Klimasystem
Autoren: Denim Hilz, Ken Hilz
Einleitung
Im Studiengang "Business and Systems Engineering" wird in der Veranstaltung "System Design Engineering" der Energiehaushalt eines Hauses über ein Jahr simuliert. Dafür werden die einzelnen Komponenten eines Hauses auf die Gruppen aufgeteilt. In dieser Gruppe wird das Klimasystem des Hauses simuliert.
Für die Simulation ist das Klimasystem in drei Subsysteme unterteilt worden. Diese umfassen einen Warmwasserspeicher, die Heizflächen in Form von Flächenheizungen und eine Wärmepumpe, die zwischen Luft/Wasser und Sole/Wasser geschalten werden kann. Das Klimasystem hat die Aufgabe, über die Ist- und Soll-Temperatur des Hauses, sowie über die Umgebungsluft- und Sole-Temperatur die bereitgestellte Heizleistung und benötigte elektrische Leistung zu bestimmten. Zusätzlich wird ein Warmwasserspeicher simuliert, der die Wassertemperatur bei gegebenen Zu- und Abflüssen in einem bestimmten Temperaturintervall regeln soll.
Vorgehensweise nach dem V-Modell
Das V-Modell ist ein strukturierter Ansatz für die Systementwicklung, der in mehrere Phasen gegliedert ist. Jede Phase wird durch eine entsprechende Testphase auf der gegenüberliegenden Seite des "V" überprüft. Der Entwicklungsprozess beginnt mit der Definition der Anforderungen und setzt sich über die Programmierung bis hin zum abschließenden Abnahmetest fort. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jede Komponente detailliert spezifiziert, entwickelt und getestet wird, bevor sie in das Gesamtsystem integriert wird.
Anforderungsdefinition
In diesem Abschnitt erfolgt die Definition der Anforderungen an das Klimasystem des Hauses. Die folgenden Tabelle führt die festgelegten Anforderungen auf.
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
Funktionaler Systementwurf
Der funktionale Systementwurf konzentriert sich auf die Definition der Funktionen und Verhaltensweisen eines Systems. Es geht darum, die Anforderungen an das System zu verstehen und diese in funktionale Spezifikationen umzusetzen.
Technischer Systementwurf
Der technische Systementwurf hingegen widmet sich der praktischen Umsetzung der im funktionalen Entwurf definierten Anforderungen und Funktionen. Er fokussiert sich darauf, wie das System implementiert wird, und legt die Architektur, die Komponenten und deren Interaktionen fest.
Komponentenspezifikation
Die Komponentenspezifikation ist ein zentraler Teil des technischen Systementwurfs und beschreibt die Anforderungen und Eigenschaften einzelner Komponenten innerhalb eines Systems. Im Folgenden werden die drei Komponenten "Wärmepumpe", "Heizflächen" und "Warmwasserspeicher" des Klimasystems beschrieben. In der unteren Tabelle sind die Namen der jeweiligen Eingänge, Ausgänge und Parameter der Komponente Heizfläche aufgelistet.
| Beschreibung | Signale/Parameter |
|---|---|
| Eingänge | ● RSH_Raumtemperatur_Ist ● HPU_SollwertTemperaturC ● PAR_HPU_Wohnflaeche |
| Ausgänge | ● KLS_HZ_Heiz_Kuehlleistung ● KLS_HZ_TempVL |
| Parameter | ● PAR_KLS_HZ_HeizflaecheAnteil ● PAR_KLS_HZ_Offset |
Die untere Abbildung zeigt die Komponentenspezifikation der Heizfläche.
| Beschreibung | Signale/Parameter |
|---|---|
| Eingänge | ● SOL_WaermeleistungSolar ● HPU_WW_Verbrauch |
| Ausgänge | ● KLS_WW_Heizleistung ● KLS_WW_TempVL ● KLS_WW_Switch ● KLS_WW_IstTemperatur |
| Parameter | ● PAR_KLS_WW_dT ● PAR_KLS_WW_Inhalt ● PAR_KLS_WW_Oberflaecheninhalt ● PAR_KLS_WW_PumpLeistung ● PAR_KLS_WW_Waermedurchgangskoeffizient ● PAR_KLS_WW_Waermekapazitaet |
Die untere Abbildung zeigt die Komponentenspezifikation des Warmwasserspeichers.
| Beschreibung | Signale/Parameter |
|---|---|
| Eingänge | ● KLS_HZ_Heiz_Kuehlleistung ● KLS_HZ_TempVL ● KLS_WW_Heizleistung ● KLS_WW_TempVL ● KLS_WW_Switch ● HPU_Aussentemperatur_Ist ● HPU_SoleTemperatur_Ist |
| Ausgänge | ● KLS_WP_benoetigteLeistung ● KLS_WP_HZ_COPWert ● KLS_WP_WW_COPWert |
| Parameter | ● PAR_KLS_WP_PumpLeistung ● PAR_KLS_WP_Switch |
Die untere Abbildung zeigt die Komponentenspezifikation der Wärmepumpe.
Umsetzung
Ergebnis
Zusammenfassung
Arbeitsergebnisse
Die vollständigen Unterlagen zu der Durchführung befinden sich im SVN in folgendem Ordner:
Literaturverzeichnis
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