Bittner, Timo (2016)
Ontologie-gestützte Erzeugung einer Datenbasis für energetische Simulationen aus verteilten Informationsquellen.
Technische Universität Darmstadt
Masterarbeit, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

Während die Bundesrepublik Deutschland im internationalen Vergleich bereits zu den führenden Nationen im Bereich der Forschung, Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energien zählt, sind im Rahmen der angestrebten Energiewende ehrgeizige Ziele gesteckt. So sieht das zugrunde liegende Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vor, bis 2050 den Anteil an der Stromversorgung über Energie aus regenerativen Quellen auf mindestens 80 Prozent zu steigern. Darüber hinaus soll eine wesentliche Reduktion der Treibhausgasemissionen erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist auch ein nahezu klimaneutraler Gebäudebestand vorgesehen, der ebenfalls bis Mitte dieses Jahrhunderts umgesetzt sein soll. Für derartige Anlagen werden jedoch große Konversionsflächen benötigt, was wiederum mit erheblichen Eingriffen in die Natur verbunden ist. Hier bieten Dächer und Fassaden großes Potenzial, wenn die Gebäudehülle entsprechend genutzt und auf diese Weise der zusätzliche Platzbedarf für erneuerbare Energien reduziert werden kann. Im Zuge des Forschungsprojekts „Ganzheitliche Integration energetisch aktiver Fassadenkomponenten in Bauprozesse“ werden neue Methoden, Ansätze und Prozessen entwickelt, um relevante Aspekte frühzeitig in den Planungsprozess eines Gebäudes einbinden zu können. Der Fokus liegt hierbei unter anderem auf der Umwandlung von Sonnenenergie zu Strom und Wärme durch den Einsatz gebäudeintegrierter Photovoltaik (BIPV) beziehungsweise gebäudeintegrierter Solarthermie (BIST). Im Kontext des ganzheitlichen Ansatzes für die Gebäudeplanung wird die Methodik des Building Information Modeling (BIM) verwendet. Aufgrund der heterogenen Landschaft in Bezug auf die eingesetzte Software und die Datenaustauschformate müssen viele der erforderlichen Informationen manuell zur Verfügung gestellt werden. Dies ist insbesondere für das geplante Multiagentensystem (MAS) ein Problem, da die Agenten einen gewissen Grad an Intelligenz für die autonome Abwicklung anfallender Aufgaben benötigen. Hier stellen Ontologien die semantischen Zusammenhänge her und ermöglichen somit eine einfachere Weiterverarbeitung, indem Begriffe korrekt interpretiert, Gesetze, Normen und Richtlinien beachtet sowie Daten aus verschiedenen Quellen verknüpft werden. So können bereits während der Planung aussagekräftige energetische Simulationen durchgeführt und die technische Gebäudeausrüstung korrekt gewählt und dimensioniert werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden dafür die entsprechenden Grundlagen in den Bereichen der energetischen Fassadenkomponenten, Simulationen und Analysen, BIM sowie Ontologien und Semantic Web ermittelt. Darauf aufbauend soll eine Ontologie entwickelt werden, die zur Erzeugung einer Datenbasis zu nutzen ist. Die identifizierten relevanten Informationen sind dabei aus einem digitalen Gebäudemodell zu entnehmen, wobei die Industry Foundation Classes (IFC) den zugrunde liegenden Standard darstellen. Über die Serialisierung eines solchen IFC-Modells in Form eines RDF-Graphen wird eine ABox geschaffen, die zusammen mit dem Schema einer fachspezifischen Domäne (TBox) eine Wissensbasis bildet. Die zunächst gewählte Herangehensweise mit Hilfe von umfassendem OWL-Reasoning führt dabei zu einigen Problemen aufgrund der Redundanz des IFC-Schemas und unzureichender Leistungsfähigkeit der mit dem Java-basierten Semantic-Web-Framework Apache Jena realisierten Inferenzmethoden. Im Anschluss wird daher der Ansatz so angepasst, dass über die Verwendung von Model View Definitions (MVDs) und den damit in Verbindung stehenden Standards dafür gesorgt werden kann, dass Verfügbarkeit und Struktur der zu integrierenden Daten gesichert sind. So könnten ausgehend von den in mvdXML formulierten Vorgaben Regeln für Reasoning-Prozesse hergeleitet werden, mit denen die zuvor festgestellten Probleme vermieden beziehungsweise behoben werden. Zur Demonstration dieses Ansatzes werden für zwei Domänen, die Beleuchtungsanalyse mit Radiance und die Energiebilanzierung gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV), geeignete Ontologien konzipiert sowie eine Java-Applikation entwickelt, die ein IFC-Modell mit regelbasierten Inferenzmethoden verarbeitet. Da die angestrebte Automatisierung der zugrunde liegenden Prozesse über den Rahmen dieser Arbeit hinausgeht und die spätere Anwendung im Hinblick auf das Projekt zum Zeitpunkt der Ausarbeitung noch nicht vollständig feststeht, wird die Machbarkeit der gewählten Herangehensweise vorerst exemplarisch anhand von zwei Anwendungsszenarien für die ausgesuchten Domänen demonstriert. Auf diese Weise wird nicht nur der entwickelte Ansatz validiert, sondern auch die potenziell wichtige Rolle hervorgehoben, die Ontologien in einem solchen Kontext zukommen kann.

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