Klimasystem - Versionsgeschichte

Ken Hilz: /* Berechnung der benötigten elektrischen Leistung der Wärmepumpe */

2024-07-31T11:01:06Z

Berechnung der benötigten elektrischen Leistung der Wärmepumpe

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 11:01 Uhr
Zeile 140:		Zeile 140:
	<math>\text{W} = \frac{\text{Q}}{\text{COP}}</math> <br>		<math>\text{W} = \frac{\text{Q}}{\text{COP}}</math> <br>
	Auf die berechnete elektrische Leistung wird ein fixer Wert von 500 Watt addiert, der für die benötigte Leistung der Umwälzpumpe steht. Die elektrische Leistung wird am Ende von Watt in Kilowatt umgerechnet und über einen Schalter ausgegeben. Dieser Schalter wechselt von der Komponente Flächenheizung zu der Komponente Warmwasserspeicher, sobald der Warmwasserspeicher beginnt aufzuheizen.		Auf die berechnete elektrische Leistung wird ein fixer Wert von 500 Watt addiert, der für die benötigte Leistung der Umwälzpumpe steht. Die elektrische Leistung wird am Ende von Watt in Kilowatt umgerechnet und über einen Schalter ausgegeben. Dieser Schalter wechselt von der Komponente Flächenheizung zu der Komponente Warmwasserspeicher, sobald der Warmwasserspeicher beginnt aufzuheizen.
	Als Ausgabe wird die benötigte elektrische Leistung in Kilowatt ausgegeben.		Als Ausgabe wird die benötigte elektrische Leistung in Kilowatt an die Gruppe [[Energiemanagement\|EMT]] ausgegeben.

	<br clear = all>		<br clear = all>

Ken Hilz: /* Komponente Warmwasserspeicher */

2024-07-31T11:00:09Z

Komponente Warmwasserspeicher

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 11:00 Uhr
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	=== Komponente Warmwasserspeicher ===		=== Komponente Warmwasserspeicher ===
	Die zweite Komponente des Klimassystems stellt der Warmwasserspeicher dar. <br>		Die zweite Komponente des Klimassystems stellt der Warmwasserspeicher dar. <br>
	Innerhalb der Komponente werden der Wärmetauscher, der Verbrauch als Volumenstrom und schlussendlich die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Sämtliche Formeln für die Berechnung des Warmwasserspeichers sind im Kapitel [[#Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers\| „Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers“]] beschrieben. Der Wärmetauscher wird benötigt, um den Warmwasserspeicher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die maximale Temperatur ist mit 60 °C festgelegt. Die Heizleistung wird berechnet, indem die Oberfläche des Wärmetauschers mit der Vorlauftemperatur und dem Wärmedurchgangskoeffizienten multipliziert wird. Die Leistung wird anschließend in einen Additionsblock geführt, in den zusätzlich die Warmwasserleistung der Gruppe [[Solarenergiegewinnung\|SOL]] als positiver Wärmezufluss, der Warmwasserverbrauch als negativer Abfluss und eine negative Verlustleistung eingehen. Der eingehende Warmwasserverbrauch wird von der Gruppe HPU bereitgestellt. Dieser muss zuvor in eine Heizleistung umgerechnet werden und wird dafür mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers und der Temperaturdifferenz des neu zufließenden Wassers multipliziert. Die Verlustleistung des Warmwasserspeichers wird über einen 1D-Lookup Table bestimmt. In diesem sind verschiedene Speichergrößen mit unterschiedlichen Verlustleistungen in Watt hinterlegt. Über die in der Parameterdatei definierten Größen des Speichers erfolgt somit die Bestimmung der Verlustleistung. Die Leistungen werden verrechnet und als ein Signal ausgegeben. Mithilfe dieser Ausgabe wird die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Dafür wird die Heizleistung durch das Produkt aus der Wärmekapazität des Wassers und dem Inhalt des Warmwasserspeichers geteilt. Das Ergebnis der Berechnung wird in einen Integrator-Block geführt. Der Anfangswert ist dabei über den Parameter PAR_KLS_WW_Temperatur definiert, welcher in der Parameterdatei hinterlegt ist und mit 60 °C festgelegt wurde. Das daraus resultierende Signal ist die