Standardisierung und Künstliche Intelligenz für effizienteren Gebäudebetrieb

Der Gebäudebestand der öffentlichen Hand birgt ein großes Optimierungspotenzial. Aufgrund einer mangelhaften Standardisierung der gebäudetechnischen Anlagen bestehen häufig suboptimale Betriebsprozesse und ein erhöhter Energieverbrauch. Die TH Köln und verschiedene Industriepartner der Gebäudeautomation und Branchen-Standardisierung möchten daher im Forschungsprojekt OptGA4.0 neue Wege finden, um Informationen über gebäudetechnische Anlagen einheitlich, maschinenlesbar und über den gesamten Lebenszyklus bereitzustellen.

„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. So kann etwa bei einem technisch identischen Heizkreis die digitale Version, auf die Algorithmen zurückgreifen würden, je nach Anbieter unterschiedliche Bezeichnungen, Einheiten oder semantische Ausprägungen haben.

„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.

v.l.: Rebekka Benfer (TH Köln), Dr. Peter Hug (VDMA), Prof. Dr. Niels Bartles (TH Köln), Eike Hinck (Stadt Köln), Prof. Dr. Jochen Müller (TH Köln), Michael Krüttgen (TH Köln) (Bild: Michael Bause / TH Köln)

Neue Standards und Künstliche Intelligenz

Im Forschungsprojekt OptGA4.0 möchte die TH Köln mit den Projektpartnern das Problem von verschiedenen Seiten angehen und so insbesondere der öffentlichen Hand als Gebäudebetreiber neue Werkzeuge bereitstellen, um ihren umfangreichen Gebäudebestand effizienter zu betreiben. So soll als Grundlage ein lebenszyklusübergreifender und maschinenlesbarer informationstechnischer Standard entstehen, nach dem Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung künftig einheitlich beschrieben sind. Daher arbeiten diverse Standardisierungsorganisationen im Vorhaben mit.

„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.

Prototypische Anwendungen

Ist die Technik einheitlich beschrieben, können regelbasierte Anwendungen und Algorithmen zur Optimierung und zum effizienten Betrieb der Gebäude eingesetzt werden. „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.

Die Forschungsergebnisse validiert das Projektkonsortium prototypisch am realen Gebäudebestand der Stadt Köln und des Schulbaus Hamburg, beispielsweise anhand regelbasierter und automatisierter Energiemonitoring- und Instandhaltungsanwendungen. Eine bestehende Softwareumgebung des Facility Managements wird um den neuen informationstechnischen Standard erweitert, so dass die engineeringfreien Anwendungen möglich werden.

Über das Projekt

Das Forschungsprojekt „Optimierung von Engineering-Prozessen der kommunalen Gebäudeautomation auf Basis standardisierter Anlagentypen und Informationsmodelle“ (OptGA4.0) wird an der TH Köln von Prof. Dr. Jochen Müller vom Institut für Technische Gebäudeausrüstung und Prof. Dr. Niels Bartels vom Institut für Konstruktiven Ingenieurbau geleitet. Projektpartner sind 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. und die Bergische Universität Wuppertal, Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme FH-Kooperativ von 2024 bis Ende 2027 mit rund einer Million Euro gefördert.