Modellprädiktive Regelung von Wärmepumpensystemen in Einfamiliengebäuden
Sebastian Kuboth
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Sebastian Kuboth, Modellprädiktive Regelung von Wärmepumpensystemen in Einfamiliengebäuden (2020), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832586539
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Beschreibung / Abstract
Zur Bereitstellung von Strom und Wärme werden immer mehr Wohngebäude mit Photovoltaik und Wärmepumpen ausgestattet. Naturbedingte Fluktuationen können durch Batterien und Wärmespeicher auf elektrischer bzw. thermischer Seite gedämpft werden.
Ein solches System funktioniert insgesamt am besten, wenn alle Komponenten aufeinander abgestimmt und durch eine intelligente Regelung miteinander verbunden sind. Hierbei können Vorhersagen des örtlichen Wetters einbezogen werden, das sowohl das Angebot an PV-Strom wie auch den Bedarf an Wärme beeinflusst.
Der Autor beschreibt in diesem Band seine Modelle, Simulationen, Experimente und Ergebnisse zum Einsatz modellprädiktiver Regelungen (MPC) für solche Systeme.
Ein solches System funktioniert insgesamt am besten, wenn alle Komponenten aufeinander abgestimmt und durch eine intelligente Regelung miteinander verbunden sind. Hierbei können Vorhersagen des örtlichen Wetters einbezogen werden, das sowohl das Angebot an PV-Strom wie auch den Bedarf an Wärme beeinflusst.
Der Autor beschreibt in diesem Band seine Modelle, Simulationen, Experimente und Ergebnisse zum Einsatz modellprädiktiver Regelungen (MPC) für solche Systeme.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 2 Thermische und elektrische Energiesysteme in Einfamiliengebäuden
- 2.1 Übersicht über das Energiesystem
- 2.2 Das thermische Energiesystem
- 2.3 Das elektrische Energiesystem
- 2.4 Definition des Referenzsystems und der Referenzregelung
- 3 Entwicklung einer modellprädiktiven Systemregelung
- 3.1 Modellprädiktive Regelung von Energiesystemen in Wohngebäuden
- 3.2 Verteilte modellprädiktive Regelung
- 3.3 Systemdynamik
- 3.4 Kostenfunktion und Komfortkriterien
- 3.5 Optimierungsalgorithmen
- 3.6 Beobachter
- 3.7 Prognosemethoden
- 4 Beschreibung der Versuchsanlage
- 4.1 Anlagenaufbau
- 4.2 Anlagenregelung
- 4.3 Messfehleranalyse
- 5 Verifizierung und Validierung der Modelle
- 5.1 Verifizierung der Gebäudemodelle
- 5.2 Validierung der Heizungssystemmodellierung
- 5.3 Validierung des Warmwasserspeichers
- 6 Experimentelle Analyse der modellprädiktiven Regelung
- 6.1 Vorgehen und Randbedingungen
- 6.2 Experimenteller Vergleich der Laboranlagen
- 6.3 Experimentelle Anwendung der modellprädiktiven Regelung
- 7 Analyse der modellprädiktiven Regelung in Jahressimulationen
- 7.1 Analyse der modellprädiktiven Regelung einzelner Teilsysteme
- 7.2 Analyse der modellprädiktiven Regelung des Gesamtsystems
- 7.3 Einflussanalyse ausgewählter Randbedingungen und Modellierungen
- 7.4 Einflussanalyse algorithmenbasierter Prognoseverfahren
- 8 Thermoökonomische Bewertung der modellprädiktiven Regelung
- 8.1 Ökonomische Randbedingungen und Berechnung der Annuität
- 8.2 Sensitivitätsanalyse der Komponentendimensionierung
- 8.3 Potential in zukünftigen Energiesystemen
- 9 Zusammenfassung
- 10 Summary
- 11 Literaturverzeichnis
- 12 Vorveröffentlichungen
- A Anhang
- A.1 Ablaufdiagramme der Optimierungsalgorithmen
- A.2 Wettermessdaten der experimentellen Untersuchungen
- A.3 Definition der implementierten Wärmepumpenmodelle