berechnete Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers. Diese Temperatur wird nun über ein Stateflow-Chart zurückgeführt. Sobald die Temperatur unter 45 °C fällt, wird durch den Stateflow-Chart die festgelegte Vorlauftemperatur von 70 °C ausgegeben, bis der Warmwasserspeicher seine Soll-Temperatur von 60 °C wieder erreicht hat. <br>		Innerhalb der Komponente werden der Wärmetauscher, der Verbrauch als Volumenstrom und schlussendlich die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Sämtliche Formeln für die Berechnung des Warmwasserspeichers sind im Kapitel [[#Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers\| „Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers“]] beschrieben. Der Wärmetauscher wird benötigt, um den Warmwasserspeicher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die maximale Temperatur ist mit 60 °C festgelegt. Die Heizleistung wird berechnet, indem die Oberfläche des Wärmetauschers mit der Vorlauftemperatur und dem Wärmedurchgangskoeffizienten multipliziert wird. Die Leistung wird anschließend in einen Additionsblock geführt, in den zusätzlich die Warmwasserleistung der Gruppe [[Solarenergiegewinnung\|SOL]] als positiver Wärmezufluss, der Warmwasserverbrauch als negativer Abfluss und eine negative Verlustleistung eingehen. Der eingehende Warmwasserverbrauch wird von der Gruppe [[Haus Parameter Umwelt\|HPU]] bereitgestellt. Dieser muss zuvor in eine Heizleistung umgerechnet werden und wird dafür mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers und der Temperaturdifferenz des neu zufließenden Wassers multipliziert. Die Verlustleistung des Warmwasserspeichers wird über einen 1D-Lookup Table bestimmt. In diesem sind verschiedene Speichergrößen mit unterschiedlichen Verlustleistungen in Watt hinterlegt. Über die in der Parameterdatei definierten Größen des Speichers erfolgt somit die Bestimmung der Verlustleistung. Die Leistungen werden verrechnet und als ein Signal ausgegeben. Mithilfe dieser Ausgabe wird die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Dafür wird die Heizleistung durch das Produkt aus der Wärmekapazität des Wassers und dem Inhalt des Warmwasserspeichers geteilt. Das Ergebnis der Berechnung wird in einen Integrator-Block geführt. Der Anfangswert ist dabei über den Parameter PAR_KLS_WW_Temperatur definiert, welcher in der Parameterdatei hinterlegt ist und mit 60 °C festgelegt wurde. Das daraus resultierende Signal ist die berechnete Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers. Diese Temperatur wird nun über ein Stateflow-Chart zurückgeführt. Sobald die Temperatur unter 45 °C fällt, wird durch den Stateflow-Chart die festgelegte Vorlauftemperatur von 70 °C ausgegeben, bis der Warmwasserspeicher seine Soll-Temperatur von 60 °C wieder erreicht hat. <br>
	Die Komponente Warmwasserspeicher hat vier Ausgänge. Die Vorlauftemperatur (KLS_WW_TVorlauf), welche auch für den Switch in der Wärmepumpe verwendet wird, die Heizleistung (KLS_WW_Heizleistung) und die Ist-Temperatur des Speichers (KLS_WW_IstTemperatur). Bis auf das zuletzt beschrieben Ausgangssignal gehen alle anderen in die Komponenten Wärmepumpe mit ein. In der Abbildung 11 ist der Aufbau der Komponente Warmwasserspeicher dargestellt. <br>		Die Komponente Warmwasserspeicher hat vier Ausgänge. Die Vorlauftemperatur (KLS_WW_TVorlauf), welche auch für den Switch in der Wärmepumpe verwendet wird, die Heizleistung (KLS_WW_Heizleistung) und die Ist-Temperatur des Speichers (KLS_WW_IstTemperatur). Bis auf das zuletzt beschrieben Ausgangssignal gehen alle anderen in die Komponenten Wärmepumpe mit ein. In der Abbildung 11 ist der Aufbau der Komponente Warmwasserspeicher dargestellt. <br>
	[[Datei:Warmwasserspeicher KLS.jpg\|center\|thumb\|1200px\|Abb. 11: Komponente Warmwasserspeicher <ref>Eigene Darstellung</ref>]]		[[Datei:Warmwasserspeicher KLS.jpg\|center\|thumb\|1200px\|Abb. 11: Komponente Warmwasserspeicher <ref>Eigene Darstellung</ref>]]

