Projektziel
Ziel des abgeschlossenen IGF-Forschungsvorhabens war es, die Planung von RLT-Anlagen durch algorithmische Methoden zu unterstützen, um diese sowohl energieeffizient als auch kostengünstig zu gestalten – bei gleichzeitig hohem Nutzerkomfort. Im Mittelpunkt stand der Einsatz von Verfahren der diskreten Optimierung, mit deren Hilfe global optimale Lösungen innerhalb definierter Modellgrenzen gefunden werden können.
Zudem wurden Pareto-Fronten genutzt, um Zielkonflikte – etwa zwischen Energiebedarf, Investitionskosten und Schallgrenzen – transparent darzustellen und damit fundierte Entscheidungsprozesse zu ermöglichen.
Hintergrund
In der Europäischen Union entfallen rund 12 % des Stromverbrauchs auf den Betrieb von Ventilatoren. Gleichzeitig führt der Trend zur energieeffizienten Bauweise zu immer luftdichteren Gebäuden, wodurch raumlufttechnische (RLT) Anlagen unerlässlich werden, um ein gesundes und komfortables Raumklima sicherzustellen. Die Reduktion des Energiebedarfs dieser Systeme ist damit ein wesentlicher Baustein der Energiewende.
Neben Effizienzsteigerungen einzelner Komponenten birgt vor allem das ganzheitlich abgestimmte Zusammenspiel der Systemelemente erhebliche Einsparpotenziale. Die Planung entsprechender Anlagen gestaltet sich jedoch aufgrund der hohen Komplexität als anspruchsvoll: Anforderungen an Luftqualität, Temperatur, Akustik sowie die Integration neuer Topologien – etwa verteilter Ventilatoren in zentralen Kanalnetzen – machen eine belastbare Bewertung und Dimensionierung technisch und wirtschaftlich herausfordernd. Der Vergleich unterschiedlicher Systemkonzepte erfolgt bislang häufig nur qualitativ.
Strangschema einer verteilten Lüftungsanlage. Im Projekt erfolgte die Auswahl, Platzierung und Betriebsweise zentraler Komponenten wie Ventilatoren, Volumenstromregler, Heizregister und Schalldämpfer auf Basis mathematischer Optimierungsverfahren. Die hohe Komplexität der Planungsaufgabe wird anhand der Vielzahl möglicher Verschaltungsvarianten (hier nur Ventilatoren) deutlich.
Vorgehen und Ergebnisse
In enger Kooperation mit Partnern aus der Industrie wurden reale Planungsabläufe analysiert und als Grundlage für die methodische Entwicklung genutzt.
Die Algorithmen wurden mit einem tiefen technischen Systemverständnis entwickelt, was gezielt zur Effizienzsteigerung der Lösungsverfahren beiträgt. Anhand von Referenzgebäuden konnte gezeigt werden, dass sich selbst komplexe Lüftungssysteme für sehr große Gebäude mit über 300 Räumen innerhalb weniger Stunden algorithmisch planen lassen. Dabei erlaubt die Methodik eine quantitative Bewertung unterschiedlicher Regelstrategien sowie Topologien.
Insbesondere der Einsatz verteilter Ventilatoren erwies sich als vielversprechend: Es konnten signifikante Einsparungen bei den Lebenszykluskosten nachgewiesen werden – ohne Kompromisse beim Raumkomfort.
Das Ergebnis ist ein Software-Framework, das die Anwendung der entwickelten Optimierungsalgorithmen unterstützt.
Im Projekt wurden Zielgrößen wie Lebenszykluskosten und akustischer Komfort systematisch gegenübergestellt. Die Darstellung als Pareto-Front macht Zielkonflikte transparent, sodass Planungsentscheidungen nachvollziehbar auf Basis optimaler Lösungen getroffen werden können: Was kostet ein höherer akustischer Komfort? Wie günstig könnte die Anlage maximal werden?
Fazit
Das Forschungsvorhaben liefert einen wissenschaftlich fundierten und praxisnahen Beitrag zur energetisch optimierten Planung raumlufttechnischer Anlagen. Durch die entwickelten Methoden und Werkzeuge wird es Planer:innen und Entscheidungsträger:innen ermöglicht, komplexe Zielkonflikte transparent zu bewerten und robuste, wirtschaftlich tragfähige Lösungen umzusetzen.
Die Ergebnisse schaffen die Grundlage für eine modellgestützte, algorithmische Planung von RLT-Systemen als integralen Bestandteil moderner, nachhaltiger Gebäudetechnik.
