Smart gespart Open-Source-Software-Toolbox spart CO2 und Kosten bei Gebäuden

Im Projekt „ProEnergie“ – Bayern hat man eine Software-Toolbox entwickelt, welche die Planung und Optimierung der energetischen Gebäudeinfrastruktur (EGI) erleichtert, sagt das Fraunhofer IISB.

Unternehmen müssen heute flexibel auf sich ändernde Produktions- und Marktbedingungen reagieren. Ein wirksamer Hebel ist dabei der effiziente Einsatz von Energie, der außerdem nachhaltig sein sollte. Als konkrete Möglichkeit dafür bietet sich eine Analyse und Anpassung der energetischen Gebäudeinfrastruktur (EGI) an, so die Experten vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB. Diese sogenannte EGI umfasst alle Anlagen zur Energiebereitstellung, -umwandlung und -speicherung im Unternehmen. Die im oben genannten Projekt entwickelte Software-Toolbox befähige nun die Anwender, an ihrer eigenen EGI nichtinvasive Untersuchungen vorzunehmen, Optimierungsmöglichkeiten zu identifizieren sowie gegebenenfalls nötige Anpassungen und Erweiterungen zu simulieren und zu planen.

Nicht zuletzt falle ein Großteil des Energiebedarfs in Unternehmen in der Produktion selbst an. Man denke beispielsweise an Prozesswärme und -kälte, an die Versorgung des Prozessequipments oder an die Raumlufttechnik. Aber auch Büros und Labore benötigen Energie. Außer elektrischem Strom betrifft das Wärme, Kälte, Gase und Druckluft. Für die Optimierung der EGI stehen also verschiedenste Möglichkeiten offen, heißt es weiter. Zuerst gilt es, Anpassungen vorhandener Anlagen an neue Anforderungen durchzuführen. Darüber hinaus können Unternehmen auch ihr Energiesystem erweitern – etwa um Energiespeicher, Systeme zur Rückgewinnung von Prozessenergie oder eigene regenerative Energiequellen zu implementieren.

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Software-Toolbox hilft bei der Fehlervermeidung

Durch die enge Kopplung der energetischen Teilsysteme haben Eingriffe in einen einzelnen Bereich allerdings Auswirkungen auf das Gesamtsystem. Zum Beispiel kann der veränderte Betrieb einer Wärmepumpe den unerwünschten Nebeneffekt haben, hohe Lastspitzen im Bezugsprofil des elektrischen Stroms zu erzeugen. Ohne geeignete Hilfsmittel lässt sich der Einfluss einzelner Optimierungsmaßnahmen auf das Energiesystem nicht zuverlässig voraussagen. Deshalb unterstützt die neue Software-Toolbox die Unternehmen bei der Bewertung von Maßnahmen in ihrer EGI. Und zwar mit drei spezialisierten Tools, mit denen sie die wesentlichen Schritte der Datenanalyse, Bedarfsprognose und EGI-Gesamtoptimierung abbildet. Die Besonderheit dabei sei, dass diese Programme nichts kosteten. Sie sind außerdem in der universellen Programmiersprache Python geschrieben. Der komplette Quellcode ist deshalb als „Open Source“-Software vollständig offengelegt, wie die Forscher betonen.

IT-Abhängigkeiten vermeiden

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Diese drei Features optimieren die EGI von Unternehmen

Das Lastprofilanalyse-Tool übernimmt den systematischen Check von Zeitreihen, indem es wichtige Kennzahlen berechnet und verschiedene grafische Auswertungen erstellt. Als Eingangsdaten werden meist Last- oder Erzeugungsprofile genutzt (elektrischer Strombezug, PV-Profil und Wärmebedarf). Aber auch andere Zeitverläufe, wie Volumenströme, ließen sich mit dem Tool auswerten. Der Schritt der systematischen Analyse decke Abhängigkeiten im Energiesystem auf und mache die relevanten Einflussgrößen sichtbar.

Während die Lastprofil-Datenanalyse rein historische Messreihen auswertet, erlaubt das zweite Tool, das Produktionslastgang-Tool, die Vorhersage zukünftiger Lastverläufe. Dafür wird ein Prognosemodell mit Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens trainiert. Als Basis dienen historische Produktionsdaten, Lastprofile und Wetterdaten. Anschließend ermöglicht das Prognosemodell im Produktionslastgang-Tool die Berechnung detaillierter Lastprognosen. Es erlaubt Einblicke in den jeweiligen zeitlichen Verlauf des Strom-, Wärme-, Kälte- und Gasbedarfs, heißt es weiter. So würden kritische Zeiträume identifiziert, in denen entsprechende Lastspitzen und eine hohe Belastung der EGI zu erwarten sind.

Das dritte Softwarewerkzeug, das EGI-Optimierungs-Tool, untersucht und bewertet quantitativ Veränderungen in der Energieinfrastruktur. Im ersten Schritt wird die gesamte EGI vom Benutzer konfiguriert und parametriert. Dazu stehe eine umfangreiche Bibliothek zur Verfügung, welche neben den eigentlichen Komponentenmodellen (etwa BHKW) auch zusätzliche Anlagenbestandteile (beispielsweise Wärmespeicher und Motorklappen) und Betriebsstrategien enthält. Außer einer Einzelsimulation des im EGI-Optimierungs-Tool konfigurierten Systems ist es zusätzlich möglich, mehrere Simulationen automatisch unter Variation von Parametern auszuführen, oder einzelne Parameter, zum Beispiel Speicherkapazität oder Schaltschwelle, auf Basis einer Zielgröße zu optimieren. So könnten alle Eingriffe in die EGI fundiert und vor allem vorab untersucht, Einsparpotenziale aufgezeigt und die Auswirkungen auf das Gesamtsystem abgeschätzt werden.

Mit der Softwaretoolbox haben Unternehmen unter diesem Link ab sofort eine kostenfreie und flexible Chance zur Optimierung ihrer EGI an der Hand. Die Softwaretools werden von den Fraunhofer-Instituten IISB und IPA zum Download zur Verfügung gestellt und gepflegt. Interessierte Unternehmen sind eingeladen, sich an Dr. Christopher Lange, Senior Scientist in der Abteilung Intelligente Energiesysteme des Fraunhofer IISB, zu wenden.

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