GMA-FA 1.30 Workshop Ein Basismodell. Ein Basismodell für virtuelle Behaglichkeitssensoren. für. virtuelle Behaglichkeitssensoren

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1 GA-FA.3 Wokshop 6 Bosen, Sepembe 6 Ein Basismodell fü viuelle Behaglichkeissensoen von und Loha Liz echnische Univesiä Kaiseslauen Fachbeeich Eleko- und Infomaionsechnik Pof. D.-Ing. habil. Loha Liz Lehsuhl Lehsuhl fü fü Auomaisieungsechnik Auomaisieungsechnik A A + Pof. D.-Ing. habil. Loha Liz Uni KL GA-FA.3 Wokshop 6 Bosen, Sepembe 6 Ein Basismodell fü viuelle Behaglichkeissensoen Inhal: von und Loha Liz oivaion hemisches Behaglichkeismaß 3 Daenmodell de de Raumlufsömung 4 Ausbau des des Daenmodells zum zum viuellen Senso echnische Univesiä Kaiseslauen Fachbeeich Eleko- und Infomaionsechnik Lehsuhl fü 5Auomaisieungsechnik Pof. D.-Ing. habil. Zusammenfassung Loha Liz Lehsuhl Lehsuhl fü fü Auomaisieungsechnik Auomaisieungsechnik A A + Pof. D.-Ing. habil. Loha Liz Uni KL

2 oivaion Beispiel: Konfeenzaum -478, U Kaiseslauen Ausgangssiuaion: Klimageä (AC) Naüliche Lüfung duch Fense Übliche Klimaegelung konollie nu lokal gemessene empeau. 3 C 9 s P P P 7 C P4 4 C C Heizköpe 8 C 3 oivaion Beispiel: Konfeenzaum -478, U Kaiseslauen Ausgangssiuaion: Klimageä 3 C (AC) 7 C Naüliche Lüfung duch Fense Übliche Klimaegelung konollie nu lokal gemessene empeau. 4 C C 8 C P P P P4 Heizköpe Poblem: Keine geziele Regelung de hemischen Behaglichkei, wede global noch lokal. DFG-Pojek: Regelung de hemischen Behaglichkei übe viuelle Sensoen Regelgöße soll ein umfassendes, osaufgelöses Behaglichkeismaß sein. 4

3 hemisches Behaglichkeismaß PV: Pediced ean Voe (nach P.O. FANGER) 3 3 kal kühl ewas kühl neual ewas wam wam zu wam Nomen: ISO (EN) 773 DIN EN 3779 (Veweis auf ISO 773) Beechnung des PV aus Wämebilanz: PV = PV ( vluf, Luf, Rad., hel., Kleidung, Akiviä ) x i?? Wee-essdaen Raumnuzung Lokale essung, da el. geinge Einfluss Konzeniees physikalisches Raummodell 5. Online-Besimmung von Luf und v Luf A) essung von Luf und v Luf an elevanen Oen: Pinzipiell möglich, abe im alläglichen Beieb aufwendig Pinzipiell möglich, abe im alläglichen Beieb aufwendig (geeignee Sensoen, Kommunikaion?) (geeignee Sensoen, Kommunikaion) B) Besimmung von Luf und v Luf übe Online-odelle (viuelle Sensoen). Weg: Physikalisches odell Online-Lösung de Sömungsgeseze Dilemma zwischen Schnelligkei und Genauigkei. Weg: Daenbasiees odell Daen offline zu emieln, Online-Rechnung schnell 6

4 . Aufbau viuelle Behaglichkeissensoen (odelica-odell) 6 Schnisellen zu Nachbaäumen ( gemessen ode geschäz) und Außenluf ( gemessen) Beechnung des PV an ineessieenden Oen (Akiviä aus Raumnuzung, Kleidung aus Weemessung) Beechnung de Sahlungsemp. ad 6 odell fü ai und v ai Eingang zum uning von 3 5 Konzeniee Wandmodelle (liefen Obeflächenempeauen) 4 Eingang fü Sellgößenveko u Eingang fü Punkuell gemessene Luffeuchigkei h el 7 3 Daenmodell de Raumlufsömung Vogehensweise: Offline: ) Esellung eines CFD-odells mi den akoischen Randbed. ) Feslegung de elevanen Akuaokombinaionen CFD-ODELL (FLUEN) 3) CFD-Simulaionen mi ausgewählen v ( x Randbedingungen, ) ( x Aufzeichnungen von und, ) Online: Luf i Luf i DAEN- BASIS v 4) Schäzung von Luf und Luf an ineessieenden Punken duch Inepolaion im Akuaoaum (+ zeil. + ggf. äuml. Inepolaion) Lufmodell Pinzip bei RB: RB? RB Lineae Inepolaion enspich sückweise Lineaisieung. 8 KONZ. RAUODELL + eale Sensoen

