PROJEKT „DPlan-KI“

DPlan-KI: Digitale Planung für eine ressourcenschonende und bedarfsgerechte heizungs- und raumlufttechnische Konditionierung von Industriehallen

Projektleitung und -koordination:	Prof. Dr.-Ing. Clemens Felsmann
Mitarbeit:	Dr.-Ing. Ralf Gritzki, Dr.-Ing. Markus Rösler
Finanzierung:	BMWE Verbundvorhaben EnOB: DPlan-KI, (FKZ: 03EN1034A)
Beteiligte Unternehmen:	Volkswagen Aktiengesellschaft, Umwelt Produktion K-PPSU
Unterstützende Verbände und Vereine:	Energy Saxony e.V., Fachverband Gebäude Klima e.V., figawa e.V., Verband der Automobilindustrie e.V.
Laufzeit:	03/2021 - 12/2027

Übersicht

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung von digitalen Planungshilfsmitteln und Methoden für die ökonomisch/ökologisch-optimierte Auslegung und den bedarfs-gerechten Betrieb raumlufttechnischer Anlagen zur Hallenkonditionierung. Die Beheizung in Industriehallen wird häufig über die Belüftung abgedeckt. Dies geschieht auf Grundlage historischer, standardisierter Vorgaben mit oft konstantem und erheblich überdimensioniertem Luftwechsel, was sowohl im Widerspruch zu modernen, flexiblen Konzepten der Fabrikplanung als auch zu den aktuellen energie- und klimapolitischen Anforderungen steht. Da zudem der Anteil des Energieverbrauchs der RLT am Gesamtenergieverbrauch von Produktionshallen bis zu 40 % betragen kann, ist eine bedarfsgerechte, effiziente, flexible und nachhaltige Konditionierung der Hallen und insbesondere der Zuluft unbedingt zu berücksichtigen.
Für die Umsetzung einer bedarfsgerechten Hallenlüftung und -konditionierung sollten alle relevanten Einflussgrößen, wie z. B. Raumluftströmungsvorgänge sowohl in ihrer örtlichen Dimension als auch im dynamischen Verlauf Berücksichtigung finden. Besonders im Zusammenhang mit der System- und Anlagenplanung bedarf es hier neuer, geeigneter und zeitgemäßer Hilfsmittel, die im Rahmen des Projektes erarbeitet werden. Zur Unterstützung von Planer und Betreiber wird eine praxistaugliche open source Planungsplatt-form entwickelt, in der alle relevanten Randbedingungen Berücksichtigung finden. Diese Planungsplattform wird helfen, optimale Konfigurationen zur bedarfsgerechten Konditionierung von Industriehallen zu finden.

Arbeitsschwerpunkte

Begleitende Simulationen

Im Allgemeinen und insbesondere anhand von zwei realen Demonstrationsobjekten wird die gängige Planungs- und Auslegungspraxis für die Konditionierung von Fabrikhallen überprüft. Dabei finden die energieintensive Lüftung von Hallen sowie die Wahl der Energiequellen zur Beheizung oder Kühlung besondere Berücksichtigung.
Die zwei Demonstrationsobjekte weisen umschlossene Hallenvolumina von 100.000 m³ bzw. 400.000 m³ auf. In den Hallen steht in den Bereichen des Karosseriebaus eine Vielzahl von Roboterarbeitsplätzen und im Bereich der Logistik befinden sich dort Regale. Sie sind mit vier und acht RLT ausgestattet, die Zuluftvolumenströme von bis zu 480.000 m³/h liefern. Die Luftversorgung erfolgt über eine Vielzahl von Zu- und Abluftöffnungen unterschiedlichster Bauweise, die alle sowohl hinsichtlich Größe und Position als auch hinsichtlich ihrer Funktionsweise detailliert nachgebildet werden.
Es werden planungsbegleitende, bzw. auf den Ergebnissen vorangegangener Fabrikplanungen aufbauende, Gebäude,- Anlagen- und Strömungssimulationen (auf Basis von TRNSYS und OpenFOAM) zur Variation der Auslegungsrandbedingungen von Lüftungs- und Klimaanlagen (z. B. Position der Zu- und Abluftdurchlässe), der Betriebsführung sowie der Möglichkeit des bedarfsgeführten Teillastbetriebs durchgeführt. Dabei werden neben Temperatur und Geschwindigkeitsverteilungen auch die Ausbreitungen von Schweißrauch der Schweißroboter, das lokale Luftalter sowie die räumliche CO₂-Verteilung berücksichtigt.

Begleitendes Monitoring

Zur Überprüfung von Optimierungsvorschlägen erfolgt in den Demonstrationsobjekten ein sehr umfangreiches Monitoring der klimatischen und lufthygienischen Zustände sowie der Parameter der RLT-Anlagen, das zusätzlich über vor Ort Termine für weitere Messkampagnen ergänzt wird. In Abbildung 1 ist eine Übersicht über die installierte Raumklimamesstechnik zusammengefasst.

Das an diese Systeme angebundene webbasierte Monitoringsystem bietet folgende Möglichkeiten, um die zu erprobenden Konzepte bedarfsgerechter Lüftung/Konditionierung messtechnisch und wissenschaftlich zu begleiten.

• Import, Speicherung und grafische Aufbereitung sämtlicher Sensordaten der Funkmess-Systeme
• Import, Speicherung und grafische Aufbereitung der Sensordaten der RLT-Systeme
• Umfangreiche Möglichkeiten zur Datenauswertung und Visualisierung über das vollständig konfigurierbare Frontend
  • Darstellung aktueller Sensordaten in Grundrissen oder Anlagenschemata
  • Darstellung beliebiger Zeitreihen der Sensordaten mit Kalenderfunktion
  • Darstellung der Sensordaten in interaktiven Grafiken
  • Berechnung und Nutzung statistischer Größen auf Basis der Sensordaten
• Exportfunktionen zur weiteren Bearbeitung z.B. in Excel oder Python

Entwicklung und Erprobung der Planungsplattform

Zudem wurde, basierend auf der verfügbaren Programmlandschaft eine neue open source Plattform für die Planung und den Betrieb der Lüftungs-, Klima- und Heizungsanlagen von Industriehallen geschaffen. Mit Hilfe der Plattform lassen sich Entscheidungshilfen für bedarfsgerechte Anlagen- und Betriebskonzepte aus dynami-schen Szenarien (Datenbanken, Online-Tools) generieren. Es erfolgt hierzu die Anbin-dung und Implementierung aller im Planungsprozess genutzten Programmsysteme und Auslegungsrichtlinien, wobei besonderes Augenmerk auf Werkzeugen zur Berechnung der Raumluftströmung in großen Hallen liegt. Eine Übersicht über die bereits umgesetzten Features findet sich in Abbildungen 2.