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Der Rollladenstatus wird in Abhängigkeit der Raumtemperatur verändert. Dazu wird eine Hysterese verwendet: Steigt die Temperatur auf 25 °C, sollen die Rollläden heruntergefahren werden. Sinkt die Temperatur auf 21 °C, sollen die Rollläden wieder hochgefahren werden. Hierzu werden If-Anweisungen verwendet. In Simulink wird dies durch Schalter mit Anweisung realisiert. | |||
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Version vom 13. Juni 2024, 08:46 Uhr
Autoren: Johann Kismann, Oliver Scholze
Einleitung
Im Studiengang "Business and Systems Engineering" wird in der Veranstaltung "System Design Engineering" der Energiehaushalt eines Hauses über ein Jahr simuliert.
Um diese Simulation präzise und detailliert durchzuführen, werden verschiedene Subsysteme gebildet. In diesem Fall wird die Regelstrecke des Hauses untersucht. Diese dient dazu, die Raumtemperatur in Abhängigkeit von verschiedenen Einflüssen zu bestimmen und den anderen Subsystemen zur Verfügung zur stellen.
Vorgehensweise nach dem V-Modell
Das V-Modell beschreibt einen strukturierten Ansatz zur Systementwicklung, der in verschiedene Phasen unterteilt ist. Jede Phase der Entwicklung wird durch eine entsprechende Testphase auf der gegenüberliegenden Seite des "V" überprüft, beginnend mit der Anforderungsdefinition bis hin zur Programmierung und dem abschließenden Abnahmetest. Dies gewährleistet, dass jede Komponente gründlich spezifiziert, entwickelt und getestet wird, bevor sie in das Gesamtsystem integriert wird.
Anforderungsdefinition
Die folgende Tabelle zeigt exemplarisch einige Anforderungen und Informationen, die für die Simulation der Innentemperatur eines Raumes wichtig sind. Diese Tabelle dient als Auszug aus einer detaillierteren Tabelle, die alle relevanten Anforderungen und Informationen enthält. Für die vollständige Tabelle klicken Sie bitte HIER.
ID | Typ (I = Info, A = Anforderung) | Kapitel | Inhalt |
---|---|---|---|
- | I | 2 | Grundlegendes Verhalten der Simulation |
005 | A | 2 | Der Status der Rollläden muss entsprechend des Wetters und der Temperatur aktualisiert werden. |
007 | A | 2 | Die Innentemperatur muss abhängig von den Eingangseinflüssen simuliert und übermittelt werden. |
- | I | 3 | Reaktion auf Umwelteinflüsse |
009 | A | 3 | Ist die Temperatur des Raumes über 25°C, so muss die Rolllade herunterfahren. |
010 | A | 3 | Ist die Rolllade unten und die Raumtemperatur geringer als 25°C, so muss die Rolllade hochfahren. |
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
Die relevante Diskussion der Ergebnisse fand während der Vorlesung statt und ist in den entsprechenden Lehrmaterialien festgehalten.[3] Zur besseren Verständlichkeit werden die Systementwürfe kurz erläutert:
- Funktionaler Systementwurf
Im funktionalen Systementwurf liegt der Schwerpunkt auf der Festlegung der Funktionen und Verhaltensweisen eines Systems. Dabei werden die Anforderungen an das System analysiert und in funktionale Spezifikationen überführt.
- Technischer Systementwurf
Der technische Systementwurf beschäftigt sich mit der praktischen Umsetzung der im funktionalen Entwurf definierten Anforderungen und Funktionen. Hier liegt der Fokus auf der Implementierung des Systems, einschließlich der Festlegung der Architektur, der Komponenten und ihrer Interaktionen.
Komponentenspezifikation
Die Komponentenspezifikation definiert die Anforderungen und Eigenschaften einzelner Systemkomponenten, die für deren Entwicklung und anschließenden Komponententest erforderlich sind.
In diesem Fall werden zwei Komponenten beschrieben: Berechnung der Raumtemperatur und die Rollladensteuerung.[4]
Berechnung der Raumtemperatur [5]
In der Heiz- und Klimatechnik ist die genaue Berechnung der Wärmeverluste eines Gebäudes von zentraler Bedeutung, um den Energiebedarf effizient zu planen und die Raumtemperatur auf einem komfortablen Niveau zu halten. Die Transmissionswärmeverluste, die durch die Gebäudehülle auftreten, spielen hierbei eine wesentliche Rolle. Diese Verluste entstehen, wenn Wärme durch Wände, Fenster, Dächer und andere Bauteile nach außen entweicht.
