De onderzoekster uit Belgrado koos een zeer actueel thema voor haar onderzoek. Klimaatverandering en energiebesparing staan zowel bij de Europese Unie als de Nederlandse overheid bovenaan de prioriteitenlijst. Ook de duurzaamheid van gebouwen wordt onder de loep gelegd, want huizen, kantoren en winkels slokken tussen de dertig en veertig procent van de totale energie op. Afhankelijk van het type gebouw zijn verwarming, ventilatie en airco (VVA) verantwoordelijk voor tien tot zestig procent van het totale energieverbruik van een pand. Alle reden dus om betere energieberekeningen te vinden voor bestaande en nieuwe gebouwen en VVA. En zo meer accurate voorspellingen te leveren voor innovaties in de bouw.

In 2015 moet het energieverbruik in nieuwe winkels, woningen en kantoren met vijftig procent zijn verminderd. Dat is de kern van het akkoord ‘Energiebesparing nieuwbouw’, dat minister Ella Vogelaar voor Wonen, Wijken en Integratie en minister Jacqueline Cramer van Ruimte en Milieu dit voorjaar met de bouwwereld hebben ondertekend. In het akkoord is ook het streven opgenomen om in 2020 volledig energieneutrale gebouwen op te leveren.

Building Performance Simulation (BPS) is de enige betrouwbare methode om het energieverbruik van gebouwen en VVA te voorspellen. Maar BPS is te beperkt om innovatieve systemen (verwarming, ventilatie en airconditioning) op geïntegreerde wijze te modeleren en simuleren. zocht naar een manier om afzonderlijke BPS-modellen aan de hand van computerprogramma’s aan elkaar te koppelen. En zo alle innovatieve componenten in één co-simulatie bijeen te brengen. Het kan volgens haar leiden tot meer accurate data, zodat voorspellingen over de totale energiehuishouding betrouwbaarder worden.

Intensieve koppeling
Het softwareprototype dat ontwikkelde, is gebaseerd op drie bestaande simulatiemodellen: ESPr, TRNSYS en EnergyPlus. Ieder voor zich vormen deze BPS-modellen een complexe mix van wiskundige vergelijkingen, data en numerieke algoritmes. Een intensieve koppeling tussen de systemen zou ideaal zijn, maar de honderdduizenden coderingen van de drie modellen maakten dat praktisch tot een onmogelijke opgave. koos daarom voor verschillende koppelmethodes. Waarbij het bovenal zaak was om de tijdschema’s van de modellen te synchroniseren, zodat alle data op vergelijkbare wijze werden verwerkt.

Aan de hand van een aantal casestudies met verwarming-, koel-, en ventilatiesystemen werden de resultaten van het prototype vergeleken met de uitkomsten van een reguliere simulatiebenadering. Uit deze evaluatie bleek dat co-simulatie een verrijking is voor de ‘BPS-gereedschappen’. Het wordt mogelijk om diverse aspecten van gebouwen te modeleren en simuleren met de meest geschikte ‘gereedschappen’. In vergelijking met de traditionele benadering is co-simulatie functioneler en flexibeler in het analyseren van het complete plaatje van vernieuwende VVA-technologieën.

Trčka benadrukt dat haar bevindingen voornamelijk theoretisch van aard zijn en zich richten op slechts één klein stukje van de puzzel: verwarming-, ventilatie- en airconditioningsystemen. Het proefschrift ‘Co-simulation for performance prediction of innovative integrated mechanical energy systems in buildings’ is opgebouwd uit theoretische analyses en numerieke simulering. “De energiehuishouding van een gebouw bevat ontzettend veel componenten die op elkaar ingrijpen. En bij ieder gebouw gebeurt dat anders. Er is geen eenduidig model of wiskundig systeem waarmee het effect van innovatieve systemen op het totale energieverbruik van een gebouw valt te voorspellen. Het onderzoek was weliswaar gericht op het ontwikkelen van een prototype, maar dat was niet het belangrijkste doel. Dat was vooral kennis vergaren en aanbevelingen proberen te vinden om co-simulatie te implementeren.”

Hoewel de huidige BPS-modellen zeker voldoen voor sommige toepassingen, kent co-simulatie voordelen, meent Trčka. Het maakt gebruik van vertrouwde BPS-modellen die hun waarde hebben bewezen, maar biedt ook ruimte om verbeterde of nieuwe modellen in te passen bij de introductie van nieuwe bouwtechnologieën.

Zonnecellen
De Servische onderzoekster kijkt bij co-simulatie vooral naar de toekomst. Innovatieve producten -denk aan zonnecellen of generatoren- zullen straks worden gebruikt om nieuwe en bestaande gebouwen energiezuinig te maken.

Co-simulatie leent zich bij uitstek om het effect van deze toekomstige en onbekende componenten te voorspellen zodra ze op de markt komen. Volgens Trčka een van de redenen waarom ze slechts enkele casestudies in haar onderzoek opnam. “Ik had weinig praktijkvoorbeelden voorhanden.”

Co-simulatie is een tijdrovend proces en daarom niet wijdverbreid onder beroepskrachten in de bouwwereld. “Het gaat om een kleine markt. En die is voor professionele softwareontwikkelaars commercieel niet interessant genoeg om zich erin te verdiepen”, aldus Trčka.

Trčka blijft komende jaren als postdoc verbonden aan de TU/e. Het staat voor haar vast dat politieke en economische belangen het gebruik van co-simulatie zullen bevorderen. “We weten dat de energieconsumptie zodanig groeit dat we het stijgende verbruik niet met besparende middelen kunnen compenseren. Energieneutrale gebouwen zijn dus niet toereikend. We moeten op langere termijn woningen, winkels en kantoren bouwen die energie opleveren.

Co-simulatie kan een belangrijk gereedschap zijn om dat te bereiken.”/.