Bachelorarbeit Fabian Wüllhorst

 

Implementierung eines Grey-Box-Wärmepumpenmodells in Modelica mit Fokus auf sicherheitsrelevante Regeleinrichtungen

Schematische Darstellung des implementierten Wärmepumpensystems Urheberrecht: EBC Schematische Darstellung des implementierten Wärmepumpensystems

Die AixLib stellt dynamische Simulationsmodelle für die Bewertung von Gebäudeenergiesystemen zur Verfügung. Existierende Wärmepumpenmodelle der AixLib sind einem bestimmten Untersuchungsziel dediziert. Verluste und Trägheiten werden nicht immer hinreichend genau abgebildet. Daher wird ein generisches Grey-Box-Wärmepumpenmodell einer elektrischen Kompressionswärmepumpe für dynamische Gebäudeenergiesimulationen erstellt und in die AixLib implementiert. Um die Rechenzeit für dynamische Jahressimulationen zu reduzieren, wird der Kältekreis als Black-Box modelliert. Ein modularer Ansatz des Black-Box-Modells lässt variable Datenquellen zu. Die Simulation einer reversible Wärmepumpe und einer Kältemaschine ist möglich. Systemträgheiten, Wärmeverluste und die Vereisung des Verdampfers von Luft/Wasser-Wärmepumpen werden berücksichtigt. Relevante Sicherheitsfunktionen werden analysiert und modelliert. Anwendung finden Betriebsgrenzen, Einhaltung der Schaltzyklen, Abtauzyklen, Frostschutz sowie Schutz vor Legionellen. Die Aggregation aller Submodelle in einem Wärmepumpensystem ermöglicht die Abbildung der gesamtheitlichen Anlagentechnik, einschließlich sekundärem Wärmeerzeuger und Pumpen bzw. Ventilatoren.

Die Plausibilisierung des erstellten Modells erfolgt durch eine Kalibrierung anhand experimentell ermittelter Versuchsdaten. In einer Rechenzeitanalyse wird das neu implementierte Modell mit existenten Modellen der AixLib und verschiedenen Modellkonfigurationen verglichen. Berechnete Jahresarbeitszahlen des gesamten Systems, 1,88 bis 2,44, sind für das verwendete Anlagenschema verglichen mit Feldtests plausibel.