Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Die Referenzanlage Winterthur-Seen wurde bereits in Phase 2a (Heizsaison 2000/2001) saniert und instrumentiert. Sie steht somit in der laufenden Phase 2b (Heizsaison 2001/2002) dem Projekt vollumfänglich zur Erprobung der folgenden vier Regler zur Verfügung: ? Witterungsgeführter Rücklauftemperaturregeler von Satag (Originalregler)? Modellbasierter Satag-Regler? Energiekennlinienbasierter Siemens-Regler? Energiekennlinienbasierter Satag-ReglerIn Phase 2b werden die folgenden zusätzlichen Erkenntnisse erwartet:? Messresultate der vier Regler über eine vollständige Heizsaison? Einfluss der Trägheit des Wärmeabgabesystems? Zusätzliche Gewinnung von Datensätzen für den ETHZ-Prüfstand zur Emulation eines fiktiven Sanierungsobjekts(= Phase 3)Bis Ende 2001 wurden folgende Arbeiten durchgeführt:? Neue Einregulierung der Referenzanlage auf einen grösseren Anteil Heizkörperheizung? Parameteridentifikation mit dem witterungsgeführten Rücklauftemperaturregeler von Satag (Originalregler)? Erprobung des modellbasierten Satag-Reglers? Erstellen einer Schnittstelle Satag-Wärmepumpe/Siemens-ReglerIm Januar 2002 erfolgt die Erprobung des energiekennlinienbasierten Siemens-Reglers und im Februar 2002 die Erprobung des energiekennlinienbasierten
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gabathuler,Hans-Ruedi
Shafai,Esfandiar
Mayer,Hans
Wimmer,Roger
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Es wurden drei Arten von PBM-Reglern untersucht:- Energiekennlinienbasierter PBM-Regler: Die Energiezufuhr erfolgt aufgrund der Energiekennlinie (24-Stunden-Mittelwert des Wärmebedarfs in Funktion der Aussentemperatur)- Laufzeitkennlinienbasierter PBM-Regler: Die Energiezufuhr erfolgt aufgrund der Laufzeitkennlinie (Wärmebedarf aus der Energiekennlinie dividiert durch Heizleistung aus der Wärmepumpenkennlinie)- Modellbasierter PBM-Regler: Die Energiezufuhr erfolgt aufgrund eines Modells für die thermische Trägheit des Wärmeabgabesystems und des Gebäudes (prädiktiver Regler mit LQ-Folge-regelung)Pulsbreitenmodulation (PBM) hat gegenüber der herkömmlichen witterungsgeführten Zweipunkt-Rücklauftemperaturregelung wesentliche Vorteile:- Längere mittlere Laufzeit der Wärmepumpe und Einhaltung Minimallaufzeit- Höherer Niedertarifanteil- Eingabe der abstrakten Rücklauftemperatur-Heizkurve entfällt- Koppelung Heizkurve/Zeitprogramm entfällt- Koppelung Heizkurve/Wassererwärmung entfällt- Keine Probleme mit tiefen und flachen Heizkurven- Keine Fehler durch Momentanwert-Witterungsführung an Tagen mit grosser Temperaturdifferenz- Kleinerer Hilfsenergieverbrauch durch PumpenabschaltungDie genannten Vorteile gegenüber der herkömmlichen Rücklauftemperaturregelung sind systembedingt durch das völlig andere Regelkonzept vom PBM gegeben. Hier wurde vor allem untersucht, ob PBM aufwendiger ist als die herkömmliche Rücklauftemperaturregelung, ob die neuen PBM-Regelkonzepte in heutige Regler implementiert werden können und ob PBM Nachteile gegenüber der Rücklauftemperaturregelung aufweist. Die wichtigsten Resultate der Untersuchung sind:- PBM ist für den Installateur und Betreiber nicht aufwendiger als herkömmliche Rücklauftemperaturregelung: Anzahl Fühler, Anzahl Bedienungselemente und notwendige Eingabegrössen sind miteinander vergleichbar.