Bygg tar 40 prosent av energiforbruket i Norge. Er en digital tvilling løsningen for å spare?

Denne artikkelen er produsert og finansiert av OsloMet – storbyuniversitetet - les mer.

Høyblokken i Regjeringskvartalet hadde ikke fulgt olje-og energiministerens oppfordring om å spare på strømmen. (Foto: Kim Nygård / NTB)

Simulering av forbruket kan gjøre det mulig å spare mye mer energi.

Den digitale tvillingen skal kunne simulere energiforbruket i bygget under forskjellige forhold. Dette kan hjelpe til med å identifisere hvor vi kan redusere energibruken.

– Det vi gjør med en digital tvilling, er å lage en digital kopi av det fysiske objektet med alle detaljer om bygningen, som kobles sammen med data fra driften av bygget, sier OsloMet-forsker Haidar Hosamo.

Bruk av digitale bygningstvillinger har bare så vidt kommet i gang, men mye kan skje på kort tid, siden de mulige gevinstene er så store.

Haidar Hosamo tar tak i dette og vil utvikle et system som tar teknologien noen skritt videre.

Fra papirtegninger til digitale tvillinger

Hosamo forteller om den lange prosessen som har ført oss fram til digitale tvillinger.

– Alt startet med todimensjonale bygningstegninger, som ikke hadde informasjon om den faktiske tilstanden til bygget, og som driftspersonell gjerne ikke hadde tilgang til.

– Neste steg var tredimensjonale tegninger, som gjorde det mulig å se hvordan bygget ville se ut i virkeligheten etter å ha blitt bygget. Men disse har heller ingen informasjon om tilstanden til bygget etter at det er ferdig, sier han.

Deretter kunne ingeniørene integrere mer informasjon inn i 3D-tegningen. Dette kalles en 3D-modell, eller en bygnings- og informasjonsmodell.

Ut av dette kan alle få tilgang til informasjon om materialer og systemer, for eksempel ventilasjonssystem og kostnader. Det blir gjerne kalt en BIM-modell.

– Men hvis du sjekker BIM-modellen mot den ekte bygningen, så finner du at de ofte er ulike. Det skjer fordi det er gjort endringer i bygget eller fordi ting fungerer annerledes enn forutsatt, forklarer han.

3D-modellen kobles med den ekte bygningen

Så kom ideen om digitale tvillinger. Nemlig å koble 3D-modellen hele tiden med den ekte bygningen.

Dataene hentes fra sensorer for temperatur, fuktighet, lufthastighet, bevegelse av folk i bygningen og annet. 

Dette blir koblet til kunstig intelligens som kan finne mønstre og problemstillinger. Teknologien kan være til hjelp for energisparing, vedlikehold og komfort for de som oppholder seg i bygningen.

Systemet kan handle om beslutninger eller automatisk styring. Alt i alt kan det gi mer miljøvennlig drift.

Utfordringer i kø

En digital tvilling kan gi store gevinster. For at slike systemer skal bli gode nok, må disse utfordringene løses:

• Datahåndtering: Digitale tvillinger genererer og bruker enorme mengder data. Å samle, lagre, analysere og sikre disse dataene på en effektiv og sikker måte er en stor utfordring.
• Strømforbruk: Selv om digitale tvillinger kan bidra til å spare strøm, bruker også slike systemer strøm. Å ha svært mange sensorer kan gi høyt strømforbruk i seg selv. Bare det å måle strømforbruket deres er vanskelig. Utfordringen ligger da i å utvikle sensorer som bruker mindre strøm, og hvor strømforbruket kan måles.
• Integrasjon med eksisterende systemer: For at en digital tvilling skal være effektiv, må den kunne integreres med en rekke andre systemer, som bygningsadministrasjonssystemer, energistyringssystemer og mer. Dette kan være komplekst og tidkrevende.
• Kostnader: Utvikling og implementering av digitale tvillinger kan være kostbart. Dette kan være en barriere for mindre bygg eller bygg med begrensede budsjetter. Det kan imidlertid tenkes at det blir billigere etter hvert.
• Teknisk ekspertise: Bruk av digitale tvillinger krever betydelig teknisk ekspertise. Det kan være mangel på kvalifisert personell som kan utvikle og vedlikeholde digitale tvillinger. Det kan imidlertid tenkes at systemene blir enklere å bruke etter hvert.

– Potensialet er stort om utfordringene løses. Det liten tvil om at dette kan være framtiden, mener Hosamo.

Haidar Hosamo mener digitale tvillinger kan gi både mer energieffektive og mer komfortable bygninger og attpåtil skape nye jobber i byggebransjen. (Foto: Olav-Johan Øye)

Kutt i energibruk med 35 prosent

Med støtte fra Forskningsrådet har Hosamo engasjert seg i problemstillingen.

Han ønsker å utvikle en digital tvilling for bygningsvedlikehold og -forvaltning som effektivt kan håndtere et variert sett med data. Dataene hentes fra «tingenes internett». Dette er sensorer i enheter som brukes i anlegg for oppvarming, ventilasjon og til å regulere inneklima.

Haidar Hosamo har prøvd ut digitale tvillinger i arbeidet med doktorgraden sin. Han testet systemet i et helsebygg og en videregående skole.

I ett av byggene kunne energibruken reduseres med 35 prosent ved hjelp av maskinlæring. Han brukte også maskinlæring for å forutse hva som kom til å skje i ventilasjonssystemet i løpet av de neste månedene.

Systemet kan gi økt komfort for beboerne

Nå ønsker han å utvikle en mer avansert digital tvilling for alle typer bygninger.  En del av arbeidet består av å forbedre data slik at de egner seg for maskinlæring.

Haidar Hosamo ser disse fordelene for energibruk i bygg:

1. Bedre energieffektivitet: Ved å forbedre energieffektiviteten til bygninger kan løsningen redusere karbonfotavtrykket til byggeindustrien. Slik kan systemet bidra til mindre klimaendringer.

2. Bedre beboerkomfort: Ved å inkludere tilbakemeldinger og tilfredshetsnivåer fra beboere i bygningen kan systemet øke komforten, helsen og velværet til beboerne.

3. Jobbskaping: Utvikling og implementering av løsningen kan skape arbeidsplasser i byggebransjen, også innen programvareutvikling, dataanalyser og bygningsforvaltning.