Entwicklung einer MPC-Regelung

Ausgangssituation und Motivation: In energieoptimierten Gebäuden erlauben modellprädiktive Regelungssysteme (model predictive control – MPC) effiziente und vorausplanende Regelungsstrategien, um den nötigen Energieeinsatz für Heizung und Kühlung zu minimieren. Großes Potential für MPC liegt vor allem in der Regelung von Gebäuden mit thermisch aktivierten Bauteilen. Die Regelung dieser Bauteile ist in der Umsetzung allerdings mit einigen Herausforderungen verbunden. Ein Charakteristikum einer effizienten Gebäuderegelung liegt in der stark verzögerten Auswirkung von Stell- oder Störgrößenänderungen auf Grund der thermischen Speicherwirkung der massiven Bauteile. Darum kommt der modellbasierten Prädiktion des Gebäudezustands auf Basis von Wetterdaten und unter Annahme bestimmter Stellgrößenverläufe eine entscheidende Rolle bei der energietechnischen Gebäudeoptimierung zu. Ein vorausschauender Betrieb des Heizungssystems ist bei Gebäuden mit hochwertiger Gebäudehülle und bei hohem solarem Eintrag entscheidend für den Wohnkomfort und die Energieeffizienz. Bei Verwendung thermisch aktivierter Bauteilsysteme zur Gebäudeheizung bzw. -kühlung kommt ein weiteres Verzögerungsglied hinzu. Derzeitige Ansätze zu einer modellprädiktiven Regelung von effizienten Gebäuden mit thermisch aktivierten Bauteilen beschränken sich auf Gewerbe- und Bürogebäude, wohingegen im Wohnbereich die Anwendung von MPC bei thermisch aktivierten Bauteilen wenig untersucht ist. Vor allem das Zusammenspiel zwischen Nutzerverhalten und solarem Eintrag hat erheblichen Einfluss auf die Regelung, welcher im Wohnbereich noch unzureichend untersucht ist. Im vorliegenden Forschungsvorhaben werden technische Vorarbeiten für die Entwicklung eines innovativen MPC zur Wohngebäudekonditionierung durchgeführt. Projektziel: An einem realisierten Testgebäude mit aktiviertem Betonkern wird ein innovativer, modellprädiktiver Regelungsalgorithmus entwickelt, mit dem auf Basis von Wetterprognosedaten und unter Einfluss des individuellen Nutzerverhaltens die Regelung des Wärmeein- und -austrags erfolgt. Das Regelungskonzept wird in das Gebäude integriert und evaluiert. Nutzen und Verwertung: Das Ingenieurbüro Wilhelm Hofbauer ist auf die Planung von hocheffizienten Neubauten sowie auf eine ökologische und nachhaltige Gebäudesanierung spezialisiert. Das entwickelte, innovative Regelungskonzept wird in zukünftigen Bauprojekten angewendet, um einerseits die Energieeffizienz der Gebäude und andererseits den Wohnkomfort der BewohnerInnen/ NutzerInnen zu optimieren.