- Die Implementierung des PBM-Reglers in herkömmliche Regelgeräte ist problemlos möglich. Neben dem PBM-Regler hat auch noch ein herkömmlicher Rücklauftemperaturregler im gleichen Regelgerät Platz. Der Anwender kann also beide Regelstrategien testen und dann die ihm zusagende auswählen.- Die getesteten und diskutierten PBM-Regler sind bezüglich Raumtemperatur-Komfort mit dem herkömmlichen Rücklauftemperaturregler vergleichbar.- Alle PBM-Regler konnten problemlos mit einem Niedertarifanteil von 60...70% gefahren werden. Im Vergleich dazu war der Nidertarifanteil beim Rücklauftemperaturregler 43% (ohne Zeitprogrammsteuerung). Mit Fussbodenheizung ergab sich dabei keine merkbare Komforteinbusse, mit 67% Anteil Heizkörperheizung stieg die Raumtemperatur in der Nacht um etwa 0,5 K an.- Lange Laufzeiten sind ein anderer wichtiger Vorteil von PBM. Die Minimallaufzeit ist einstellbar (15...20 Minuten) und übliche Laufzeiten bei Teillast liegen bei 0,5...1,5 Stunden. - Auch die Optimierung des Hilfsenergieverbrauchs brachte keine Probleme. Bei den energiekennlinienbasierten und beim laufzeitkennlinienbasierten PBM-Regler konnte die Umwälzpumpe problemlos ausgeschaltet werden, wenn die Wärmepumpe nicht lief.- Durch Sonneneinstrahlung stieg bei allen Regelkonzepten die Raumtemperatur jeweils während einiger Stunden um 1...1,5 K an. Ob der Rücklauftemperaturregler und die modellbasierte PBM, die ja eine gewisse Raumtemperatur-Information über die Rücklauftemperatur erhalten, besser sind als die beiden kennlinienbasierten PBM-Regler, kann infolge der sehr unterschiedlichen Beobachtungsperioden nicht gesagt werden (hier muss auf Phase 3 verwiesen werden). Bei allen Regelkonzepten könnte eine Raumtemperaturaufschaltung (oder sogar ein Sonnenintensitätsfühler) in extremen Fällen sicher Vorteile bringen (beim laufzeitkennlinienbasierten PBM-Regler bereits eingebaut, hier aber noch nicht getestet).- Ein detaillierter Vergleich der Regelkonzepte bezüglich Komfort und Energie-Effizienz war noch nicht möglich: Beobachtungsperioden, Temperaturen, Sonneneinstrahlung sind infolge des zeitlich aufeinanderfolgenden Einsatzes der untersuchten Regler zu unterschiedlich. Welcher der erprobten PBM-Regler (oder Kombinationen davon) nun die beste Lösung ist, wird in Phase 3 beantwortet werden. Erst mit dem ETHZ-Wärmepumpenprüfstand wird es möglich sein, einen objektiven Vergleich zwischen den einzelnen Regelkonzepten anzustellen.- Ausserdem bestehen noch zahlreiche Optimierungsmöglichkeiten, die in Phase 3 noch näher untersucht werden sollten:-- Raumtemperatur- und Sonnenintensitätsaufschaltung-- Verbesserung der Begrenzung der Verflüssiger-Austrittstemperaturen in Anlagen mit grossem Thermostatventilanteil-- Verbesserung der Abtausteuerung-- Ladung des Wassererwärmers - In anderen Einsatzgebieten, wie Wärme-Kraft-Kopplung und Brennstoffzellen, eröffnen sich für die vorgestellten PBM-Regler weitere interessante Anwendungsmöglichkeiten.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gabathuler,Hans-Ruedi
Shafai,Esfandiar
Mayer,Hans
Wimmer,Roger
Frei,Roger
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