Die Metabuild-KI genauer erklärt.

Der Algorithmus

Unsere Cloud-Plattform basiert auf einem neuen simulationsbasierten Optimierungsalgorithmus, der speziell für die Bedürfnisse der Bauindustrie entwickelt wurde.

  • Hintergrund

    Wer heute perfekte Immobilienprojekte entwickeln möchte, ist gerade in frühen Planungsphasen mit Entscheidungen erheblicher Tragweite konfrontiert. Geringe Investitionskosten sind ein wesentliches Kriterium, gleichzeitig sollen die Gebäude ein hohes Maß an Komfort bieten, die Umweltbelastungen minimieren und die Betriebskosten niedrig halten.

    Bei der Vielzahl der heute verfügbaren Planungsoptionen gibt es für jedes Bauprojekt Milliarden von Planungsvarianten. Mit den heute verfügbaren Tools ist es unmöglich, all diese Optionen zu untersuchen und optimale Planungsvarianten zu identifizieren. Deshalb verlassen sich die meisten Experten auf Erfahrung und Bauchgefühl – was nicht unbedingt zu optimalen Planungsergebnissen führt.

    Der Algorithmus von Metabuild wurde speziell dafür entwickelt, optimale Gebäudeentwürfe zu identifizieren. Für jedes Projekt untersucht die Technologie automatisiert Tausende von Planungsvarianten mittels detaillierter Gebäudesimulationen und gibt im Ergebnis optimale Planungsvarianten aus.

  • Evolutionärer Algorithmus

    Im Bereich der künstlichen Intelligenz sind evolutionäre Algorithmen ein Ansatz zur Lösung komplexer, multikriterieller Optimierungsprobleme. Evolutionäre Algorithmen verwenden Mechanismen, die von der biologischen Evolution inspiriert sind, wie beispielsweise Reproduktion, Mutation, Rekombination und Selektion.

    Der evolutionäre Algorithmus von Metabuild wurde speziell auf die Bedürfnisse von BIM und Gebäudesimulation zugeschnitten. Seine einzigartigen Funktionen ermöglichten es uns, die erste Plattform zu schaffen, die evolutionäre Optimierung mit der Leistungsfähigkeit von Gebäudesimulation und Cloud Computing verbindet.

  • Umfang der durchgeführten Gebäudesimulationen
    • Genaue, mit Messdaten validierte physikalische Modelle
    • Zeitliche Auflösung der Simulationen: 365 Tage im Jahr, 10-minütige Simulationsintervalle
    • Detaillierte bauphysikalische Simulationsalgorithmen für Wärmeübertragung, Strahlung, Konvektion sowie Luft- und Feuchtigkeitstransport, Lichtverteilung und Wasserströme.
    • Detaillierte Nutzungsprofile zu Belegung und Beleuchtung
    • Nutzung standortspezifischer stündlicher Wetterdaten für den Projektstandort (beinhaltet Außenlufttemperatur, Außenluftfeuchte, Luftdruck, Bedeckungsgrad, Windrichtung und -geschwindigkeit, Niederschlag, Globalstrahlung, Atmosphärische und terrestrische langwellige Gegenstrahlung, etc.)
    • Tiefe Integration des etablierten Simulationskerns EnergyPlus
    • Detaillierte Simulationen von Lichtkomfort, thermischem Komfort und Luftqualität
    • Detaillierte Analysen zur Wirtschaftlichkeit aller untersuchten Lösungen einschließlich Investitionen, laufenden Kosten und Lebenszykluskosten
  • Forschungshintergrund

    Unsere Software wurde von führenden Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Gebäudesimulation und -optimierung entwickelt. Studien über die Leistungsfähigkeit unseres Algorithmus wurden in führenden peer-reviewed Journalen veröffentlicht. Im Rahmen von Partnerschaften mit der TU-Berlin und der NTNU Trondheim arbeiten wir permanent an der Verbesserung unserer Software.

Die untersuchten Planungsoptionen

Im folgenden werden alle Planungsoptionen aufgeführt, die im Optimierungsprozess untersucht werden. Optionen können vom Kunden flexibel eingeschränkt und/oder vorgegeben werden.

