Ideale Heizung/Kühlung : Implementierungskonzept

[ghorwin]

Eine ideale Heizung/Kühlung wird wie jede andere Klimatisierung über Solltemperaturen (HeatingSetPoint und CoolingSetPoint) gesteuert. Diese können für mehrere Modelle definiert sein, d.h. ein Setpoint in einer Zone wird gleichzeitig als Eingabe für mehrere Modelle benötigt.

Daher wird das Steuerungssignal unabhängig vom funktionalen Modellblock definiert, beispielsweise so als Thermostat:

<Thermostat id="1001" displayName="Constant air temperature thermostat" modelType="Constant">
	<ZoneObjectList>All zones</ZoneObjectList>
	<IBK:Parameter name="HeatingSetpoint" unit="C">20</IBK:Parameter>
	<!-- Cooling is disabled through very large setpoint -->
	<IBK:Parameter name="CoolingSetpoint" unit="C">100</IBK:Parameter>
	<IBK:Parameter name="TemperatureDifference" unit="K">0.1</IBK:Parameter>
	<!-- Control temperature is "Air temperature" -->
	<TemperatureType>AirTemperature</TemperatureType>
	<ControllerType>PControl</ControllerType>
</Thermostat>

Diese Datenstruktur legt fest, wie in in einer Liste von Zonen die Heizung und Kühlung geregelt werden soll. Und es wird definiert, ob die Lufttemperatur (AirTemperature) oder operative Temperatur (OperativeTemperature) als Kontrollgröße definiert ist.

Weiterhin wird noch die Vergleichsgröße festgelegt. Im Modelltyp Constant sind das Konstanten, im Modelltyp Scheduled kommen die Heiz- und Kühlsolltemperaturen aus einem Zeitplan.

Die Definition impliziert stets einen Zonenbezug. D.h. die Bedingungen werden für jede Zone in der Objektliste individuell ausgewertet und im Fall Scheduled muss auch für jede Zone eine HeatingSetPointSchedule und CoolingSetPointSchedule definiert sein).

Individuelle Thermostate für einzelne Zonen

Soll nur ein Raum stellvertretend das Thermostat implementieren wird zusätzlich eine Zone ReferenceZoneID bestimmt nach der geregelt wird. Nur für diese referenzierte Zone werden Setpoints ausgewertet und die Regelung durchgeführt. Die Ergebnisgröße wird aber an alle Zonen aus der ObjectList geliefert.

Interne Funktionsweise

Thermostat enthält Regelbausteine, deshalb wird im Parameter ´ControllerType´ die Regelungslogik beschrieben. Je nach ControllerType müssen unterschiedliche Parameter gegeben sein. Bei einem Modell mit Hysteresefunktionalität müssen oberer und unterer Setwert berechenbar sein. D.h. es wird zusätzlich zum Setpoint ein Abweichung mit TemperatureDifference definiert. Bei einem allen Controllern muss eine Regeltoleranz definiert sein, die beim P-Controller zur Normalisierung des Fehlersignals verwendet wird.

´´´
deltaT = Tsoll - Traum
Regelfehler = deltaT / Regeltoleranz # z.B. 0.1 K
PRegler = f(Regelfehler) # z.B. 0 .. 1

´´´
Der Regel liefert immer ein normiertes Signal zwischen 0 .. 1 aber ohne Begrenzung.
Clipping und Skalierung erfolgt im Modell welches den Thermostat verwendet.

Verwendung des Thermostats in anderen Modellen

Ein ideales Heizungsmodell mit einfachem P-Regler braucht die Abweichung der Sensorgröße vom Sollwert, konkret die Differenz zwischen Heizungssollwert und aktueller Raumlufttemperatur oder operativer Temperatur.

Das Thermostat kennt Sollwert und auch Bezugsgröße und kann diese Differenz ausrechnen. Damit berechnet das Thermostat den Regelfehler führt den Controller aus. Das normierte Controller-Ergebnis wird Modellergebnisgröße des Thermostats HeatingControlValue geliefert. Modelle, die dieses Ergebnis verwenden, müssen modellspezifisches Clipping und Scaling selbst implementieren.

Beispiel ideale Konditionierungsmodell:

<ZoneIdealHeatingCooling id="3001">
    <ZoneObjectList>All zones</ZoneObjectList>
    <IBK:Parameter name="MaxHeatingPowerPerArea" unit="W/m2">50</IBK:Parameter>
    <IBK:Parameter name="MaxCoolingPowerPerArea" unit="W/m2">20</IBK:Parameter>
</ZoneIdealHeatingCooling>

Heizleistung = clip ( HeatingControlValue) * MaxHeatingPowerPerArea * FloorArea

Verknüpfungslogik Thermostat und Konditionierungsmodell

Das Thermostat-Ergebnis HeatingControlValue wird von einem Steuerungsmodell aufgenommen und gibt für alle in NANDRAD implementierten Modelle spezifische Ausgabewerte für z.B. Heizung weiter. Damit sind verschiedenste Betriebsweisen möglich:

• alle Heizen parallel
• Reihenfolge mit Priorisierung

<HVACControlModels>
    <HVACControlModel id="3001" modelType="Heating">
      <OperatingMode>Parallel</OperatingMode>
      <!--<PriorityList></PriorityList>-->
    </HVACControlModel>
</HVACControlModels>