Onthology Based Decision Support in Urban Energy Planning

Najd Ouhajjou

Publikation: AbschlussarbeitDissertation

Abstract

Städteemittieren weltweit rund 70 % der Treibhausgasemissionen. Um die Treibhausgasemissionen in deren Einflussbereich entsprechend zu reduzieren, werden Energiestrategien entwickelt und Maßnahmenpakete implementiert, damit die Energienachfrage effizienter und das Angebot in und für die gebaute Umwelt nachhaltiger gestaltet wird. Dafür existieren zahlreiche Energieplanungstools, doch diese beziehen die Beteiligten (lokale Akteure, Stakeholder) nicht immer ausreichend ein. Städte sind komplexe Systeme mit Abhängigkeiten und Beziehungen zwischen den Elementen in einem weiten Problemraum. Für die unterschiedlichen Aufgaben in den Städten sind eine Vielzahl von Experten zu beteiligen. Diese Herausforderungen sind bei der Modellierung der Optimierung städtische Energiesystemen als Entscheidungshilfe für Energieplanung zu berücksichtigen. Diese Dissertation hat zum Ziel ausgewählte Elemente des komplexen Energiesystems einer Stadt als Unterstützung für städtische Energieplanung zu modellieren. Energetische Fragestellungen werden dabei von verschiedenen Energieplanungstools abgesprochen. Die Entwicklung eines "Master-Decision support-systems" ist schwierig, weil der Problemraum vielschichtig ist : er betrifft die zu erfüllende Aufgabe, die Datenverfügbarkeit , die sich ändernden Anforderungen der Stakeholder oder allgemein das sich wandelnde Politik-Umfeld, wo Entscheidungsunterstützung benötigt wird. Diese Dissertation sieht die Entwicklung eines solchen Systeme als kontinuierlichen Prozess. Er ermöglich (i) Änderungen hinsichtlich Anforderung und Verfügbarkeit von Daten und (ii) Erweiterungen der Funktionalität um die Entscheidungsfindung flexibel zu unterstützen. Diese Arbeit entwickelt einen Ontologie-basierten Ansatz für städtische Energieplanungs-Unterstützung für Gebäude-Sanierung und gebäudeintegrierte PV-basierte Energieerzeugung. Die angewandte Methode funktioniert als iterativer, schrittweiser Prozess. Der Prozess beginnt mit der Identifizierung der Akteure und deren Interesse, das Entwickeln oder Adaptieren von Errechnungsmodellen. Verschiedene Modelle werden dann unter Verwendung des flexiblen Ontologie-Systems zur Beantwortung der Fragen integriert. Der gewählt e Ansatz liefert verschiedenen Akteure spezifische Informationen, um ihre Sicht in die Entscheidungsfindung einzubringen. Die Lösung ergibt sich durch eine stufenweise Integration von verwendeten Berechnungsmodellen zur Berücksichtigung der Ansprüche der Akteure. Der erste Anwendungsfall betrifft die Entwicklung eines Ontologie-basierten Entscheidungsunterstützungssystems für den Einsatz gebäudeintegrierter Photovoltaik. Der zweite Anwendungsfall erweitert das System in Richtung energetische Gebäudesanierung. xiii Das entwickelte System wurde für den 4. Wiener Gemeindebezirk für etwa 1200 Gebäude angewendet. Aber es ist auf beliebige andere Städte oder Stadtteile übertragbar, da die Ontologie entsprechende Erweiterungen und flexible Gestaltung für unterschiedliche Problemstellungen und Datengrundlagen zulässt. Cities are emit ting worldwide around 70% of all greenhouse gas emissions. To reduce this large share, cities aim to develop energy strategies, implemented as a set of measures to mitigate energy demand and ensure a sustainable energy supply for the built environment. A variety of city-level energy planning processes exists requiring the involvement of stakeholders (act ors with different int erest s and mat t er of involvement ). Cit ies are complex syst ems involving cross-dependencies and relationships between t heir elements in a wide problem space. Mult iple domains have to be also considered involving different domain experts. These facts represent the challenges in modeling energy systems in cities for urban energy planning support purposes. Theobjectiveof this thesis is tomodel a complex urban energy system for energy planning support . Several energy planning related tools exist, applied to suggest ing and simulating solut ions for these energy related problems. But developing a "master decision support system" is not easily feasible as the problem space shows a wide range and is related to data availability in cities, to changing requirements of stakeholders, and in general to the changing polit ical environment where decision-support is required. The dissertation suggests that the development of these systems is a continuous process. It always requires (i) updates to deal with the change in data availability and requirements and (ii) extensions to gradually include asmuch functionality as possible from a non-finite problem space, making the target decision support solut ion a self-sustaining, viable system. This thesis presents an ontology based approach for urban energy planning support for building-refurbishment and building-integrated PV-based energy generation. The adopted methodology works as an iterative, incremental process, step-wise integrating new planning decision. The process starts by the identification of the actors whose interests are affected by the decision, then developing/ adapting computat ion models that provide answers for their questions. Different models are integrated using a flexible ontology-based system. The adopted approach provides different actors wit h specific information related to their viewpoint of decision making. Accordingly an incremental development methodology is proposed as a solution, where integration mechanisms, used computation models involved stakeholders, and their requirements are part of the system. This offers a t ransparency of the dynamics of the system and ensures the t ractability of the requirements with regards to how they are fulfilled. The methodology was applied to develop an ontology-based decision support system for building-integrated solar PV. The same methodology was then applied for a second use case by including building refurbishment (integrated with solar PV) as xi ontology-based planning support system. The resulting system has been applied for the 4th district of the City of Vienna covering around 1200 buildings, but this approach is applicable to different cities, as the ontology also integrates extension and upgrade mechanisms that provide flexibility to cope with diff erent data set s.
OriginalspracheEnglisch
Gradverleihende Hochschule
  • TU Wien
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pichler, Bernhard, Betreuer:in, Externe Person
  • Tjoa, A. Min, Betreuer:in, Externe Person
  • Voigt, Andreas, Betreuer:in, Externe Person
  • Loibl, Wolfgang, Betreuer:in
Datum der Bewilligung24 Apr. 2016
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Research Field

  • Ehemaliges Research Field - Energy

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