Oktober 2024

Energieprestaties gebouwen drastisch verbeteren door toepassing van digital twins

Technologie speelt een steeds grotere rol in het optimaliseren van gebouwen. Een interessante ontwikkeling op dit gebied is de toepassing van digital twins voor energiesimulaties. Voor zowel installateurs als gebouwbeheerders biedt dit een kans om de energieprestaties van gebouwen nauwkeurig te simuleren, te voorspellen en te verbeteren.

‘Een digital twin is een virtuele kopie van een fysiek object, systeem of proces’, vertelt Jasper Willems van Batenburg Techniek uit Rotterdam. ‘In het geval van gebouwen betekent dit dat een digitaal model wordt gecreëerd dat de fysieke structuur, de installaties, en zelfs het gebruik en de omgevingsfactoren van het gebouw nauwkeurig weergeeft. Dit model wordt continu bijgewerkt met real-time data, waardoor het een dynamische representatie vormt die gebruikt kan worden voor simulaties en analyses.’
Volgens Willems biedt een energiesimulatie – in feite een digital twin – de mogelijkheid om op een veilige en efficiënte manier inzicht te krijgen in de huidige en toekomstige prestaties van een gebouw of energieoplossing. ‘Het stelt ons in staat om verschillende strategieën op het gebied van energiemanagement te testen en te optimaliseren, zonder dat we fysieke veranderingen in of aan het gebouw en de installaties hoeven door te voeren.’

Virtueel model

Traditionele methoden voor energiemanagement in gebouwen zijn vaak gebaseerd op historische data en statische modellen. Deze methoden geven een momentopname van het energiegebruik en zijn meestal reactief van aard. Dit betekent dat er pas wordt ingegrepen wanneer er in de dagelijkse praktijk al afwijkingen of problemen zijn opgetreden.
Een digital twin daarentegen maakt gebruik van data – soms zelfs real-time – om een continu bijgewerkt en dynamisch, virtueel model van het gebouw te creëren. Dit model kan gebruikt worden om nauwkeurig te simuleren hoe het gebouw zich onder verschillende omstandigheden zal gedragen. Hierdoor kunnen installateurs en beheerders proactief scenario’s bekijken en optimaliseren. Dat leidt uiteindelijk tot een betere controle over het energiegebruik en een snellere reactie op onverwachte veranderingen.
Willems legt uit: ‘Waar traditionele methoden vaak beperkt zijn tot het monitoren van het huidige energiegebruik, biedt een energiesimulatie de mogelijkheid om vooruit te kijken en verschillende scenario’s te testen. Dit proactieve karakter maakt het mogelijk om problemen te voorkomen, in plaats van ze op te lossen nadat zij zich al hebben voorgedaan.’

Stapsgewijze optimalisatie

Batenburg Techniek heeft een gestructureerde aanpak ontwikkeld voor het gebruik van digital twins bij het verbeteren van de energieprestaties van gebouwen. Deze aanpak bestaat uit verschillende stappen, waarbij elke fase verder bouwt op de resultaten van de vorige. Het doel is om stap voor stap tot een optimaal energiemanagement te komen.

Deze aanpak bestaat uit een aantal stappen:

• Fase 1: Initiële analyse en vraagstelling – De eerste stap in het proces is het formuleren en herformuleren van de vraagstelling op basis van de door de opdrachtgever verstrekte informatie. Batenburg voert een eerste analyse uit van het probleem of de behoefte van de klant. Deze analyse vormt de basis voor verdere simulaties. De uitkomsten van deze fase worden geëvalueerd samen met de opdrachtgever, waarna eventuele aanpassingen worden doorgevoerd om door te gaan naar de volgende fase. Willems benadrukt het belang van deze fase: ‘Het is cruciaal dat we een helder beeld hebben van de exacte vraag en behoeften van de klant. Dit vormt immers het fundament voor alle verdere stappen in het proces.’

• Fase 2: Grondige simulatie – In deze fase wordt een diepgaande simulatie uitgevoerd op basis van de in de eerste fase vastgelegde gegevens. Deze simulatie richt zich op het verkennen van verschillende scenario’s en het bepalen van de beste configuraties voor energiebeheer, zoals de eventuele inzet van een Battery Energy Storage System (BESS). Hierbij wordt onder andere gekeken naar het percentage zelfvoorziening en zelfconsumptie van energie, en de impact van veranderingen in energiebeschikbaarheid op het systeem. ‘De simulaties die we uitvoeren in deze fase geven inzicht in de mogelijke uitkomsten en de beste strategieën om de energieprestaties van het gebouw te optimaliseren’, aldus Willems.

• Fase 3: Verfijning en eindadvies – Op basis van de tussentijdse evaluatie van de simulaties, wordt de analyse steeds verder verfijnd. Dit leidt uiteindelijk tot een definitief advies dat dient als basis voor het opstellen van het eindrapport. Dit rapport bevat concrete aanbevelingen voor het verbeteren van de energieprestaties van het gebouw, evenals gedetailleerde scenario’s voor de implementatie van de voorgestelde maatregelen. ‘De derde fase is waar alle puzzelstukjes samenkomen,’ zegt Willems. ‘We zetten de laatste puntjes op de i en leveren een advies dat volledig is afgestemd op de specifieke behoeften en omstandigheden van de klant.’

