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Economic model predictive control and time-varying systems

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Methode der Modellprädiktiven Regelung (MPC) für zeitvariante Systeme besser zu verstehen. Zeitvariante Systeme dienen zur Beschreibung von physikalischen Phänomenen in zahlreichen technischen Anwendungen. Die Innentemperatur eines Gebäudes kann z.B. durch ein solches zeitveränderliches System beschrieben werden, da sie durch die tageszeitlichen Schwankungen der Außentemperatur und durch das Wetter beeinflusst wird. Mit MPC können effiziente Betriebsstrategien von Gebäuden (d.h. wann geheizt bzw. gekühlt werden soll) berechnet und dadurch der Energieverbrauch insgesamt gesenkt werden. Im Hinblick auf die dringend nötigen Reduktion von CO2 Emissionen im Gebäudesektor ist ein tieferes Verständnis dieser Methode unabdingbar, etwa um leistungsfähigere Algorithmen zu entwickeln. Bei zeitvarianten System kann optimales Systemverhalten im Allgemeinen sehr komplex ausfallen und muss insbesondere nicht an einem Gleichgewicht oder einer periodischen Trajektorie auftreten. Dies erfordert eine geeignete Charakterisierung optimaler Trajektorien im zeitvarianten Fall, was durch die Einführung eines modifizierten Optimalitätsbegriffs erreicht wird. Darauf aufbauend werden in der Arbeit Bedingungen hergeleitet, unter denen die Kosten der Trajektorien des geschlossenen MPC Regelkreises annährend optimal sind, d.h. nahezu den Kosten einer Lösungstrajektorie auf unendlichem Zeithorizont entsprechen. Für hinreichend große MPC Horizontlänge kann das optimale Systemverhalten im Prinzip beliebig gut approximiert werden. In diesem Zusammenhang kommen der sogenannten Turnpike Eigenschaft und einer Stetigkeitseigenschaft der optimalen Wertefunktion besondere Bedeutung zu. Zusätzlich wird gezeigt, dass unter der zusätzlichen Annahme von strikter Dissipativität die MPC Trajektorie in eine Umgebung der optimalen Systemtrajektorie strebt. Weiterhin wird untersucht, ob bei Systemen in der Praxis die getroffenen Annahmen sinnvoll sind und explizit nachgewiesen bzw. mit Hilfe von Simulationen beobachtet werden können. Zu diesem Zweck werden zentrale Ergebnisse der Arbeit anhand des Beispiels einer Konvektions-Diffusions-Gleichung illustriert. Auch werden dazu zwei Verfahren zur optimalen Steuerung von Varianten dieser Gleichung vorgestellt. Abschließend wird in der Arbeit ein Güteschätzer für zeitinvariante MPC vorgestellt, der dazu dient die Regelgüte zur Laufzeit zu überwachen.

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Recknagel - Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 80. Ausgabe 2019/2020 - Basisversion, 2 Teile
Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik, Band Edition Recknagel
einschließlich Trinkwasser- und Kältetechnik sowie Energiekonzepte
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Das Nachschlagewerk dokumentiert den letzten Stand der technischen Entwicklung und der rechtlichen Vorgaben in der Heizungs-, Lüftungs-, Trinkwasser-, Klima- und Kältetechnik. Gegenüber der Vorgängerausgabe wurden für die 80. überarbeitete Neuauflage die folgenden Kapitel neu bearbeitet oder einer wesentlichen Überarbeitung unterzogen oder erweitert: - Grundlagen: Im Kapitel Wärmetechnische Grundlagen wurden vor allem die Themen Brennstoffe und Verbrennung überarbeitet. Das Kapitel Akustische Grundlagen wurde überarbeitet. Im Kapitel Messtechnische Grundlagen wurde vor allem das Thema Staubmessung neu bearbeitet. Das Kapitel Energiewirtschaftliche Grundlagen wurde überarbeitet. Im Kapitel Planerische Grundlagen wurde vor allem das Thema Simulation neu bearbeitet. - Heizungstechnik: Im Kapitel Allgemeines wurde vor allem das Thema Wärmenetze überarbeitet. Im Kapitel Systemübergreifende Gebiete wurde vor allem das Thema Öllageranlage überarbeitet. Im Kapitel Berechnung und Auslegung der Heizungsanlagen wurde vor allem das Thema Gasleitungen überarbeitet. - Lüftungs- und Klimatechnik: Im Kapitel Maschinelle Lüftung wurde vor allem das Thema Lufterhitzer und Luftkühler neu bearbeitet. Im Kapitel Ausführung für verschiedene Nutzungsarten wurden vor allem die Themen Laboratorien, Museen, Tierställe und Tunnel neu bearbeitet. - Energiekonzepte: Im Kapitel Energiekonzepte auf Quartiersebene wurde vor allem das Beispiel zu Energiekonzepten auf Quartiersebene erweitert.

