An der Hochschule zu Bremen werden zwei Vorlesungsräume auf ihren Heizwärmeverbrauch hin verglichen. Einer der Räume ist mit einer KNX/EIB Einzelraumregelung ausgestattet. Ziel dieser Diplomarbeit ist, die Einzelraumregelung so zu programmieren, dass der Raum die gewünschten 21°C nur dann hat, wenn er belegt ist.
Für die Programmierung der Einzelraumregelung wird die Software Elvis der IT GmbH benutzt, die direkt mit den KNX/EIB-Komponenten kommunizieren kann. Mit Hilfe des Simulationsprogrammes Matlab/Simulink wird ein bereits vorhandenes Modell dem Vorlesungsraum angepasst und die möglichen Einsparungen durch Simulationen abgeschätzt.
Bereits vor dieser Diplomarbeit wurde eine erhebliche Wärmemenge gegenüber dem anderen Raum eingespart. Dies wird anhand von Datenaufzeichnungen begründet. In Zukunft wird nach Umstellung auf Heizung nach Stundenplan ein weiterer Einspareffekt von bis zu 98% erzielt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 EIB/KNX
2.1 Software
2.1.1 ETS2
2.1.1.1 Projektierung
2.1.1.2 Inbetriebnahme/Test
2.1.2 Elvis
2.1.2.1 Der Elvis-Prozessserver
2.1.2.2 Die Bedienstation
2.1.2.3 Die Projektierung
2.1.2.4 Anwendungsbeispiele
2.2 Hardware
2.2.1 Raumtemperaturregler
2.2.2 Präsenzmelder
2.2.3 EIBGW-MBus
3 Messung des Aufwärm- und Abkühlverhaltens
3.1 Temperaturverlauf vom 05.04.2006
3.2 Temperaturverlauf vom 07.-10.06.2006
3.3 Bestimmung der Aufwärmung
3.4 Bestimmung der Abkühlung
4 Modell und Simulation der Räume I120 und I122
4.1 Modell des Raumes I122
4.1.1 Eingangsgrößen
4.1.2 Parameter des Modells
4.1.3 Submodellbeschreibung
4.1.3.1 Fensterlüftung
4.1.3.2 Fenster
4.1.3.3 Raumtemperaturregler
4.1.3.4 Wärmeströme durch Wände
4.1.3.5 Raumtemperaturknoten
4.1.4 Implementierung unter Matlab/Simulink
4.1.5 Verifikation der Simulation
4.1.6 Simulationen mit dem Modell
4.1.6.1 Ermittlung des Sollwertes des Nacht-Betriebes
4.1.6.2 Ermittlung des Sollwertes des Frostschutzbetriebes
4.1.6.3 Abschätzung der Energieeinsparung
4.2 Modell beider Räume
4.2.1 Simulationen mit dem Modell
5 Nutzungsabhängige Raumheizung
5.1 Nutzungsabhängige Raumheizung mit Elvis
5.1.1 Anforderungen
5.1.2 Programmierung
5.2 Einbau von Präsenzmeldern
6 Auswertung der aufgezeichneten Daten
7 Fazit und Ausblick
8 Quellen
A Anhang
A.2 Testprotokoll
A.3 Anzahl der Sonnenstunden im März und April 2006
A.4 Stundenpläne
A.4.1 WS 2005/06
A.4.2 SS 2006
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist es, die Heizwärmeeffizienz von zwei Seminarräumen der Hochschule Bremen durch den Einsatz einer nutzungsabhängigen Raumheizungsregelung mittels KNX/EIB-Gebäudesystemtechnik und Elvis-Software zu optimieren, um den Energieverbrauch signifikant zu senken.
- Optimierung der Raumheizung durch KNX/EIB-Technik
- Einsatz der Software Elvis zur Visualisierung und Steuerung
- Modellierung und Simulation des Wärmeverhaltens in Matlab/Simulink
- Implementierung einer nutzungsabhängigen Heizungsregelung nach Stundenplan
- Analyse und Auswertung des Energieeinsparpotenzials
Auszug aus dem Buch
1 Einleitung
Im Zentrum für Informatik und Medientechnologien (ZIMT) der Hochschule Bremen befinden sich zwei in der Bauweise gleiche Seminarräume (I122 und I123), die auf ähnliche Weise genutzt werden. Die Seminarräume besitzen zwei getrennte Heizkreisläufe mit jeweils einem Zähler für die Heizwärmemenge. Einer der Räume (I122) ist mit KNX/EIB-Komponenten für eine Einzelraum-Heizungsregelung, der andere (I123) ist mit den üblichen Thermostatventilen ausgestattet. Mit Hilfe der Gebäudesystemtechnik wird der Raum I122 auf 21°C geregelt. Wenn ein oder mehrere Fenster geöffnet sind, wird die Solltemperatur auf 18°C heruntergesetzt. In den ersten drei Jahren wurde dadurch 50% weniger Energie benötigt als in Raum I123.
Nun sollen weitere Einsparungen dadurch erzielt werden, dass der Raum nur beheizt wird, wenn er auch belegt ist. Über eine Benutzeroberfläche kann man den Stundenplan bzw. Sonderbelegungen eingeben, was eine zyklische Abfrage und somit eine Absenkung des Sollwertes der Regelung zur Folge hat.