Voordelen digital twins

Het gebruik van digital twins en energiesimulaties biedt volgens Willems de volgende voordelen die traditionele methoden niet kunnen evenaren:
1. Verhoogde nauwkeurigheid – De dynamische aard van een digital twin, die continu wordt bijgewerkt met data, zorgt voor zeer nauwkeurige simulaties. Hierdoor kunnen installateurs en beheerders precieze voorspellingen doen en spelen ze beter in op veranderingen in energiegebruik.
2. Kostenbesparingen – Door de mogelijkheid om verschillende scenario’s digitaal te simuleren, worden dure fysieke tests en aanpassingen vermeden. Dit leidt tot aanzienlijke besparingen, vooral bij grote of complexe gebouwen.
3. Duurzaamheidswinst – Energiesimulaties op basis van een digital twin maken het eenvoudiger om duurzame energieoplossingen te integreren en te optimaliseren. Bijvoorbeeld door het simuleren van de samenwerking tussen zonne-energie en energieopslag, wat leidt tot een efficiënter energiegebruik en een vermindering van de ecologische voetafdruk van het gebouw.
4. Preventief onderhoud – Een digital twin kan ook worden gebruikt om onderhoudsbehoeften te voorspellen voordat problemen zich voordoen. Dit voorkomt onverwachte storingen en verlengt de levensduur van de installaties.
5. Flexibiliteit en schaalbaarheid – Energiesimulaties zijn flexibel en kunnen worden aangepast aan veranderende omstandigheden of nieuwe technologieën. Dit maakt het mogelijk om mee te groeien met de behoeften van het gebouw en de verwachtingen van de gebruiker.

Nieuwe manier van beheren

Het toepassen van digital twins en energiesimulaties is voor Willems een game changer in de wereld van gebouwbeheer. ‘Deze technologie biedt niet alleen de mogelijkheid om energieprestaties nauwkeurig te simuleren en te optimaliseren, maar ook om kosten te besparen en de duurzaamheid van gebouwen te vergroten.’
Interessant is overigens dat digital twins niet alleen voor het simuleren en optimaliseren van het energiegebruik van gebouwen kan worden toegepast. Er bestaan inmiddels vele toepassingen, waarbij opmerkelijk genoeg erg vaak startups betrokken zijn (zie kader).
Jasper Willems vat het gebruik van energiesimulaties via digital twins treffend samen: ‘Met energiesimulaties zoals wij die nu hebben ontwikkeld, kunnen we gebouwen beheren op een manier die voorheen ondenkbaar was. Het stelt ons in staat om proactief, nauwkeurig en duurzaam te werken, en op basis van real-time data voorspellingen te doen over de toekomstige prestaties. Op die manier dragen we bij aan een toekomstbestendige gebouwde omgeving.’

Meer dan alleen energiemanagement

Digital twins, virtuele representaties van fysieke objecten of systemen, worden steeds vaker toegepast in tal van sectoren. Europese startups zijn volop bezig met het verkennen en implementeren van digital twins om echte uitdagingen aan te pakken, wat zorgt voor innovatie en efficiëntie in verschillende industrieën.

Kraansimulaties voor offshore – In de offshore wordt veel met simulaties en digital twins gewerkt, omdat ervaring op doen op zee kostbaar is. Daarom doen bedrijven liever virtueel ervaring op om vervolgens het echte werk te laten zien op zee. Batenburg JB Systems (Nederland) realiseert dit bijvoorbeeld met kraansimulaties voor grote offshore-bedrijven, zoals Ampelmann en Huisman.
Stedelijke planning en smart cities - Bedrijven zoals Nomagic (Polen) gebruiken digital twins om stedelijke infrastructuur te simuleren en beheren. Dit helpt steden bij het optimaliseren van verkeersstromen, het verbeteren van energie-efficiëntie en het beter plannen van nieuwe ontwikkelingen, terwijl de milieueffecten worden geminimaliseerd.
Productie en Industrie 4.0 - Startups zoals ecoRobotix (Zwitserland) adopteren digital twins om productieprocessen te verbeteren. Door de werking van machines of productielijnen te simuleren, worden potentiële storingen voorspeld en onderhoudsschema’s geoptimaliseerd, wat leidt tot verhoogde productiviteit en lagere operationele kosten.
Milieubewaking en duurzaamheid - Bedrijven zoals uWare Robotics (België) gebruiken digital twins om omgevingsomstandigheden in real-time te monitoren, zoals lucht- en waterkwaliteit, en om de impact van milieumaatregelen te voorspellen.
Energie en nutsvoorzieningen - In de energiesector maken startups zoals Touchlab (Verenigd Koninkrijk) gebruik van digital twins om de werking van energiecentrales, onderstations en energienetten te optimaliseren. Deze modellen maken het mogelijk om vraagfluctuaties te voorspellen en erop te reageren, hernieuwbare energiebronnen effectiever te integreren, en de stabiliteit van het netwerk te handhaven.
Transport en mobiliteit - Startups als Praedico (Nederland) en Starship Technologies (Estland) passen digital twins toe in de transportsector om railvervoer en verkeer te optimaliseren en logistieke operaties te stroomlijnen. Zo helpen digital twins van voertuigen of hele vervoersnetwerken om het brandstofverbruik te verminderen.

Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: iStock, Batenburg Techniek

Lees meer artikelen in het dossier Software