5 3. CFD-odell und Randbedingungen CDF-odell mi hohe Osauflösung im Bsp. FLUEN Beobachungspunke im möglichen Aufenhalsbeeich ímbsp = 6 Bei geschlossenen Fensen Bei geöffneen Fensen u k : Randbedingungen = veallgemeinee Sellgößen eineende Lufsöme emp.diff. k ai : = k ai zwischen eineenden Sömen und (dem ielwe) de Raumluf zu Beginn weiee Randbedingungen Akuaoaum (AR): Keuzmenge de Weebeeiche alle u k : AR = W(u ) W(u N ). Szenaio: Spunganwo de uhenden, homogenen Raumluf auf Sellveko u = (u,, u N ) 9 3. Diskeisieung des Akuaoaumes Klimageä (AC) 6 C Naüliche Lüfung duch Fense Sellgöße u k Einhei q AC kg/s AC ai K α AC ϕ Fense v Wind m/s Wind-ai K Diskeisiee - Wee u k (i), ,9-5,46 5 CFD-Simulaion de Szenaien zeiaufwendig. Abe: Akuaoaum eduzieba duch Enfenen ielevane Sellgößen-Kombinaionen CFD Daenbasis: elevane ( x, )-, v( x, ) Daa i i -Veläufe übe mehee inuen ( τ E ) Fage: Vogehen bei Szenaienwechsel ode -velängeung ( Daa > τ E ) aus inhomogenem Raumlufzusand?

6 3.3 Egebnisse im Beispiel (exak / Appoximaion) RB: q AC =,3 kg/s, AC ai = 8 K, α AC = 7,5 P P P P3 In Daenbasis:,46;,9 ; 6 5; i exak eingesellen RB Appoximaion mi Daenmodell P: (3,5,8,) P: (,7,,) P: (3,5, 3,5) P3: (6,3,,) 3.4 Vegleich mi physikalischem odell Klimageä (AC) Naüliche Lüfung duch Fense Klimageä E& ein = qacc p & Iein = qacv, v E& aus = qac c pac & Iaus = qacvac Beispielaum Heizköpe z y x z y x Pinzipiell dasellba: RB mi bekannem assen-, Enegie- und Impulssom Konvekive RB mi bekanne empeau Im Allg. nich dasellba: Feinskalige RB mi feiem assenausausch (z.b. Kippfense) Komplexe Geomeien

7 3.4 Vegleich mi physikalischen odell Simulaionsegebnisse q AC =,3 kg/s, AC ai = 8 K, α AC = 7,5 P P P P3 Physikalisches odell Daenmodell Hoch aufgelöses CFD-odell P: (3,5,8,) P: (,7,,) P: (3,5, 3,5) P3: (6,3,,) Szenaienwechsel beim Daenmodell Klimageä (AC) < s u = (,46 kg/s; K; ) ; Sufe 5 3 C 9 C emp. = s q AC s u = (,89 kg/s; AC ai ( s); 5 ) u(): AC ai 5 ; Sufe 9 C C α AC S = s emp. = 5 s 4

8 Daa 3.5 Szenaienwechsel / -velängeung: Lösung miels u Appoximaion von und v: = a Daa u ( xi, S τ ) ( S) + + ( x ( ) ( ) i, τ ) u S u S + Daa a () + ( x, S + ( ) ( ) i τ ) u S u S + u ( S + τ ) mi v ( x u Daa Szenaio : u ( S ) + Szenaio : u( S ) a a Daa phys. Zei ( ) = () + Aus zusäzlichen Wämesömen von Wänden ode Wämequellen u u 3 Daa Daa u ( ) aus voigem Szenaio Daa Daa i, S + ) = a v + ( x, τ) + a v ( x, u( ) i ( ) i S S u S τ + τ) u * u u u u S S + Szenaienwechsel Zusäzliche Wämequellen Besimmung von u add. Q & W : zusäzliche konv. Wämeausausch mi den Wänden. Q & i : innee Wämelasen (Pesonen, Geäe) 3. Q & o : äußee Wämelas (Solasahlung) Ansaz: Veschiebung de mileen und jede lokalen Lufempeau um u ( ) Q& Q & i add W = j Aj W ( ) u ( ) α j Aj α j Wämesom bei mil. Lufemp. u : aus Raumnuzungspaameen j Daa Daa ( ( ) ) Wämesom in simulieen Szenaien (Appoximaion) Q & o : aus essung mi Umechnung auf Oienieung de Fenseflächen u A j Fläche de Wand j α j Wämeübegangskoeff. W il. konv. Wandemp. d add! ρ c p V u = Q& W + Q& i + Q& o ; + ( ) d u S = Im Bsp.: α j : = α =,3 W/(m K) u ( S + 5 min) =,4 C u 6

