Anwendung neuer Simulationstechniken. Für das neue Limmattalspital

Transkript

1 Anwendung neuer Simulationstechniken Für das neue Limmattalspital

2 Täglicher Wärmebedarf Energieberechnungen der 60er Jahre 4000 Einfache Gesetzmässigkeit Genügende Voraussagekraft Umgebungstemperatur (Tagesmittelwert)

3 Täglicher Wärmebedarf Altes Modell für neue Gebäude Tieferer Verbrauch Höhere Zahl von Einflussfaktoren Die alten Modelle genügen nicht mehr Umgebungstemperatur (Tagesmittelwert)

4 Energieberechnungen im Jahr 2000 Einfache monatsweise Gebäudebilanz Durch bessere Dämmung kann ein grosser Teil der Heizenergie eingespart werden. Höhere Genauigkeit ist nicht gefordert

5 Energieberechnungen heutiger Vorausdenker Wärmespeicherung berücksichtigen -> dynamische Simulation Charakteristik der Wärmeabgabe berücksichtigen -> Multizonale Modelle Wärmeerzeugung und Speicherung berücksichtigen -> Anlagensimulation

6 Limitierung gerichteter Verknüpfungen Vernetzung von mehr als 2 Teilsystemen führen zu komplizierten Iterationen Teilsysteme müssen vereinfacht werden, um überhaupt noch gekoppelt handhabbar zu bleiben Hygrisches System Thermisches System Multizonaler Luftaustausch Anlagentechnik

7 PI PI EQUA Simulationstechnologie seit 20 Jahren Gleichungsbasiert Input- und Output-frei Teilsysteme werden zum Gesamtsystem vereint AirSupply AirExhaust eta=0.6 etaair=1.0 etaair=1.0 dpmax=600.0 Pa eta=0.6 dpmax=400.0 Pa eta=0.6 5 sol Feedback - PI PI

8 Wiederverwendbarkeit von Modellen F = G m 1 m 2 r 2 Isaac Newton

9 EQUA Simulationstechnologie vor 5 Jahren Mit Gebäudehülle und Anlagentechnik allein kann die optimale Gebäudeperformance noch nicht erreicht werden Die Regelungstechnik wird konsequent vernachlässigt, weil sie mit herkömmlichen Rechenmethoden nicht abbildbar ist Erst zusammen mit der realen Abbildung der Regelung macht eine gekoppelte Betrachtung von Gebäude und Anlagentechnik überhaupt Sinn

10 EQUA Simulationstechnologie heute Teile eines gleichungsbasierten Modells können entkoppelt werden Damit entstehen mehrere kleinere Gleichungssysteme Die direkte Rückkopplung zwischen einzelnen Komponenten kann dort erhalten bleiben, wo dies wichtig ist Die Teilsysteme werden simultan als ein Gesamtsystem gerechnet (Co-Simulation)

11 Fallbeispiel neues Limmattalspital 147 Zonen mit Bodenheizung und -kühlung Anlage mit 4 Lüftungsgeräten 4 Speicher 3 Maschinen 2 Brenner 1 Rückkühler 15 Pumpen 5 Wärmetauscher 55 Regler 100 Erdsonden

12 Verteilung des Rechenprozesses auf mehrere Cores

13 Entkopplung und Co-Simulation von Teilsystemen mit verschiedenen Zeitskalen Die Anlage reagiert im Minutentakt in Stundenzyklen Das Gebäude reagiert im Stundentakt in Tageszyklen Das Erdreich reagiert im Tagestakt in Monats- oder Jahreszyklen

14 Wieso Co-Simulation?

15 Wieso Co-Simulation? Möglichst gleichzeitiges Kühlen und Heizen Hohe Verfügbarkeit für Free Cooling

16 Wieso Co-Simulation? Möglichst gleichzeitiges Kühlen und Heizen Hohe Verfügbarkeit für Free Cooling 2. Priorität: Heizen und Kühlen über Erdsonden Übers Jahr ausgeglichene Wärmebilanz für Erdsondenfeld Möglichst wenig Wärme vernichten

17 Wieso Co-Simulation? Möglichst gleichzeitiges Kühlen und Heizen Hohe Verfügbarkeit für Free Cooling 2. Priorität: Heizen und Kühlen über Erdsonden Übers Jahr ausgeglichene Wärmebilanz für Erdsondenfeld Möglichst wenig Wärme vernichten Kontinuierliche Regelung der Speicherladung mit modulierender Wärmepumpe?

