Voor een succesvolle energietransitie, de overgang naar circulair bouwen en de vervangings- en renovatieopgave voor de bestaande civiele infrastructuur, is het essentieel om te weten wat de toekomst brengt. Een predictive twin is een digitale replica van een (deel van een) fysiek bouwwerk, zoals woningen en kantoren, maar ook bruggen, tunnels enzovoort. TNO zet ze in om met de computer te kunnen volgen én voorspellen hoe bouwwerken zich gaan gedragen. Het gaat letterlijk om tweelingen met min of meer dezelfde ervaringen. De ene helft is gemaakt van tastbare producten, installaties en bouwdelen en de andere helft bestaat uit enen en nullen, maar ze ondergaan wel min of meer dezelfde processen.
Voorspellende waarde
De predictive twin staat, in tegenstelling tot een BIM, rechtstreeks in verbinding met de fysieke twin en kan daarvan dus specifieke processen volgen, beoordelen en er uiteindelijk veel van leren. Anders gezegd: via het digitale tweelinggebouw kunnen we via simulaties en voorspellingen inzicht krijgen in het gedrag van de fysieke twin en dat gericht bijsturen. Gefinancierd door het Europese verduurzamingsfonds Horizon 2020 doet Syn.ikia (uit het Grieks: Syn = plus; ikia = huis; Syn.ikia = wijk) in vier landen een demoproject met energieneutrale wijken. In Nederland is dat ‘Maatschappelijk Mooi’ in Uden, een project van wooncorporatie Area en ontwikkelende aannemer Hendriks Coppelmans. Het appartementencomplex met 39 woningen wordt zeer luchtdicht gemaakt, krijgt een duurzaam ventilatiesysteem, isolatie (triple glas), vloerverwarming en een warmtepompinstallatie.
Finetunen van warmtepomp
Door in de woningen meerdere sensoren te plaatsen kan TNO ‘live’ onderzoeken, hoe de energie in de woning zo efficiënt mogelijk is in te zetten. Om helder te krijgen wat bijvoorbeeld energetisch het beste moment is om de tapwaterboiler op te warmen, gaat TNO de besturing van de Itho Daalderop warmtepomp beïnvloeden in relatie tot het verwachte lokale aanbod van duurzame (zonne)energie.
Hoe kunnen we efficiënt een tijdelijke overcapaciteit aan lokaal opgewekte zonne-energie benutten, zodat we de fossiele energievraag verminderen?”
Business Consultant Wouter Borsboom vertelt: “Hiervoor heeft TNO SirinE gemaakt, een predictive twin model waarin ook de warmtepomp en het tapwatervat zijn gemodelleerd. Het is een hybride model, dat bestaat uit zowel een fysiek model voor gebouw en installaties, als een AI-model (Artificial Intelligence) om het gebruiksgedrag te beschrijven. Een ontwikkeling uit het TNO brede Appl.AI programma voor baanbrekend onderzoek op het gebied van artificiële intelligentie”.
De onderzoeksvraag is: hoe kunnen we efficiënt een tijdelijke overcapaciteit aan lokaal opgewekte zonne-energie benutten, zodat we de fossiele energievraag verminderen. In het Heat Pump Application Centre wordt het SirinE energiemodel, waaronder de Itho Daalderop warmtepomp en het tapwatervat, gevalideerd aan de hand van laboratoriummetingen. Ook de bewoners worden hier actief bij betrokken, want het is natuurlijk belangrijk dat die zich behaaglijk blijven voelen in hun energieneutrale of zelfs energie opwekkende woningen.
Heat Pump Application Centre (HPAC) is onderdeel nieuw TNO-lab
Het begin oktober te openen BouwInnovatie Lab op de campus van TU Delft gaat de bouwinnovatie en levensduurverlening van materialen, energie en constructies in een stroomversnelling brengen. Belangrijk onderdeel wordt het Heat Pump Application Centre (HPAC). Daar wordt door TNO bekeken, hoe warmtepomptechnieken verder kunnen worden verbeterd en ontwikkeld.
GROUP A ontwierp voor het nieuwe TNO BI&M laboratoriumcluster een transparant gebouw waarin testhallen, laboratoria en kantoren op één locatie worden samengebracht onder het motto: “openheid als motor achter gezamenlijke innovatie.” De hoge vide is zowel verkeersruimte als ontmoetingsplek en er lopen ook de te testen installaties doorheen. Bijzonder zijn de uitsparingen in de modulaire gevel om innovatieve gevelproducten te bevestigen. Na afloop van de testperiode zijn de gevelopeningen gemakkelijk weer dicht te maken. Ook op het dak is ruimte gemaakt voor testopstellingen. Bijzonder is verder het hergebruik van de voor TNO typerende klimaatcellen uit het oude labgebouw.
Hardware-in-the-loop principe
In het HPAC worden échte klimaatsystemen (de hardware) gekoppeld aan een virtueel gebouw en kan TNO dus onder dynamische omstandigheden de werkelijke prestaties van bijvoorbeeld een warmteopwekker testen en optimaliseren. Dit gebeurt via het hardware-in-the-loop principe, waar hardware en model in real time op elkaar reageren. Bij dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van klimaatkamers waarin realistische (weers)omstandigheden worden nagebootst. Het verwarmingssysteem (zoals radiatoren) wordt ook gemodelleerd en geeft een feedback aan de warmteopwekker door teruggeven van een in het gebouw gemodelleerde retourtemperatuur en virtuele stand van de kamerthermostaat. Hierdoor heeft de warmteopwekker de testomgeving niet ‘in de gaten’ en zijn optimalisaties door te voeren door testen te herhalen met een andere parameterinstelling (zoals bijvoorbeeld nachtverlaging). Zo valt het effect van een enkele parameter op het klimaatsysteem te onderzoeken, hetgeen niet mogelijk is in een veldtest waar dezelfde condities slechts een enkele keer voorkomen.
Dit artikel is gesponsord door TNO.
