Haus Parameter Umwelt
Autoren: Sophie Koerner, Dorothea Tege
Einleitung
Im Rahmen des Studiengangs „Business and Systems Engineering“ (BSE) wird in der Lehrveranstaltung „System Design Engineering“ (SDE) der Energiehaushalt eines Hauses über ein Jahr hinweg simuliert. Ziel des Projekts ist es, ein umfassendes Verständnis für die energetischen Prozesse innerhalb eines Gebäudes zu erlangen und praktische Lösungen zur Energieeinsparung zu entwickeln. Das Projekt wurde in mehrere spezialisierte Aufgabenbereiche unterteilt, die von verschiedenen Gruppen bearbeitet werden:
Die Gruppe „Haus Parameter Umwelt“ (HPU) ist für die Erstellung des Hausmodells verantwortlich. Dies beinhaltet die detaillierte Erfassung der physikalischen Struktur des Hauses sowie die Spezifizierung aller relevanten Parameter und Signale, wie die thermischen Eigenschaften der verwendeten Baumaterialien, die Heiz- und Kühllasten sowie den Energieverbrauch und die -erzeugung. Diese Daten bilden die Grundlage für die weiteren Analysen und Simulationen, die im Verlauf des Projekts durchgeführt werden.
Durch die Zusammenarbeit und den Austausch zwischen den Gruppen soll am Ende des Projekts eine ganzheitliche Simulation vorliegen. So können Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz ermittelt und konkrete Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs entwickelt werden.
Vorgehensweise nach dem V-Modell
Das V-Modell ist ein Vorgehensmodell in der System- und Softwareentwicklung. Es gliedert den Entwicklungsprozess in zwei Hauptteile: Planungs- und Spezifikationsphasen sowie Implementierungs- und Testphasen (siehe Abb. 1). Auf der linken Seite des „V" werden die Anforderungen und das Design des Systems festgelegt. Diese Phasen dienen der genauen Spezifizierung der Ziele und Funktionen des Projekts.
Auf der rechten Seite des „V” erfolgt die Umsetzung. Hier werden die definierten Spezifikationen in die Praxis umgesetzt. Zunächst werden die einzelnen Module entwickelt und verifiziert. Danach werden diese Module integriert und das gesamte System wird umfassend getestet. Jede Testphase prüft, ob die vorher definierten Spezifikationen eingehalten wurden, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den Anforderungen entspricht.
Das V-Modell bietet eine klare Struktur und hilft, Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Dadurch wird die Qualität des Endprodukts gesichert und das Risiko im Projektverlauf reduziert. Es bietet eine klare Struktur, die Transparenz und Nachvollziehbarkeit im Entwicklungsprozess gewährleistet.
Anforderungsdefinition
Die Anforderungsdefinition dient als Leitplan für ein Projekt. Es werden Anforderungen erstellt, überprüft und freigegeben, die durch den Entwicklungsprozess realisiert werden sollen.
Dabei umfasst die Anforderungsdefinition für das Modul HPU verschiedene wichtige Aspekte, die in der folgenden Abbildung 2 aufgeführt sind. Dazu gehören Grundparameter wie die Größe und Bauart des Hauses, die regionale Lage, sowie Details zu Fenstern und Haustür. Auch der Energieverbrauch des Hauses wird spezifiziert. Ein weiterer Bestandteil ist die Integration von Photovoltaikanlagen.
Für die Visualisierung werden Simulink und MATLAB eingesetzt. Diese Werkzeuge ermöglichen die Simulation aller relevanten Parameter und Signale des Hauses. Durch die Simulation können die verschiedenen Aspekte des Energiehaushalts des Hauses detailliert untersucht und analysiert werden. Zudem werden Anforderungen an die Dokumentation des Projekts festgelegt, um eine umfassende und nachvollziehbare Übersicht zu gewährleisten.
Die oben beschriebenen Anforderungen werden in der folgenden ausklappbaren Abbildung 2 weiter definiert.
| Anforderungsliste | |
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Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
Die Ergebnisdiskussionen fanden jeweils in der Lehrveranstaltung statt. Während diesen Vorlesungen wurden die verschiedenen Aspekte der Systementwürfe umfassend behandelt. Dies ermöglichte eine detaillierte Analyse und Bewertung der vorgestellten Konzepte.
Funktionaler Systementwurf
Der funktionale Systementwurf beschreibt die grundlegenden Anforderungen und Funktionen des Systems. Er legt fest, welche Aufgaben das System erfüllen muss und wie die einzelnen Komponenten zusammenarbeiten. Dieser Entwurf bietet eine Übersicht der Funktionen und ihrer Beziehungen, ohne sich auf die technischen Details der Implementierung zu vertiefen. Für das Projekt „Energiehaushalt eines Hauses" wurde ein entsprechender funktionale Systementwurf erstellt, der in Abbildung 3 veranschaulicht ist.
Technischer Systementwurf
Im Gegensatz dazu befasst sich der technische Systementwurf mit den konkreten technischen Aspekten der Umsetzung. Er umfasst die Auswahl und Spezifikation der verwendeten Technologien, die Architektur der Systemkomponenten und die Integrationstechniken. Der funktionale Systementwurf legt die grundlegenden Anforderungen und Funktionen des Systems fest. Er beschreibt, welche Aufgaben das System erfüllen soll. Außerdem zeigt er, wie die Komponenten miteinander interagieren. Technische Details der Umsetzung werden dabei nicht behandelt.
Komponentenspezifikation
Die Komponentenspezifikation beschreibt die Anforderungen an eine einzelne Systemkomponente. Sie definiert, welche Aufgaben die Komponente erfüllen muss und welche Schnittstellen benötigt werden. Zudem enthält sie Details zum Design, zur Implementierung und zu den Leistungskriterien. Auch der Stromverbrauch, der Warmwasserverbrauch, Umweltfaktoren und das Haus selbst werden integriert und im Folgenden behandelt. Ziel ist es, klare Vorgaben für die Entwicklung und Integration der Komponente zu geben.
Haus
| Komponentenspezifikation: Haus | |
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Stromverbrauch
| Komponentenspezifikation: Stromverbrauch | |
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Warmwasserverbrauch
| Komponentenspezifikation: Warmwasserverbrauch | |
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Umweltfaktoren
| Komponentenspezifikation: Umweltfaktoren | |
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Umsetzung
Ergebnis
Zusammenfassung
Arbeitsergebnisse
Die vollständigen Unterlagen, die alle Details zur Durchführung der Arbeiten enthalten, sind in SVN im unten aufgeführten Ordner abgelegt. Dieser Ordner umfasst alle relevanten Dokumente, die für die Nachvollziehbarkeit und Prüfung der Arbeitsergebnisse erforderlich sind. Alle Daten und Dokumente sind sorgfältig organisiert, um eine umfassende Einsicht in die durchgeführten Schritte und Ergebnisse zu ermöglichen.
Literaturverzeichnis
→ zurück zum Hauptartikel: Systems Design Engineering - Seminaraufgabe SoSe 2023: Energiehaushalt eines Hauses