Bachelorarbeit Felix Stegemerten

 

Entwicklung eines automatischen Kalibrierers zur Bestimmung der physikalischen Parameter für modulare Modelle von hydraulischen Systemen

Kalibrierungsmethiodik Urheberrecht: EBC Die drei Schritte der Kalibrierungsmethodik: einmaliges Durchführen der Parameterreduktion, mehrfaches Durchführen der Kalibrierung und Validierung

Die Optimierung von Gebäudeenergiesystemen stellt eine wichtige Teilaufgabe für das Erreichen der Klimaschutzziele der deutschen Bundesregierung dar. Simulationsmodelle haben sich als elementares Werkzeug bei der Weiterentwicklung und Optimierung von Gebäudeenergiesystemen etabliert. Für gute Ergebnisse der Simulationen ist die Parametrierung der Modelle von hoher Bedeutung.

Eine Möglichkeit, die Parametrierung von Simulationsmodellen durchzuführen, ist die Kalibrierung. In bisherigen Arbeiten wurde die Kalibrierung häufig manuell durchgeführt, wodurch ein hoher Zeitaufwand und ein großes Maß an Erfahrung über das jeweilige betrachtete System notwendig ist. Der manuelle Prozess ist daher zumeist unwirtschaftlich.

In dieser Arbeit wird eine Kalibrierungsmethodik zur automatischen Kalibrierung modularer Systeme entwickelt. Unter Ausnutzung des modularen Ansatzes wird eine Prozesskette beschrieben, die den Aufwand und die benötigte Kenntnis über das System zur Durchführung der Kalibrierungen reduziert.

Die Methodik unterteilt sich in drei Hauptschritte. Im ersten Schritt wird die Anzahl der Parameter für die Kalibrierung reduziert. Dieser Prozess ist in vielen bisher durchgeführten Arbeiten besonders zeitaufwändig und benötigt eine umfangreiche Kenntnis über die Module. Durch die vorgestellte Methodik ist ausschließlich eine einmalige Parameterreduktion für die modularen Modelle not- wendig, da die Ergebnisse auf jede andere Anwendung übertragen werden können. Anschließend erfolgt die automatische Kalibrierung der reduzierten Parametermenge. Dieser Prozess kann mit den Ergebnissen des ersten Schrittes beliebig oft für unterschiedliche Systeme der modularen Modelle durchgeführt werden. Im letzten Schritt werden die kalibrierten Parameterwerte validiert, um eventuelle Fehler zu identifizieren. Treten große Abweichungen auf, ist eine erneute Durchfüh- rung der Methodik oder die Anpassung des Simulationsmodells abzuwägen.

Die vorgestellte Kalibrierungsmethodik wird auf modulare Modelle der hydraulischen Grundschalt- ungen in Verbindung mit einem Wärmeübertrager angewandt. An einem Prüfstand des E.ON ERC werden die benötigten Messdaten für die Kalibrierung aufgezeichnet.
Die Simulationsergebnisse nach der Kalibrierung weisen eine sehr gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten auf. Einige Verläufe beschreiben kleinere Abweichungen zwischen Simulation und Messung, die jedoch nicht auf die Kalibrierungsmethodik zurückzuführen sind. Die Validierung der kalibrierten Parameter lässt ebenfalls auf eine erfolgreiche Kalibrierung schließen.