Im Forschungsprojekt OptGA4.0 suchen die TH Köln und verschiedene Industriepartner der Gebäudeautomation und Branchen-Standardisierung nach neuen Wegen, um Informationen über gebäudetechnische Anlagen einheitlich, maschinenlesbar und über den gesamten Lebenszyklus bereitzustellen.
Der Gebäudebestand im Besitz der öffentlichen Hand bietet erhebliches Potenzial für Optimierungen. Aufgrund unzureichender Standardisierung der gebäudetechnischen Anlagen sind oft Betriebsprozesse nicht optimal und der Energieverbrauch ist erhöht. „Das Ziel der Gebäudeautomation ist, dass Algorithmen automatisch und ohne menschliche Intervention den Zustand des Objekts und seiner Technischen Gebäudeausrüstung erkennen und regelbasiert optimieren. Dies geschieht in der Praxis häufig nicht, weil jeder Hersteller seine Anlagen informationstechnisch anders beschreibt“, erläutert Projektmitarbeiter Michael Krüttgen vom Institut für Technische Gebäudeausrüstung der TH Köln. Beispielweise können bei einem technisch identischen Heizkreis die digitalen Versionen, die von Algorithmen verwendet werden, je nach Anbieter unterschiedliche Bezeichnungen, Einheiten oder semantische Ausprägungen aufweisen.
„Daher muss derzeit jeder Datenpunkt, wie zum Beispiel die Vorlauftemperatur, manuell gefunden und in seiner Bedeutung aufbereitet werden, bevor Optimierungsprogramme zum Einsatz kommen können. Dieser Aufwand ist zu groß und der wachsende Personalmangel lässt wenig Spielraum für die Optimierung. In Folge dessen werden viele Bauwerke ineffizient betrieben und große Optimierungspotenziale wie Energieeinsparungen nicht genutzt“, ergänzt Krüttgen, der im Rahmen des Projekts seine Doktorarbeit schreibt.
Im Forschungsprojekt „Optimierung von Engineering-Prozessen der kommunalen Gebäudeautomation auf Basis standardisierter Anlagentypen und Informationsmodelle“ (OptGA4.0) strebt die TH Köln zusammen mit den Projektpartnern an, das Problem aus verschiedenen Perspektiven anzugehen. Ziel ist es insbesondere, der öffentlichen Hand als Gebäudebetreiber neue Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, um ihren umfangreichen Gebäudebestand effizienter zu verwalten. Ein lebenszyklusübergreifender und maschinenlesbarer informationstechnischer Standard soll als Grundlage geschaffen werden, um Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung künftig einheitlich zu beschreiben. Zu diesem Zweck arbeiten verschiedene Standardisierungsorganisationen eng mit dem Projekt zusammen.
Forschungsergebnisse werden prototypisch am realen Gebäudebestand der Stadt Köln und des Schulbaus Hamburg validiert
„Damit die heute bereits verbaute und uneinheitlich beschriebene Technik künftig besser geregelt werden kann, trainieren wir eine Künstliche Intelligenz. Diese soll in der Lage sein, die heterogene Beschreibung von Datenpunkten im Bestand zu interpretieren und auf einen homogenen Standard zu übersetzen, der dann von den Regelungsalgorithmen verstanden wird. Die KI fungiert quasi als Maschine-Maschine-Übersetzer“, so Krüttgen.
Sobald die Technik einheitlich beschrieben ist, können regelbasierte Anwendungen und Algorithmen eingesetzt werden, um die Gebäude zu optimieren und effizient zu betreiben. „Dabei wollen wir das SelfX-Prinzip anwenden. Das sind Systeme mit der Eigenschaft, ihre Umgebung eigenständig zu erkunden und automatisierte Interaktionen mit anderen Systemen zu realisieren, ohne dass es eines manuellen Eingriffs des Menschen bedarf“, sagt Krüttgen.
Das Projektkonsortium validiert die Forschungsergebnisse prototypisch am realen Gebäudebestand der Stadt Köln und im Schulbau Hamburg. Dies geschieht unter anderem durch regelbasierte und automatisierte Energiemonitoring- und Instandhaltungsanwendungen. Die bestehende Softwareumgebung des Facility Managements wird um den neuen informationstechnischen Standard erweitert, um so die Integration von ingenieursfreien Anwendungen zu ermöglichen.
Das Forschungsprojekt OptGA4.0 wird von Prof. Dr. Jochen Müller vom Institut für Technische Gebäudeausrüstung und Prof. Dr. Niels Bartels vom Institut für Konstruktiven Ingenieurbau an der TH Köln geleitet. Zu den Projektpartnern gehören die Gebäudewirtschaft der Stadt Köln, SBH | Schulbau Hamburg, Kieback & Peter GmbH & Co.KG, eTASK Immobilien Software GmbH, Verein Deutscher Ingenieure e.V. - VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäude, AMEV Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen, VDMA e.V. Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau - Automation + Management für Haus und Gebäude, buildingSmart Deutschland e.V. sowie die Bergische Universität Wuppertal, Fachbereich Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung. Die Laufzeit des Projekts erstreckt sich vom Jahr 2024 bis Ende 2027 und wird im Rahmen der Maßnahme FH-Kooperativ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund einer Million Euro gefördert.
