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Selbstoptimierendes Raumluftmanagementsystem

BMWi Euronorm Innokom

11/2015–04/2018

Dr. Tobias Kempe

+49-351-4081-668

begonnen

Echtzeitsimulation von Raumströmungen

Beschreibung

HVAC-Systeme (Heating, Ventilation, Air-Conditioning) im industriellen, öffentlichen und privaten Bereich sind für einen Großteil des globalen Energiebedarfs verantwortlich. Durch die intelligente Vernetzung aller TGA-Komponenten wie Heizung, Kühlung, Lüftung, Sonnenschutz etc. wird zunehmend versucht, einen energieeffizienten und komfortablen Betrieb von HVAC-Systemen zu gewährleisten. Nachteilig ist, dass mit den bisher verfügbaren Sensorsystemen nur einzelne, lokale Informationen zur gezielten Beeinflussung und Steuerung der Klimatisierung verfügbar sind.

Ziele des Projektes

Das Entwicklungsziel des Vorhabens ist ein System zur intelligenten und selbstoptimierenden Raumluftsteuerung. Reale 3D-Raumluftströmungen sind komplex und in der Regel starken räumlichen Schwankungen unterworfen. In dem Projekt soll aus diesem Grund die numerische Strömungssimulation genutzt werden, um im laufenden Betrieb des HVAC-Systems den räumlichen Strömungszustand (Geschwindigkeit, Temperatur) nahezu in Echtzeit zu bestimmen. Die so ermittelten Informationen fließen direkt in die Steuerung aller Raumgewerke ein. Jedes Gerät kann auf Basis dieser Informationen optimal an die Anforderungen des Gesamtsystems angepasst arbeiten, ohne dass die Anzahl der Sensoren bzw. deren lokale Anordnung im Raum geändert werden muss. Neben einer verbesserten Erfüllung der gewünschten Raumluftparameter soll die Technologie zu einer signifikanten Energieeinsparung für Lüftung und Klimatisierung führen.  

Technische Lösungen

Die Anwendbarkeit der numerischen Strömungssimulation ist derzeit auf Grund der hinsichtlich Prozessorleistung und verfügbarem Speicher limitierten Rechnerhardware auf einzelne, ausgewählte Konfigurationen beschränkt. Simulationen werden in der Regel nur bei der Auslegung der Klimatechnik und nicht zu deren Regelung und Steuerung eingesetzt. Um eine numerische Echtzeitsimulation auf handelsüblicher Standardhardware zu ermöglichen, soll im Projekt ein hochspezialisierter, effizienter Strömungslöser entwickelt werden. Ein weiteres Entwicklungsziel ist ein Steuerungsmodell für die Raumgewerke auf Basis eines numerischen Optimierungsverfahrens. Das Verfahren verwendet den neu entwickelten Strömungslöser, um iterativ eine Kombination der relevanten Zuluftparameter so zu bestimmen, dass ein geforderter lokaler Raumluftzustand eingestellt wird. Dies kann zum Beispiel eine in gewissen Grenzen lokal variierende Lufttemperatur mit kalten oder warmen Bereichen sein. Ein wesentlicher innovativer Aspekt hierbei ist, dass die Zielgröße für die Klimaregelung nicht mehr alleine durch einzelne Sensoren festgelegt wird, sondern durch Informationen über den gesamten Raumluftzustand erweitert wird. Entsprechend lassen sich die erforderlichen Zuluftparameter a priori bestimmen. Das Optimierungsmodell kann um weitere Faktoren, wie z.B. Sonneneinstrahlung, erweitert werden

Einsatzbereiche

Die neue Technologie -  Intelligent Room Climate Control (IRCC) -  stellt eine Erweiterung der bisher im Rahmen der Raumautomation genutzten Informations- und Steuerungssysteme dar. Die grundlegende Architektur mit zentraler Informationsverarbeitung über eine CPU und verschiedenen Sensoren bzw. Aktoren ist bei heutigen Raumautomationssystemen bereits vorhanden. Das Ziel des Projektes ist es, ein solches System in die Infrastruktur bestehender Raumautomationslösungen zu integrieren.  


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