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Martin Schmuck
Wirtschaftliche Umsetzbarkeit saisonaler Wärmespeicher
Aus Forschung und Praxis, Band 17
2017, 165 S., 210 mm, Softcover
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Gegenstand der Arbeit sind saisonale Wärmespeicher, die eine sensible Speicherung von Wärme über Zeiträume von mehreren Wochen bis Monaten ermöglichen. Mit ihrer Hilfe kann überschüssige Wärme, die beispielsweise aus solarthermischen Anlagen resultiert, langfristig gespeichert und zeitversetzt zur Unterstützung der Beheizung und Warmwasserbereitung in Gebäuden genutzt werden. Während die technische Machbarkeit saisonaler Wärmespeicher im Rahmen von Forschungs- und Pilotprojekten bereits nachgewiesen werden konnte, sind nur unzureichende Kenntnisse über deren Wirtschaftlichkeit verfügbar. Hier knüpft die Arbeit an und verfolgt den zentralen Ansatz, ein geeignetes Werkzeug für die Bewertung der wirtschaftlichen Umsetzbarkeit unter Berücksichtigung des Lebenszyklus und der auftretenden Unsicherheiten und Risiken zu entwickeln.

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Hermann Recknagel, Eberhard Sprenger, Karl-Josef Albers
Recknagel - Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 2017/2018, 2 Bde.
Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik, Band Edition Recknagel
Neues Hauptkapitel 'Trinkwassertechnik'
78., überarb. Aufl.
2016, 2700 S., m. zahlr. Abb. 213 mm, Hardcover
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Seit über 100 Jahren setzt das Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik den Maßstab für die Wissensvermittlung in der HLK-Branche. Das für HLK-Planer und Ingenieure unverzichtbare Nachschlagewerk dokumentiert den letzten Stand der technischen Entwicklung und der rechtlichen Vorgaben in der Heizungs-, Lüftungs-, Trinkwasser-, Klima- und Kältetechnik. Die nun 78., grundlegend überarbeitete Auflage enthält das neue Hauptkapitel "Trinkwassertechnik". Neben einer Einführung in alle wesentlichen Aspekte der Trinkwassertechnik finden sich auch Ausführungen zu Anforderungen an die Planung, Aufbau, Bestandteile und Berechnung von Trinkwasserinstallationen und Auslegung von Trinkwassererwärmungsanlagen. Auch das Hauptkapitel Energiekonzepte wird um Betrachtungen auf Quartiersebene erweitert. Die Mehrplatzversion des "Recknagel" ist auch als Datenbank gestütztes Lizenzangebot erhältlich.

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Joachim Albers, Rainer Dommel, Henry Montaldo-Ventsam, Harald Nedo, Eugen Übelacker, Josef Wagner
Zentralheizungs- und Lüftungsbau für Anlagenmechaniker SHK, Technologie
8., überarb. Aufl.
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Das Lehrbuch enthält den gesamten Lehrstoff für das zweite bis vierte Lehrjahr, der für das Bestehen der Kenntnisprüfung notwendig ist. Die Auswahl der einzelnen Kapitel erfolgte in Anlehnung an die KMK-Richtlinien und die Lehrpläne für Zentralheizungs- und Lüftungsbauer der einzelnen Bundesländer. Das Buch ist ebenso für Anlagenmechaniker der Fachrichtung Versorgungstechnik so wie für alle übrigen versorgungstechnischen Berufe geeignet. darüber hinaus ist es eine wertvolle Hilfe zur Vorbereitung auf die Meister- oder Technikerprüfung. Um der aktuellen Regelungstechnik-Entwicklung auch in der Aus- und Fortbildung gerecht zu werden und weil speziell für den Bereich der Versorgungstechnik bisher ein geeignetes Werk fehlte, hat der Arbeitskreis der Dozenten für Regelungstechnik ein praxisnahes Lehrbuch erarbeitet, in dem sowohl die theoretischen Grundlagen der Regelungstechnik ausführlich behandelt werden, als auch auf praktische Anwendungsbeispiele anschaulich eingegangen wird.