Ken Hilz: /* Komponente Warmwasserspeicher */

2024-07-31T10:59:37Z

Komponente Warmwasserspeicher

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:59 Uhr
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	=== Komponente Warmwasserspeicher ===		=== Komponente Warmwasserspeicher ===
	Die zweite Komponente des Klimassystems stellt der Warmwasserspeicher dar. <br>		Die zweite Komponente des Klimassystems stellt der Warmwasserspeicher dar. <br>
	Innerhalb der Komponente werden der Wärmetauscher, der Verbrauch als Volumenstrom und schlussendlich die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Sämtliche Formeln für die Berechnung des Warmwasserspeichers sind im Kapitel [[#Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers\| „Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers“]] beschrieben. Der Wärmetauscher wird benötigt, um den Warmwasserspeicher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die maximale Temperatur ist mit 60 °C festgelegt. Die Heizleistung wird berechnet, indem die Oberfläche des Wärmetauschers mit der Vorlauftemperatur und dem Wärmedurchgangskoeffizienten multipliziert wird. Die Leistung wird anschließend in einen Additionsblock geführt, in den zusätzlich die Warmwasserleistung der Gruppe SOL als positiver Wärmezufluss, der Warmwasserverbrauch als negativer Abfluss und eine negative Verlustleistung eingehen. Der eingehende Warmwasserverbrauch wird von der Gruppe HPU bereitgestellt. Dieser muss zuvor in eine Heizleistung umgerechnet werden und wird dafür mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers und der Temperaturdifferenz des neu zufließenden Wassers multipliziert. Die Verlustleistung des Warmwasserspeichers wird über einen 1D-Lookup Table bestimmt. In diesem sind verschiedene Speichergrößen mit unterschiedlichen Verlustleistungen in Watt hinterlegt. Über die in der Parameterdatei definierten Größen des Speichers erfolgt somit die Bestimmung der Verlustleistung. Die Leistungen werden verrechnet und als ein Signal ausgegeben. Mithilfe dieser Ausgabe wird die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Dafür wird die Heizleistung durch das Produkt aus der Wärmekapazität des Wassers und dem Inhalt des Warmwasserspeichers geteilt. Das Ergebnis der Berechnung wird in einen Integrator-Block geführt. Der Anfangswert ist dabei über den Parameter PAR_KLS_WW_Temperatur definiert, welcher in der Parameterdatei hinterlegt ist und mit 60 °C festgelegt wurde. Das daraus resultierende Signal ist die berechnete Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers. Diese Temperatur wird nun über ein Stateflow-Chart zurückgeführt. Sobald die Temperatur unter 45 °C fällt, wird durch den Stateflow-Chart die festgelegte Vorlauftemperatur von 70 °C ausgegeben, bis der Warmwasserspeicher seine Soll-Temperatur von 60 °C wieder erreicht hat. <br>		Innerhalb der Komponente werden der Wärmetauscher, der Verbrauch als Volumenstrom und schlussendlich die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Sämtliche Formeln für die Berechnung des Warmwasserspeichers sind im Kapitel [[#Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers\| „Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers“]] beschrieben. Der Wärmetauscher wird benötigt, um den Warmwasserspeicher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die maximale Temperatur ist mit 60 °C festgelegt. Die Heizleistung wird berechnet, indem die Oberfläche des Wärmetauschers mit der Vorlauftemperatur und dem Wärmedurchgangskoeffizienten multipliziert wird. Die Leistung wird anschließend in einen Additionsblock geführt, in den zusätzlich die Warmwasserleistung der Gruppe [[Solarenergiegewinnung\|SOL]] als positiver Wärmezufluss, der Warmwasserverbrauch als negativer Abfluss und eine negative Verlustleistung eingehen. Der eingehende Warmwasserverbrauch wird von der Gruppe HPU bereitgestellt. Dieser muss zuvor in eine Heizleistung umgerechnet werden und wird dafür mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers und der Temperaturdifferenz des neu zufließenden Wassers multipliziert. Die Verlustleistung des Warmwasserspeichers wird über einen 1D-Lookup Table bestimmt. In diesem sind verschiedene Speichergrößen mit unterschiedlichen Verlustleistungen in Watt hinterlegt. Über die in der Parameterdatei definierten Größen des Speichers erfolgt somit die Bestimmung der Verlustleistung. Die Leistungen werden verrechnet und als ein Signal ausgegeben. Mithilfe dieser Ausgabe wird die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Dafür wird die Heizleistung durch das Produkt aus der Wärmekapazität des Wassers und dem Inhalt des Warmwasserspeichers geteilt. Das Ergebnis der Berechnung wird in einen Integrator-Block geführt. Der Anfangswert ist dabei über den Parameter PAR_KLS_WW_Temperatur definiert, welcher in der Parameterdatei hinterlegt ist und mit 60 °C festgelegt wurde. Das daraus resultierende Signal ist die berechnete Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers. Diese Temperatur wird nun über ein Stateflow-Chart zurückgeführt. Sobald die Temperatur unter 45 °C fällt, wird durch den Stateflow-Chart die festgelegte Vorlauftemperatur von 70 °C ausgegeben, bis der Warmwasserspeicher seine Soll-Temperatur von 60 °C wieder erreicht hat. <br>
	Die Komponente Warmwasserspeicher hat vier Ausgänge. Die Vorlauftemperatur (KLS_WW_TVorlauf), welche auch für den Switch in der Wärmepumpe verwendet wird, die Heizleistung (KLS_WW_Heizleistung) und die Ist-Temperatur des Speichers (KLS_WW_IstTemperatur). Bis auf das zuletzt beschrieben Ausgangssignal gehen alle anderen in die Komponenten Wärmepumpe mit ein. In der Abbildung 11 ist der Aufbau der Komponente Warmwasserspeicher dargestellt. <br>		Die Komponente Warmwasserspeicher hat vier Ausgänge. Die Vorlauftemperatur (KLS_WW_TVorlauf), welche auch für den Switch in der Wärmepumpe verwendet wird, die Heizleistung (KLS_WW_Heizleistung) und die Ist-Temperatur des Speichers (KLS_WW_IstTemperatur). Bis auf das zuletzt beschrieben Ausgangssignal gehen alle anderen in die Komponenten Wärmepumpe mit ein. In der Abbildung 11 ist der Aufbau der Komponente Warmwasserspeicher dargestellt. <br>
	[[Datei:Warmwasserspeicher KLS.jpg\|center\|thumb\|1200px\|Abb. 11: Komponente Warmwasserspeicher <ref>Eigene Darstellung</ref>]]		[[Datei:Warmwasserspeicher KLS.jpg\|center\|thumb\|1200px\|Abb. 11: Komponente Warmwasserspeicher <ref>Eigene Darstellung</ref>]]

Ken Hilz: /* Berechnung der bereitgestellten Heiz-/Kühlleistung der Flächenheizung */

