungsanlagen können zu den bedeutendsten Stromverbrauchern in Nichtwohngebäuden gehören. Ausschlaggebend für den Strombedarf von Lüftungsanlagen sind

1. die Nutzungsart eines Gebäudes
2. die Dimensionierung der Anlagenkomponenten, insbesondere des Lüftungsgeräts, der Leitungslängen und -querschnitte sowie der Einbaukomponenten wie Brandschutzklappen, Volumenstromregler, Lüftungsgitter, Schalldämpfer oder Filter .
3. der topologische Aufbau der Lüftungsnetzwerke (welche Gebäudeteile werden von welcher Anlage über welche Leitungen versorgt)
4. die Anlagenregelung , Stand der Technik ist hier eine bedarfsgeführte Regelung

Der Use Case unterstützt den Facility Manager und Planer bei der Aufgabe, die Lüftungsplanung im Falle eines Umbaus bezüglich geeigneter Ventilatorleistung und Auswirkung der Umbaumaßnahme auf den jahresstrombedarf zu überprüfen. Für die dargestellten Abläufe ist nicht wesentlich, ob es sich beim Planer um ein aus Sicht des Auftraggebers externes Unternehmen handelt oder um eine interne Planungsabteilung. 

Normativ betroffene Kompetenzen des Facility Managers

Untenstehende Aufgaben sind im Zusammenhang mit den Facility Management-Fachkompetenzen

1. Verstehen von Systemen und Prozessen des Gebäudemanagements sowie des Energiemanagements vor allem hinsichtlich der Optimierung von Energieverbräuchen
2. Betreiben und Instandhalten der technischen Gebäudeausstattung
3. technisches Grundwissen über TGA (Technische Gebäudeausrüstung)-Systeme und deren Kosten-/Nutzenrelevanz
4. Optimieren, Koordinieren und Überwachen von Instandhaltungstätigkeiten von Bauwerk, Ausbau und TGA

 zu sehen. Diese Kompetenzen sind in der Liste spezifischer Kompetenzen eines Facility Managers zur Wahrnehmung der Auftrags- und Ausführungsverantwortung in der OENORM-A-7002-BerufsbildFacilityManagement:2015 enthalten, wobei sie dort unter Bezugnahme auf die ÖNORM EN 15221-5 angeführt werden.

Der Use Case soll zeigen, dass die Überprüfung der Auswirkung einer Umbauplanung auf die erforderliche Ventilatorleistung sowie auf den Jahresstrombedarf unter Zugrundelegung eines BIM-Modells möglich ist. Dabei soll das Zusammenspiel zwischen Planer, der eine konventionelle CAD-Software verwendet und Facility Management/Auftrageber, der eine entsprechende Simulationssoftware (SIMULTAN) verwendet, unter Zugrundelegung des .ifc-Formats gezeigt werden.

1. Dieser UseCase ist ein Teilprozess des Use Cases Datenmanagement bei Bauwerksveränderung von Bestandsgebäuden (GUID: bed8533f-2fa4-462f-bda5-328e46689afc).
2. Das Ziel des Use Cases ist nicht, die Planung einer Lüftungsanlage und insbesondere nicht, den planerisch erforderlichen Nachweis zu ersetzen, sondern unterstützt die Planung durch Automatisierung des Datenverkehrs über ein BIM-Modell, das erweiterte Möglichkeiten bieten soll. In bezug auf die klassische Planung einer Lüftungsanlage wird zusätzlich zum (statischen) Ermittlung des maximal erforderlichen Drucks am Ventilator und Volumenstroms auch der Jahresstrombedarf
3. Für das Zusammenspiel zwischen Planersoftware und Simulationssoftware wird nur ein ifc-Fachmodell (= ein Teilmodell des Gesamtmodells) verwendet, also nur jene Daten, die für die Ermittlung des Druckverlusts notwendig sind.
4. Bei Vefügbarkeit entsprechender Daten aus einem Monitoringsystem kann die Prognose, die aus der Anlagensimulation resultiert, mit Monitoringdaten verglichen Ist die Abweichung zu hoch, kann eine Ursachenanalyse vorgenommen werden, wobei das Simulationsmodell für Parameterstudien genutzt werden kann.
5. Die Datenanforderungen zu Lüftungskomponenten bauen auf den Ergebnissen des österreichischen Forschungsprojektes metaTGA auf.

Die Schritte des BPMN-Diagramms (siehe Beilage)

Im Folgenden verstehen sich alle Schritte, bei denen Daten bereitgestellt werden so, dass sie jeweils für den Bestand und für den Zustand durchgeführt werden. So wird z. B. eine .ifc-Datei Bestand und eine .ifc-Datei nach Umbau erzeugt. Die Schritte sind im Folgenden formuliert, als handle es sich nur um eine Datei.

1. Dieser Schritt stellt den Start des Ablaufs dar und ist im BIMBestand Use Case Datenmanagement bei Bauwerksveränderung von Bestandsgebäuden enthalten (dort bezeichnet als Durchführung der Planungstätigkeiten. Ablaufzustand am Start: Die Entscheidung für eine Umbauplanung ist gefallen (Freigabe), der Planungsauftrag an den Planer ist erteilt worden.
2. Die Bestands- und Umbauplanung wird vom Planer in einer CAD-Software erstellt und liegt in nativem Dateiformat der Software vor (im aktuellen Fall wurde Revit verwendet)
3. Aus der CAD-Software wird ein Fachmodell als .ifc-Datei exportiert
4. Die .ifc-Datei wird in die BIM-Software SIMULTAN eingelesen. In SIMULTAN werden die Lüftungskomponenten als Modelle erzeugt und zu einem Netzwerk verbunden, wobei die erforderlichen Parameter aus der .ifc-Datei extrahiert werden.
5. Für nicht vorhandene Parameter bzw. fehlende Werte werden Warnungen ausgegeben (1. Prüfung)
6. Das Lüftungsnetzwerk wird als Graph (Knoten und Verbindungen zwischen den Knoten) dargestellt und wird auf Plausibilität überprüft.
7. Die Daten zum Aufbau des Lüftungsnetzes und zu den Komponenten werden exportiert (Datenformat .csv)
8. Die .csv Dateien werden in das Druckverlustberechnungstool eingelesen, die Lüftungskomponenten werden als Modelle erzeugt und zu einem Netzwerk verbunden
9. Die Komponenten werden auf fehlende oder unplausible Werte geprüft (2. Prüfung)
10. Für nicht vorhandene Parameter bzw. fehlende/unplausible Werte wurden im diesem Use Case zugrudneliegenden Forschungsprojekt plausible Werte automatisch ergänzt bzw. substituiert, um ein lauffhäiges Modell zu erzeugen
11. Die Druckverlustberechnung wird angestoßen, das Ergebnis ist eine Zeitreihe der elektrischen Leistung des Lüftungszentralgeräts

Es wird überprüft, ob die bestehende Ventilatorleistung auch noch für den Zustand nach Umbau geeignet ist. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt eine Rückmeldung an den Planer mit dem Auftrag zur Nachbearbeitung.