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Recknagel - Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 2017/2018, CD-ROM
Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik, Band Edition Recknagel
Neues Hauptkapitel 'Trinkwassertechnik'
78., Aufl.
2016, 2700 S., m. zahlr. Abb. 126 x 143 mm, CD-ROM, Audio CD
Vulkan Verlag

 

 

Seit über 100 Jahren setzt das Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik den Maßstab für die Wissensvermittlung in der HLK-Branche. Das für HLK-Planer und Ingenieure unverzichtbare Nachschlagewerk dokumentiert den letzten Stand der technischen Entwicklung und der rechtlichen Vorgaben in der Heizungs-, Lüftungs-, Trinkwasser-, Klima- und Kältetechnik. Die nun 78., grundlegend überarbeitete Auflage enthält das neue Hauptkapitel "Trinkwassertechnik". Neben einer Einführung in alle wesentlichen Aspekte der Trinkwassertechnik finden sich auch Ausführungen zu Anforderungen an die Planung, Aufbau, Bestandteile und Berechnung von Trinkwasserinstallationen und Auslegung von Trinkwassererwärmungsanlagen. Auch das Hauptkapitel Energiekonzepte wird um Betrachtungen auf Quartiersebene erweitert. Die Mehrplatzversion des "Recknagel" ist auch als Datenbank gestütztes Lizenzangebot erhältlich.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Thomas Braun, Jörg Franke
Baustoff-integrierte Flächenheizung (BiFH)
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3177
2019, 109 S., 114 Abb. u. 22 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Forschungsarbeiten bestanden darin, mit Hilfe eines kaltaktiven Atmosphärendruckplasmas und Metallpulver eine Heizstruktur additiv auf Oberflächen im wohnlichen Umfeld aufzutragen. Ziel war es, die elektrische Flächenheizung bereits in Gipskartonplatten oder alternativen typischen Baustoffen zu integrieren und die aufgedruckten Strukturen dabei als elektrische Widerstandsheizung einzusetzen. Aufgrund der zahlreichen Vorteile wurde dafür die Plasma-Coating-Technologie verwendet, welche es erlaubt, auf einer Vielzahl von Materialien elektrisch leitende Strukturen in beliebiger Form aufzubringen. Mit Hilfe von Plasma und Metallpulver bestehend aus Mikro- bzw. Nanopartikeln kann eine dauerhafte Verbindung auf einem dreidimensionalen Basismaterial entstehen. Dadurch ist die Integration einer Heizung direkt am Baumaterial in nur einem Arbeitsschritt, innerhalb weniger Sekunden, möglich.

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Ansgar Beuth, Achim Hamann
Hemmnisse und Potenziale der Abwasserwärmenutzung zur Gebäudeheizung - technische, wirtschaftliche, planerische und rechtliche Aspekte
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3123
2019, 120 S., 63 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es ist festzustellen, dass das Potenzial der Abwasserwärmenutzung bisher nicht in dem bestmöglichen Maße genutzt zu werden scheint, obwohl ausgereifte Technologien zur Verfügung stehen. Demnach ist der Kernfrage nachzugehen, welche Hemmnisse und Anreize im Zusammenhang bei der Abwasserwärmenutzung vorliegen und welche Strategien zur Beseitigung technischer, wirtschaftlicher, planerischer und rechtlicher Hemmnisse zur Einbeziehung der Abwasserwärmenutzung in den Wärmemarkt formuliert werden können. Dazu waren die Akteure der Immobilienwirtschaft, des Hochbaus bzw. der Bauwirtschaft im Allgemeinen zu identifizieren, die bei der Entwicklung, der Planung, dem Bauen und Betreiben von Immobilien beteiligt sind. Um deren Erfahrungen und Standpunkte zu nutzen, kam methodisch eine thematisch strukturierte Online-Befragung mit einem Höchstmaß an Datensicherheit in Frage. Festgestellt wurde, dass Defizite bezüglich Erfahrungen, Informationsbezug und Kenntnissen zu Investitionskosten und Wirtschaftlichkeit bestehen. Daraus leiten sich die Strategien und Handlungsfelder ab aus denen dann Handlungsempfehlungen zur Steigerung der Anwendungsfälle der Abwasserwärmenutzung formuliert wurden.

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Angele Tersluisen, Klara Bauer, Kamyar Nasrollahi, Mozhgan Shirani, Johannes Modersohn, Felix Reiter, Günter Pfeifer, Annette Rudolph-Cleff
Untersuchung zur rechnerischen Bilanzierung solarer Luftheizsysteme und -konstruktionen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2983
2016, 147 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Häuser werden, um Wärmeverluste zu reduzieren, gedämmt. Es gibt jedoch auch Häuser, die Verluste reduzieren, indem sie über die Gebäudehülle Wärmeenergie erzeugen. Luftkollektorkonstruktionen nutzen den Glashauseffekt und wandeln Licht in Wärme um. Als Hüllfläche an Gebäuden statt klassischer Wärmedämmung eingesetzt, können Luftkollektoren einerseits mit einer ruhenden Luftschicht für die notwendige Dämmwirkung sorgen und so Verluste reduzieren, andererseits Wärmeenergie bereitstellen und Gewinne generieren. Gemäß DIN V 18599 fließen solare Gewinne über opake sowie über transparente Bauteile in die Bilanz eines Gebäudes bzw. einer Zone ein. Die Bilanzierung von solaren Gewinnen über mehrschichtige, solare Gewinne generierende Bauteile wie Luftkollektoren, ist bislang nicht möglich.

