In diesem Projekt wird ein Digitaler Zwilling für den Anwendungsfall „Simulation energetischer Sanierungen am Gebäude“ aufgebaut. Das Projekt wird auf Basis der Erkenntnisse und des Prototyps im Vorprojekts Digitaler Energie-Zwilling weiterentwickelt: Das Tool bildet Gebäude mit ihren statischen Daten (z.B. Flächen, Volumen) in einem digitalen, dreidimensionalen Modell nach. Der Energiebedarf kann bei Eingabe weiterer Informationen gebäudespezifisch berechnet oder auf Blöcke, Blockgruppen, Bezirke und Stadtteile aggregiert werden. Auf Basis der berechneten Ist-Situation werden mit konkreten Annahmen und Rechenmodellen Einsparpotentiale ermittelt, um die energetischen, finanziellen und Treibhausgas bezogenen Effekte einzelner Sanierungsmaßnahmen individuell für einzelne Untersuchungsgebäude zu simulieren. Eine Verifizierung der Algorithmen wurde anhand sensorbasierter Messdaten des Quartiers Margaretenau erprobt, stellte sich jedoch als nicht zielführend heraus.
Aufbauend auf den bisherigen Entwicklungen sowie den erarbeiteten Erkenntnissen zu Funktionalitäten, Normen, Standards und datenschutzrechtlichen Rahmenbedingungen soll nun der Prototyp in cross-innovativer Methodik (weiter-)entwickelt werden. Der Digitale Energie-Zwilling hilft somit beim Informieren, Sensibilisieren, Visualisieren und beim Schaffen von Entscheidungsgrundlagen, die auf einer soliden Datenbasis und einem fundierten Verständnis des Energiesystems basieren.
Eine sozialgerechte energetische Sanierung ist im gesamten Stadtgebiet notwendig, um die im Regensburg-Plan 2040 und dem Green Deal Regensburg gesetzten Klimaziele zu erreichen. Demnach ist das Projekt ein wichtiger Baustein für die energetische Transformation und eine effektive und grüne Energieversorgung. Als bedeutender Industriestandort weist die Stadt Regensburg einen überproportional hohen Energieverbrauch (> 4 GWh im Jahr 2019) auf und muss im Sinne der Klimaziele den gesamten Energieverbrauch im Stadtgebiet reduzieren und die Effizienz des Energiesystems steigern. Zusätzlich ist Regensburg eine stetig wachsende Stadt und bekennt sich im Regensburg-Plan 2040 zu weiterem Wachstum. Ein damit linear einhergehender Ressourcenverbrauch kann nur durch eine Effizienzsteigerung und Dekarbonisierung des Energiesystems abgeschwächt werden.
Lösung
Unter Einbezug städtischer Rahmenbedingungen und verschiedener Stakeholder bietet der digitale Energie-Zwilling grundsätzlich breites Anwendungspotential für Stadtverwaltung sowie verschiedene Stakeholder im Energiesektor. Das Informations- und Simulationstool soll kurzfristig Informationen zu Sanierungen niederschwellig und attraktiv aufbereiten und eine erste Sanierungsbewertung ermöglichen.
Bislang vorhandene, jedoch verstreute Datenbestände sollen als zentrale digitale Datenbasis für die ressourcenschonende und bedarfsgerechte Planung der nachhaltigen energetischen Versorgung von Quartieren (datenbasierte Planungs- und Entscheidungsgrundlage) nutzbar gemacht werden. Neue, wichtige Datenquellen sollen erschlossen werden. Das Tool und die dahinterliegende Infrastruktur erleichtern die Einbindung, die Vereinbarung und den Abruf von Informationen und Daten.
Als stadtweites Energie-Tool unterstützt der Energie-Zwilling durch detailliertere Berechnungen und Simulationen ressourcenschonendere und effizientere Energieversorgungs- und Sanierungsprojekte. Die Handlungsbereitschaft zu Sanierungsmaßnahmen kann durch die niedrigschwellige und attraktive Informationsvermittlung zu Einsparpotentialen (energetisch, finanziell und Treibhausgas bezogen) und die Angabe konkreter Empfehlungen erhöht werden.
Vorgehen
Aufbauend auf der in Phase A erarbeiteten Datenbedarfen (z.B. Gebäudedaten, Umweltpotenzialen) und der Datenstruktur (Datenmodell für die urbane Datenplattform) und dem prototypisierten digitalen 3D-Modell inkl. Algorithmen und Simulationen soll das Tool nun konzeptionell geschärft, technisch weiterentwickelt und räumlich-funktional skaliert werden:
In cross-innovativen Workshops werden vorhandene technische Systeme, Arbeitsprozesse, und Daten(-quellen) verschiedener Verwaltungsprojekte aus dem Bereich „Energie“ zusammengebracht. So werden weitere Anwendungsfälle, Datenquellen und –eigner und optimierbare Prozesse für den Energie-Zwilling als technische Unterstützung identifiziert. Diese sollen in Kooperationen gemeinsam angegangen werden.
Der Ausbau der Datengrundlage (z.B. durch Bedarfsausweis, Verbrauchsdaten, Baupläne, bereits durchgeführte bauliche Sanierungen) soll die Qualität der Simulation sukzessive verbessern. So soll das Rechenmodell beispielsweise potentielle bauliche Sanierungen an der Gebäudehülle (Fenster, Dach, Kellerdecke, Wände, etc.) oder am Energiesystem des Gebäudes (Photovoltaik, Geothermie, Energiespeicher, etc.) zur Verbesserung der Energiebilanz simulieren. Durch weitere Datenquellen, Normen und Richtlinien zu Gebäuden / Quartieren mit unterschiedlichen repräsentativen Nutzungen kann die Anpassung und Übertragung der Funktionen des Energie-Zwillings auf Misch-, Industrie- und Gewerbegebiete erprobt werden.