  • Architekturoptionen (optional)
    • Variable Fensterflächenanteile (10 – 100%; Minimalwerte für Fensterhöhen und Fensterbreiten lassen sich fassadenspezifisch festlegen)
    • Variable Gebäudeausrichtungen (Prüfung in 1°-Schritten möglich; Bereiche können vom Kunden vorgegeben werden.)
  • Gebäudehülle

    Außenwand-, Dach- und Bodenkonstruktionen:

    • Stahlbeton-Fertigteile isoliert
    • Stahlbeton armiert
    • Holzrahmen isoliert
    • Mauerwerk isoliert
    • Stahlfachwerk isoliert
    • Mischung Stahlplatte – Beton isoliert

    Dämmstoffe für Außenwand-, Dach- und Bodenkonstruktionen:

    • Expandiertes Polystyrol (EPS); 0 bis 32 cm
    • Polyurethanhartschaum (PUR); 0 bis 32 cm
    • Extrudiertes Polystyrol (XPS); 0 bis 32 cm
    • Cellulose; 0 bis 32 cm
    • Glasfaser; 0 bis 32 cm
    • Mineralwolle; 0 bis 32 cm
    • Steinwolle; 0 bis 32 cm
    • Schaumglas; 0 bis 32 cm
    • Schafswolle; 0 bis 32 cm
    • Harnstoff-Formaldehydschaumstoff; 0 bis 32 cm
    • Holzfaser; 0 bis 32 cm
    • Expandiertes Perlit; 0 bis 32 cm
    • Polyisocyanurat (PIR); 0 bis 32 cm

    Innenwand-, Bodenbauarten:

    • Betonsteine
    • Betonfertigteile
    • Mauerwerk isoliert
    • Holzrahmen
    • Stahlbeton

    Fenstermaterial:

    • Zweifachverglasung klar 3mm/13mm Luft
    • Zweifachverglasung klar 6mm/13mm Argon
    • Dreifachverglasung klar 3mm/13mm Argon
    • Dreifachverglasung emissionsarmer (LoE) Film (44) klar 6mm/ 13mm Luft
    • Dreifachverglasung klar 3mm/13mm Argon
    • Vierfachverglasung emissionsarmer (LoE) Film (88) 3mm/8mm Krypton

    Fensterrahmenmaterial:

    • Holzrahmen
    • Verbundwerkstoff
    • Aluminium- oder Metallrahmen
    • Vinyl-Rahmen

    Sonnenschutz:

    • Innenliegende Verdunkelungsrollos
    • Innen-Jalousien
    • Vorhänge
    • Plissees
    • Markisen
    • Markisoletten
    • Außen-Jalousien
  • Heizung, Lüftung, Klimatisierung

    HLK-System:

    • Elektrische Heizkörper
    • Warmwasser-Heizkörper
    • Gebläsekonvektor (Fan-Coil)
    • Terminalklimaanlage mit Warmwasser – Heizregister
    • Terminalwärmepumpe (Luftwärmepumpe) mit elektrischem Zusatz-Heizregister
    • Terminalwärmepumpe (Luftwärmepumpe) mit gasbetriebenem Zusatz-Heizregister
    • Klimasystem mit variablem Kältemittelmassenstrom (Variable Refrigerant Flow – VRF) und verdunstungsgekühltem Kondensator
    • Einheitliches System – Gasofen mit DX (direct expansion – Direktverdampfung) Kühlregister konstanter Drehzahl
    • Einheitliches System – DX (Luft) Wärmepumpe konstanter Drehzahl, Warmwasser – Heizregister mit wassergekühltem DX Kühlregister konstanter Drehzahl
    • Terminalklimaanlage mit elektrischem Heizregister
    • Terminalklimaanlage mit gasbetriebenem Heizregister
    • Terminalwärmepumpe (Luftwärmepumpe) mit zusätzlichem Warmwasser-Heizregister
    • Klimasystem mit variablem Kältemittelmassenstrom (Variable Refrigerant Flow – VRF) und luftgekühltem Kondensator
    • Einheitliches System – DX (Luft) Wärmepumpe variabler Drehzahl, luftgetriebener Heizregister und Kühlregister mit variabler Drehzahl
    • Wasser-Luft-Wärmepumpe mit elektrischem Zusatz-Heizregister
    • Wasser-Luft-Wärmepumpe mit zusätzlichem Warmwasser-Heizregister
    • Warmwasser-Fußbodenheizung
    • Elektrische Fußbodenheizung

