Validierung und Anwendung des IFC-Schemas für eine raumlufttechnische Anlage zur Generierung einer Energiebedarfsberechnung im Rahmen der Open-BIM-Initiative

Öffentliche und private Gebäude bieten ein großes Potential zur Optimierung des Energiebedarfs. Speziell die Energieeffizienz der technischen Gebäudeausrüstung kann durch intelligente Steuerung gesteigert werden. Die Partner des EU-Projektes "Self-learning Energy Efficient Buildings and open Space" (SEEDS) haben es sich zum Ziel gesetzt, ein Building Energy Management System (BEMS) zu entwickeln, welches den Energiebedarf der technischen Gebäudeausrüstungen optimieren soll. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Umsetzung einer Energiebedarfsberechnung der technischen Gebäudeausrüstung im laufenden Betrieb, ein Teil des BEMS im Rahmen von SEEDS. Die BEMS-Energiebedarfsberechnung erfolgt dabei mittels eines ausführbaren Building Model, welches aus einer Building Model Library generiert wird. Die Energiebedarfsberechnung wird in einen BIM-Prozess integriert, um das Erzeugen des ausführbaren Building Model anhand der Industry Foundation Classes (IFC), einem standardisierten Datenschema im Rahmen der Open-BIM-Initiative, durchführen zu können. Damit die IFC für die Energiebedarfsberechnung genutzt werden können, werden diese hinsichtlich der Anwendung zur Generierung des Building Model validiert. Es wird speziell untersucht, wie sich Produkteigenschaften der Gerätschaften einer raumlufttechnischen Anlage zur Ableitung des elektrischen und thermischen Energiebedarfs mittels der IFC abbilden lassen. Dazu wird eine Anforderungsanalyse unter Verwendung des Information Delivery Manual (IDM) durchgeführt. Anhand der ermittelten Anforderungen wird untersucht, inwieweit die IFC diese erfüllen können und es wird eine spezielle Sicht auf das IFCSchema definiert. Diese Sicht wird dabei durch ein Model View Definition (MVD) beschrieben. Die MVD wird anschließend genutzt, um die IFC-Schnittstelle der Energiebedarfsberechnung zu implementieren. Nicht realisierbare Anforderungen werden mittels einer IFC-Schema-Erweiterung abgedeckt und in der MVD ergänzt. Für die Realisierung der BEMS-Energiebedarfsberechnung wird eine konkrete Instanz des IFCSchemas erzeugt. Dazu wird die Instanziierung einer raumlufttechnischen Anlage mit dem CADPlanungssystem DDS-CAD 7.3 vorgenommen. Durch Nutzen des IFC-Exports wird dann ein IFC-Modell erstellt. Um das DDS IFC-Modell bewerten zu können, wird eine ideale Anlageninstanziierung als Bewertungsgrundlage angenommen. Da das DDS IFC-Modell nicht den Ansprüchen der Energieberechnung genügt, wird dieses IFC-Modells manuell überarbeitet. Auf Grundlage des überarbeiteten IFC-Modells, wird eine Energiebedarfsberechnung für die beispielhafte raumlufttechnische Anlage durchgeführt und anhand ausgewählter Simulationsergebnisse deren korrekte Funktionsweise gezeigt.

In time of climate change reducing energy consumption plays a significant role. Residential and commercial buildings offer a great potential for optimizing their energy consumption. Especially the energy efficiency of the building services can be increased by intelligent controls. The purpose of the EU project "Self-learning Energy Efficient Buildings and open Space" (SEEDS) is the development of a Building Energy Management System (BEMS), which optimizes the energy demands of the building services by means of intelligent control strategies. The diploma thesis describes the development of a part of the above mentioned SEED BEMS which allows the calculation of the energy demands of the operating building services. In the context of the thesis the corresponding software application is referred as "BEMSEnergiebedarfsberechnung". The estimation of the energy demands is carried out by an executable Building Model, which is created from components of a Building Model Library. It is shown the integration of the "BEMS-Energiebedarfsberechnung" into a BIM-Process, in order to use the Industry Foundation Classes (IFC) - an Open BIM data exchange format - to generate the Building Model. To detect and specify the exchange requirements of the "BEMSEnergiebedarfsberechnung", a requirement analyses is performed according the Information Delivery Manual (IDM). The outcomes of the IDM are used to define a specific view of the whole IFC schema and provide the basis for a validation of the IFC regarding its ability to represent the building services including their energy properties. The specific view is defined in an IFC Model View Definition (MVD). Exchange requirements, which are not feasible, were satisfied by means of a corresponding extension of the IFC schema. The extension of the IFC schema is supplemented in the defined MVD. The final MVD specification serves to implement the IFC interface of the "BEMS-Energiebedarfsberechnung". To run the "BEMS-Energiebedarfsberechnung", a specific IFC model is created. Therefore, an exemplary air conditioning system is instantiated by means of the CAD tool DDS-CAD 7.3. Using the IFC interface of DDS-CAD an IFC model is created. In order to validate the DDS IFC export an ideal instantiation of the air conditioning system is assumed. Due the DDS IFC model does not meet the requirements of the "BEMS-Energiebedarfsberechnung", manual extensions and adjustments of the IFC model are accomplished. On the basis of the extended IFC model the calculation of the energy consumption is performed. Finally, the correct operating of the "BEMS-Energiebedarfsberechnung" is shown using selected simulation results.