QuaSi II
Zurück zur ProjektübersichtProjektbeschreibung
Im Rahmen des Projekts Klimaquartier Neue Weststadt Esslingen wurde das Simulations-Werkzeug „QuaSi“ (Quartier-Simulation) zur Planung und Bewertung der Energieversorgung von Stadtquartieren entwickelt. Es beruht auf einer dynamischen Energiesimulation und kann unterschiedliche Versorgungskonzepte von Stadtquartieren abbilden. Um die Energiebedarfe der Gebäude eines Stadtquartiers zu ermitteln, wurde außerdem das Werkzeug „GenSim“ zur generischen thermischen Gebäudesimulation erstellt. Beide Werkzeuge wurden zur Konzeption und Planung des innovativen Energiekonzepts des „Klimaquartiers Neue Weststadt Esslingen“ eingesetzt und auch darüber hinaus in weiteren Forschungs- und Planungsvorhaben erfolgreich angewendet.
Im April 2022 startete das 3-jährige Verbundvorhaben QuaSi_II mit der Digital Building Industries AG (DBI) als Verbundpartner. Im Projekt werden die bestehenden Simulationswerkzeuge weiterentwickelt und in das webbasierte BIM-Werkzeug Gebäudekonfigurator der DBI integriert. Neben der Erweiterung der implementierten Gebäude- und Anlagenmodelle wird auch die Funktionalität der Simulationswerkzeuge im Rahmen des neuen Forschungsprojekts stark erweitert, u. a. um eine Lebenszyklus-Kosten-Analyse, einen Optimierungsprozess sowie eine Sensibilitätsanalyse. Um die Qualität der Ergebnisse zu untersuchen und zu bewerten, werden automatisierte Testumgebungen und Validierungen gegenüber Simulations- und Messergebnissen durchgeführt. Die durch das siz programmierten Rechenkerne und Werkzeuge werden als open-source Software veröffentlicht und sollen in partizipativer Weise anwendungsorientiert weiterentwickelt werden.
Unter dem Übergriff QuaSi Software werden im Projekt QuaSi_II im Wesentlichen drei Simulationswerkzeuge (fort)entwickelt und in das kommerzielle BIM-Werkzeug Gebäudekonfigurator integriert:
- GenSim zur generischen thermischen Gebäudesimulation auf Basis von EnergyPlusTM
- Sodele zur Simulation von Erträgen aus PV-Anlagen auf Basis der Python-Bibliothek „pvlib“
- ReSiE als von Grund auf in der Programmiersprache Julia neu entwickelter Rechenkern zur Simulation der Energieversorgung von Stadtquartieren. Dieser neue Rechenkern ersetzt das bisherige Simulationswerkzeug QuaSi, das im genannten Forschungsprojekt Klimaquartier Neue Weststadt Esslingen entstanden ist.
Alle drei Komponenten sind bzw. werden auf der GitHub-Projektseite veröffentlicht. Außerdem entsteht eine ausführliche Online-Dokumentation für die Nutzung und Mitarbeit an den veröffentlichten Werkzeugen. Diese enthält u. a. technische Grundlagen und mathematische Beschreibungen der implementierten Modelle.
Übergeordnetes Ziel des Forschungsvorhabens ist entsprechend der Forschungsinitiative Energiewendebauen die Erforschung und Optimierung des komplexen Zusammenwirkens von gebäude- und quartierbezogenen Technologien und den Bewohnenden. Übergeordnetes Ziel dieser Optimierung ist die Erreichung eines möglichst klimaneutralen Gebäudestandards in Neubau und Bestand. Maßnahmen wie dezentrale Erzeugung regenerativer Energien, Effizienzsteigerung durch Sektorenkopplung (v. a. Strom, Wärme, Industrie und Mobilität) und die energiewendedienliche Integration in die übergeordnete (zunehmend erneuerbare) Strominfrastruktur stehen hierbei im Mittelpunkt. Diese Maßnahmen erfordern in der praktischen Umsetzung in Form eines ganzheitlichen Energieversorgungskonzepts ein hohes Maß an intelligenter Vernetzung zwischen den Energiesystemen und den Bewohnenden sowie den Einsatz entsprechender Betriebsstrategien.
Um in der Praxis die Planung und Entwicklung von Versorgungskonzepten zu realisieren, die den genannten Ansprüchen gerecht werden, sind Simulationsmodelle als Werkzeug unverzichtbar. Die komplexen Zusammenhänge und Energieströme sowie die notwendigen Betriebsstrategien können durch konventionelle statische Berechnungsansätze nicht zielführend abgebildet werden. Dies liegt vor allem am hohen Grad der Vernetzung und Interaktion durch Sektorenkopplung sowie an der volatilen Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien aus Windkraft und Solarenergie.
Das wesentliche Ziel des Forschungsvorhabens ist somit die Bereitstellung einer umfänglichen Simulations-Software zur Planung und Bewertung möglicher Energieversorgungskonzepte und Betriebsstrategien für Stadtquartiere zum Einsatz in frühen Planungsphasen. Die Zielgruppe umfasst dabei Fachkräfte im Bereich der Planung sowie Expertinnen und Experten im Ingenieursbereich und in der Wissenschaft.
- Digital Building Industries (DBI)
AB 1 Modellbeschreibung und Re-Implementierung
AB 2 Nutzeroberfläche und Integration in Gebäudekonfigurator (GKf)
AB 3 Testumgebung und Validierung
AB 4 Erweiterung des Modells und der Funktionalität
AB 5 Veröffentlichung und Dokumentation