Methods for optimization of operation and control of nZEBs

Betreuer: Wolfgang Streicher, Fabian Ochs, Rainer Pfluger

Kurzfassung

Das Ziel der nZEB-Verordnung (nearly Zero Energy Building) ist der Klimaschutz und eine effizientere Nutzung der Ressourcen. Daher muss eine kritische Analyse durchgeführt werden, um die tatsächliche Wirksamkeit von nZEB zu ermitteln. Wie mehrere Fallstudien zeigen, gibt es eine Diskrepanz zwischen der erwarteten und der tatsächlichen Leistung bei Wohngebäuden. In der Literatur wird deutlich, dass einer der Hauptfaktoren das Nutzerverhalten ist. Darüber hinaus fehlt eine Studie über die Robustheit verschiedener Heizsysteme in Bezug auf das Verhalten der Bewohner.

Die derzeitige Forschung zielt darauf ab, diese Fragen zu beantworten, das Bewusstsein der Bewohner zu schärfen und die Wahl beim Kauf des Systems zu berücksichtigen. Besonderes Augenmerk wird auf Systeme gelegt, die mit Wärmepumpen arbeiten, da sie die an der häufigsten verwendeten Technologie sind, um das nZEB-Niveau zu erreichen. Darüber hinaus fördern nachgewiesene (mögliche) Einsparungen die Gebäuderenovierung und unterstützen den Wandel hin zur Dekarbonisierung von Gebäuden.

Die Simulationen werden mit verschiedenen Programmen (insbesondere MATLAB Simulink und PHPP) durchgeführt und die Überwachungsdaten des bestehenden Gebäudes werden gesammelt und analysiert. Das überwachte Nutzerverhalten kann in dynamische Modelle implementiert werden, um das Gebäudeverhalten so realitätsnah wie möglich zu simulieren. Dies ist von besonderer Bedeutung bei der Gebäudesanierung.

Aufgrund der Komplexität der Datenerfassung und -auswertung ist ein weiteres zu untersuchendem Konzept die optimale Komplexität des Überwachungsmodells. Die Wahl der richtigen Überwachungslösung ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Da weitere Verbesserungen erforderlich sind, besteht die Notwendigkeit praktischer Vorschläge. Schließlich soll die Optimierung der Steuerung untersucht werden, um die möglichen Methoden für die Inbetriebnahme von Gebäuden zur Fehlererkennung zu studieren. Weitere Forschungen müssen im Bereich der Fehlererkennung und -diagnose (FDD) durchgeführt werden. Die Energieeffizienz des Gebäudesektors kann durch Anwendungen entwickelt werden, die sich auf die aktuellen Technologien (wie Wärmepumpen) und die neuen Herausforderungen im Zusammenhang mit selbst erzeugter Energie und der Interaktion mit dem Stromnetz konzentrieren.

Abstract [ENG]

The aim of the nearly Zero Energy Building (nZEB) regulation is climate protection and a more efficient use of the resources. Therefore, a critical analysis has to be carried out in order to determine the real nZEB effectiveness. As shown by several case study, there is a discrepancy between the expected and the real performance in residential buildings. In the literature it is clear that one of the main factors is the user behaviour. Moreover, the study of the robustness of different heating systems related to occupants’ behaviour is missing.

The current research aims to answer these questions, to increase the occupants’ awareness and to address the choice in the system purchase. Particular attention is given to systems accounting heat pumps, as they result to be the most used technology to reach the nZEB level. Moreover, proven (possible) savings promote building renovation, sustaining the change toward the building decarbonisation.

Simulations are carried out with various software (especially MATLAB Simulink and PHPP) and monitoring data of existing building are collected and analysed. Monitored occupants’ behaviour can be implemented in dynamic models with the aim to simulate the closest building behaviour to the reality. This is of particular importance in case of building renovation.

Because of the intricacy of collecting and elaborating data, another concept to be investigated is the optimal complexity of the monitoring model. Choosing the proper monitoring solution is a challenging task. Since further improvements are required, there is the necessity of practical suggestions. Finally, the control optimization will be investigated in order to study the possible methods for building commissioning for fault detection. Further researches need to be carried out on FDD (fault detection and diagnostic). The energy efficiency of the building sector can be developed thanks to applications focusing on the current technologies (like heat pumps) and the new challenges related to self-produced energy and the interaction with the electric grid.