Simulationstools zur Auslegung und Optimierung von Anlagen zum Solaren Kühlen
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- Oskar Schmitt
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1 Simulationstools zur Auslegung und Optimierung von Anlagen zum Solaren Kühlen, Martin Hauer Universität Innsbruck Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften,
2 Einleitung Solar Cooling Handbook Grundlagen Auslegung / Bewertung Beispiele Voraussichtlich ab Frühjahr
3 Vorgangsweise Generell 1. Gebäude und Kühllastberechnungen 2. Optimierung des Gebäudes Weiter, wenn Reduktion Last erfolgt ist: 3. Auswahl des klimatechnischen Systems 4. Auslegung 5. Bewertung 6. Monitoring / Optimierung
4 Auslegungsverfahren Genauigkeit, Detaillierung der Ergebnisse, Anpassung an individuelle Lösungen Anzahl benötigter Informationen für Parametrierung Quelle: SOLAIR
5 Auswahl des Simulationsprogramms Je nach Stand der Auslegung! Was ist bei der Entscheidung maßgeblich? Ziel der Berechnung/Simulation Dimensionierung, Performance, Primärenergieeinsparung, Welche Unterscheidungsmerkmale gibt es? statisch, dynamisch,... Welche Tools stehen zur Verfügung? anwenderfreundliche, wissenschaftliche,
6 Tools & Vertiefung Accuracy, reliability of results, details of design information Rules of thumb Collector cost per heating capacity Cost of solar heat for given climate Load - gain - analysis for given climate and load Anual cost based on loadgain-analysis Computer design tool with predefined systems Open simulation platform Required system information, effort for parametrization Quelle: SOLAIR
7 Tools & Vertiefung Checkliste SACE evaluation tool SH&C Systems T*SOL Polysun TRNSOL Komplexität, Ergebnisvielfalt, Zeit TRNSYS INSEL Matlab & Simulink Quelle: SOLAIR
8 Vorprojektierung - Checkliste Kriterienkatalog mit Bewertung - Technisch - Wirtschaftlich - Organisatorisch
9 Dimensionierung Erste Abschätzung der Solaranlagengröße Mit bekannter Kühllast, COP nenn, η solar A Koll G Koll η Koll, Auslegung = P Kälte, Auslegung COP Auslegung A spez = G Koll η 1 Koll, Auslegung COP Auslegung Beispiel G Koll = 800 W/m 2 η Koll,Auslegung = 0,5 COP Auslegung = 0,7 ==> A spez = 3.57 m 2 pro kw Kälteleistung Quelle: SOLAIR
10 Dimensionierung Quelle: SOLAIR
11 SH&C systems Ursprüngliches Entwicklungsziel: Einfaches Tool Kompromiss zwischen Einfachheit und Effizienz der Anlage Berechnungsschritte: monatlichen Heiz- u. Kühlenergiebedarfs Gebäude an einem ausgewählten Standort Auswertung der benötigten Kollektorfläche zur Deckung der errechneten Primärenergieeinsparung Machbarkeit und Potentialstudien
12 SACE Cooling evaluation tool Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) Einfach und schnell zu bedienendes Tool für Abschätzungsstudien Vorabstudie anhand eines Lastprofiles und eines ausgewählten Kollektors jährlicher Anteil für solares Heizen und Kühlen autom. Variantenstudien (Kollektorfläche, Speicherintegration) Quelle: Fraunhofer ISE
13 TRNSOL Simulationssoftware mit speziellem Fokus auf: Entwerfen / Berechnen / Optimieren Dyn. Simulationssoftware TRNSYS als Programmbasis Bedienung durch intuitives Eingabeschema stark erleichtert leistungsstarkes Tool auch für Anwender mit wenig Programmierkenntnisse Umfangreiche Datenbank an Referenzanlagen und Klimadatensätzen einfache Parametervariation an Anlagen möglich verschiedenste Kombinationsmöglichkeiten der Komponenten Gekoppelte Gebäude- und Anlagensimulation möglich Heiz-/ Kühlenergiebedarf, Raum- / Oberflächentemperaturen, Implementierung hinterlegter Nutzprofile (int. Lasten)
14 Eingabeoberfläche - TRNSOL
15 Polysun Umfassendes Simulationstool für Gesamtsysteme mit integrierter Solarthermie Wärmepumpe Photovoltaik Solarer Kühlung Umfassendes Analysetool zum Konfigurieren Optimieren Simulieren
16
17 Polysun - Planungswizard
18 INSEL INSEL ist eine modulare Simulationsumgebung zum Verstehen, Planen, Überwachen und Visualisieren von Energiesystemen. Merkmale: umfassende Datenbank für Photovoltaikmodule, Wechselrichter, thermische Kollektoren und meteorologische Parameter Integrierte Schnittstelle zur Erweiterung der Blockbibliotheken benutzerfreundliche Oberfläche durch modularen Aufbau Generell: Detailinfos zu Modellen ausgeblendet Profis können in der Detailansicht Modellverfeinerungen vornehmen
19 TRNSYS (Transient System Simulation Tool) leistungsstarkes und umfangreiches Tool zur gekoppelten Gebäude- und Anlagensimulation Entwickelt 1974 am Solar Energy Laboratory, Madison/USA stetige Weiterentwicklung durch spezialisierte Entwicklerteams (TRNSolar, TESS, ) weltweit hohe Anwenderzahl, aktive Kommunikation unter den Anwendern (UserDay, UserList, ) Sehr offene Programmstruktur, verfügbare Modell- und Programmcodes Ideal für wissenschaftliche Anwendungen (Weiterentwicklungen, ) Höchste Flexibilität durch modularen Aufbau (Types) Komplex in der Anwendung, wenig Hilfestellung für Neuanwender, langwierige Einarbeitungsphase Einfache Kopplungsmöglichkeit mit anderer Software (Excel, Matlab, EES, )
20 TRNSYS (Transient System Simulation Tool) Detailliertes Mehrzonen Gebäudemodell integrierte Modelle für thermoaktive Bauteile (Betonkernaktivierung, Fußbodenheizung, Kühldecken) Umfangreiche Verglasungs- und Materialdatenbank Integration detaillierter Profile für interne Lasten Berechnung sämtl. Energieströme und Oberflächentemperaturen Umfangreiche Bibliothek für Anlagenkomponenten untersch. Komplexität: Systeme (HLK, Solarthermie, Wärmepumpe, Kältemaschinen, ) Anlagenkomponenten (Pumpen, Speicher, Wärmetauscher) Regelungskomponenten (Regler, Sensoren, Utilities, ) Umfangreiche Klimadatensätze (Basis Meteonorm) Flexible Verwendung der Ausgabedaten (Diagramm am Bildschirm, Datenfiles, )
21 Simulation Studio in TRNSYS
22 Weiterführende Infos Jeweilige Produktwebsite der vorgestellten Tools Übersicht solarthermischer Planungstools: Generelle Übersicht zu Simulationstools Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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