Anwendung von mathematischer Optimierung für eine effiziente energetische Sanierungsplanung

Die energetische Bestandssanierung hat für die Dekarbonisierung des Gebäudesektors eine entscheidende Funktion. Um Ressourcen bestmöglich einzusetzen, ist die ganzheitliche Quantifizierung und Optimierung von Sanierungsentscheidungen sinnvoll. Die Anwendung von mathematischen Optimierungsverfahren bietet Potenzial, das bisher vor allem im deutschsprachigen Raum kaum genutzt wird. Vorgestellt wird eine neue Methodik, die mittels eines mathematischen Ersatzmodells die Optimierung variabler Zielfunktionen erlaubt. Das Modell wird anhand von punktuellen Gebäudesimulationen kalibriert. Die Stärke der vorgestellten Methode liegt in der Analyse einer sehr großen Zahl von Sanierungskombinationen bei minimalem Rechenaufwand. Die Anwendbarkeit auf reale Objekte wird anhand von zwei unterschiedlichen exemplarischen Wohngebäudetypen demonstriert. Resultierende Sanierungsstrategien aus der Analyse werden beispielhaft für drei verschiedene Zielfunktionen mit Investitions‐ und Betriebskosten sowie CO‐Ausstoß bei unterschiedlichen Restriktionen dargestellt. Derzeit ist die vorgestellte Methode für die Bewertung und Optimierung des Heizwärmebedarfs von Wohngebäuden anwendbar. Es sind verschiedene Erweiterungen der Methodik angedacht.

The energetic renovation of existing buildings plays a crucial role in the decarbonization of the building sector. For the best allocation of available resources, a holistic quantification and optimization of renovation decisions is necessary. In this context optimization methods offer potential that has so far hardly been used, especially in German‐speaking countries. A new methodology is presented that allows the optimization of variable target functions. The methodology uses a mathematical replacement model based on selective results from dynamic building simulations. The strength of the proposed method lies in the analysis of a very large number of renovation combinations with minimal computational effort. The applicability to real objects is verified using two different exemplary residential building types. The resulting renovation strategies from the analysis are presented for 3 different target cost functions which include investment and operating costs as well as CO emissions under different restrictions. The method can currently be used to assess and optimize the heating demands of residential buildings. For the future different extensions of the methodology are planned.