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Raphael Lechner, Nicholas O'Connell, Markus Brautsch
Identifikation von Einsatzmöglichkeiten und Potentialen der Zündstrahltechnologie zur Verbesserung der Anlageneffizienz und Wirtschaftlichkeit von BHKW-Anlagen mit experimenteller Überprüfung der Vorteile an einer Pilotanlage unter realen Bedingungen im P. raxisbetrieb. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2943
2015, 141 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Nach dem Stand der Technik bei erdgasbetriebenen Blockheizkraftwerken werden vorwiegend Gas-Otto-Motoren als Antriebsaggregate eingesetzt. Damit werden üblicherweise elektrische Wirkungsgrade von kleiner 40 Prozent erreicht. Als Alternative wurden v. a. im Biogasbereich Zündstrahlmotoren entwickelt, die nach dem Dieselprinzip arbeiten und elektrische Wirkungsgrade von größer 40 Prozent erreichen. Insbesondere bei Anwendungen bei denen der Stromerzeugung ein hoher Wert beigemessen wird (z.B. wenn eine hohe Einspeisevergütung erzielt werden kann) können mit Zündstrahlmotoren wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Ziel des Projektes ist es, die erwarteten Vorteile der Zündstrahltechnologie unter realen Bedingungen an einer Pilotanlage experimentell zu überprüfen und die Praxistauglichkeit unter realen Betriebsbedingungen nachzuweisen. Darüber hinaus soll ggf. erforderlicher weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf identifiziert werden.

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Heiko Werdin, Bert Oschatz
Erarbeitung eines Verfahrens zur energetischen Bewertung von Wärmepumpen für EnEV und DIN V 18599. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2814
2012, 94 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das novellierte Verfahren zur energetischen Bewertung von Wärmepumpen stützt sich weiterhin auf die Temperaturklassen, die mit den Prüfpunkten nach EN 14511 identisch sind. Über die Häufigkeit der jeweiligen Temperaturen werden Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Temperaturklassen festgelegt. An Hand der Betriebsart der Wärmepumpe (parallel, teilparallel, alternativ) wird bestimmt, welcher energetische Anteil bedingt durch das Klima von einem zweiten Wärmeerzeuger übernommen werden muss. Dabei werden die Bivalenztemperatur und die Heizgrenze durch ein neues Rechenverfahren bestimmt. In Abhängigkeit der Kennwerte (Leistungen bei Normprüfpunkten) und der Regelung der Wärmepumpe (stufig, stufenlos) sowie möglicher Nichtnutzungszeiten des Gebäudes und Abschaltzeiten des EVU werden anschließend Laufzeiten der Wärmepumpe für den Kombibetrieb, Heizbetrieb und Trinkwassererwärmung berechnet. Reicht die zur Verfügung stehende Heizzeit der Wärmepumpe für die einzelnen Betriebszustände nicht zur Deckung des energetischen Bedarfes aus, muss die Differenz vom zweiten Wärmeerzeuger übernommen werden. Abschließend werden die Endenergieaufnahme, die Wärmeerzeugerverluste, die Erzeugernutzwärmeabgabe, die Hilfsenergie, der regenerative Energieertrag und die Arbeitszahl berechnet. Die Ergebnisse des neuen Verfahrens wurden mit der VDI 4650 verglichen. Dabei zeigt sich, dass bei Niedertemperatursystemen, wie z.B. FBH mit 35/28/20, die Jahresarbeitszahlen der VDI 4650 und der DIN V 18599 vergleichbar sind. Bei höheren Systemtemperaturen ist festzustellen, dass die DIN V 18599 geringere Arbeitszahlen errechnet als die VDI 4650.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Obermoser, Edina
Kühlen und Heizen mit Eis. Wohnhaus Aumühle / Aumühle, Deutschland / Buero Bechtloff (kostenlos)
Architektur / Fachmagazin, 2020

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Vötsch, Stefan; Rotert, Markus
Effizienzlabel für Heiztechnik. Auswirkungen der Öko-Design-Richtlinie (kostenlos)
Gebäude-Energieberater GEB, 2015

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Strom- und Ölpreise bestimmen den Bivalenzpunkt. Mehr Unabhängigkeit durch Redundanz (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2011

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Ostendorf-Sevissoglou, Eike
Japan nimmt Vorreiterrolle bei Brennstoffzellen ein. Hersteller Panasonic hat schon 5000 Geräte im Markt (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2011

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Schellhorn, Martin
Mikro-BHKW mit 26,3 Prozent elektrischem Wirkungsgrad. Kooperation von Vaillant und Honda (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2011

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