Entwicklung eines komponentenbasierten Frameworks zur Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein komponentenbasiertes Framework zur energetischen Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen entwickelt. Heiz- und raumlufttechnische Anlagen können mit der Hilfe der Methode der Bedarfsentwicklung anhand ihres Energieaufwandes während der Planung und des Betriebes bewertet werden. Die Bewertung erfolgt durch: - die Feststellung des Energiebedarfs und der ihn zu beeinflussenden Größen mit Hilfe einer Gebäudesimulation - die Feststellung des Aufwands, der eine Anlage zur Befriedigung des Bedarfs benötigt, mit Hilfe einer Anlagesimulation - den kontinuierlichen Vergleich der durch die Messung gewonnenen Raum- und Anlagezustände mit simulierten Werten mit Hilfe einer gekoppelten Gebäude- und Anlagesimulation. Dem komponentenbasierten Framework liegt eine Architektur zugrunde, welche sich durch eine klare Trennung der Komponente Gebäude- und Anlagedatenmodell von den Berechnungskomponenten auszeichnet. Das Kernstück der Arbeit ist die Entwicklung und die Implementierung der Komponente Gebäude- und Anlagedatenmodell aus Sicht der Technischen Gebäudeausrüstung. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Behandlung von Fragen der Gebäudetechnik und hier insbesondere auf der Einbindung von Gebäude- und Anlagesimulationen während der Planung und des Betriebs. Der Rahmen für die Entwicklung des Datenmodells ist durch das aktuelle Austauschmodell der Industrieallianz für Interoperabilität (IAI) vorgegeben. Das Datenmodell erweitert dieses Austauschmodell um die Beschreibung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen. Nach der Vorgaben der IAI ist es die Aufgabe des Datenmodells, den Datenaustausch zwischen Komponenten zu ermöglichen. Die Aufgaben des hier entwickelten Datenmodells gehen allerdings über den Datenaustausch hinaus, da es zur einheitlichen Beschreibung von Gebäuden und deren Anlagen während des gesamten Lebenszyklus dient. Dazu muss es dynamisch erweiterbar sein und eine so große Informationsdichte besitzen, dass die Daten in verschiedenen Phasen des Gebäudelebenszyklus ohne Informationsverluste verwendet werden können. Das Komponentenframework ermöglicht das Zusammenfügen verschiedener Berechnungskomponenten zu Anwendungen. Die Voraussetzung dafür ist, dass sie das OLE DB Interface unterstützen und für den Austausch der Gebäude- und Anlagedaten das in dieser Arbeit entwickelte Datenmodell verwenden. Die Berechnungskomponenten liefern ihre Ergebnisse in Form von Zeitreihen. Die Abstraktion dieser Zeitreihen vereinfacht die Verwaltung der Berechnungsergebnisse und ermöglicht deren direkten Vergleich mit Messwerten. Das Datenmodell und die Berechnungskomponenten werden durch die Verwendung einer Skriptsprache zu Anwendungen integriert.

In this thesis a component-based framework for the evaluation of HVAC performance in buildings is developed. Following the method of the demand development HVAC systems are evaluated by means of their energy effort during planing and maintenance. The evaluation is achieved through: - determining the energy requirement and energy requirement's impacting factors using a building simulation - determining the effort, which an HVAC system requires in order to meet the demand, using an HVAC system simulation - continuos comparison of the measured states of both building and HVAC system with simulated values using a coupled building and HVAC system simulation. Characteristic for the component-based framework is an architecture which separates the component data model form the calculation components. In the centre of this work is the development and the implementation of the component data model from a building service's point of view. The main focus lays in dealing with building services's questions and embedding the building and HVAC system simulations into the processes of planing and maintenance. The design of the data model is based on the latest version of the building information exchange model developed by the International Alliance for Interoperability (IAI). The data model extends this model with definitions of HVAC equipment and systems. In accordance with IAI guidelines the data model is used for the exchange of information among components. More important however, the data model serves for a uniform description of buildings and installations over all phases of the life-cycle. For this purpose it is extendable and has an information content large enough for an efficient information usage throughout the building's life. The component-based framework enables assembling of different calculation components into applications. The calculation components are required to support the OLE DB interface and to exchange building and installation data using the data model. The calculation components deliver their results as time series. The abstract data type of time series relieves the management of the calculation results and allows their direct comparison with measured data. The component data model and the calculation components are integrated into applications that use a scripting language.