IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM...

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IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulation

1a RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen (E3D)1b RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC)2 Karlsruhe Institute of Technology, Department BLM, Karlsruhe3 School of Mech. & Materials Eng. and Electricity Research Centre, UCD, Dublin4 Universität der Künste, Institute for Architecture and Urban Planning, Berlin5 Stanford University, USA

Fachverband

Gebäude-Klima e. V.

Berlin, 14./15.04.2016

C. van Treeck1a, P. Remmen1b, J. Cao1a, S. Ebertshäuser2, J. Frisch1a, M. Lauster1b, T. Maile1a, J. O’Donnell3, S. Pinheiro3, J. Rädler4, R. Streblow1b, M. Thorade4, R. Wimmer1a, D. Müller1b, C. Nytsch-Geusen4, V. Bazjanac5

TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016

Gebäude der Zukunft…

sind energieeffizient und verbrauchen weniger fossile Energie

sind netzdienlich – und keine 'passiven' Syteme

können keine autonomen Energiesysteme mehr seinwegen der volatilen Natur der erneuerbaren Energieträger

können elektrische und thermische Energie speichernum einen Beitrag zur Nutzung von Wind- und Solarenergie zu leisten

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𝑅(𝑡) = 𝐿(𝑡) − 𝐺(𝑡)Residual Load Generation

Load

Generation

Energiewende | Anforderungen an Gebäude der Zukunft

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→ Skalierbarkeit

Dynamisches Gesamtsystem Gebäude-Nutzer-Anlage-Netz

Netz-Interaktion und bedarfsabhängige Regelungskonzepte:Erweiterung der Systemgrenze auf Quartiersebene

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→ Kombinierbarkeit verschiedener Domänen

thermisch-elektrisch-hydraulisch

→ Einbindung Betriebsoptimierung

Inbetriebnahme, Fehlererkennung,Nutzerfeedback

Konsequenzen für digitale Planungs- und Rechenwerkzeuge

→ Schnittstellen

Planungsdaten, Produktdaten, Betriebsdaten


Geoinformationssystem

Modell Energiesystem Modell Gebäude & TGA

BIM

Simulation / Berechnung Simulation / Berechnung

Konsequenzen für digitale Planungs- und Rechenwerkzeuge

3


Planungsrealität heute

Baubegleitende Planung und Genehmigung

Reagieren statt vorausplanen

Häufige Änderungen


Kollisions-prüfung

Building Information Modeling

Kooperative Arbeitsmethodik

Benötigt Softwarelösungen

Erfordert Festlegungen

Digitales Abbild eines Gebäudes über gesamten Lebenszyklus

Bildquelle: liNear, Aachen

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Beispiel | BIM-basierte Planung

(Bildquelle: © RWTH Aachen, 2015)


Beispiel | Heizungsanlage


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Datenaustausch | Gebäudesimulation

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DXF IDF IFC gbXML DWG SKP

Bsim

Energy+

DesignBuilder

ESP-r

IDA-Ice

IES VE

Lesosai

Nandrad

TAS

TRNSYS

WUFI Plus


BIM Simulation

Datentransformation | Mapping?

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Gas-tank

Gas-Brennwert

Kessel

Übergabe: Heizkörper

Pumpe

Ausdehnungs-gefäß

Thermostat

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(RWTH Aachen, IEA EBC Annex 60 / EnEff-BIM, 2014)

Systembild

Beispiel | Statisches Heizsystem



CAD Modell (Autodesk Revit 2014)


RadiatorBoiler

Return

Expansion Vessel

Supply

Valve

Pump

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Datenmodell (SimModel/Simergy)




Simulationsmodell (MODELICA AixLib RWTH Aachen)

Pumpe BoilerRohrnetz

Ventil

Radiator

Ausdehnungsgefäß


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Umsetzung im IEAEBC Annex 60

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IEA Annex 60

Task 1 | Technologieentwicklung

ModelicaModellbibliotheken

Co-SimulationModellaustausch

BIM3D Datenaustausch

Workflowautomation

Task 2 | Validierung & Demonstration

GebäudeCo-Design TGA

StadtquartiereInteraktion Netz

BetriebAutomation

9


Simulation

Inge

nie

ur

Arch

itekt

Energieplaner

CAD/BIMGebäude + TGA

ModelicaSimulationsmodell

.SimXML

Geometrie

TGA

.ifc .mo

GeometrieGeometry

TGA HVAC

weitereDaten

.mo

Geometry

HVAC

.mo

Geometry

HVAC

GUI

Defaultwerte

Konverter

MVD

EnEff-BIM | IEA Annex 60Förderung: BMWi (2013-2016)

Partner:


(Bildquelle: van Treeck, Wimmer, Maile;In: Building Information Modeling; Hrsg.: Borrmann, König, Koch; Springer; 2015)

