Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

Forschungsvorhaben »In situ Nachweis« – Nachweis der Energieeffizienz von Wohngebäuden

Mathematische Struktur der EfSM
© Fraunhofer IBP
Mathematische Struktur der EfSM, basierend auf einem Transversalfilter.

Wie kann ein Vorher-Nachher-Vergleich bei einer klassischen Sanierungsmaßnahme als Erfolgskontrolle durchgeführt werden? Um die Veränderung / Reduktion des Energieverbrauchs von bewohnten Gebäuden nachzuweisen, entwickelten die Forschenden der Gruppe Evaluierung und Demonstration ein Mess- / Auswerteverfahren. Dieses Verfahren der Effizienz Signatur Methode (EfSM) bereinigt den gemessenen Wärmeverbrauch eines Gebäudes – nach einer kurzen Trainingsphase – von Witterungs- und Nutzungseinflüssen. Hierdurch kann neben einem Vorher-Nachher-Vergleich auch im Rahmen eines Energiespar-Contracting die erreichte Einsparung nach Sanierung, Kesseltausch, etc. ohne witterungs- und nutzungsbedingte Nebeneffekte nachgewiesen werden. Die Sensorik zur Erfassung der relevanten Eingangsgrößen für die Bestimmung der EfSM ist auf wenige Messstellen reduziert und im Wesentlichen funkbasiert konzipiert.

Projektziele

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Vorhabens entwickeln drei Forschungs- und zwei Industriepartner jeweils eigenständig Methoden, mit unterschiedlichen Zielsetzungen, die es ermöglichen genutzte Wohngebäude unter Verwendung von minimalinvasiver Sensorik zu bewerten. Das Fraunhofer IBP entwickelt hierzu die »Effizienz-Signatur-Methode«. Diese bestimmt den energetischen Fingerabdruck eines Gebäudes. Wird dieser Abdruck im Rahmen einer Kurzzeitmessung z. B. vor und nach einer (Sanierungs-)Maßnahme angefertigt, können Witterungs- und Nutzungseinflüsse auf den Verbrauch kompensiert und die sanierungsbedingte Energieeinsparung dargestellt werden. Wird der Abdruck regelmäßig neu erstellt (z. B. in Form einer automatisierten Routine), können Veränderungen in der Struktur der EfSM-Gleichung Hinweise auf Veränderungen bzw. Probleme am Gebäude geben (Regelverhalten Wärmeerzeuger, Ertragsminderung Solarthermie, unautorisierte Parameterveränderungen in der Heizungsanlage, etc.)

 

Stand des Projekts

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden sowohl zahlreiche mathematisch-statistische Formulierungen der EfSM als auch in der Praxisanwendung möglichst einfach zu bekommende Mess-Eingangsgrößen untersucht und bewertet. Es wurde darauf geachtet, dass der selbstlernende Algorithmus (reinforced learning) aus Datenschutzgründen möglichst keine Informationen aus den individuellen Wohnungen benötigt, sondern einfach erfassbare Klimamessgrößen, wie z. B. Abluftbedingungen (Temperatur, Feuchte, CO2) und Parameter aus dem Heizungskeller (Wärmeverbrauch, Kalt-/Warmwasser, etc.) verwendet. Als Datenbasis für die Entwicklung und Validierung des Verfahrens standen die Messdaten aus vier Monitoring-Objekten zur Verfügung. Mit den entwickelten mathematischen Formulierungen und den gewählten Eingangsdaten konnten an den vier Objekten, die über 8 bis 52 Wohneinheiten verfügen, Genauigkeiten von 11 bis 17 Prozent nachgewiesen werden. Diese Genauigkeit stellt die Unsicherheit dar, welche maximal (95 Prozent-Quantil) zu erwarten ist, wenn man mit einer Kurzzeitmessung den Bedarf der ganzen Heizperiode prognostiziert.

Projektpartner

  • Technische Hochschule Rosenheim
  • Passivhaus Institut
  • EnOcean GmbH
  • Thermokon Sensortechnik GmbH
Logo Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
© BMWK
GUI-Konzept des EfSM-Tools für den Vorher-Nachher-Vergleich des Wärmeverbrauchs
© Fraunhofer IBP
GUI-Konzept des EfSM-Tools für den Vorher-Nachher-Vergleich des Wärmeverbrauchs nach einer durchgeführten Sanierungsmaßnahme. Von oben nach unten sind der Datei-Upload, die Auswahl der Kompensations-Randbedingungen (wie z.B. das deutsche Referenzklima (TRY Potsdam) oder eine Innentemperatur von 20,0 °C (nach Gebäudeenergiegesetz GEG)), der unkompensierte und der mittels der EfSM bereinigte Wärmebedarf dargestellt.