2024-07-31T10:58:23Z

Berechnung der bereitgestellten Heiz-/Kühlleistung der Flächenheizung

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:58 Uhr
Zeile 65:		Zeile 65:
	Die Formel zur Berechnung der Heizleistung lautet wie folgt:		Die Formel zur Berechnung der Heizleistung lautet wie folgt:
	<math>\text{Überschlägige Heizleistung des Heizgerätes} = {\text{Zu beheizende Fläche in Quadratmeter}}\cdot{\text{Heizlast in Watt pro Quadratmeter}}</math> <br>		<math>\text{Überschlägige Heizleistung des Heizgerätes} = {\text{Zu beheizende Fläche in Quadratmeter}}\cdot{\text{Heizlast in Watt pro Quadratmeter}}</math> <br>
	Die berechnete bereitstellbare Heizleistung wird zur weiteren Berechnung an die Gruppe [[#Regelstrecke\|RSH]] ausgegeben.<br>		Die berechnete bereitstellbare Heizleistung wird zur weiteren Berechnung an die Gruppe [[Regelstrecke\|RSH]] ausgegeben.<br>
	Die Heizleistung der Flächenheizung wird danach mit der Vorlauftemperatur multipliziert, wodurch sich die bereitgestellte Heiz-/Kühlleistung ergibt, welche schlussendlich ausgegeben wird.		Die Heizleistung der Flächenheizung wird danach mit der Vorlauftemperatur multipliziert, wodurch sich die bereitgestellte Heiz-/Kühlleistung ergibt, welche schlussendlich ausgegeben wird.
	<br clear = all>		<br clear = all>

Ken Hilz: /* Berechnung der bereitgestellten Heiz-/Kühlleistung der Flächenheizung */

2024-07-31T10:57:11Z

Berechnung der bereitgestellten Heiz-/Kühlleistung der Flächenheizung

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:57 Uhr
Zeile 65:		Zeile 65:
	Die Formel zur Berechnung der Heizleistung lautet wie folgt:		Die Formel zur Berechnung der Heizleistung lautet wie folgt:
	<math>\text{Überschlägige Heizleistung des Heizgerätes} = {\text{Zu beheizende Fläche in Quadratmeter}}\cdot{\text{Heizlast in Watt pro Quadratmeter}}</math> <br>		<math>\text{Überschlägige Heizleistung des Heizgerätes} = {\text{Zu beheizende Fläche in Quadratmeter}}\cdot{\text{Heizlast in Watt pro Quadratmeter}}</math> <br>
	Die berechnete bereitstellbare Heizleistung wird zur weiteren Berechnung an die Gruppe RSH ausgegeben.<br>		Die berechnete bereitstellbare Heizleistung wird zur weiteren Berechnung an die Gruppe [[#Regelstrecke\|RSH]] ausgegeben.<br>
	Die Heizleistung der Flächenheizung wird danach mit der Vorlauftemperatur multipliziert, wodurch sich die bereitgestellte Heiz-/Kühlleistung ergibt, welche schlussendlich ausgegeben wird.		Die Heizleistung der Flächenheizung wird danach mit der Vorlauftemperatur multipliziert, wodurch sich die bereitgestellte Heiz-/Kühlleistung ergibt, welche schlussendlich ausgegeben wird.
	<br clear = all>		<br clear = all>

Ken Hilz: /* Ergebnis */

2024-07-31T10:56:13Z

Ergebnis

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:56 Uhr
Zeile 194:		Zeile 194:

	'''Wärmepumpe'''<br>		'''Wärmepumpe'''<br>
	Die COP-Werte der Wärmepumpe werden über die Zeit dargestellt, um visuell zu verdeutlichen, wie die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe von den Außen-/Sole-Temperaturen und den gewünschten Vorlauftemperaturen beeinflusst wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass der COP-Wert des Warmwasserspeichers (blau dargestellt) höher liegt als der der Flächenheizung. Dies ist auf die höhere Vorlauftemperatur des Warmwasserspeichers von 70 °C zurückzuführen. Während der Wintermonate ist die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe geringer und somit auch der COP-Wert, wodurch im Winter eine erhöhter Strombedarf entsteht.<br>		Die COP-Werte der Wärmepumpe werden über die Zeit dargestellt, um visuell zu verdeutlichen, wie die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe von den Außen-/Sole-Temperaturen und den gewünschten Vorlauftemperaturen beeinflusst wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass der COP-Wert des Warmwasserspeichers (blau dargestellt) höher liegt als der der Flächenheizung. Dies ist auf die höhere Vorlauftemperatur des Warmwasserspeichers von 70 °C zurückzuführen. Während der Wintermonate ist die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe geringer und somit auch der COP-Wert, wodurch im Winter eine erhöhter Strombedarf entsteht.<br>

	'''Ergebnisdarstellung der Luft-Wasser-Wärmepumpe'''<br>		'''Ergebnisdarstellung der Luft-Wasser-Wärmepumpe'''<br>
Zeile 209:		Zeile 209:
	===Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers===		===Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers===

	Die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers wird ebenfalls über die Zeit hinweg dargestellt. Hierbei zeigt sich, dass das gewünschte Temperaturintervall von 45 °C bis 60 °C gut eingehalten wird. Sobald die Temperatur des Warmwasserspeichers 45 °C erreicht, startet das Aufheizen des Speichers. Zu keiner Zeit sinkt die Temperatur unter 45 °C, jedoch gibt es einige wenige Ausschläge über 60 °C. Diese Überschreitungen der gewünschten maximalen Temperatur sind auf die Zuführung der solaren Wärmeleistung der Gruppe SOL zurückzuführen, die zusätzliches Warmwasser in den Speicher führt und somit einen Temperaturanstieg verursacht.<br>		Die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers wird ebenfalls über die Zeit hinweg dargestellt. Hierbei zeigt sich, dass das gewünschte Temperaturintervall von 45 °C bis 60 °C gut eingehalten wird. Sobald die Temperatur des Warmwasserspeichers 45 °C erreicht, startet das Aufheizen des Speichers. Zu keiner Zeit sinkt die Temperatur unter 45 °C, jedoch gibt es einige wenige Ausschläge über 60 °C. Diese Überschreitungen der gewünschten maximalen Temperatur sind auf die Zuführung der solaren Wärmeleistung der Gruppe SOL zurückzuführen, die zusätzliches Warmwasser in den Speicher führt und somit einen Temperaturanstieg verursacht.<br>
	[[Datei:Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers.jpg\|left\|mini\|600px\|Abb. 17 : Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers <ref>Eigene Darstellung</ref>]]		[[Datei:Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers.jpg\|left\|mini\|600px\|Abb. 17 : Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers <ref>Eigene Darstellung</ref>]]
	<br clear = all>		<br clear = all>

