Wärmeenergieverbrauch von öffentlichen Gebäuden 2025

Dieser Datensatz enthält hochfrequente Zeitreihenmessungen des Wärmeenergieverbrauchs in öffentlichen Gebäuden, aufgezeichnet im Jahr 2025. Die Daten wurden über ein intelligentes Pumpensystem (<i>Smartpump</i>) erhoben, das über eine Modbus-Schnittstelle mit dem Gebäudeautomationssystem verbunden ist. Ziel des Datensatzes ist es, Transparenz in den thermischen Energieverbrauch zu bringen und datenbasierte Optimierungsmöglichkeiten zu erschließen.1. Energetische ReferenzlinieNach der Inbetriebnahme des Systems wird eine energetische Basislinie erstellt, um die Effizienz des zukünftigen Wärmeverbrauchs zu bewerten. Das Vorgehen umfasst:Aggregation der täglichen Wärmeverbrauchsdaten über die ersten <b>8–12 Wochen</b>Anwendung eines <b>linearen Regressionsmodells</b> zur Ermittlung des typischen VerbrauchsverhaltensNutzung der Regressionslinie als <b>Vergleichsmaßstab</b> für Effizienzanalyse, Anomalieerkennung und Wirksamkeitsbewertung von MaßnahmenDiese Referenz bildet die Grundlage für ein kontinuierliches Energiemonitoring.2. Erfassungstechnologie und MessfrequenzDie Datenerhebung erfolgt alle <b>30 Sekunden</b> mithilfe einer <i>Smartpump</i>, die kontinuierlich physikalische Parameter über eine Modbus-Schnittstelle überträgt. Dadurch ergibt sich ein hochaufgelöstes thermisches Lastprofil der Heizsysteme in den erfassten Gebäuden.3. Erfasste ParameterFolgende Messgrößen werden kontinuierlich aufgezeichnet:<b>Wärmeenergie (kWh)</b> – Kumulierte thermische Energie<b>Momentanleistung (kW)</b> – Aktuell erzeugte Wärmeleistung<b>Druck (bar)</b> – Systemdruck im Heizkreislauf<b>Volumenstrom (m³/h)</b> – Durchflussrate des Wärmeträgers<b>Vorlauf- und Rücklauftemperatur (°C)</b> – Temperaturdifferenz zur Leistungsermittlung<b>ΔT (K)</b> – Temperaturspreizung zur Leistungs- und Energieberechnung4. Grundlagen der Wärmeverteilung im GebäudeDie Heizung eines Gebäudes basiert auf der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Wärme, um den thermischen Komfort sicherzustellen. Die wesentlichen Prozesse sind:<b>Wärmeerzeugung:</b> Heizkessel, Wärmepumpen oder elektrische Systeme erzeugen thermische Energie, meist über die Verbrennung fossiler Brennstoffe oder elektrische Energieumwandlung.<b>Wärmeübertragung:</b> Die erzeugte Energie wird über Wärmetauscher oder direkte Erwärmung auf ein Medium (z. B. Wasser oder Luft) übertragen.<b>Verteilung:</b> In wasserbasierten Systemen erfolgt der Transport über ein Rohrnetz zu Heizkörpern oder Flächenheizungen; in luftbasierten Systemen über Kanäle.<b>Strahlung und Konvektion:</b> Die Wärme wird anschließend über Strahlung (z. B. von Heizkörpern) sowie durch Konvektionsströme im Raum verteilt.<b>Thermostatregelung:</b> Ein Regelsystem (z. B. Raumthermostat) überwacht die Innentemperatur und steuert die Wärmeerzeugung bedarfsgerecht.5. Berechnung der WärmeenergieDie Quantifizierung des Wärmeverbrauchs erfordert fundierte Kenntnisse über thermodynamische Prozesse sowie gebäudespezifische Eigenschaften:<b>Heizlastberechnung:</b> Bestimmung der erforderlichen Energiemenge zur Aufrechterhaltung des Raumklimas unter Berücksichtigung von Gebäudehülle, Außentemperatur, Nutzerverhalten und Isolierungsgrad.<b>Spezifische Wärmekapazität:</b> Physikalischer Wert, der angibt, wie viel Energie erforderlich ist, um ein bestimmtes Medium (z. B. Wasser) um 1 °C zu erwärmen. Für Wasser beträgt dieser Wert etwa 4,18 J/g·K.<b>Wärmeübertragungsgleichungen:</b> Je nach dominierendem Mechanismus (Leitung, Konvektion, Strahlung) kommen unterschiedliche thermodynamische Formeln zur Anwendung.<b>Wirkungsgrad des Heizsystems:</b> Maß für die energetische Effizienz; beeinflusst maßgeblich den realen Energiebedarf im Verhältnis zur erzeugten Wärme.

本数据集包含2025年记录的公共建筑热能消耗高频时间序列测量数据。数据通过智能泵系统（Smartpump）采集，该系统通过Modbus接口（Modbus）与楼宇自动化系统相连。本数据集旨在提升热能消耗透明度，挖掘基于数据的优化潜力。

1. 能量基准线
系统投用后，将建立能量基准线，用于评估未来热能消耗的效率。具体流程包括：
- 对前8–12周的每日热能消耗数据进行聚合
- 应用线性回归模型（linear regression model）确定典型消耗行为
- 将该回归直线作为效率分析、异常检测及措施有效性评估的对比基准。
该基准将为持续能源监控奠定基础。

2. 采集技术与测量频率
数据每30秒采集一次，通过智能泵持续通过Modbus接口传输物理参数，由此可得到采集建筑内供暖系统的高分辨率热负荷曲线。

3. 采集参数
持续记录以下测量变量：
- 热能（kWh）：累计热能
- 瞬时功率（kW）：当前生成的热功率
- 压力（bar）：供暖回路的系统压力
- 体积流量（m³/h）：热载体的流速
- 供回水温度（°C）：用于功率计算的温差参数
- ΔT（K）：用于功率与能量计算的温度差值

4. 建筑内热能分配基础
建筑供暖基于热能的产生、传输与分配，以保障室内热舒适。核心流程包括：
- 热能产生：锅炉、热泵或电气系统生成热能，通常通过化石燃料燃烧或电能转换实现。
- 热能传递：生成的能量通过热交换器或直接加热传递至介质（如水或空气）。
- 分配：在水基系统中，通过管网将热能输送至散热器或地面供暖装置；在气基系统中则通过风道输送。
- 辐射与对流：随后热能通过辐射（如散热器）及室内对流气流进行分布。
- 温控调节：调节系统（如房间温控器）监控室内温度，并按需控制热能产生。

5. 热能计算
热能消耗的量化需要掌握热力学过程及建筑特定属性的专业知识：
- 供暖负荷计算：确定维持室内气候所需的能量，需考虑建筑围护结构、室外温度、用户行为及隔热等级。
- 比热容：物理量，表示将特定介质（如水）加热1°C所需的能量。水的比热容约为4.18 J/g·K。
- 热传递方程：根据主导传热机制（传导、对流、辐射）采用不同的热力学公式。
- 供暖系统效率：衡量能源效率的指标，对实际能源需求与生成热能的比例具有决定性影响。