Eingang
Die Eingänge sind zum einen die Hausparameter und zum anderen die Heizleistungen. Die Vollständige Liste der Eingänge ist HIER zu finden.
Logic/Berechnung
Das vorliegende Schema mit den angegeben Formeln veranschaulicht die Schritte zur Berechnung der Transmissionswärmeverluste unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren:
mit:
Beschreibung: | Variablen: |
---|---|
Transmissionswärmeverluste | |
Fläche des i-ten Bauteils (Wand, Fenster, Dach, Bodenplatte und Türen) | |
Wärmedurchgangskoeffizient des i-ten Bauteils (Wand, Fenster, Dach, Bodenplatte und Türen) | |
Temperaturdifferenz (Innen- und Außentemperatur) |
Anschließend wird die tatsächliche Heizleistung berechnet. Diese ergibt sich durch die folgende Formel:
Die Sonnenleistung wird je nach Anforderungen und der aktuellen Raumtemperatur durch die Rollläden hinzu- oder weggeschaltet. Überschreitet die Raumtemperatur 25°C, fahren die Rollläden herunter, wodurch die Sonnenleistung auf null gesetzt wird. Daraufhin wird die Heizleistung durch einen Integrator in Wärmeenergie bzw. Heizenergie umgewandelt. Mit der Heizenergie Q kann die Temperaturdifferenz berechnet werden:
mit:
Beschreibung: | Variablen: |
---|---|
Temperaturänderung | |
Zugeführte Wärmeenergie | |
Spezifische Wärmekapazität der Luft | |
Masse der Luft |
Im letzten Schritt wird die Temperaturdifferenz zur letzten Raumtemperatur addiert. Ist dies jedoch der erste Durchlauf des Modells, so wird die Starttemperatur als Raumtemperatur verwendet. Dazu wird ein Schalter mit einer entsprechenden Anweisung verwendet.
Ausgang
Die Komponente besitzt den Ausgang RSH_Raumtemperatur_Ist.
Rollladensteuerung
Die Rollläden sollen in Abhängigkeit von der Raumtemperatur automatisch geöffnet und geschlossen werden.
Eingang
Die Komponente besitzt den Eingang RSH_Raumtemperatur_Ist.
Logic/Berechnung
Der Rollladenstatus wird in Abhängigkeit der Raumtemperatur verändert. Dazu wird eine Hysterese verwendet: Steigt die Temperatur auf 25 °C, sollen die Rollläden heruntergefahren werden. Sinkt die Temperatur auf 21 °C, sollen die Rollläden wieder hochgefahren werden. Hierzu werden If-Anweisungen verwendet. In Simulink wird dies durch Schalter mit Anweisung realisiert.
Ausgang
Der Ausgang RSH_Status_Rolladen kann zwei Zustände annehmen:
- 0: Rollläden geschlossen
- 1: Rollläden geöffnet
Umsetzung
Ergebnis
Zusammenfassung
Arbeitsergebnisse
Die vollständigen Unterlagen zu der Durchführung befinden sich im SVN in folgendem Ordner:
Literaturverzeichnis
- ↑ Abb.2 - https://www.evas.de/wp-content/uploads/2011/02/v-modell.jpg
- ↑ https://svn.hshl.de/svn/BSE_SystemsDesignEng/trunk/Projekte/Haus_SS2024/Gruppen/Regelstrecke_Kismann_Scholze/V-Modell/01_Anforderungsdefinition
- ↑ https://svn.hshl.de/svn/BSE_SystemsDesignEng/trunk/Projekte/Haus_SS2024/Allg
- ↑ https://svn.hshl.de/svn/BSE_SystemsDesignEng/trunk/Projekte/Haus_SS2024/Gruppen/Regelstrecke_Kismann_Scholze/V-Modell/04_Komponentenspezifikation
- ↑ Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 2024. Energieeffizientes Bauen. Taschenbuch. 18. April 2024. 334 Seiten. ISBN 978-3-658-41588-4.
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