Betriebsverhalten freier Heizflächen unter zeitlich variablen Randbedingungen

Kopmann, Nina; Müller, Dirk (Thesis advisor); Kneer, Reinhold (Thesis advisor)

Aachen / E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2017) [Buch, Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (xxiii, 143 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Ein großer Anteil der eingesetzten Endenergie in Deutschland entfällt auf die Bereitstellung von Wärme in bestehenden Wohngebäuden. Zur Verminderung des hohen Energieverbrauchs im Gebäudebestand sind neue, innovative Strategien für die Raumtemperaturregelung in Heizungssystemen gefragt. Für die Entwicklung solcher Systeme stellt die vorliegende Arbeit eine Testumgebung vor, die das hydraulische Heizungsnetz einer Wohnung inklusive der Wärmeübergabe in den Raum im Labormaßstab nachbildet. Das dynamische Verhalten der Raumtemperaturänderungen wird dabei durch die Abbildung zeitlich variabler Randbedingungen kontrollierbar wiedergegeben.Zur realitätsnahen Nachbildung des Betriebsverhaltens werden die zu untersuchenden Heizkörper und Regelventile als Hardware in der Testumgebung eingesetzt. Um den Platzbedarf zu verringern, wird das den Heizkörper umschließende Raumvolumen verkleinert. Die Herausforderung besteht darin, die Wärmeübertragungsprozesse zwischen Heizfläche und Raum von einem Raum mit normalen Abmessungen auf die verkleinerte Umgebung (Kabine) zu übertragen. Anhand von theoretischen Überlegungen und messtechnischen Untersuchungen werden im Rahmen dieser Arbeit die notwendigen Umrechnungsvorschriften für den radiativen und konvektiven Wärmeübergang zwischen Raum und Kabine definiert. Zur Validierung des Konzeptes werden Messungen in einem Referenzraum mit Standardabmessungen zum dynamischen Verhalten von Heizkörpern durchgeführt und mit Messungen in der reduzierten Raumumgebung verglichen.Die kontrollierte Abbildung der zeitlich variablen Randbedingungen erfolgt über die Kopplung des Prüfstands mit einem Simulationsmodell, der sogenannten Hardware-in-the-Loop-Kopplung (HiL). Das Simulationsmodell gibt dabei das Verhalten eines Raumes mit normalen Abmessungen vor. Folgende Parameter beschreiben die Systemgrenze zwischen hardwareseitigem Heizkörper und simuliertem Raum und werden für die Umrechnung in die reduzierte Umgebung benötigt: (1) die in den Kabinen gemessene Heizleistung des Heizkörpers und (2) die simulierten Raumluft- und Wandtemperaturen. Um die erfolgreiche Umsetzung des Verfahrens zur Nachbildung des Betriebsverhaltens freier Heizflächen zu zeigen, wird ein System zur Regelung der Raumtemperatur in den Kabinen eingesetzt. Durch die Anpassung des Volumenstroms des Heizmediums wird die Wärmeübergabe an den Raum beeinflusst und so die Raumtemperatur geregelt. Die dynamischen Änderungen der Raumzustände können mit dem beschriebenen Konzept der reduzierten Raumumgebung abgebildetwerden. In weiterführenden Projekten lassen sich somit neu entwickelte Systeme und Komponenten in den Kabinen testen und mit bestehenden Systemen unter reproduzierbaren Randbedingungen vergleichen.

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-942789-47-9
  • REPORT NUMBER: RWTH-2017-09096