Partner und Internationale Organisationen
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Honeywell (UK), Satchwell (UK), Danfoss (UK), BRE (UK), CSTB (F), WSP (D), Simens Landis&Staefa (CH)
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Abstract
(Deutsch)
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Durch den Einsatz von Heizungs-, Lüftungs- und Klimareglern wird heute der thermische Komfort (sprich ein gesundes Klima) mit möglichst geringem Energieverbrauch in einem Gebäude erreicht. Um die Energie effizient einsetzen zu können, sollen die Regler zuverlässig und möglichst genau den thermischen Komfort bedarfsabhängig regeln, d.h. ein Überheizen im Winter bzw. ein Zuviel an Lüftung und/oder Klimatisierung im Sommer ist möglichst auszuschliessen und die Energiezufuhr bei nicht Belegung zu reduzieren.
Die Qualität und die Regelgüte hat demzufolge einen entscheidenden Einfluss auf den Energieverbrauch und die klimatischen Bedingungen in den Gebäuden. Das Komitee CEN/TC24,7 zuständig für die Europäische Normierung der Gebäudeautomation, erarbeitet unter anderem die Normen für die HLK-Einzel-Raumregler. Bestandteil dieser Norm sind die Qualitätsanforderungen/-klassen an die Regler sowie die Testmethoden zur Überprüfung der Regler auf Einhaltung dieser Qualitätsanforderungen.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein praktikables und kostengünstiges Testverfahren, bei dem die realen Regler an simulierten HLK-Anlagen und Gebäuden getestet werden. Die Simulation der HLK Anlagen und der Gebäude/Räume erfolgt durch numerische Modelle. (Hardware in the loop).
Die Projektziele sind:
MS 1 (Milestone 1) Spezifikation von repräsentativen Modellen und Evaluation und Untersuchung von existierenden Modellen.
MS 2 Die Entwicklung der numerischen Modelle (die den Kern des Simulators bilden) sowie das Testverfahren / Simulation durch Vergleichstest in Klimatestzellen zu validieren.
MS 3 Überprüfung des Testverfahrens auf seine Tauglichkeit hin im Rahmen eines Vergleichs mit mehreren Reglern, die hintereinander von verschiedenen Firmen und Labors ausgemessen werden sowie die Validierung der Reglerklassifizierung aufgrund dieser Messungen.
Am Schluss des Projekts soll ein Testaufbau und das dazugehörende Testverfahren so zugänglich und beschrieben sein, dass dieses von den Anwendern (Regelfirmen, Prüflabors etc.) verstanden und eingesetzt werden kann. Wichtig hierbei ist, dass die gewählte Methode von den unterschiedlichen Interessenvertretern und Reglerfirmen anerkannt wird und in die europäischen Normen einfliessen kann.
Folgende Work Packages (WP) wurden bisher fertiggestellt:
WP 1 Definition der Spezifikationen der Gebäude- und HLK-Anlagenmodelle sowie der Schnittstellen zwischen Rechner und Regler.
Hierbei wurden aus ca. 30 Anwendungen vier repräsentative Hauptanwendungen für die Raumregelung aufgrund einer Umfrage bei ca. 15 Reglerfirmen ausgewählt:
1) Warmwasserheizung mit Radiator, 2) Fan Coil Systeme, 3) Kühldecken und 4) VAV (variable Volumenstrom)-Anlagen . Mittels Umfrage wurden auch die Schnittstellenanforderungen (Reglerein-/-ausgänge, Sensor- und Aktuatorverhalten etc.) für die Anbindung der realen Regler an die numerischen Modelle (PC Programme) abgeklärt.
WP 2 Evaluation von existierenden Modellen, die den Anforderungen der in WP1 spezifizierten Modellen in etwa entsprechen.
Hierbei wurden die für das Projekt ausgewählten Modelle und die existierenden Modelle verglichen und beschrieben einschliesslich der notwendigen Änderungen an den existierenden Modellen.. Die Beschreibung enthält auch für jedes Modell die zu berücksichtigenden Eingänge und Ausgänge sowie die physikalischen Phänomene.
WP 3 Entwicklung der Modelle
Hierbei wurden die bestehenden Modelle angepasst beziehungsweise neue entwickelt und für die Implementierung unter der Simulationsumgebung 'Matlab/Simulink' beschrieben. Die Beschreibung enthält die Ein-/Ausgangsparameter, die wesentlichen Simulink-Blockdiagramme sowie die physikalischen Phänomene und die mathematischen Formeln der Modelle.
WP 4 Validierung der Modelle anhand von Vergleichsmessungen in Testräumen.
Hierbei wurden die entwickelten Modelle wie folgt überprüft und verglichen: Validation der Simulationsmodelle durch Messungen in Open Loop Tests, Vergleichsmessungen mittels Closed Loop Messungen in Testkammern und Close Loop Emulation.
WP 5 Qualitätssicherungsverfahren und -massnahmen.
Hierbei wurde ein Guidline für Personen erstellt, die die Modelle für die HLK Systeme und die Gebäudezonen implementieren möchten. Der Guidline enthält im wesentlichen folgende Elemente: Test-Verfahren und -Szenarien, Spezifikation der Testumgebung und des -equipments einschliesslich Funktion und Anforderungen sowie eine Beschreibung der Simulation.
Folgende Work Packages (WP) sind noch zu erarbeiten :
WP 6 Dokumentation und Gebrauchsanleitung für den gesamten Testaufbau.
WP 7 Validierung des Testverfahrens anhand von Tests, die von Firmen und Prüflabors durchgeführt werden.
Generell lässt sich schon jetzt aussagen, dass mit den entwickelten numerischen Modellen die realen Verhältnisse von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie von Gebäudezonen gut simuliert werden können. Es bestehen gute Aussichten, auf Grundlage der Modelle ein kostengünstiges Qualitätssicherungssystem für die Produkte der Gebäudeautomation aufzubauen Ein weiterer Zusatznutzen der Modelle ergibt sich für die Hersteller bei der Entwicklung von neuen Reglern. Schon im frühen Entwicklungsstadium können vereinfachte und kostengünstige Tests durchgeführt werden, wodurch sich die Produktqualität verbessern und die Entwicklungszeit verkürzen lässt. Hiervon profitieren kann die Schweiz, wo die namhaftesten europäischen Firmen der Gebäudeautomation angesiedelt sind. Diese Firmen haben einen Marktanteil von über 50% in Europa und erzielen auch global, neben Herstellern aus USA, bedeutende Marktanteile.
SCE ist verantwortlich für verschiedene Subtasks in WP1, WP6 und WP7 und wirkt beratend in den anderen WPs mit.
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