Vom BIM zum BEM (Building Energy Model), die Gebäudeenergie-Modellansicht

Die BIM-Methodik, die auf Energieeffizienz angewendet wird, stellt unter vielen Aspekten eine Revolution dar: hier die Gebäudeenergie-Modellansicht (BEM-Building Energy Model)

BIM ist ein Begriff, den man in der Baubranche immer häufiger hört, nicht alle Fachleute in der Branche wissen jedoch genau, was BIM ist.

Viele assoziieren BIM mit einer Software, aber es ist wichtig klarzustellen, dass BIM eine Methode ist, welche die vollständige Verwaltung des gesamten Lebenszyklus eines Projekts ermöglicht.

BIM ist nicht nur die geometrische Modellierung (3D-BIM), sondern ein breiterer Ansatz, der sich auch auf andere Dimensionen von BIM bezieht, und eine vollständige Modellierung auch der Kosten, Zeiten, Ausführungskapazität, Nachhaltigkeit usw. ermöglicht.

Alle an einem BIM-Projekt beteiligten Fachleute können in Echtzeit zusammenarbeiten und Informationen austauschen, wodurch die Projektentwurf-, Entwicklungs-, Management- und Ausführungszeiten erheblich reduziert werden. Dies ist nur einer der offensichtlichen Vorteile von BIM in der Bauwelt.

Die Anwendung der BIM-Methodik bedeutet, ein virtuelles Gebäudemodell zu erstellen, um alle möglichen Vorgänge (von der Entwurfs- und Ausführungs- bis zur Verwaltungsphase) mit dem Modell durchzuführen und das Verhalten des reellen Gebäudes darzustellen.

Es ist möglich, durch die Simulationen des virtuellen Modells das Verhalten des echten Modells zu sehen. Dies führt zu Wirtschaftlichkeit und Zeitersparnis.
Durch das virtuelle Modell können außerdem, alle Wartungseingriffe geplant und optimiert werden.

Vom Atom zum Bit: Digital Twin, Big Data und IoT

Es entsteht so der Digital Twin (Digitaler Zwilling): eine exakte Kopie, d.h. ein virtuelles Modell des realen Objekts, auf dem Tests ausgeführt werden, um mögliche Probleme und/oder Fehler zu vermeiden.

Die präventive Überprüfung jeder Phase, führt zur Effizienz des gesamten Prozesses.

Das Konzept der Digital Twin, bildet die Grundlage der Revolution Industria 4.0.

Die aktuelle technologische Entwicklung ist durch die Verschiebung von Atomen zu Bits gekennzeichnet. Die Gründe liegen in den geringeren Kosten der Bits,  sowohl bei der Speicherung  als auch bei der Verarbeitung. In der Tat ist es günstiger, mit Bits (virtuelles Modell) als mit Atomen (reales Objekt) zu interagieren.

Zum Beispiel ist es für ein Unternehmen, das Fahrzeuge produziert, günstiger, ein digitales Modell zu erstellen, auf dem alle Tests und Simulationen durchgeführt werden, statt Prototypen zu entwickeln und diese in Windkanälen zu testen.

Beim Empfang der Daten kann der Digital Twin die Betriebssituation simulieren und Fehlfunktionen erkennen. In diesen Fällen würden Kontrollmechanismen ausgelöst, die das Problem identifizieren und beheben.
Analysieren wir das folgende Beispiel: Die „Tesla Inc.“ erhält täglich Informationen ihrer Autos. Hunderttausende dieser kommunizieren ihre Reiseroute, mögliche Straßenhindernisse und die Funktionsfähigkeiten des Motors. Diese große Datenmenge (Big Data) ermöglicht es, ständig aktualisierte Straßenkarten zu erstellen und das Vorhandensein von Fehlfunktionen am Auto selbst zu überprüfen.

Ein Digital Twin für Gebäude

Dieses Konzept könnte auch auf Gebäude übertragen werden, indem die BIM-Methodik auf das virtuelle Modell angewendet wird.

Man könnte z.B. ein realisiertes Gebäude mit verschiedenen Sensoren ausstatten, die heutzutage auf dem Markt immer kostengünstiger sind.

Die folgenden Sensoren könnten gemäß ihre funktionalen Eigenschaften in verschiedenen Räumen positioniert werden:

• Temperatursensoren
• Feuchtigkeitssensoren
• Drucksensoren
• Luftqualitätssensor
• Kontrollgerät für den Energieverbrauch
• Kontrollgerät für den Stromverbrauch
• Helligkeitssensoren
• Tags- und Abstandssensoren
• Zugangssensoren
• und weitere.

Diese Sensoren könnten eine beträchtliche Datenmenge in Echtzeit erzeugen, die auf das virtuelle Gebäude übertragen wird.

Das virtuelle Gebäude, welches diese Daten analysiert, kann jederzeit die korrekte Funktionsweise der Anlagen sowie aller Komponenten definieren, um Komfort und Wohlbefinden zu garantieren.

Auch die IoT-Technologie (Internet of Things) eignet sich für diese Anwendungen. In der Tat ermöglicht das „Internet der Dinge“, zwischen den Objekten selbst zu kommunizieren, mit dem Netzwerk zu interagieren und Daten/Informationen zu übertragen.

Für eine ausführliche Nutzung dieses Systems (Internet of Things) ist es notwendig, große Mengen dieser Echtzeitdaten (z. B. von Sensoren, Ampeln und angeschlossenen IoT-Geräten) zu sammeln und verarbeiten.

Hieraus entsteht die Notwendigkeit eines integrierten Systems zwischen Big Data, Nosql-Datenbank und IoT-Daten.

Virtuelles Gebäudemodell und dessen Energieeffizienz, es erscheint das BEM

Mit dem digitalen Modell können wir ein virtuelles Gebäudemodell erstellen, welches zusätzlich zu den geometrischen Daten auch alle Energieinformationen beinhaltet, wie z.B. Anlagen, Typologie der Isolierung, Gebäudehülle, Glasfassaden, Energieversorgungen, Klimadaten, interne Wärmegewinne, sowie alle Eigenschaften von Heizungs-, Klima- und Belüftungsanlagen.

In diesem Fall handelt es sich um es ein Energiemodell des Gebäudes/Anlagensystems, welches das ganze Potenzial eines BIMs nutzt.

Dank des Energiemodells kann der Planer die notwendigen Analysen während der verschiedenen Entwurfsphasen durchführen, um das Verhalten des Gebäudes vor der Erstellung zu beurteilen und eine optimale Entwurfslösung zu erzielen.

Es erscheint äußerst angemessen, das Akronym BEM, Building Energy Model einzuführen, welches das Energiemodell des Gebäudes identifiziert und ermöglicht, alle Anwendungsvorteile im Bereich der Wärmetechnik und Energieeffizienz zu übertragen.

Dieses Modell eröffnet neue innovative Szenarien, in Bezug auf:

• Entwurf
• Ausführung
• Überwachung
• Verwaltung
• Wartung