Der Raum I122 ist mit einem Raumtemperaturregler, mehreren Temperatursensoren und Stellventilen für die Heizung ausgestattet. Die Temperatursensoren befinden sich am Beamerhalter, 1,85m über dem Boden an der Wand zu I123 (mit Styropor abgedichtet) und 6cm über dem Boden an der Fensterwand. Die Werte der Sensoren und die verbrauchten Wärmemengen werden alle fünf Minuten erfasst und gesichert. Später wird noch ein Präsenzmelder installiert, der zusätzlich die bewegungsabhängige Raumheizung unterstützen soll.
Über ein Modell des Raumes I122 sollen nun mögliche Energieeinsparungen abgeschätzt werden. Fälschlicherweise ist auch der Heizkreislauf des Raumes I120 mit an den Wärmezähler von I122 angeschlossen. Durch Einbinden des Raumes I120 in das Modell soll auch hier abgeschätzt werden, wie sich die verbrauchte Wärmemenge auf beide Räume aufteilen läßt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt die Ausgangslage der beiden Seminarräume und die Zielsetzung der Energieoptimierung mittels Gebäudesystemtechnik.
2 EIB/KNX: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen der EIB/KNX-Bustechnologie sowie die verwendete Software Elvis für Visualisierung und Projektierung.
3 Messung des Aufwärm- und Abkühlverhaltens: Hier werden die experimentellen Messreihen des thermischen Verhaltens der Räume vorgestellt, um Richtwerte für die spätere Simulation zu gewinnen.
4 Modell und Simulation der Räume I120 und I122: In diesem Kapitel wird das mathematische Modell der Räume in Matlab/Simulink entwickelt und zur Simulation verschiedener Nutzungsszenarien verwendet.
5 Nutzungsabhängige Raumheizung: Dieses Kapitel beschreibt die praktische Programmierung der zeit- und nutzungsgesteuerten Heizungsregelung in der Elvis-Software.
6 Auswertung der aufgezeichneten Daten: Hier werden die gesammelten Messdaten analysiert, um die Energieeinsparungen und das Heizverhalten der Räume zu verifizieren.
7 Fazit und Ausblick: Das Fazit bewertet die erzielten Ergebnisse der Energieoptimierung und gibt Empfehlungen für weiterführende Maßnahmen.
8 Quellen: Dieses Kapitel listet die für die Arbeit verwendete Fachliteratur und Webressourcen auf.
A Anhang: Der Anhang enthält zusätzliche Informationen wie Testprotokolle, Wetterdaten und Stundenpläne.
Schlüsselwörter
Gebäudesystemtechnik, KNX, EIB, Raumheizung, Einzelraumregelung, Energieeffizienz, Simulation, Matlab, Simulink, Elvis, Energieeinsparung, Thermisches Verhalten, Gebäudeautomation, Stundenplansteuerung, Wärmemengenzähler
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung des Energieverbrauchs in Seminarräumen der Hochschule Bremen durch den Einsatz einer intelligenten, nutzungsabhängigen Raumheizungsregelung.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Im Zentrum stehen die KNX/EIB-Technik, die Software-basierte Visualisierung und Regelung (Elvis) sowie die mathematische Modellierung und Simulation des thermischen Raumverhaltens.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die signifikante Senkung des Wärmeverbrauchs durch eine bedarfsgerechte Heizungssteuerung, die den Raum nur bei tatsächlicher Belegung (basierend auf einem Stundenplan) auf Wohlfühltemperatur bringt.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Der Autor nutzt sowohl empirische Messungen des Aufwärm- und Abkühlverhaltens vor Ort als auch computergestützte Simulationen mittels Matlab/Simulink, um theoretische Einsparungspotenziale abzuschätzen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte Beschreibung der Hardware-Konfiguration, die Programmierung der Steuerungslogik, die Entwicklung des Simulationsmodells und die anschließende Analyse der erzielten Mess- und Simulationsergebnisse.
Durch welche Schlagworte lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?
Gebäudesystemtechnik, KNX, EIB, Energieeffizienz, Einzelraumregelung, Simulation, Matlab, Simulink und Elvis sind die prägenden Begriffe.
Warum wurde in der Simulation das Modell um den Raum I120 erweitert?
Da der Heizkreislauf des Raumes I120 fälschlicherweise an den Wärmezähler des Raumes I122 angeschlossen war, musste dieser im Modell berücksichtigt werden, um die Wärmemengen korrekt zuordnen zu können.
Welche Rolle spielt der Präsenzmelder in diesem Konzept?
Der Präsenzmelder dient als zusätzliche Instanz, um die Raumheizung bei kurzfristigen Abwesenheiten oder bei Nutzung außerhalb des geplanten Stundenplans flexibel zu steuern.
Welchen Einfluss hat die Fensterlüftung auf die Regelung?
Bei geöffneten Fenstern erkennt das System dies (über entsprechende Kontakte) und senkt die Solltemperatur ab, um unnötiges Heizen während der Lüftung zu vermeiden.
- Citar trabajo
- Christian Eder (Autor), 2006, Optimierte nutzungsabhängige Raumheizung durch Gebäudesystemtechnik, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/62729
