Owner & Occupant KPI's oriented Model Predictive OpenBuildingControl

Aanleiding

Gebouwen worden steeds meer afhankelijk van elektriciteit voor hun binnenklimaat. Goed gebruik van de energieflexibiliteit van het gebouw kan bijdragen aan betere benutting en de betrouwbaarheid van de lokale energievoorziening.

Met name bij grote complexe gebouwsystemen met warmtepompen, warmte- en koudeopslag, lange distributie verdeelnetten tussen de gebouwen of bouwdelen zijn de energie- en comfortprestaties vaak minder optimaal doordat de regelingen stabiliteits- en afstemmingsproblemen vertonen en ook de ontwerpuitgangspunten niet eenduidig zijn.

De energietransitie vereist een Paris Proof gebouw dat in de toekomst door eigen duurzame opwekking, buffering en efficiënt energiegebruik goed wordt geregeld. Vastgoedeigenaren en hun beheerders moeten zo verantwoord mogelijk de duurzaamheidsdoelstellingen voor de energietransitie voor hun organisaties realiseren.

De beheerder wil op basis van de doelstellingen van zijn organisatie, de energietransitie en het beheer, direct op Kritische Prestatie Indicatoren kunnen sturen en rapporteren volgens de Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD), en zo de optimale instellingen voor zijn organisatie te bepalen.

Doelstelling

Het doel is een betaalbare verduurzaming:

1. Energie besparen (verminderen CO2-emissie)
2. Maximaliseren inzet energie flexibiliteit (verlichten druk elektriciteitsnet)
3. Verbeterd comfort (wensen en behoeften gebruikers)

Dit specifiek bij kantoren, onderwijs- en gezondheidszorggebouwen uitgerust met warmtepompen, warmte-koude-opslag en lange distributienetten. Het toepassen van nieuwe technieken zoals modelgebaseerde voorspellende regelingen (MPC), open systemen en de kracht van digitalisering biedt mogelijkheden voor de betere benutting van de energieflexibiliteit van het gebouw.

Dit is om de congestieproblematiek van het elektriciteitsnet te verminderen door de benutting van energieopslag, duurzame energie en ook van elektrische voertuigen (EV2B). Het is belangrijk om de dataintegratiemogelijkheid met bestaande systemen te kunnen bieden zonder deze geheel te moeten vervangen.

Door schaalbaarheid en aanpasbaarheid van software moet deze breed toepasbaar worden. De benodigde mankracht en kosten worden beperkt door de software voor de regelingen deels automatisch te genereren. Zo kan de uitrol snel, efficiënt en grootschalig verlopen.

Korte omschrijving

De intensieve samenwerking tussen stakeholders, universiteiten en bedrijven hanteert de System Engineering V-benadering. Dit is voor de ontwikkeling van modulaire model-gebaseerde voorspellende controllers (MPCs) binnen gebouwbeheersystemen, waarbij de behoeftes van stakeholders centraal staan.

Het idee is om deze behoeftes direct te vertalen naar Kritische Prestatie Indicatoren die specifiek gericht zijn op energieprestatie, comfort, flexibiliteit en dataverstrekking naar een informatie dashboard. Hiermee worden automatisch de optimalisatiefuncties van de MPCs bijgesteld.

Er wordt naar deelsystemen gekeken door aparte projectteams. Dit vormt de basis voor beslissingsondersteunende ontwerptools. Om de complexiteit te beheersen en schaalbaarheid mogelijk te maken, wordt begonnen met eenvoudige installaties.

De concepten worden eerst getest in een living lab setting, waarna aanpassingen in een volgende toepassing in use cases plaatsvinden en uiteindelijk in validation cases. Er wordt deelgenomen aan de IEA Annex 96 Grid Integrated Control of Buildings. De mogelijkheden voor automatisering van de software worden onderzocht in analogie met de OpenBuildingControl ontwikkeling bij ASHRAE.

Resultaat

Het project helpt vanuit een Learning Community-opzet gebouweigenaren en beheerders om hun duurzaamheidsdoelstellingen te bereiken door modulaire en schaalbare voorspellende regeltechnieken toe te passen. Deze kunnen als software plug-ins worden toegevoegd aan een Gebouwbeheersysteem (GBS) via een Energie Integratie Module.

Dit zal resulteren in:

• Meer dan 20% energiebesparing met 25%-reductie van piekbelasting
• Ad-on modules voor GBS voorzien van een lerende functie voor voorspellende regelingen, geoptimaliseerd op basis van Kritische Prestatie Indicatoren
• Energie integratie module met dashboard voor de informatie tussen alle energiestromen in het gebouw in samenhang met het elektrische netwerk en EV
• Sturing en bewaking van het comfort van de eindgebruiker binnen dynamische grenzen om zo extra energieflexibiliteit gebruiksafhankelijk te kunnen bieden
• Duurzame en opgeslagen energie wordt zoveel mogelijk lokaal gebruikt
• Generative design tools voor opwekking, distributie en afgifte
• Gedeeltelijke automatisering van softwaregeneratie en modulaire opzet