Hoogleraar Laure Itard zoekt naar remedies tegen energieverspilling en een haperend binnenklimaat in gebouwen. In het onlangs gestarte onderzoeksprogramma Brains 4 Buildings (B4B) is de hamvraag: hoe kunnen artificiële intelligentie (AI) en machine learning bijdragen aan verduurzaming en comfort. Het antwoord hierop wordt onder meer gezocht in living labs.

Laure Itard studeerde natuurkunde en energieleer in Frankrijk. In 1980 verhuisde ze naar Nederland. Ze promoveerde aan de TU Delft en werkte als postdoc op verschillende posities. Als adviseur deed ze zeven jaar ervaring op bij adviesbureau Deerns RI. Daarna combineerde ze werk aan de TU Delft voor het inmiddels opgeheven onderzoekinstituut voor de gebouwde omgeving, OTB, met een functie als lector Energie in de gebouwde Omgeving aan de Haagse Hogeschool, totdat ze in 2018 fulltime hoogleraar werd. Haar leerstoel, Building Energy Epidemiology, is gericht op modellering van het energiegedrag van grote groepen gebouwen en op diagnose en optimalisering van energiesystemen in gebouwen. ‘Het met sensoren en meters data verzamelen en het geautomatiseerd analyseren en leren van die data moet een hoge vlucht nemen. In betrekkelijk korte tijd moet het makkelijker en goedkoper worden om de prestaties van technische systemen doorlopend en diepgaand te monitoren. Continuous commissioning heet dat. De toepassing van dit soort AI-technieken op gebouwbeheersystemen staat echter nog in de kinderschoenen.’

Haar leerstoel is gericht op modellering van het energiegedrag van grote groepen gebouwen en op diagnose en optimalisering van energiesystemen in gebouwen.

Verspilde energie

Waarom is die toepassing belangrijk? Uit internationaal onderzoek blijkt dat 20 tot 30 procent van de energie in utiliteitsgebouwen verloren gaat doordat installaties en systemen voor verwarming, koeling, ventilatie en luchtbehandeling niet optimaal functioneren. Itard: ‘Om een indruk te geven. In Nederland gaat langs deze weg ongeveer net zo veel energie verloren als er duurzaam wordt gewonnen. Bovendien blijft de kwaliteit van het binnenmilieu onder de maat, wat de gezondheid van de mensen in een gebouw onnodig schaadt. Vandaar het initiatief voor een breed opgezet onderzoek naar een slimmere energiehuishouding en binnenmilieubeheersing in zulke gebouwen.’

In de grotere utiliteitsgebouwen worden systemen almaar complexer, waardoor de kans op fouten toeneemt. ‘Zonnepanelen, zonneboilers, warmte-koudeopslagsystemen en warmtepompen worden gecombineerd om de energiehuishouding van een gebouw zo duurzaam mogelijk te maken. Daar komen dan geautomatiseerde ventilatie, zonwering en luchtbehandeling bij.’ Oorzaken van fouten zijn legio. ‘Een kapotte sensor die soms maandenlang onopgemerkt blijft. Een verouderd onderdeel dat steeds iets minder goed functioneert. Wat ook gebeurt: een gebouwbeheerder krijgt klachten en stuurt er een monteur op af. Die sleutelt aan een oplossing ter plekke. Wanneer zulke ingrepen niet goed aansluiten op het systeem ontstaan al snel nieuwe problemen.’

Pieken en dalen

Itard en haar partners in het programmaconsortium denken dat meer intelligentie in een gebouw tot minder fouten leidt. Dus tot minder energieverspilling en tot een aangenamer, gezonder binnenklimaat. In Brains 4 Buildings betekent “intelligentie” verschillende dingen, legt ze uit. ‘Kunnen we fouten automatisch herkennen en ervoor zorgen dat deze door geautomatiseerd onderhoud worden hersteld? Met onze partners van TU Eindhoven doen wij op dit vlak vooruitstrevend onderzoek.’ Een ander doel van het programma: kan de interface van systemen en installaties met de facilitair managers én de gebruikers op de werkvloer slimmer? ‘Kun je de ventilatie zo afstemmen dat er voldoende frisse lucht door een ruimte stroomt en deze wordt ervaren zonder dat men het gevoel krijgt op de tocht te zitten?’ Volgens de hoogleraar draait B4B niet zozeer om het ontwikkelen van nieuwe hardware als wel om het optimaliseren van de bestaande gebouwbeheersystemen, bijvoorbeeld aan de hand van plug-ins en dashboards. ‘We willen de gebouwbeheersystemen beter kunnen tweaken.’

