Projekt 29509/01

Innovative Weiterentwicklung der Wärmebedarfsprognose und PV-Potentialanalyse für Gebäude und Stadtquartiere auf Basis von 3D Gebäude- und Stadtmodellen

Projektträger

Hochschule für Technik StuttgartZentrum für angewandte Forschung an Fachhoch-schulen Nachhaltige Energietechnik - zafh.net
Schellingstr. 24
70174 Stuttgart
Telefon: 0711 8926-2831

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

75% der weltweit eingesetzten Energie wird in Städten verbraucht. Die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe und die erforderliche Reduktion von Treibhausgasemissionen führt zu der Notwendigkeit den Energiebedarf deutlich zu reduzieren. Für diese Aufgabe sind Szenarien und Prognosen des Energiebedarfs auf Stadtebene ein wichtiges Instrument, mit welchem die Potenziale für die Energieeffizienz und die Substitution fossiler Energien durch erneuerbare Energie identifiziert und abgeschätzt werden können.
Daher wurden im Rahmen dieses Vorhabens durch innovative Integration verschiedener Software-Module und Werkzeuge die Voraussetzungen geschaffen, um Wärmebedarf sowie PV-Potenzial nicht nur für einzelne Gebäude sondern auch für ganze Stadtquartiere schnell, einfach und genau ermitteln zu können. Dadurch werden entscheidende Zeit- und Kostenersparnisse erzielt. Die Anwendung der entwickelten Methoden und Softwarebausteine durch Unternehmen, Kommunen, Energieberater und Energieversorger soll letztendlich die Verbesserung der Energieeffizienz auf der Gebäude- und Stadtebene garantieren und die Nutzung von erneuerbaren Energiequellen steigern.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenErstellung von CityGML-basierten 3D Stadtmodellen vom Projektgebiet sowie deren Anreicherung mit Sachdaten und Modellierung auf Basis einer CityGML ADE sowie Modellierung von Detailgebäuden mit-tels CAD. Thermalaufnahmen von Gebäudefassaden und deren Interpretation.
Analyse der Import/Export- sowie Visualisierungsfunktionen in GeoMedia 3D. Weiterentwicklung beste-hender Softwaretools zur Berechnung des Wärmebedarfs sowie PV-Potentials. Tests zur Entwicklung ei-ner web-service basierten Simulationsumgebung.
Verbrauchsdatenerfassung und –aufbereitung; Entwicklung eines Tools zur automatisierten Erstellung von Wärmebedarfsausweisen auf Basis von 3D Gebäudemodellen. Schnittstellenentwicklung für den Vergleich zwischen Wärmebedarf und Verbrauch. Entwicklung von Tools für die Verschattungsanalyse durch andere Gebäude im Untersuchungsgebiet.



Ergebnisse und Diskussion

Die im bedPV-Projekt entwickelten Methoden und Werkzeuge für die Wärmebedarfsprognose für Ge-bäude und ganze Stadtgebiete bietet die Grundlage für verlässliche Szenarienrechnungen zur Bedarfs-entwicklung als Funktion von Dämmstandards, Versorgungstechnik, aber auch Effizienzmaßnahmen durch Nutzerverhalten. Aufgrund ihrer Anwendbarkeit auf Stadteebene sind sie hoch innovativ. Bis jetzt gibt es keine marktfähigen Produkte, welche automatisch auf Basis von 3D-Modellen gleichzeitig den Wärmebedarf sowie das PV-Potenzial prognostizieren können.
All diese Aspekte gemeinsam sorgen für Aufmerksamkeit auf internationaler Ebene, zumal das zu entwi-ckelnde Produkt in unterschiedlichen klimatischen Regionen Anwendung finden kann. Die im Rahmen des Projektes entwickelten Lösungen wurden international publiziert.
Modellcharakter des vorgesehenen Lösungsweges
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Wissenschaftlern und Unternehmen aus verschiedenen Fach-richtungen in einem effizienten Team sichern die zeitnahe Umsetzung der gewonnenen Methoden und Er-kenntnisse in marktfähige Produkte.
Die Kombination von Wärmebedarfsprognosen mit PV-Potenzialanalysen eröffnet neue Möglichkeiten, kommunale Klimaschutzkonzepte zu unterstützen. Der wichtige Aspekt der Visualisierung von ganzen Stadtquartieren kann in einem weiteren Schritt eine wichtige Unterstützung für den Endnutzer sein. Dieser soll mit einem leicht verständlichen und einfach zu handhabenden Tool ein Energiemonitoring durch-führen und Kosten sparen können.
Im Leitmarkt der erneuerbaren Energietechnik ist Deutschland bereits heute technologisch weltweit füh-rend und das Thema wird auch in den nächsten Jahrzehnten aufgrund zunehmend knapper Ressourcen und Klimawandel hochaktuell bleiben. Durch die Innovation der entwickelten Methode, welche auf 3D- Stadtmodellen basiert und automatisierte Szenariensimulationen ermöglicht, wird die technologische Wettbewerbsfähigkeit des Standortes Deutschland im Bereich Energie weiter gestärkt



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Öffentlichkeitsarbeit erfolgte auf nationaler und internationale Ebene. Unter Anderem wurden die Ak-tivitäten der HFT Stuttgart im Rahmen des Vorhaben bei folgenden Veranstaltungen präsentiert:
• GeoForum MV 2012 – GIS schafft Energie: Beiträge der Geoinformationswirtschaft zur Energiewende
• EERA JP Smart Cities, Energy Efficient Communities
• Workshop IEA Annex 51/BMVIT
• CADFEM Users‘ Meeting – „Virtuell durch die Stadt“
• Smart City Exhibition 2012, Green Digital Charter for Smart Cities
Nach Projektabschluß wurde im Zusammenarbeit mit dem Energetikom Ludwigsburg die Veranstaltung: „3D Stadtmodelle – Datenmanagement für die energieeffiziente Stadtplanung“ durchgeführt. Vertreter aus Kommune, Industrie und Forschung referierten und diskutierten über das genannte Thema.




Fazit

Die Wärmebedarfssimulation auf Basis von 3D Stadtmodellen liefert gute Ergebnisse und erfolgt weitgehend automatisiert. Wärmebedarfsausweise können, bei guter Sachdatenlage, automatisiert erstellt werden. Durch die Entwicklungen wurden die typische Hürde kommerzieller Software, die Schnittstellenproblematik, auch im Hinblick auf die Nutzung von Web-services weiter analysisert und teilweise durch die Nutzung von Standards eliminiert. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Zeit- und Kostenersparnis bei der Ermittlung des Wärmebedarfs auf städtischer Ebene. Die Ansätze zur automati-sierten PV-Potentialanalyse auf Basis von 3D-Stadtmodellen wurden weiterentwickelt.
Die genaue quantitative Bestimmung des U-Wertes von Außenbauteilen stellt sich als messtechnisch aufwändig und fehlerbehaftet dar. Dennoch ist die Thermographie aufgrund der hohen Datenerfassungs-rate gut geeignet, um in Kombination mit mobile Mapping (fahrzeuggestützte Datenerfassung) den bauli-chen Zustand ganzer Stadtquartiere erfassen zu können.
Die Ergebnisse des Vorhabens werden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten und gerade angelaufenen Forschungsprojekts „SIMSTADT“ gemeinsam mit dem Partner M.O.S.S. Computer Grafik Systeme GmbH intensiv weiterentwickelt.