18 Vergleich der Rechenzeiten Ganzes System auf 1 Core: 40 Std./Std. oder 9 Tage für 1 Jahr 2 Cores für das Gebäude + 1 Core für die Anlage: 240 Std./Std. oder 36 Stunden für 1 Jahr 4 Cores für das Gebäude + 1 Core für das Erdsondenfeld + 1 Core für die restliche Anlage: Std./Std. oder 3 Stunden für 1 Jahr

19 Ergebnisse From to :54: Date: Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Wärme an Wärmepumpe, W Wärme an Kältemaschine, W Wärme von Prozesswärme, Wärme von Lüftungsgerät, W QLOSSTOT, W VL an HT-WP, degc RL von HT-WP, degc VL 6 an NT-WP, degc RL von NT-WP, Deg-C VL an HT-Wärmespeicher, De RL von HT-Wärmespeicher, D VL an Lüftung, Deg-C RL von Lüftung/Zonen, Deg-C VL an Zonen, Deg-C RL von Lüftung/Zonen, Deg-C TLAYER[1], Deg-C TLAYER[2], Deg-C TLAYER[3], Deg-C TLAYER[4], Deg-C TLAYER[5], Date: Deg-C TLAYER[6], Deg-C TLAYER[7], Deg-C TLAYER[8], Deg-C TLAYER[9], Deg-C TLAYER[10], Deg-C TSETMAX, Deg-C From to :54: Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Wärme an Lüftungsgerät, W Wärme an Zonen, W Wärme an HT-Wärmepumpe, W Wärme von NT-Wärmepumpe, W Wärme von HT-Wärmespeicher, W Wärme an Lüftungsgerät, W Wärme an Zonen, W Wärme an HT-Wärmepumpe, W Wärme von NT-Wärmepumpe, W Wärme von HT-Wärmespeicher, W

20 Wärmebilanz Erdsondenfeld From to :54: Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Wärme von HT-Kältespeicher, W Wärme an NT-WP, W Wärme total von/an Erdsondenfeld, W Wärme von Rückkühler, W

21 Energieflüsse 20 MWh 260 MWh 420 MWh 900 MWh 1200 MWh 650 MWh 250 MWh 800 MWh 130 MWh 100 MWh 130 MWh 1000 MWh 170 MWh

22 Simulation von thermischen Netzen Neues Teilsystem: Das thermische Netz und dessen Regelung Jedes Gebäude kann einzeln detailliert betrachtet und optimiert werden Für die Betrachtung des Netzes inkl. Regelung können die Gebäudemodelle vereinfacht werden Kennt man das Verhalten des Netzes, so kann das Langzeitverhalten der Erdsondenfelder separat untersucht werden.

23 sol Feedback sol Feedback sol Feedback PI PI PI PI PI PI PI PI PI PI PI PI Simulation von thermischen Netzen AirSupply AirExhaust eta=0.6 dpmax=400.0 Pa eta=0.6 5 etaair=1.0 etaair=1.0 dpmax=600.0 Pa eta=0.6 - AirSupply AirExhaust eta=0.6 F = G m 1 m 2 etaair=1.0 etaair=1.0 dpmax=600.0 Pa eta=0.6 r 2 dpmax=400.0 Pa eta= AirSupply AirExhaust eta=0.6 dpmax=400.0 Pa eta=0.6 5 etaair=1.0 etaair=1.0 dpmax=600.0 Pa eta=0.6 -

24 EQUA Simulationstechnologie der Zukunft F = G m 1 m 2 r 2

25 Wieso nicht? Weil es zu schwierig ist für mich? Weil es zu kompliziert und zu aufwändig ist? Weil meine Ambitionen nicht so hoch sind? Weil die Erde eine Scheibe ist basta!

26 Und wieso eben doch? Gleichzeitigkeit von Kühlen und Heizen Optimierung durch Nutzung von Synergien (Kontinuierliche) Regelung zwischen den Teilsystemen Interdisziplinäre Planung

27 Und wieso eben doch? Weil es jedes einzelne Modell (hoffentlich!) sowieso schon gibt

28 Und wieso eben doch? Weil eine gute Alpinisten-Ausrüstung nicht nur für den Mount Everest praktisch ist

29 Und wieso eben doch? Weil ein Ski für eine Weltmeisterin auch mir Spass macht

30 Herzlichen Dank