Ken Hilz: /* Komponente Warmwasserspeicher */

2024-07-31T10:54:27Z

Komponente Warmwasserspeicher

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:54 Uhr
Zeile 166:		Zeile 166:
	=== Komponente Warmwasserspeicher ===		=== Komponente Warmwasserspeicher ===
	Die zweite Komponente des Klimassystems stellt der Warmwasserspeicher dar. <br>		Die zweite Komponente des Klimassystems stellt der Warmwasserspeicher dar. <br>
	Innerhalb der Komponente werden der Wärmetauscher, der Verbrauch als Volumenstrom und schlussendlich die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Sämtliche Formeln für die Berechnung des Warmwasserspeichers sind im Kapitel [[#Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers\| „Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers“]] beschrieben. Der Wärmetauscher wird benötigt, um den Warmwasserspeicher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die maximale Temperatur ist mit ~~60°C~~ festgelegt. Die Heizleistung wird berechnet, indem die Oberfläche des Wärmetauschers mit der Vorlauftemperatur und dem Wärmedurchgangskoeffizienten multipliziert wird. Die Leistung wird anschließend in einen Additionsblock geführt, in den zusätzlich die Warmwasserleistung der Gruppe SOL als positiver Wärmezufluss, der Warmwasserverbrauch als negativer Abfluss und eine negative Verlustleistung eingehen. Der eingehende Warmwasserverbrauch wird von der Gruppe HPU bereitgestellt. Dieser muss zuvor in eine Heizleistung umgerechnet werden und wird dafür mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers und der Temperaturdifferenz des neu zufließenden Wassers multipliziert. Die Verlustleistung des Warmwasserspeichers wird über einen 1D-Lookup Table bestimmt. In diesem sind verschiedene Speichergrößen mit unterschiedlichen Verlustleistungen in Watt hinterlegt. Über die in der Parameterdatei definierten Größen des Speichers erfolgt somit die Bestimmung der Verlustleistung. Die Leistungen werden verrechnet und als ein Signal ausgegeben. Mithilfe dieser Ausgabe wird die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Dafür wird die Heizleistung durch das Produkt aus der Wärmekapazität des Wassers und dem Inhalt des Warmwasserspeichers geteilt. Das Ergebnis der Berechnung wird in einen Integrator-Block geführt. Der Anfangswert ist dabei über den Parameter PAR_KLS_WW_Temperatur definiert, welcher in der Parameterdatei hinterlegt ist und mit ~~60°C~~ festgelegt wurde. Das daraus resultierende Signal ist die berechnete Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers. Diese Temperatur wird nun über ein Stateflow-Chart zurückgeführt. Sobald die Temperatur unter ~~45°C~~ fällt, wird durch den Stateflow-Chart die festgelegte Vorlauftemperatur von ~~70°C~~ ausgegeben, bis der Warmwasserspeicher seine Soll-Temperatur von ~~60°C~~ wieder erreicht hat. <br>		Innerhalb der Komponente werden der Wärmetauscher, der Verbrauch als Volumenstrom und schlussendlich die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Sämtliche Formeln für die Berechnung des Warmwasserspeichers sind im Kapitel [[#Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers\| „Berechnung der Temperatur des Warmwasserspeichers“]] beschrieben. Der Wärmetauscher wird benötigt, um den Warmwasserspeicher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die maximale Temperatur ist mit 60 °C festgelegt. Die Heizleistung wird berechnet, indem die Oberfläche des Wärmetauschers mit der Vorlauftemperatur und dem Wärmedurchgangskoeffizienten multipliziert wird. Die Leistung wird anschließend in einen Additionsblock geführt, in den zusätzlich die Warmwasserleistung der Gruppe SOL als positiver Wärmezufluss, der Warmwasserverbrauch als negativer Abfluss und eine negative Verlustleistung eingehen. Der eingehende Warmwasserverbrauch wird von der Gruppe HPU bereitgestellt. Dieser muss zuvor in eine Heizleistung umgerechnet werden und wird dafür mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers und der Temperaturdifferenz des neu zufließenden Wassers multipliziert. Die Verlustleistung des Warmwasserspeichers wird über einen 1D-Lookup Table bestimmt. In diesem sind verschiedene Speichergrößen mit unterschiedlichen Verlustleistungen in Watt hinterlegt. Über die in der Parameterdatei definierten Größen des Speichers erfolgt somit die Bestimmung der Verlustleistung. Die Leistungen werden verrechnet und als ein Signal ausgegeben. Mithilfe dieser Ausgabe wird die Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers berechnet. Dafür wird die Heizleistung durch das Produkt aus der Wärmekapazität des Wassers und dem Inhalt des Warmwasserspeichers geteilt. Das Ergebnis der Berechnung wird in einen Integrator-Block geführt. Der Anfangswert ist dabei über den Parameter PAR_KLS_WW_Temperatur definiert, welcher in der Parameterdatei hinterlegt ist und mit 60 °C festgelegt wurde. Das daraus resultierende Signal ist die berechnete Ist-Temperatur des Warmwasserspeichers. Diese Temperatur wird nun über ein Stateflow-Chart zurückgeführt. Sobald die Temperatur unter 45 °C fällt, wird durch den Stateflow-Chart die festgelegte Vorlauftemperatur von 70 °C ausgegeben, bis der Warmwasserspeicher seine Soll-Temperatur von 60 °C wieder erreicht hat. <br>
	Die Komponente Warmwasserspeicher hat vier Ausgänge. Die Vorlauftemperatur (KLS_WW_TVorlauf), welche auch für den Switch in der Wärmepumpe verwendet wird, die Heizleistung (KLS_WW_Heizleistung) und die Ist-Temperatur des Speichers (KLS_WW_IstTemperatur). Bis auf das zuletzt beschrieben Ausgangssignal gehen alle anderen in die Komponenten Wärmepumpe mit ein. In der Abbildung 11 ist der Aufbau der Komponente Warmwasserspeicher dargestellt. <br>		Die Komponente Warmwasserspeicher hat vier Ausgänge. Die Vorlauftemperatur (KLS_WW_TVorlauf), welche auch für den Switch in der Wärmepumpe verwendet wird, die Heizleistung (KLS_WW_Heizleistung) und die Ist-Temperatur des Speichers (KLS_WW_IstTemperatur). Bis auf das zuletzt beschrieben Ausgangssignal gehen alle anderen in die Komponenten Wärmepumpe mit ein. In der Abbildung 11 ist der Aufbau der Komponente Warmwasserspeicher dargestellt. <br>
	[[Datei:Warmwasserspeicher KLS.jpg\|center\|thumb\|1200px\|Abb. 11: Komponente Warmwasserspeicher <ref>Eigene Darstellung</ref>]]		[[Datei:Warmwasserspeicher KLS.jpg\|center\|thumb\|1200px\|Abb. 11: Komponente Warmwasserspeicher <ref>Eigene Darstellung</ref>]]