9 4 Ausbau des Daenmodells zum viuellen Senso 6 Schnisellen zu Nachbaäumen ( gemessen ode geschäz) und Außenluf ( gemessen) Beechnung des PV an ineessieenden Oen (Akiviä aus Raumnuzung, Kleidung aus Weemessung) Beechnung de Sahlungsemp. ad 6 Daenmodell fü ai und v ai Eingang zum uning von Ausgang fü 3 5 Konzeniee Wandmodelle (liefen Obeflächenempeauen) 4 Eingang fü Sellgößenveko u Eingang fü Punkuell gemessene Luffeuchigkei h el 7 4. odell-abgleich anhand de mileen empeau Voaussezung: Geeigne posiioniee Sensoen Beispiel: Duchschnisempeau von esssellen beeis gue Näheung de mileen Lufempeau. Senso-Pos. (ü) Senso-Pos. (afel) Senso-Pos., äuml. iel u = (,46 kg/s; C; ) Efodeliche Gößen: ilee empeau Ø-emp. de esssellen ( Sens. pos. ) ilee esswe (duch Sensodynamik gegenübe vezöge) Schäzung de mileen empeau Schäzung des mileen Sensowees 8

10 4. odell-abgleich nach dem Pinzip des Zusandsbeobaches u x Reale Raum x C y x := y : = Zus.-Gl.: Ausg.-Gl.: x odell: x ŷ x & := Ax + Bu + C l a = a a = ( ) + b l u + l Schäzwee: x = y = Sensoen haben VZ-Vehalen. a = a, da = = + a + + b u dτ l dτ = + a dτ + l 9 dτ u aus Daenmodell 4.3 Simulaion des odellabgleichs mi Söungen Q = 7 W (ca. 5 Pesonen) τ Sensos : + % 3 u q AC : Sufe AC : +4 K α AC : + y = Zusandsbeobache x = x = y =

11 4.3 Simulaionsegebnisse zum odellabgleich P3 y = x = Viuelle Sensoen: q AC =,46 kg/s, AC = K, α AC = odell des ealen Raums: q AC =,3 kg/s, AC = 6 K, α AC = AC an AC aus AC an Ohne Abgleich y = x = P3 v P3 v P3 AC an AC aus AC an Ohne Abgleich AC an AC aus AC an Ohne Abgleich P3 4.3 Simulaionsegebnisse zum odellabgleich P3 y = x = Viuelle Sensoen: q AC =,46 kg/s, AC = K, α AC = odell des ealen Raums: q AC =,3 kg/s, AC = 6 K, α AC = AC an AC aus AC an Ohne Abgleich i Abgleich y = x = P3 v P3 v P3 AC an AC aus AC an mi Abgleich AC an AC aus AC an Ohne i Abgleich P3

12 4.4 essegebnis zum odell-abgleich im ealen Raum esswe de mileen empeau Simuliee Sensowe de mileen empeau mi Abgleich Simuliee Sensowe de mileen empeau ohne Abgleich AC an AC aus AC an 3 5 Zusammenfassung Offline-CFD-odell Genau; echeninensiv Elemenaes Daenmodell Rechneisch effizien; sa Szenaien-Daen + Physikalische Egänzungen ( u ) Inhomogene Sabedingungen Zusäzliche Wämequellen Eweiees Daenmodell Viuelle Senso Abgleich übe gemessene milee empeau Ziel: Regelung des PV übe viuelle Sensoen Conolle PV ( x i, ) Raum Reale Sensoen senso h senso ou Viuelle Sensoen 4

13 Lieau. EN ISO 773: Emilung des PV und des PPD und Bescheibung de Bedingungen fü hemische Behaglichkei. Belin: Beuh Velag, Fange, P. O.: hemal Comfo. cgaw-hill Book Company, ISBN , Heschl, C.; Feshaaki,.; Geye, J.: öglichkeien zu Voausbesimmung von Raumlufsömungen. In: DKV-agungsbeich, Abeisabeilung IV, Band IV, S Felgne, F; Liz, L.: Aiflow-dependen models fo viual sensing of hemal comfo. In: I. och, F. Beienecke (Hsg.): Poceedings 5h Vienna Symposium on ahemaical odelling. Wien: ARGESI-Velag, 6, Pape Felgne, F.; ez, R.; Liz, L.: odula modelling of hemal building behaviou using odelica. In: I. och (Hsg.): ahemaical and Compue odelling of Dynamical Sysems. Bd. (), 6, S