enerMAT - Design and Optimization of Building Energy Management Systems

Building Energy Management System (BEMS) bezeichnet eine Software, die Gebäude derart steuert, dass bei Einhaltung von nutzungsspezifischen Anforderungen (Komfortgrenzen) ein energieminimaler Betrieb erreicht wird. Durch den Einsatz parametrisierter Zustandsgraphen werden lokale Regelungen mit global günstigen Führungsgrößen versehen. Entwurf und Optimierung eines BEMS erfolgt in drei Schritten. Durch Analyse eines komplexen Modelles des Gebäudes werden die Betriebszustände erkannt und das zu entwickelnde BEMS als ein Zustandsdiagramm entworfen. Je Zustand werden die zu berechnenden Führungsgrößen aus den jeweils relevanten Eingangsgrößen durch Ansätze bestimmt, die durch einstellbare, offene Parameter verändert werden können. Im zweiten Schritt wird das Zustandsdiagramm mit dem vorhandenen Modell zu einem Gesamtmodell vereint und die Funktionsweise untersucht. Dazu sind Szenarien erforderlich, die alle Zustände des Zustandsdiagrammes erreichen. Im dritten Schritt werden durch Einsatz von Optimierungsverfahren die einstellbaren, offenen Parameter des Zustandsdiagrammes optimal festgelegt. Im Projekt enerMAT wurden BEMS für drei Demonstratoren entwickelt. Für den Demonstrator ""Konferenzraum"" wurde die Entwicklung des BEMS im vergangenen ITI-Symposium veröffentlicht. Die Entwicklung der BEMS für die Demonstratoren ""Bürogebäude"" und ""Musterhaus"" werden in diesem Beitrag gezeigt.

A building energy management system (BEMS) is software for controlling a building such that comfort restrictions are met as well as energy consumption is minimised. Applying state charts the BEMS prescribes global advantageous set points of local controllers. The design and optimization of the BEMS is split into three steps. First a complex model of the building is analysed to identify states which are connected to form the BEMS as a state chart. At each state the set points are calculated using functions which combine input values, and which can be varied by adjustable parameters. Second the state chart is combined with the building model to a total model, which is investigated. This requires scenarios which reach each state of the state chart. Third the adjustable parameters are calculated applying optimization methods. The research project enerMAT comprises three demonstrators. The BEMS of the ""conference room"" demonstrator was already published at the ITI symposium in 2014. The BEMS of the other demonstrators ""Office Building"" as well as ""Residential Building"" are discussed in this paper.