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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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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
→ 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
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.20164
Geoinformationssystem
Modell Energiesystem Modell Gebäude & TGA
BIM
Simulation / Berechnung Simulation / Berechnung
Konsequenzen für digitale Planungs- und Rechenwerkzeuge
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.20165
Planungsrealität heute
Baubegleitende Planung und Genehmigung
Reagieren statt vorausplanen
Häufige Änderungen
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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)
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Beispiel | Heizungsanlage
(Bildquelle: © RWTH Aachen, 2015)
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
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
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
BIM Simulation
Datentransformation | Mapping?
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
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
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(RWTH Aachen, IEA EBC Annex 60 / EnEff-BIM, 2014)
CAD Modell (Autodesk Revit 2014)
Beispiel | Statisches Heizsystem
RadiatorBoiler
Return
Expansion Vessel
Supply
Valve
Pump
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(RWTH Aachen, IEA EBC Annex 60 / EnEff-BIM, 2014)
Datenmodell (SimModel/Simergy)
Beispiel | Statisches Heizsystem
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(RWTH Aachen, IEA EBC Annex 60 / EnEff-BIM, 2014)
Simulationsmodell (MODELICA AixLib RWTH Aachen)
Pumpe BoilerRohrnetz
Ventil
Radiator
Ausdehnungsgefäß
Beispiel | Statisches Heizsystem
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
Umsetzung im IEAEBC Annex 60
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201616
IEA Annex 60
Task 1 | Technologieentwicklung
ModelicaModellbibliotheken
Co-SimulationModellaustausch
BIM3D Datenaustausch
Workflowautomation
Task 2 | Validierung & Demonstration
GebäudeCo-Design TGA
StadtquartiereInteraktion Netz
BetriebAutomation
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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:
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201618
(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)
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: AixLib (RWTH Aachen)
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: Buildings (LBNL Berkeley)
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: IDEAS (KU Leuven, Belgien)
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
Beispiel | Use Case 1.1 Boiler & Gas RadiatorBibliothek: BuildingSystems (UDK Berlin)
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201626
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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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201627
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)
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.2016
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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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201629
(Bildquelle: © RWTH Aachen, 2015)
Use Case Multi-Zone | Gebäude
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201630
Use Case Multi-Zone | Nutzungsrandbedingungen
(Bildquelle: © RWTH Aachen, 2015)
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201631
(Bildquelle: © RWTH Aachen, 2015)
Use Case Multi-Zone | TGA-Modell
TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201632
Use Case Multi-Zone | AixLib Simulationsmodell
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TGA Kongress 2016 | IEA EBC Annex 60: Datentransformation zwischen BIM und Energiebedarfsberechnung/-simulationChristoph van Treeck | 14.04.201633
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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