Ken Hilz: /* Komponentenspezifikation */

2024-07-31T10:53:36Z

Komponentenspezifikation

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:53 Uhr
Zeile 62:		Zeile 62:

	'''Berechnung<ref>https://www.bosch-homecomfort.com/de/de/wohngebaeude/wissen/heizungsratgeber/heizleistung-berechnen/</ref>'''<br>		'''Berechnung<ref>https://www.bosch-homecomfort.com/de/de/wohngebaeude/wissen/heizungsratgeber/heizleistung-berechnen/</ref>'''<br>
	Die Differenz der Ist- und Soll-Temperatur wird über einen PI-Regler verstärkt, wodurch sich die Vorlauftemperatur ergibt. Damit die Vorlauftemperatur immer bei höher 20 °C ist, wurde ein Offset hinzugefügt, der nur dazu addiert wird, wenn auch einen Temperaturdifferenz vorhanden ist. Ist die Differenz 0, so wird auch keine Offset-Temperatur ausgegeben. Nach der Addition der Vorlauftemperatur und Offset-Temperatur wird die Summe zusammen mit der Ist-Temperatur in einen 2D-Lookup Table geführt. In diesem Lookup Table sind für verschiedene Vorlauf- und Ist-Temperaturen unterschiedliche Heizleistungen pro Quadratmeter hinterlegt. Je nach Differenz wird ein anderer Wert ausgegeben. Die Werte wurden aus diesem [https://www.purmo.com/docs/P_TEC_FBH_1-2020_DE_200504_web.pdf Datenblatt] entnommen. Dieser wird anschließend mit dem Anteil der Flächenheizung des Hauses multipliziert.		Die Differenz der Ist- und Soll-Temperatur wird über einen PI-Regler verstärkt, wodurch sich die Vorlauftemperatur ergibt. Damit die Vorlauftemperatur immer bei höher 20 °C ist, wurde ein Offset hinzugefügt, der nur dazu addiert wird, wenn auch einen Temperaturdifferenz vorhanden ist. Ist die Differenz 0, so wird auch keine Offset-Temperatur ausgegeben. Nach der Addition der Vorlauftemperatur und Offset-Temperatur wird die Summe zusammen mit der Ist-Temperatur in einen 2D-Lookup Table geführt. In diesem Lookup Table sind für verschiedene Vorlauf- und Ist-Temperaturen unterschiedliche Heizleistungen pro Quadratmeter hinterlegt. Je nach Differenz wird ein anderer Wert ausgegeben. Die Werte wurden aus diesem [https://www.purmo.com/docs/P_TEC_FBH_1-2020_DE_200504_web.pdf Datenblatt] entnommen. Dieser wird anschließend mit dem Anteil der Flächenheizung des Hauses multipliziert.
	Die Formel zur Berechnung der Heizleistung lautet wie folgt:		Die Formel zur Berechnung der Heizleistung lautet wie folgt:
	<math>\text{Überschlägige Heizleistung des Heizgerätes} = {\text{Zu beheizende Fläche in Quadratmeter}}\cdot{\text{Heizlast in Watt pro Quadratmeter}}</math> <br>		<math>\text{Überschlägige Heizleistung des Heizgerätes} = {\text{Zu beheizende Fläche in Quadratmeter}}\cdot{\text{Heizlast in Watt pro Quadratmeter}}</math> <br>
Zeile 112:		Zeile 112:
	<math>c_p:</math> spezifische Wärmekapazität <math>[J/(kg \cdot °C)]</math> <br>		<math>c_p:</math> spezifische Wärmekapazität <math>[J/(kg \cdot °C)]</math> <br>

