Open Access

Moritz Bühler

• Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung und Nutzung eines digitalen Zwillings am Beispiel eines realen Tiny-Houses. Dazu werden für die Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung Wärmepumpe, thermische Speicher, thermoaktives Bauteilsystem, PVT-Kollektoren und Batterie als Grey-Box-Modelle modelliert und in der Python-Umgebung umgesetzt. In dieser Arbeit wird auf die physikalischen HintergründeZiel dieser Arbeit ist die Modellierung und Nutzung eines digitalen Zwillings am Beispiel eines realen Tiny-Houses. Dazu werden für die Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung Wärmepumpe, thermische Speicher, thermoaktives Bauteilsystem, PVT-Kollektoren und Batterie als Grey-Box-Modelle modelliert und in der Python-Umgebung umgesetzt. In dieser Arbeit wird auf die physikalischen Hintergründe und mathematischen Formulierungen für jede Komponente eingegangen. In einem automatisierten Programm werden die digitalen Komponenten mit Messwerten aus dem realen Anlagenbetrieb verknüpft. Dieses Skript wird zu Fehlererkennung verwendet. Dabei konnte ein fehlerhafter Betrieb der PVT-Kollektoren bewiesen werden. Die Verknüpfung der einzelnen Komponenten zum digitalen Zwilling wird zur Betriebsoptimierung verwendet. Hierzu wird die Simulation des Ausgangszustands mit verschiedenen Optimierungsstrategien verglichen. Dabei konnte der Anlagenbetrieb hinsichtlich Komfortbedingungen und Energieeffizienz deutlich optimiert werden. Die finale Optimierungsstrategie basiert auf einereinfachen Wettervorhersage. Mit der Modellierung und Nutzung eines digitalen Zwillings trägt diese Arbeit dazu bei, innovative Lösungen für die zukünftige Entwicklung und Gestaltung von Gebäuden sowie die Optimierung bereits bestehender Gebäude mithilfe digitaler Zwillinge voranzutreiben.…