Modelica/Dymola

 

Simulation mit Modelica/Dymola

  Modelica Urheberrecht: EBC

Modelica ist eine objekt-orientierte Modellierungssprache. Sie ermöglicht die direkte Nutzung von „Lehrbuch-Gleichungen“ zur Modellierung von Systemen aus Ingenieurperspektive. Weiterhin erlaubt sie eine akausale Modellierung, d. h. die Flussrichtung der Energieströme im System ergibt sich aus dem aktuellen Systemzustand und muss nicht vordefiniert werden. Dieses Eigenschaftenspektrum macht Modelica ideal für die Modellierung von hybriden Systemen: mechanische, hydraulische sogar elektrische Systeme.

Darüber hinaus ist es einfach spannend, mit Modelica zu arbeiten, denn obwohl sie nicht explizit als Sprache für gebäudetechnische Anwendungen zu sehen ist, ist sie eine Sprache für alle beschreibbaren, physischen Phänomene. Zwei Voraussetzungen müssen erfüllt werden: das erstellte Gleichungssystem soll lösbar sein, und der Entwickler soll ständig bestrebt sein, die eigenen Modelle zu verbessern.

  Modelica Urheberrecht: EBC

Um zu einer Simulation zu gelangen, wird eine Simulationsumgebung benötigt, die das Gleichungssystem löst und die dynamische Simulation durchführt. Wir am EBC arbeiten hauptsächlich mit der kommerziellen Software Dymola, die mit der Modelica-Sprache mitgewachsen ist und auch die aktuell beste Solver-Leistungen für unsere Anwendungen liefert. Im Rahmen unserer Lehre-Aktivitäten setzten wir die frei verfügbare Simulationsumgebung OpenModelica ein. Darüber hinaus haben wir kürzlich damit begonnen, uns genauer mit dem open source Tool JModelica auseinanderzusetzen.

 

Unser langjähriges Know-How mit der Arbeit von Modelica unter Dymola im Bereich der dynamischen Gebäudesimulationen ist in die frei verfügbare Bibliothek AixLib geflossen. Zu diesem Zweck enthält die Bibliothek Simulationsmodelle für die thermische Gebäudemasse sowie die technische Gebäudeausrüstung wie Kessel, Heizkörper, Wärmepumpe und KWK-Systeme. Sie bildet die Basis der Forschungsprojekte und Lehrveranstaltungen des Instituts und enthält entsprechend Modelle unterschiedlichen Detaillierungsgrades. Im Besonderen, hinsichtlich der thermischen Gebäudemasse, stellt die AixLib sowohl Modelle mit Fokus auf einzelne Gebäude (High Order Modelle) als auch für großskalige Simulationen auf Stadtteilebene (Reduced Order Modelle) zur Verfügung. Die Bibliothek baut auf der gemeinschaftlich entwickelten Modelica IBPSA Bibliothek für Basismodelle auf. Die AixLib ist frei verfügbar unter der Modelica 2.0 Lizenz.

Einer lokalen Tradition Aachens folgend, entspringt der Name der Bibliothek aus dem französischen Namen der Stadt Aix-la-Chapelle.

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Unsere Kompetenzen reichen von der Untersuchung einzelner Komponenten, zu einem Energiesystem für ein Einfamilienhaus mit der gekoppelten Gebäudehülle bis hin zu ganzen Quartiersimulationen. In Anbetracht des ständigen Trade-Offs zwischen Modellauflösung und Rechenzeit sowie unter Berücksichtigung der verfügbaren Daten über ein komplexes System, haben wir Modelle mit unterschiedlichen Detailgrads für die relevanten Systemkomponenten entwickelt, seien es Gebäude oder technischen Anlagen.

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Modelica/Dymola werden weiterhin im Rahmen von Co-Simulationen durch Kopplung mit anderen Software-Tools, wie z. B. Matlab/Simulink sowie Java und Python eingesetzt, worüber oft neuartige Regelungsalgorithmen laufen. Die Kopplung erfolgt entweder über Funktional Mock-Up Units (FMU), spezielle Software oder Sonderlösungen. Weiterhin können Simulationen direkt mit realer Hardware gekoppelt werden – mittels der Hardware-in-the-Loop-Methode.