Vlaggenschip van Vlaamse overheidnog energie-efficiënter dankzij MPC

Een energie-efficiënt gebouw ontwerpen heeft enkel zin als het nadien ook naar behoren geëxploiteerd wordt. Toch is dit allerminst evident, want de complexiteit van technische installaties neemt alleen maar toe, terwijl de beschikbare tijd en de kennis van gebouweigenaars vaak afnemen. Sweco ontzorgt hen hierbij door samen met Builtwins in te zetten op Model Predictive Control (MPC). De Vlaamse overheid is alvast fan, want dankzij MPC-implementatie is de energetische performantie van het Herman Teirlinckgebouw op de Tour & Taxis-site in Brussel grondig geoptimaliseerd. “De eerste resultaten wijzen op een energiebesparing van circa 30 % op de werking van de HVAC-installatie”, aldus Kurt Corvers, Business Unit Manager Buildings bij Sweco.

Toen het Herman Teirlinck-gebouw in 2017 opgeleverd werd, was het predicaat duurzaam alomtegenwoordig. Als grootste passieve kantoorgebouw van het land stond het symbool voor de ecologische en energetische ambities van de Vlaamse overheid. Studiebureau boydens engineering, dat vandaag onderdeel is van Sweco, ontwierp een innovatieve HVAC-installatie die zich onder meer onderscheidt dankzij een doorgedreven combinatie van geothermie en betonkernactivering (GEOTABS). Qua energetische performantie werd dus niets aan het toeval overgelaten, maar toch was er acht jaar na datum ruimte voor optimalisatie. In het licht van haar queeste naar CO₂-neutraliteit ging de Vlaamse overheid aankloppen bij Sweco en Builtwins, die in nauwe samenwerking met de KU Leuven een gesofisticeerd MPC-concept op poten zetten om gebouwen op digitale wijze een energetische upgrade te geven. 

Dynamische simulaties via digital twin

“MPC is een computergestuurd algoritme waarmee we aan de hand van een digital twin, waarin alle parameters van de gebouwschil vervat zitten en alle technische installaties tot in het kleinste detail gemodelleerd zijn, elk kwartier een dynamische simulatie uitvoeren”, legt Kurt Corvers uit. “Daarbij kijken we steevast drie dagen vooruit, rekening houdend met de weersvoorspelling, de metingen van alle sensoren en actuatoren in het gebouw en de karakteristieken van de toegepaste installaties. Zo kunnen we zowel voor elke zone als elke opwekker een optimaal setpoint berekenen, dat eventueel ook nog rekening houdt met bepaalde instelparameters (bijvoorbeeld maximale CO₂-besparing, financiële optimalisatie op basis van de actuele energieprijzen enzovoort). Vervolgens sturen we de technische installatie effectief zo aan via het gebouwbeheersysteem en het BACnet/IP-netwerk, als prioritair signaal ten opzichte van de klassieke sturing.”

Proactief onderhoud dankzij excitatietesten

Naast de energie-efficiëntie van het Herman Teirlinckgebouw 24/7 optimaliseren via data uit het gebouw en berekeningen in het digital twin-model heeft de lopende MPC-opdracht voor de Vlaamse overheid nog een tweede doel: foutdetectie ter ondersteuning van de exploitatie en het onderhoud. “Daarvoor onderwerpen we de verschillende bewegende onderdelen en sensoren in de gebouwinstallaties (hydraulische kleppen, pompen, VAV-kleppen, thermostaten enzovoort) aan excitatietesten via scripting in de digital twin”, legt Kurt Corvers uit. “Zo kunnen we de werking ervan perfect simuleren en de betrokken onderhoudsfirma – in dit geval Cofely Services (Equans) – sneller en efficiënter laten ingrijpen. Onze excitatietesten laten met andere woorden proactief onderhoud toe. Bij uitbreiding gebruiken we ze nu ook in de opleveringsfase van gebouwen. Door snel een digitale scan te doen, kunnen we op een veel minder tijds- en arbeidsintensieve manier een enorm verschil maken qua energie-efficiëntie.”

Veelbelovende resultaten

De eerste resultaten van de MPC-implementatie zijn erg veelbelovend. “Zelfs in het Herman Teirlinckgebouw, dat in de basis al zeer energie-efficiënt was, bedraagt de energiebesparing op de HVAC-installatie circa 30 %, terwijl het gebruikscomfort nog verbeterd is”, benadrukt Kurt Corvers. “De MPC van Builtwins is een SaaS-product dat een initiële investering vergt voor ontwerp, implementatie en licentie, gekoppeld aan zowel onderhoud en updates als kwartaalrapportages en ondersteuning vanuit Sweco. De terugverdientijd bedraagt in vrijwel alle gevallen minder dan vijf jaar, afhankelijk van factoren zoals het type gebouw en de mogelijkheden om in te grijpen. Eveneens belangrijk om weten is dat het concept ook toepasbaar is op gebouwen die we niet zelf ontworpen hebben en dat we het model steeds kunnen kalibreren om theorie en praktijk optimaal op elkaar af te stemmen. Ook simulaties van potentiële energetische ingrepen en de dimensionering van technische installaties zijn mogelijk op basis van de digital twin, inclusief een realistische inschatting van de CO₂-winst, financiële besparing, terugverdientijd enzovoort. Kortom: MPC is een concept dat een enorm potentieel heeft, zowel voor gebouweigenaars als onderhoudsfirma’s en eindgebruikers. De Vlaamse overheid is alvast erg enthousiast. Het is heel fijn om voor zo’n geëngageerde opdrachtgever te werken, die – net als wij – het onderste uit de kan wil halen. Dankzij MPC hebben we alle troeven in handen om de werking van gebouwen gedurende hun volledige levenscyclus te optimaliseren.”