Master's Thesis Marwin Spelter

 

Simulation-based evaluation of control strategies using the example of the energy supply system of the experimental hall E.ON

CCCS Mindmap Copyright: EBC Composition of the Cost Coefficient of Control Strategies: Operating expenditures (energy costs, pollutant costs, costs due to performance reductions of employees and costs due to lifetime reductions) and Capital expenditures

In der Umfrage Gebäudeautomationssysteme in der Praxis von J. Fütterer, T. Schild und D. Müller zum Thema Gebäudeautomation wird von 90% der Befragten ein großes Potential in der Effizienzverbesserung gesehen. Dieses Potential ist durch fehlende Regelsysteme oder ungeeignete Regelstrategien zu erklären und kann durch passende Automatisierungssysteme ausgeschöpft werden. Um adäquate Regelstrategien zu vergleichen und auszuwählen, sind Bewertungen von Regelstrategien essenziell.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur Bewertung von Regelstrategien für Gebäude. Bisherige Arbeiten zum Thema Bewertung von Regelstrategien beschränken sich auf einzelne Faktoren, wie beispielsweise den Energieverbrauch oder anfallende Kosten. Im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten, soll die Methodik die wesentlichen Einflussgrößen der Regelstrategie vereinen und diese zu einem ganzheitlichen Vergleichsindex zusammenführen. Als Grundlage dienen die anfallenden Betriebskosten im Bereich Energiebezug (Kosten für Wärme, Kälte und Strom), CO2-Ausstoß (Kosten für Schadstoffemissionen), Nutzerkomfort (Kosten durch die Leistungsreduzierung der Mitarbeiter) und Verschleiß von Verbrauchsteilen (Lebensdauerreduktion durch Schaltvorgänge), sowie den Investitionen für die Implementierung der Regelstrategie und zusätzliche Kosten für Komponenten. Die einzelnen Faktoren werden zu einem Gesamtindex (Cost Coefficient of Control Strategies, CCCS) auf Kostenbasis überführt. Die gewählten Kriterien sollen den Vergleich passender Regelstrategie aufgrund der gewichteten Faktoren und dem genannten Indexwert verbessern.

Zur Überprüfung der erarbeiteten Bewertungsmethodik wird die neue Versuchshalle Energieeffizientes Bauen, bestehend aus zwei Hallenteilen und einem Bürokomplex, inklusive der verbauten technischen Anlangen als Referenzsystem genutzt. Das System wird in Modelica erstellt und parametriert. Zur Validierung der Bewertungsmethodik und des Referenzmodells werden fünf Regelstrategien überprüft, wobei drei Regelstrategien zum Vergleich der Ergebnisse genutzt werden. Bei den Regelstrategien wird die Temperatur der Gebäudeteile reguliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bewertungsmethodik Abweichungen der Lufttemperatur über Kosten für die Leistungsreduzierung der Mitarbeiter darstellen kann. Zudem haben Investitionen und Energiekosten einen starken Einfluss auf den erstellten Gesamtindex.