    Wärme- und Brauchwassererzeuger:

    • Fernwärme
    • Kondensationskessel (Öl)
    • Kondensationskessel (Gas)
    • Warmwasserboiler (Strom)
    • Warmwasserboiler (Gas)

    Kälteerzeuger:

    • Wassergekühlte Turbokompressor-Kältemaschine
    • Wassergekühlter elektrischer Schraubenkühler
    • Luftgekühlter elektrischer Schraubenkühler
    • Wassergekühlte Kolbenkompressor-Kältemaschine
    • Luftgekühlte elektrische Hubkältemaschine

    Ausgewiesenes Außenluftsystem (Dedicated outdoor air system – DOAS):

    • Abluft (keine Wärmerückgewinnung)
    • Zu- und Abluft (Wärmerückgewinnung möglich)
    • Mit Warmwasser – Heizregister
    • Mit elektrischem Heizregister
    • Mit wassergekühltem Kühlregister
    • Mit DX-Heizregister
    • Wärmerückgewinnung über Plattenwärmetauscher
    • Wärmerückgewinnung über Rotationswärmetauscher
  • Beleuchtung
    • Quecksilberdampf
    • Metallhalogenid
    • Niederdruck-Natrium
    • Glühlampe oder Halogen
    • Leuchtstofflampe (T5/T8/T12)
    • Natriumhochdruck
    • LED
  • Energieerzeugung

    Vor-Ort-Primärenergiesysteme (KWK):

    • Verbrennungsmotor auf Erdgasbasis
    • Mikrogasturbine auf Erdgasbasis

    Photovoltaikanlagen:

    • PV-Module aus polykristallinem Silizium
    • Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) PV-Module
    • PV-Module aus amorphem Silizium
    • Monokristalline Silizium-PV-Module

    Batterien:

    • Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien
    • Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterien
  • Wasserspar-Systeme
    • Grauwasserrecycling naturnah
    • Grauwasserrecycling Membran-Bioreaktor
    • Regenwassersammlung und -wiederverwendung
    • Wasserspararmaturen

Die Auswertungskriterien

Metabuild enthält alle wesentlichen Auswertungskriterien für die Gebäude-Performance.

  • Auswertungskriterien zur Wirtschaftlichkeit
    • Investitionskosten (Kostengruppen 300 und 400 der DIN 276)
    • Energiekosten
    • Wartungs- und Wiederbeschaffungskosten
    • Lebenszykluskosten
  • Auswertungskriterien zum Komfort
    • Tageslichtkomfort: Kontinuierliche Tageslichtautonomie, Useful Daylight Illuminance, Jährliche Sonnenscheinbelichtung nach WELL Standard und LEED V3
    • Thermischer Komfort: PPD- und PMV-Index, Zugluftrisiko, Vertikaler Lufttemperaturunterschied, Fußbodentemperatur, Strahlungsasymmetrien nach nach ANSI/ASHRAE 55:2010 und EN ISO 7730
    • Luftqualität: Lüftungsrate, CO2-Konzentration, Relative Luftfeuchtigkeit, Flüchtige organische Verbindungen, CMR-Stoffe, Acetaldehyd, Formaldehyd nach Eurofins, WELL und LEED IEQ Credit 3.2
  • Auswertungskriterien zur Nachhaltigkeit
    • Gesamtenergieverbrauch
    • Primärenergieverbrauch
    • Stromverbrauch
    • CO2-Emissionen
    • Graue Energie
    • Wasserverbrauch

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