Modellprädiktive Verschattungsregelung in Büroräumen unter Verwendung eines thermischen Hybridmodells
von Tim SteinerZur Verbesserung des thermischen Komforts in Büroräumen wird die modellprädiktive Regelung einer elektrochromen Verglasung untersucht. Insbesondere Büroräume mit großen Glasfassaden sind hierbei herausfordernd, da viel Sonnenenergie in die Räume dringt und die thermische Behaglichkeit an verschiedenen Plätzen stark beeinflusst.
Zuerst werden die Grundlagen der Wärmeübertragung und -modellierung erklärt und der thermische Komfort, basierend auf der operativen Temperatur an den Arbeitsplätzen, dargestellt. Die eigentliche thermische Modellierung unterteilt sich in das Grundmodell, bestehend aus bekannten elektrischen Ersatzrepräsentationen und der neuartigen hybriden Modellierung. Der neue Ansatz, die verteilten Temperaturen im Raum adäquat mit einer Kombination von konzentriert parametrischen und verteilt parametrischen Teilmodellen anzunähern, ist notwendig wegen der Temperaturunterschiede auf der Bodenfläche durch die einfallende Sonnenstrahlung. Das verteilt parametrische Modell wird mit Reduktionsverfahren für modellprädiktive Regelungsmethoden nutzbar gemacht. Abschließend wird das hybride Modell erfolgreich numerisch validiert. Ein wichtiger Aspekt dieser Arbeit ist, dass mit dem hybriden Raummodell räumlich verteilte Plätze individuell betrachtet werden können. Somit kann die individuelle thermische Behaglichkeit nachgebildet und für regelungstechnische Anwendungen genutzt werden.
Abschließend wird das neue hybride Raummodell für die Verschattungs- und Komfortregelung mit einem modellprädiktiven Ansatz genutzt. Mit dem hybriden Raummodell als Basis der modellprädiktiven Regelung kann an mehreren Plätzen im Raum für einen besseren und individuellen thermischen Komfort gesorgt werden. Dies wird anhand von Simulationsbeispielen dargestellt.
