Die steigenden Kühlenergiebedarfe, die Zuwachsraten von Kälteanlagen und die steigenden Temperaturen begründen eine energieeffiziente und energiekostensparende Steuerung und Regelung für Kälteversorgungssysteme im Bereich der Gebäudeklimatisierung und Prozesskälte zur Erreichung der Klimaschutzziele. In dieser Dissertation werden die kostengünstigsten, energie- und klimaeffizientesten Betriebsweisen von Kältebereitstellungstechnologien in einem System ermittelt. Hierzu wird eine prädiktive simulationsgestützte, mathematische Optimierung verwendet. Aufgrund der individuellen Betriebseigenschaften der Kältemaschinen werden in dieser Arbeit selbstlernende Kennlinienmodelle als Grundlage
für die prädiktive Optimierung verwendet. Die Laborergebnisse belegen, dass eine direkte Kopplung zwischen der
prädiktiven simulationsgestützten Optimierung und der Maschinensteuerung für ein reales Kälteversorgungssystem technisch möglich sind und ein Energieeinspar- und Kosteneinsparpotenzial besteht. Die Fallstudien für einen kunststoffverarbeitenden und einen fleischverarbeitenden Betrieb zeigen, dass die Ergebnisse der Optimierung nutzbar sind, um eine Expertenregelung zu implementieren.
Aktualisiert: 2021-03-11
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Leistungszahlen von Wärmepumpen sind vom Temperaturhub zwischen Wärmequelle und Wärmesenke abhängig und schwanken folglich nutzungsabhängig und jahreszeitlich. So können in großen bivalenten Erzeugungsanlagen zeitweise ungünstige Betriebszustände für die Wärmepumpe entstehen, während der zweite Erzeuger freie Leistungskapazitäten hat. Diese Betriebszustände senken die Gesamteffizienz der Erzeugungsanlage, bleiben oft unerkannt und finden in geläufigen Anlagenregelungen keine Berücksichtigung.
Der in der Dissertation mittels eines validierten Simulationsmodells, das den Ausschnitt einer realen Erzeugungsanlage abbildet, untersuchte Regelungsansatz soll unterschiedliche Eigenschaften von Erzeugern in bivalenten Systemen gezielt nutzen, um so eine effiziente Alternative zum klassischen Grundlasteinsatz der Wärmepumpe darzustellen. Ziel des Regelungsansatzes ist es, den bivalenten Einsatz von Wärmepumpen in Großanlagen zu optimieren: Zeiträume unwirtschaftlichen Betriebs, insbesondere mit geringen Leistungszahlen, sollen automatisch erkannt werden, um auf günstigere Erzeuger umzustellen und so im Jahresverlauf bessere Gesamt-Arbeitszahlen zu erreichen. Dabei kann die Beurteilung der Erzeuger unter ökonomischen wie ökologischen Aspekten erfolgen und verschiedene Einflussfaktoren können berücksichtigt werden.
Die Ergebnisse einer Parametervariation zeigen für den hier vorgestellten Ansatz unter den gestellten Rahmenbedingungen beachtliche ökonomische Effizienzsteigerungen, während die Emissionseinsparungen gering ausfallen. Entscheidend für die praktische Anwendung sind insbesondere Energiepreise und Emissionswerte der Primärenergie. Schwankungen dieser können zu einer sehr positiven Wirkung des Regelungsansatzes auch in ökologischer Hinsicht führen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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