Bachelorarbeit Robin Kurth

 

Implementierung einer Einzelraumregelung für Wärmepumpen

Überblick betrachtete System Urheberrecht: EBC Überblick über das betrachtete System

Unter Anbetracht von Gesetzen wie der Energieeinsparverordnung (EnEV) stehen die Erfüllung
verschärfter Anforderungen an denWohnkomplex und die Reduzierung des Primärenergiebedarfs
im Fokus der betroffenen Interessengruppen. An dieser Stelle soll die Wärmepumpe als Schlüsseltechnologie
zu effizienterem Heizen ihren Platz einnehmen. Sie nutzt Umgebungswärme, die
mittels elektrischer Energie zu Heizwärme aufbereitet wird. Das Prinzip der Wärmepumpe birgt,
im Vergleich zu herkömmlichen Heizkesseln, theoretische Potentiale zur Reduktion des Energieverbrauchs.
Diese konnten bisher aufgrund unwirtschaftlicher Anschaffungskosten und Betriebsarten
sowie mangelhaften Regelstrategien nicht gehobenwerden, sodass dieWärmepumpe hinter
den errechneten Arbeitszahlen zurückbleibt. Die Gemeinschaftsstudie „MOSKWA“ hat jedoch in
Simulationen erhebliche Potentiale in der zentral gesteuerten Einzelraumregelung und einer zusätzlichen
Vorlauftemperaturregelung lokalisiert. Diese betragen imBezug auf ideal unwirtschaftlichen
Nutzer bis zu 11% im Rahmen der aufgewendeten Energie. Weiterhin existieren zahlreiche
Forschungsberichte, die in dieselbe Richtung weisen, allerdings nur in Simulationen umgesetzt
worden sind. Ob die vorhergesagten Potentiale existieren und wie groß sie letztendlich ausfallen,
unterliegt weiteren Untersuchungen mit fallen gelassenen Idealisierungen.
Aufgrund der getroffenen Vorhersagen wird in dieser Arbeit ein höheres Regelungskonzept für eine
zentrale Vorlauftemperaturregelung entwickelt und in einemHardware-in-the-Loop-Prüfstand
getestet. Dazu werden im Folgenden die benötigten Schnittstellen entwickelt und implementiert.
Das System besteht aus dem Regler, einer gekoppelten Wärmepumpe sowie einem Raum in einer
simulierten Raum-Umgebung, die sich um beliebig viele Räume erweitern lassen soll. Für
die Kommunikation dieser Komponenten wird eine robuste und einfache Verbindung geschaffen.
In der vorliegenden Arbeit soll die Kommunikation über die Schnittstellen mittels eines MQTTProtokolls
gewährleistetwerden. Ebenso soll die Funktion des Reglers gezeigt und stabile Regelparameter
für eine Vorlauftemperaturregelung erarbeitet werden. Darüber hinaus werden im Bezug
auf Anschwingzeit und Überschwingverhalten optimierte Regelparameter erhoben. DesWeiteren
sollen zwei Referenzfälle sowie ein einfaches Zeit-Temperatur-Profil aufgestellt werden.
Durch Implementierung einer funktionierenden Kommunikationsstruktur verschiedener Komponenten
und der Anwendung des Regelungskonzeptes am Prüfstand werden erste Potentiale und
Probleme sichtbar und derWeg für weitere Untersuchungen an diesem Feld geebnet.