	Das Ergebnis wird dann über einen Integrator mit dem Startwert von 60 geführt. Dieser Wert stellt die Warmwasserspeichertemperatur dar, die dieser maximal haben soll. Die berechnete Ist-Temperatur wird ausgegeben und zurückgeführt, wodurch anschließend die Vorlauftemperatur bestimmt wird, sobald die Temperatur des Warmwasserspeichers unter 45 °C gesunken ist, um den Warmwasserspeicher wieder auf die geforderten 60 °C zu erhitzen. Solange die Speichertemperatur über 45 °C ist, wird keine Leistung durch den Wärmetauscher ausgegeben.		Das Ergebnis wird dann über einen Integrator mit dem Startwert von 60 geführt. Dieser Wert stellt die Warmwasserspeichertemperatur dar, die dieser maximal haben soll. Die berechnete Ist-Temperatur wird ausgegeben und zurückgeführt, wodurch anschließend die Vorlauftemperatur bestimmt wird, sobald die Temperatur des Warmwasserspeichers unter 45 °C gesunken ist, um den Warmwasserspeicher wieder auf die geforderten 60 °C zu erhitzen. Solange die Speichertemperatur über 45 °C ist, wird keine Leistung durch den Wärmetauscher ausgegeben.
	Eine dauerhafte Verlustleistung wird von der Leistung des Warmwasserspeichers abgezogen, die über einen Lookup Table individuell für verschiedene Speichergrößen ausgegeben wird. Diese Verlustleistungen wurden von dem [https://www.bdh-industrie.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/Infoblaetter/Infoblatt_Nr_60_Warmwasserspeicher_Energielabel_Oekodesign_2017.pdf Datenblatt] genommen.		Eine dauerhafte Verlustleistung wird von der Leistung des Warmwasserspeichers abgezogen, die über einen Lookup Table individuell für verschiedene Speichergrößen ausgegeben wird. Diese Verlustleistungen wurden von dem [https://www.bdh-industrie.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/Infoblaetter/Infoblatt_Nr_60_Warmwasserspeicher_Energielabel_Oekodesign_2017.pdf Datenblatt] genommen.
	<br clear = all>		<br clear = all>

Ken Hilz: /* Zusammenfassung */

2024-07-31T10:49:40Z

Zusammenfassung

← Nächstältere Version		Version vom 31. Juli 2024, 10:49 Uhr
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	== Zusammenfassung ==		== Zusammenfassung ==

	Im Rahmen des Studiengangs "Business and Systems Engineering" konnte in der Veranstaltung "System Design Engineering" der Energiehaushalt eines Hauses über ein Jahr hinweg erfolgreich simuliert werden. Für eine erfolgreiche Simulation, mussten sich die Gruppen untereinander verständigen, um Schnittstellen festzulegen und die Komponenten aufeinander abzustimmen. Der Aufbau der Simulation erfolgte zeitweise während der Vorlesungszeiten, unterstützt durch die Verfügbarkeit von Dozenten und Kommilitonen. Anschließend wurden in der Testphase Komponententests, Integrationstests und schließlich ein Systemtest durchgeführt, um sicherzustellen, dass das gesamte Hausmodell fehlerfrei simuliert werden konnte. Identifizierte Fehler wurden von den betroffenen Gruppen behoben.		Im Rahmen des Studiengangs ''Business and Systems Engineering'' konnte in der Veranstaltung ''System Design Engineering'' der Energiehaushalt eines Hauses über ein Jahr hinweg erfolgreich simuliert werden. Für eine erfolgreiche Simulation mussten sich die Gruppen untereinander verständigen, um Schnittstellen festzulegen und die Komponenten aufeinander abzustimmen. Der Aufbau der Simulation erfolgte zeitweise während der Vorlesungszeiten, unterstützt durch die Verfügbarkeit von Dozenten und Kommilitonen. Anschließend wurden in der Testphase Komponententests, Integrationstests und schließlich ein Systemtest durchgeführt, um sicherzustellen, dass das gesamte Hausmodell fehlerfrei simuliert werden konnte. Identifizierte Fehler wurden von den betroffenen Gruppen behoben.

	Der Fokus dieser Gruppe lag auf einem Klimasystem bestehend aus einer Flächenheizung, einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe, die zwischen Luft/Wasser und Sole/Wasser umgeschaltet werden kann. Ziel war es, die bereitgestellte Heizleistung und die benötigte elektrische Leistung in Abhängigkeit von verschiedenen Temperaturparametern zu bestimmen, sowie die Effizienz der beiden Wärmepumpen zu vergleichen.		Der Fokus dieser Gruppe lag auf einem Klimasystem bestehend aus einer Flächenheizung, einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe, die zwischen Luft-Wasser und Sole-Wasser umgeschaltet werden kann. Ziel war es, die bereitgestellte Heizleistung und die benötigte elektrische Leistung in Abhängigkeit von verschiedenen Temperaturparametern zu bestimmen sowie die Effizienz der beiden Wärmepumpen zu vergleichen.