Een derde vorm van extra intelligentie betreft “energieflexibiliteit”. Volgens Itard vergt de toenemende elektrificatie van de energievoorziening een veel dynamischer beheer. ‘In welke verhoudingen zet je “eigen” geothermie en zonne-energie in en hoeveel elektriciteit haal je van het net? Hoe kun je pieken en dalen het beste opvangen?’ Het gebouw moet zich kunnen aanpassen aan het elektriciteitsnet en vice versa. ‘Ook de interface tussen het energiebedrijf en een gebouw verdient dus aandacht, zodat vraag en aanbod van stroom in balans kunnen worden gebracht.’ Daar komt bij dat verschillende systemen gepaard gaan met verschillende standaarden, wat een soepele wisselwerking in de weg zit. ‘De NEN, het Nederlandse instituut voor normalisatie, is niet voor niets betrokken. Hoe zorgen we ervoor dat systemen met elkaar kunnen communiceren zonder onderlinge concurrentie te belemmeren?’

Itard en haar partners denken dat meer intelligentie in een gebouw tot minder fouten leidt.

Proefgebouwen

Het programma is opgesteld door een divers en praktisch ingesteld onderzoeksconsortium. Naast de universiteiten in Delft en Eindhoven, TNO en verschillende hogescholen is het bedrijfsleven prominent vertegenwoordigd. Behalve energiebedrijven, adviesbureaus en brancheorganisaties is een flink aantal kleinere ondernemingen aangehaakt die zich toeleggen op systeemontwikkeling en sensoring. Ook de installatiesector is goed vertegenwoordigd. ‘We willen dingen bedenken die ertoe doen en daarvoor hebben we elkaar hard nodig,’ stelt Itard.

Bedrijven die willen innoveren kunnen niet zomaar bij hun klanten gaan experimenteren. Mede daarom is het onderzoek in verschillende “living labs”, waaronder enkele gebouwen op de campus van TU Delft, zo belangrijk. ‘Het is niet zo dat we gebouwen volhangen met sensoren. Die zijn er namelijk al. Wel pluggen we in het beheerssysteem in om te kunnen identificeren waar het fout gaat en om te kunnen sturen.’ Alle data uit de gebouwbeheersystemen in de proefgebouwen worden ontsloten via een kennisplatform. Dit komt tot stand onder de hoede van The Green Village, de proeftuin voor een duurzaam gebouwde omgeving op de Delftse campus. ‘Het gaat om open data die alle partijen kunnen gebruiken. Bedrijven zullen bijvoorbeeld toewerken naar applicaties die op termijn wellicht in de markt kunnen worden gezet.’ Met het oog op de doorstroming van nieuwe kennis en inzichten naar installateurs, gebouwbeheerders en andere betrokken beroepsgroepen organiseert The Green Village ook masterclasses, workshops en andere vormen van (bij)scholing.

We willen de gebouwbeheersystemen beter kunnen tweaken.

Door één deur

De brede benadering van het programma vindt Itard nog best spannend. De scope van het onderzoek omvat wiskunde, kunstmatige intelligentie, machine learning, elektrotechniek, installatietechniek, systeemarchitectuur en gedragswetenschap. Wetenschappers en praktijkmensen moeten met elkaar door één deur. ‘Weet iedereen elkaar te vinden?’ Ook hoopt ze dat de living labs goed gaan werken. ‘Hebben de gebouwbeheerders genoeg tijd om het onderzoek verder te helpen? Voor hen is dit geen dagelijkse kost.’ Over pakweg drie jaar zou duidelijk moeten zijn hoe diagnosesystemen tot stand komen waarmee kan worden bepaald waar iets fout gaat. ‘Of hoe bijvoorbeeld een goede balans tussen warmte- en koudeopslag wordt bereikt.’ Gebruikers van de living labs zouden vooral moeten gaan merken dat het gemiddeld comfort toeneemt. ‘Tegen die tijd zien wellicht ook de eerste prototypes van nieuwe applicaties het licht.’

/* */