Experimentalcampus Digitalisierte Wärmewende an der Universität Oldenburg

Aktuell werden etwa 40% der weltweiten CO₂-Emissionen im Gebäudesektor emittiert. Eine große Rolle spielen in diesem Bereich Wärme- und Kälte-Prozesse. Die Universität Oldenburg verfügt unter anderem zur Beheizung, Belüftung und Kühlung über zahlreiche großtechnische Anlagen. Diese bisher vorwiegend isoliert betriebenen Anlagen in einem Verbund zu betreiben bietet Potential für Einspareffekte.

Bei der Gestaltung der Wärmewende geht es nicht nur darum, den Energieverbrauch zu minimieren, sondern auch Energie so effizient wie möglich einzusetzen, sowie „Nebenprodukte“ wie Abwärme sinnvoll zu verwenden. Um diese Synergie-Effekte auszunutzen, ist eine Kopplung von unterschiedlichen Prozessen wie z.B. Kühlung, Heizung, Stromerzeugung und Lüftung notwendig.

Im Forschungsfeld 4 (Experimentalcampus Digitalisierte Wärmewende) sollen mehrere innovative kälte- und wärmetechnische Anlagen der Universität Oldenburg realisiert und prozessgekoppelt werden, um die Stromkosten und den CO₂-Ausstoß zu reduzieren. Diese realisierten Umsetzungen sollen anschließend als Referenz für zukünftige Neubauten und Sanierungen im deutschen Universitätsumfeld dienen. Die Einbettung der Demonstrationsanlagen über ein für den Forschungs- und Lehrbetrieb zugängliches Gebäudemanagement-Leitsystem, das dem OpenData Gedanken folgt, steht dabei im Fokus der Betrachtung. Zudem wird interessierten Bürger:innen demonstriert, wie die Wärmewende an diesem Beispiel funktionieren kann. Des Weiteren sollen Artefakte der Arbeitsergebnisse an der Universität Oldenburg in der Lehre eingesetzt werden. Dies können etwa Simulationsmodelle für Gebäude und technische Anlagen oder etwa Softwareergebnisse wie Agentensysteme sein.

Die Digitalisierung liefert einen wichtigen Beitrag zur Wärmewende und trägt z.B. zur intelligenteren Ressourcennutzung, zur Verbesserung von Lebensqualität und Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland bei.

Konkret sieht das in diesem Fall so aus: Für die zu untersuchenden Anlagen der Universität werden geeignete Betriebsführungsstrategien entwickelt, die jeder Anlage einen geeigneten Anlagenfahrplan zuteilt, welcher sie optimal in den Gesamtkontext einbindet.

Die Sensorik und die Aktorik der Anlagen werden an eine zu entwickelnde Optimierungssoftware angebunden, die eine Überwachung und Steuerung der campusweiten Anlagen ermöglicht. Dazu werden intelligente und (teil-)autonome Softwareagenten entwickelt, die jeweils eine individuelle Anlage des Experimentalcampus überwachen, das Last- und Erzeugungsverhalten vorhersagen und die Anlage entsprechend steuern und überwachen können. Dabei kommen Techniken aus dem Bereich Internet of Things (IoT), als auch Softwareschnittstellen zu Gebäudeleitsystemen zum Einsatz. Durch eine Vernetzung der Softwareagenten untereinander soll so ein campusweiter Flexibilitätspool entstehen, der neben der lokalen Optimierung auch Mehrwertdienste für den Energiemarkt oder die Netzstabilität anbietet.

Für die Erreichung des Arbeitsziels sind einige Forschungsfragen zu beantworten:

1. Kann am Universitätscampus Haarentor eine effizientere Bedienung der Gebäudeleittechnik erreicht werden?
2. Wie kann eine OpenData-Plattform aufgesetzt und die darin angebundenen Anlagendaten für Forschung und Lehrbetrieb zur Verfügung gestellt werden?
3. Welche Anlagebetriebsstrategien können campusweit und anlagenübergreifend zu den größten CO₂ Einsparungen führen?

Reduktion von Energiebedarfen: Für die eingesetzten Anlagen werden geeignete Analysewerkzeuge, bspw. Ansätze aus der Künstlichen Intelligenz oder statistische Verfahren zur Zeitreihenanalyse, ausgewählt. Mit diesen können dann allgemeine Auswertungen, bspw. Auffinden von Ausreißern, die Berechnung von Einsparpotenzialen für Predictive Maintenance, für die Erstellung datengetriebener Prognosemodelle und für die Bestimmung campusweiter Flexibilitätspotenziale vorgenommen werden.

Effiziente Energienutzung: Durch die Planung und Implementierung von Sensoren für die Anlagen entsteht ein Mehrwert für die Messung (z. B. für Raumsensorik, Außensensorik, Temperaturfühler, …). Dadurch kommt es zu genaueren Abschätzungen und neue Betriebsstrategien können entwickelt werden. Diese können anschließend evaluiert werden und mögliche Maßnahmen und Betriebsweisen zur Verbesserung der gesamten Energieeffizienz hervorbringen.

Übertragbarkeit: Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden auf Übertragbarkeit geprüft, womit die entwickelten Lösungen und Methoden auch für andere universitäre oder vergleichbare Einrichtungen einsetzbar sind.

Das Forschungsfeld 4 integriert sich, neben dem Experimentalcampus, auch durch Überschneidungen zu anderen Forschungsfeldern in das Gesamtvorhaben WWNW. Zu dem Forschungsfeld 3, in dem ebenfalls ein Campusareal betrachtet wird, gibt es gleichermaßen Bestrebungen der Dekarbonisierung von Gebäuden. Auch hier sollen Verfahren zur Einbindung selbstlernender Systeme und Prognoseverfahren zum Einsatz kommen.

In der Querschnittsaktivität 2, sollen Ergebnisse und Innovationen in Bildungsformate, Workshops, Schulungskonzept für das Handwerk und ähnlichem transferiert werden. Das FF4 verfolgt dabei zum einen das Ziel Betriebsstrategien als Referenzgrundlage für zukünftige Neubauten und Sanierungen im deutschen Universitätsumfeld einzusetzen. Zum anderen aber auch Studenten Zugriff auf Daten, Modelle und Systeme im Rahmen des universitären Lehrbetriebs zu ermöglichen.

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