HiL‐RHK: Integrierte Hardware‐in‐the‐Loop –Lösungen für die Raumautomation, Heizungs‐ und Kältetechnik

Projektleitung: Prof. Dr.‐Ing. Martin Becker

Projektbearbeitung:

  • M. Sc. Dipl.‐Ing (FH) Alexander Adlhoch
  • M. Sc. Anita Hasert
  • M. Sc. Thomas Köberle

Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Bundesministerium für Bildung und Forschung

Förderprogramm: FHprofUnt – Forschung an Fachhochschulen mit Unternehmen

Förderkennzeichen: KF17077B10

Fördersumme: 260.000 EUR

Projektpartner:

  • Hochschule Merseburg (FH)
  • cbb Software GmbH, Lübeck
  • Spelsberg Gebäudeautomation GmbH & Co. KG, Moers
  • ICONAG Leittechnik GmbH, Umweltcampus Birkenfeld

Laufzeit: 07.2010 – 05.2013

Projektbeschreibung

Durch die verschärften energetischen Anforderungen an Gebäude wie z.B. die Umsetzung der europäischen Energieeffizienzrichtlinie für Gebäude (EPBD) und der novellierten Energieeinsparverordnung ENEV 2009 kommt dem Thema energieeffizienter Betrieb von Gebäuden ein immer höheren Stellenwert zu. Neben erhöhten Anforderungen an die Gebäudehülle und Anlagentechnik können die Gebäudeautomation und ein zeitgemäßes Energie‐ und Gebäudemanagement einen wichtigen Beitrag liefern. So bieten Hardware‐in‐the‐Loop (HiL) –Tests eine einfache Möglichkeit das optimierte Zusammenspiel zwischen Anlagentechnik, Raumnutzung und entsprechenden Steuerungs‐/Regelungskonzepten auf der tatsächlichen Zielhardware sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im laufenden Betrieb zu testen und gegebenenfalls anpassen zu können.

Die Schwierigkeit der Inbetriebnahme und Parametrierung der Anlagen steuerung besteht durch spezifische Einflusswerte des aktuellen Außenklimas und der aktuellen Raumlasten bei der Abnahme der Anlage. Die Praxis zeigt, dass diese Parameter im weiteren Betrieb nur selten optimiert werden. Hier kann eine Simulation Aussagen über das Anlagenverhalten in einem Jahresgang liefern und Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen.

Damit sind stellvertretend zwei Bereiche genannt, in denen eine Simulation von Räumen und komplexer Anlagen eine hilfreiche Aussage liefern kann. Erste Abschätzungen zeigten, dass durch Optimierung der Steuerungs‐ und Regelungs‐konzepte von Anlagen der Heizungs‐,Lüftungs‐ und Klimatechnik (HLK) in Verbindung mit Wärmerückgewinnung Energieeinsparungen bis zu 50% möglich sind. Durch verbesserte, aufeinander abgestimmte Raumautomationskonzepte lassen sich Energieeinsparungen in der Größenordnung von 20‐50% erzielen. Der Einsatz geeigneter Simulationsmodelle hat das Potential, diese Energie‐einsparungen transparent und damit nutzbar zu machen. Zudem ermöglicht das Simulationsmodell eine detaillierte Untersuchung der Sollwertoptimierung unter Berücksichtigung von Behaglichkeitskriterien basierend auf Fuzzy‐Logik.

Im Forschungsvorhaben werden folgende wissenschaftliche und technische Ziele konkret verfolgt:

  • Gezielte Erweiterung einer bereits bestehenden offenen, modularen Modellbibliothek um heizungs‐ und kältetechnische Prozesse sowie von Raumtyp‐Modellen.
  • Schaffung bzw. Nutzung von HiL–Umgebungen sowie von Schnittstellen unterschiedlicher Simulationsumgebungen.
  • Untersuchung der Möglichkeit der Einbindung von Modellen zum Anlagenentwurf, um einen durchgängigen Datenfluss von der Planung bis zum Betrieb der Anlagen zu gewährleisten.
  • Weiterentwicklung von HiL–Prototypen als Multi‐HiL–Teststand dahingehend, dass mehrere Hardware‐Regler (z. B. Raumcontroller, Heizkreisregler, RLT‐Regelung) in einer Simulationsumgebung als Gesamtsystem getestet werden können.

An einem Multi‐HiL–Teststand agieren die entwickelten echtzeitfähigen Modelle als Prozess gegenüber dem jeweiligen Automatisierungsgerät, dessen jeweilige Regelungs‐ und Steuerungslösung gegen die virtuellen Prozesse zu testen sind. In Abbildung 1 sind die virtuellen Prozesse und die dazu gehörigen Komponenten‐regler dargestellt. Je nach Gewerk (z. B. Heizung) bilden die Teilprozesse und die Komponentenregler die jeweiligen HiL–Systeme (z. B. HiL–Systeme für Heizung). Eine komplette Lösung besteht aus mindestens einem HiL–System für Versorgung und einem Gebäude‐HiL–System. Dieser Verbund stellt eine Multi‐HiL–Umgebung dar. Ein Beispiel dafür ist der Verbund von HiL–Systemen „Versorgung“, bestehend aus Heizung, Kälte und RLT sowie einem Gebäude‐HiL–System.

Mit einer solchen Multi‐HiL–Umgebung können übergeordnete Steuerungs‐strategien entwickelt und getestet werden.

Abb. 1: Übersicht der zu entwickelnden Gesamtumgebung für HiL‐Lösungen und Simulationsprozesse

HiL RHK
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Weitere Informationen erhalten Sie im Projektdatenblatt: