Projektarbeit Robert Ussfeller (Bauingenieurwesen)
Entwicklung und Validierung von Einsatzszenarien der FMI-Technologie zur Integration regenerativer Energiequellen in energetische Gebäudesimulation
Development and validation of application scenarios for FMI technology to integrate renewable energy sources into building energy simulations
Im Gebäudesektor wächst vor dem Hintergrund von Klimaschutzzielen, steigenden Energiepreisen und den Anforderungen an eine weitgehend treibhausgasneutrale Wärme- und Stromversorgung die Bedeutung regenerativer Energiesysteme wie Photovoltaik, Solarthermie- und PVT-Kollektoren. Gleichzeitig stellen die zeitlich schwankende Verfügbarkeit regenerativer Energiequellen und deren Einbindung in das Gesamtsystem Gebäude hohe Anforderungen an Planung, Auslegung und Bewertung. Vor diesem Hintergrund untersucht die Arbeit, wie sich Modelle regenerativer Energiesysteme über die FMI-Technologie standardisiert mit einer energetischen Gebäudesimulation und einem Anlagenkonzept koppeln lassen. Ziel war es, einen methodischen Simulationsansatz zu entwickeln, geeignete Modellstrukturen abzuleiten und die praktische Anwendbarkeit einer solchen Kopplung zu bewerten.
Vereinfachte Darstellung des modellierten Gesamtsystems
Im ersten Schritt wurden die physikalischen und modelltechnischen Grundlagen der betrachteten Technologien aufgearbeitet. Dazu gehörten Photovoltaik, solarthermische Kollektoren und photovoltaisch-thermische Kollektoren sowie die Anforderungen an FMI-fähige Modelle. Aufbauend darauf wurden geeignete Modellansätze ausgewählt und für eine Co-Simulation aufbereitet. Die Modellbildung erfolgte in OpenModelica, einer Open-Source-Umgebung zur Modellierung und Simulation physikalischer Systeme mit der Modellierungssprache Modelica.
Darstellung des modellierten Gesamtsystems
Die Modelle wurden als Functional Mock-up Units gekapselt und im FMI CO-Simulationsmaster MasterSim mit einer Gebäudemodell-FMU aus SIM VICUS gekoppelt. Ergänzend wurden weitere Systembausteine modelliert, darunter Speicher, Wärmepumpe und eine einfache Regelungsstruktur. Die aus SIM VICUS exportierte FMU bildet dabei das thermische Verhalten des Gebäudes und das Heizübergabesystem als Fußbodenheizung ab. Auf diese Weise entstand ein gekoppeltes Gebäudeenergiesystem, an dem sowohl das Verhalten einzelner Komponenten als auch das Zusammenspiel im Gesamtsystem untersucht werden konnte. Neben der physikalischen Modellierung standen dabei insbesondere die Schnittstellen, Ein- und Ausgangsgrößen sowie Fragen der Parametrierbarkeit und numerischer Robustheit im Fokus.
Betreuung
Die Betreuung der Arbeit erfolgte durch Dipl.-Ing. Dirk Weiß.
© Dirk Weiß
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDipl.-Ing. Dirk Weiss
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