Der Quartiersgenerator ist ein Open-Source-Webtool für Akteure (z.B. Stadtplaner*innen, Energieversorger, Wohnungsbaugenossenschaften, Ingenieurbüros, Architekt*innen oder Forschungseinrichtungen), die in den frühen Planungsphasen von Quartieren involviert sind und grundlegende Daten wie zeitaufgelöste Profile der Strom- und Wärmebedarfe benötigen. Oft fehlen diese Daten zu Beginn von Quartierskonzepten, was eine erste Bewertung von möglichen Energiesystemen für das jeweilige Quartier erschwert. Um dieses Problem zu lösen, bietet der Quartiersgenerator die Möglichkeit städtische Gebäudebestände in Quartiersmodellen abzubilden und damit Bewertungen verschiedener Quartierskonzepte zu ermöglichen. Mit der Aggregation verschiedener Datenquellen wird die automatisierte Zusammenstellung von Bauteilflächen der Gebäude und U-Werten durchgeführt. Dies bildet die Grundlage für automatisierte Lastprofilberechnungen und die Auslegung dezentraler Anlagentechnik.

Darüber hinaus ermöglicht der Quartiersgenerator die Erstellung eines Quartiersenergieausweises. Dieser kann zur vergleichenden Bewertung verschiedener Quartierskonzepte genutzt werden und stellt angelehnt an den Gebäudeenergieausweis eine einheitliche Übersicht ausgewählter Kennwerte dar. Als Berechnungsgrundlage der Kennwerte dient die Betriebsoptimierung eines nutzerspezifischen Quartierenergiesystems. Die erzeugten Lastprofile und eine jedem Gebäude zuzuweisende Anlagentechnik werden dazu in ein gemischt- ganzzahlig lineares Optimierungsmodell überführt (MILP) und der Betrieb wird mithilfe des Solvers Gurobi 9.5 bezüglich der Betriebskosten optimiert. Diverse Technologieszenarien können so analysiert und die Effekte verschiedener Speichertypen oder Heizsysteme sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Zielfunktionen wie die Maximierung der Selbstversorgung, Minimierung der CO2- Emissionen oder Reduzierung von Spitzenlasten bewertet werden.

Der Quartiersgenerator soll die Umsetzung nachhaltiger, sektorübergreifender Energiesysteme in Quartieren unterstützen, indem die Webanwendung mit einer intuitiven Benutzeroberfläche und minimalen Eingabeanforderungen die Berechnung zeitlich aufgelöster Bedarfsprofile sowie die Dimensionierung dezentraler Wärmeerzeuger gemäß DIN-Normen ermöglicht. Die Berechnung verschiedener Bewertungskriterien unterstützt die Untersuchung verschiedener Quartierstypen und Versorgungsszenarien in Bezug auf Technologieauswahl und - durchdringung. Dadurch wird eine Grundlage für den frühen Vergleich von Quartierskonzepten geschaffen.

Beta-Version: Der Quartiersgenerator wird aktuell noch weiterentwickelt und getestet. Nutzen Sie die bisher implementierten Funktionen und kontaktieren Sie uns gerne, falls Probleme bei der Nutzung auftreten.

Für die Parametrisierung eines Quartiers werden nur wenigen Daten benötigt. Zunächst sind die Anzahl der Gebäude und grundlegende Informationen zu jedem Gebäude anzugeben: Gebäudetyp, Baujahr, Sanierungsstand und Nettogrundfläche. Optional können der Standort des Quartiers und das Testreferenzjahr (TRY) für die Wetterdaten geändert werden.

Der Quartiersgenerator integriert mehrere Open-Source-Tools und Datenbanken. Das unten abgebildete Schema veranschaulicht die Nutzung von externen Tools und Inputdaten mit den internen Funktionen. Um ein vollständig parametrisiertes Gebäudemodell zu erhalten, führt das Tool TEASER eine Datenanreicherung mit Daten aus dem TABULA WebTool durch und nutzt statistische und normative Informationen über den Gebäudebestand. Schließlich ermittelt das TEASER-Python-Paket die Geometrie und Materialeigenschaften der Gebäude. Da das TABULA WebTool archetypische Gebäudeeigenschaften für Typ, Altersklasse und Sanierungsgrad definiert, setzen sich die generierten Quartiere aus repräsentativen Gebäuden zusammen und eignen sich somit ideal für repräsentative Analysen oder Skalierbarkeitsstudien.

Anhand der Norm DIN EN 12831-1:2017-09 wird eine Heizlastberechnung durchgeführt. Zur Ermittlung der Norm-Heizlast für Trinwassererwärmungsanagen wird das Verfahren nach DIN 4708-1:1994-04 verwendet. Das Tool richardsonpy generiert Belegungsprofile, die im Laufe des Tages pseudozufällig schwanken und das natürliche Verhalten von Individuen in ihren täglichen Routinen widerspiegeln. Auf dieser Grundlage erstellt das Tool stochastisch synthetische Profile des Strombedarfs. Mit dem Tool DHWcalc wird der Warmwasserbedarf im Haushalt berechnet. Dabei werden verschiedene Faktoren wie die Anzahl der Bewohner, die Gebäudeeigenschaften und die Klimadaten berücksichtigt, um die Warmwassernutzung in einer Wohnumgebung stochastisch zu schätzen. Unter Einbeziehung all dieser Tools gibt der DistrictGenerator als Ausgabe stündliche Bedarfsprofile als csv-Datei für jedes Gebäude im Quartier aus.

Wir bedanken uns für die Bereitstellung des Solvers bei Gurobi.

Der Quartiersgenerator wurde im Rahmen des Forschungsprojekts BF- Quartier2020 (FKZ: 03EWB003B) entwickelt. Wir bedanken uns für die Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz.

Links zu den verwendeten Tools

TEASER (Tool for Energy Analysis and Simulation for Efficient Retrofit)
TABULA (Typology Approach for Building Stock Energy Assessment)
richardsonpy
DHWcalc