Erarbeitung einer neuen Model View Definition

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Bottom-Up Use Case-Ansatz

Bezeichnung Erzeugung Übergabe

1.1 Boiler Gasheizkessel (Boiler) Radiator

1.2 Boiler Gasheizkessel (Boiler)Radiator und Warmwasser-Entnahmestelle

2.1 Heat Pump Luft-Wasser-Wärmepumpe (HP) Radiator

2.2 Heat Pump Luft-Wasser-Wärmepumpe (HP) Fußbodenheizung

3.1 CHP Kraft-Wärme-Kopplung (CHP) Radiator

4.1 AHU Klimaanlage zum Heizen Konditionierte Zuluft

4.2 AHU Klimaanlage zum Kühlen Konditionierte Zuluft

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Transformationsprozess im Ganzen

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App 1

App 3

App 2Mapper

Framework

GUI

Modelica

Lib 1 Lib 2 ...SimModel

schema

Generic

API

SimModel+ IFCBldg + Geom

HVAC

(Quelle: Thorade, Rädler, Remmen, Maile, Wimmer, Cao, Lauster, Nytsch-Geusen, Müller, van Treeck 2015)

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Detailprozess 1 | IFC SimModel+

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SimModel+

IFC

SBT/Simergy

Teaser

KIT Tool

Bldg + Geom

HVAC

SimModel

schema

Bldg + Geom

HVACChecker Converter

Validation

rules

Types

Age

Zoning

LOD

HVAC

(Quelle: Thorade, Rädler, Remmen, Maile, Wimmer, Cao, Lauster, Nytsch-Geusen, Müller, van Treeck 2015)


Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: AixLib (RWTH Aachen)

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Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: Buildings (LBNL Berkeley)

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Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: IDEAS (KU Leuven, Belgien)

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Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: BuildingSystems (UDK Berlin)

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Framework

Component

and parameter

mapping (C++)

GUI (python)

Modelica

Lib 1 Lib 2

SimModel

schema

Generic API

(in SI units)

Tree

Systems

Components

Properties

SimModel+Bldg + Geom

HVAC

Mapping

rules xml

Automated

XML generator

Rule

development

for mapping

Process control

Tree viewAdd missing

parameter values

2D diagrams 3D visualization

Python

templates

Meta-Model

Geo-processor

e.g., RC-values

Co

nn

ectio

ns

Python

templates

Meta-Model

Geo-processor

e.g., RC-values

Co

nn

ectio

ns

Detailprozess 2 | SimModel+ Modelica

(Thorade, Rädler, Remmen, Maile, Wimmer, Cao, Lauster, Nytsch-Geusen, Müller van Treeck 2015)

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Mapping auf Objekt- und Parameterebene

Mapping from left to right

Parameter/component

Different parameter

Missing parameter/componentCombination of multipleparameters/components

SimulationBIM

1.

2.

3.

4.

Object

3.

4.

1.

2.

Parameter

SimulationBIM

(Wimmer et al. 2015)


Use Cases - Übersicht

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Use case BIM/CAD ifcXML SimXML AixLib Buildings BuildingSystem IDEAS

1.1 Boiler

1.2 Boiler

2.1 Heat Pump

2.2 Heat Pump

3.1 CHP

4.1 AHU

4.2 AHU

5 MultiZone

RoofTop

Legend

Completed Not yet completed Not yet possible

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Use Case Multi-Zone | Gebäude


Use Case Multi-Zone | Nutzungsrandbedingungen


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Use Case Multi-Zone | TGA-Modell


Use Case Multi-Zone | AixLib Simulationsmodell

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Zusammenfassung

Konsequenzen für Planungswerkzeuge durch Digitalisierung in der Energiewende

Anforderungen hinsichtlich Skalierbarkeit, Kombinierbarkeit verschiedener Domänen, Einbindung Betriebsoptimierung, Schnittstellen

Teilprojekt im IEA EBC Annex 60 Projekt zur Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulation

Verwendung eines einheitlichen Datenmodells

Model-View Definition

Mehrstufiger, komplexer Transformationsprozess

Lösungen werden als Open Source verfügbar gemacht

Fortsetzung der Arbeiten in internationalem IBPSA Annex Projekt, Fokus Stadtquartiersebene

IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulation

1a RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Energieeffizientes Bauen (E3D)1b RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC)2 Karlsruhe Institute of Technology, Department BLM, Karlsruhe3 School of Mech. & Materials Eng. and Electricity Research Centre, UCD, Dublin4 Universität der Künste, Institute for Architecture and Urban Planning, Berlin5 Stanford University, USA

Fachverband

Gebäude-Klima e. V.

Berlin, 14./15.04.2016

C. van Treeck1a, P. Remmen1b, J. Cao1a, S. Ebertshäuser2, J. Frisch1a, M. Lauster1b, T. Maile1a, J. O’Donnell3, S. Pinheiro3, J. Rädler4, R. Streblow1b, M. Thorade4, R. Wimmer1a, D. Müller1b, C. Nytsch-Geusen4, V. Bazjanac5

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