Bachelorarbeit Felix Bünning

 

Entwicklung einer Modelica-Bibliothek zur agenten-basierten Regelung von HVAC Systemen

Im Zuge anhaltender Klimaerwärmung und abnehmender fossiler Ressourcen wurden in jüngster Vergangenheit Gesetze zur verstärkten Einbindung regenerativer Energien in die Energieerzeugung verabschiedet. Da der Energiebedarf zur Klimatisierung von Gebäuden einen Anteil von mehr als einemDrittel am Gesamtprimärenergiegbedarf in OECD-Ländern ausmacht, unterliegt auch dieser Bereichwachsender Regulierung. Diese Situation führt zu einerwachsenden Komplexität vonHVAC Systemen mit dem Ziel der Reduktion von Energiebarf und Emissionen.
Die Kompläxität solcher Systeme erzeugt den Bedarf an Regelungsstrategien, die den stabilen und effizienten Betrieb dieser Systeme erlaubt. Das Konzept von Agenten-Systemen wurde in der Vergangenheit erfolgreich in vielen Gebieten eingesetzt, weshalb es ebenfalls gute Ergebnisse in der Regelung von HVAC Systemen verspricht. Für die numerische Simulation solcher Systeme wird häufig die Programmiersprache Modelica verwendet. Für die Benutzung von Agenten-Systemen exisitiert jedoch bisher keineModelica Bibliothek.
Im Zuge dieser Arbeit werden zunächst Konzepte zur Implementierung von Agenten-Logik und Kommunikation in der Sprache Modelica entwickelt. Diese werden auf Basis einer Buch-Handel Situation, angelehnt an das Java-basierte Agenten-Tool JADE validiert. Anschließend wird eine Modelica Bibliothek zur agenten-basierten Steuerung von HVAC Systemen unter der Verwendung von UDP Kommunikation und exergiebasierten Kostenfunktionen entwickelt. Die Komponenten dieser Bibliothek werden Mithilfe eines numerischen Modells eines komplexen Gebäudeenergie Systems validiert. Das System besitzt verschiedene Wärme- und Kälteerzeuger.
Die Vaildierung zeigt, dass die entwickelten Agenten eine zuverlässige Option für die Regelung von Gebäudeenergie Systemen darstellen. Neben der Einhaltung von Komfort-Randbedingungen konnte eine Verringerung der Exergiezerstörung um2% im Vergleich zu einer modusbasierten Referenzregelung über den Simulationszeitraum erreicht werden. Mit einer weiteren Verbesserung des Agentenverhaltens ist eine größere Reduktion wahrscheinlich. Die Simulationszeit wird durch den Einsatz der Agenten jedoch signifikant erhöht.
Es wird bewiesen, dass Agenten-Systeme für die Regelung von Gebäudeenergie Systemen geeignet sind. Außerdem wird gezeigt, dass die Modelica Programmiersprache die Implementierung von komplexen Agenten-Systemen inklusive derUmsetzung von FIPA-konformenKommunikationsstrukturen erlaubt. Die Steigung der benötigten Rechenleistung stellt jedoch einenNachteil des Konzeptes dar und bedarf weiterer Untersuchung. Für die Regelung von Wärme- und Kälteverteilung anstatt Wäre und Kälteerzeugung lässt außerdem die Entwicklung von modell-prädikativen Kostenfunktionen Raumfür weitere Forschung.