Bewertung der Praktikabilität optimierungsbasierter Regelungen in der Wärmeversorgung anhand eines Wohnkomplexes mit BHKW und Erdwärme-Wärmepumpe

Publikation: Hochschulschrift/AbschlussarbeitDiplomarbeit

Beitragende

  • Richard Sturz - (Autor:in)

Abstract

In dieser Arbeit wird die Praktikabilität von optimierungsbasierten Steuerungen an einer Wärmeversorgungsanlage eines 70-Parteienwohnkomplexes simulationsgestützt untersucht. Das Energiesystem besteht aus einem Blockheizkraftwerk, einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, einem Brennwertkessel und zwei Schichtspeichern. Zu Beginn wird das grundlegende Fachwissen in den Bereichen Gebäudeautomation, Anlagentechnik und Optimierung umrissen, worauf eine Beschreibung des Optimierungs- und Simulationsmodells der Anlage und deren konventionelle Anlagenregelung folgt. Anschließend wird das Programm OptiLink entworfen und implementiert, welches die Überführung der Optimierungsergebnisse des Energieknotenmodells in praxistechnische Sollwert-Signale (teil-)automatisiert und generalisiert durchführt. Dabei werden technische Anforderungen an die Anlagentechnik berücksichtigt und in einer parallel laufenden Simulation die technische Zulässigkeit des Systemzustandes geprüft. Im ersten Ansatz wird der Spezialfall untersucht, in dem sich die Schnittstellen von Optimierung und Gebäudeautomation unterscheiden. Die Leistungsvorgaben des Anlagenfahrplans werden für die Integration in eine regelbasierte Regelung auf eine Speichersolltemperatur reduziert. Im zweiten Ansatz wird der Fall untersucht, in dem die Schnittstellen zwischen der Optimierung und der Gebäudeautomation übereinstimmen, d. h. die Ergebnisgrößen der Optimierung werden die Eingangsgrößen der Gebäudeautomation. Das Verhalten der realen Anlage bei unterschiedlichen Regelstrategien wird durch ein finales Kontrollmodell simuliert. Die Validierung zeigt, dass beim ersten Steuerungsansatz viel Optimierungspotenzial verloren geht und weiterführende Untersuchungen notwendig sind. Der zweite Steuerungsansatz belegt, dass die Leistungsvorgaben der Optimierung präzise umgesetzt werden können.
Die Steuerung der Speicherausgleichspumpe funktioniert abgesehen von Abweichungen aufgrund einer nicht perfekten Prognose des Optimierungsmodells. Somit bestätigt sich, dass die Steuerung mithilfe von OptiLink signifikant von der Qualität des Optimierungsmodells abhängt. Zusammenfassend kann jedoch festgehalten werden, dass mithilfe von OptiLink eine Überführung der optimierungsbasierten Steuerung in Anlagensignale unter Berücksichtigung einiger praxistechnischen Anforderungen generalisierend und in Echtzeit umgesetzt werden kann.

Details

OriginalspracheDeutsch
QualifizierungsstufeDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer:in / Berater:in
  • Schwan, Torsten, Betreuer:in, Externe Person
  • Stange, Peter, Betreuer:in
Datum der Verteidigung (Datum der Urkunde)27 Feb. 2025
PublikationsstatusVeröffentlicht - Feb. 2025

Schlagworte

Schlagwörter

  • optimierungsbasierte Steuerung, Wärmeversorgung, regenerative Energie, Gebäudeautomation