	Die Simulation zeigte, dass die Effizienz der Wärmepumpe stark von den saisonalen Temperaturänderungen beeinflusst wird. Insbesondere die Sole-Wasser-Wärmepumpe erwies sich als effizienter bei niedrigeren Außentemperaturen im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe. Kritisch ist anzumerken, dass die Sole-Temperatur mit einer deutlich geringeren Dynamik simuliert wurde, weshalb die Ergebnisse verfälscht werden können. Die Heizleistung und der Energieverbrauch variierten erwartungsgemäß mit den Jahreszeiten. Die Simulation bestätigte, dass das Klimasystem die Heiz- und Kühlbedarfe des Hauses realistisch abbilden kann, wodurch zuverlässige Daten über den Energiehaushalt des Hauses geliefert wurden. ~~Hier würde eine~~ dynamische Soll-Temperatur der Simulation noch mehr Realismus verleihen und eine bessere Regelung der Flächenheizung ermöglichen. Insgesamt konnte das Klimasystem erfolgreich simuliert und optimiert werden, um realistische und zuverlässige Daten über den Energiehaushalt eines Hauses zu liefern.<br>		Die Simulation zeigte, dass die Effizienz der Wärmepumpe stark von den saisonalen Temperaturänderungen beeinflusst wird. Insbesondere die Sole-Wasser-Wärmepumpe erwies sich als effizienter bei niedrigeren Außentemperaturen im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe. Kritisch ist anzumerken, dass die Sole-Temperatur mit einer deutlich geringeren Dynamik simuliert wurde, weshalb die Ergebnisse verfälscht werden können. Die Heizleistung und der Energieverbrauch variierten erwartungsgemäß mit den Jahreszeiten. Die Simulation bestätigte, dass das Klimasystem die Heiz- und Kühlbedarfe des Hauses realistisch abbilden kann, wodurch zuverlässige Daten über den Energiehaushalt des Hauses geliefert wurden. Eine dynamische Soll-Temperatur würde der Simulation noch mehr Realismus verleihen und eine bessere Regelung der Flächenheizung ermöglichen. Insgesamt konnte das Klimasystem erfolgreich simuliert und optimiert werden, um realistische und zuverlässige Daten über den Energiehaushalt eines Hauses zu liefern.<br>

	Die Veranstaltung ermöglichte es, das [[#V-Modell\|V-Modell]] praxisnah zu erlernen und den Umgang mit MATLAB Simulink zu vertiefen. Durch eine visuelle Aufbereitung der Simulationsergebnisse wurde deutlich, wie die verschiedenen Komponenten des Hauses im Zusammenspiel über das Jahr hinweg arbeiten und welche Einflussfaktoren dabei eine Rolle spielen.		Die Veranstaltung ermöglichte es, das [[#V-Modell\|V-Modell]] praxisnah zu erlernen und den Umgang mit MATLAB Simulink zu vertiefen. Durch eine visuelle Aufbereitung der Simulationsergebnisse wurde deutlich, wie die verschiedenen Komponenten des Hauses im Zusammenspiel über das Jahr hinweg arbeiten und welche Einflussfaktoren dabei eine Rolle spielen.

Ken Hilz: /* Ergebnisse mit Rollladensteuerung */

2024-07-31T10:44:12Z

Ergebnisse mit Rollladensteuerung

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	Die oben aufgeführten Ergebnisse beziehen sich auf das System ohne Rollladensteuerung. Mit eingeschalteter Rollladensteuerung werden keine realistischen Ergebnisse bei der Komponente Flächenheizung erzielt.		Die oben aufgeführten Ergebnisse beziehen sich auf das System ohne Rollladensteuerung. Mit eingeschalteter Rollladensteuerung werden keine realistischen Ergebnisse bei der Komponente Flächenheizung erzielt.
	In der unteren Abbildung sind die Ergebnisplots gegenübergestellt. Die Simulation lief über ~~604800s~~ was einer Woche entspricht. Zu sehen ist, dass mit integrierter Rollladensteuerung immer wieder sehr hohe Kühlleistungen auftreten. Zudem befindet sich der I-Anteil des Reglers permanent im negativen Bereich. Dies sollte in den Wintermonaten nicht passieren. Der genaue Fehler lies sich nicht ermitteln. Die detaillierte Fehlersuche ist im Systemtest auf dem zweiten Blatt vorzufinden. Der ausführliche Systemtest findet sich in dem Kapitel [[#SVN\|Arbeitsergebnisse]].		In der unteren Abbildung sind die Ergebnisplots gegenübergestellt. Die Simulation lief über 604.800 Sekunden, was einer Woche entspricht. Zu sehen ist, dass mit integrierter Rollladensteuerung immer wieder sehr hohe Kühlleistungen auftreten. Zudem befindet sich der I-Anteil des Reglers permanent im negativen Bereich. Dies sollte in den Wintermonaten nicht passieren. Der genaue Fehler lies sich nicht ermitteln. Die detaillierte Fehlersuche ist im Systemtest auf dem zweiten Blatt vorzufinden. Der ausführliche Systemtest findet sich in dem Kapitel [[#SVN\|Arbeitsergebnisse]].

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