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Bachelor-/Masterarbeit - Modellierung der Gebäudeklimatik zur Lastflexibilisierung

07.01.2019, Abschlussarbeiten, Bachelor- und Masterarbeiten

Lastflexibilität wird für den Netzbetreiber zu einem wichtigen Werkzeug. Schlüsselkandidaten für die Lastflexibilität sind (Büro-)Gebäude aufgrund ihrer inhärenten thermischen Energiespeicherkapazität. Die flexible Lastkontrolle des Heizungs-, Lüftungs- und Klima-Systems (HKL) wird durch Formulierung eines numerischen Optimierungsproblems (Modellprädiktive Regelung) erreicht. Daher wurde ein Forschungsprojekt zur Entwicklung des Linear Building Climate Model (LBCM) ins Leben gerufen. Die Kernfähigkeit dieses Python-basierten Modellierungstools besteht darin, lineare Gebäudeklimamodelle in Form von Zustandsräumen abzuleiten. LBCM definiert Datenstrukturen für die Gebäudeaufteilung und die HLK-Anlage und umfasst Komponentenmodelle für den Einfluss von Umgebungsluft, Sonneneinstrahlung, Insassen, Geräten und der HLK-Anlage auf das Gebäudeklima, d.h. thermischen Komfort und Raumluftqualität. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Modell der MSE Büros mit LBCM abzuleiten. Bestehende Komponentenmodelle müssen erweitert und validiert werden, um eine angemessene Darstellung des Gebäudes zu gewährleisten.

Über TUMCREATE / MSE

TUMCREATE ist eine Forschungsplattform zur Verbesserung des öffentlichen Verkehrs in Singapur, einschließlich des Einsatzes von elektrischer und autonomer Mobilität. Die Forschungsgruppe Electrification Suite & Test Lab (ESTL) in TUMCREATE beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Interaktion des Stromnetzes mit fortschrittlichen elektrifizierten öffentlichen Verkehrssystemen, flexiblen Lasten und erneuerbaren Energien. In enger Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme (ENS) und der Munich School of Engineering (MSE) entwickelt ESTL Modelle und Algorithmen für zukünftige Energiesysteme.

Hintergrund

Die Lastflexibilität wird für den Netzbetreiber zu einem wichtigen Instrument, um die Herausforderungen durch erneuerbare Energien und das Laden von Elektrofahrzeugen (EV) zu bewältigen. Schlüsselkandidaten für die Lastflexibilität sind die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssysteme (HLK) in Bürogebäuden aufgrund der inhärenten thermischen Energiespeichermöglichkeit von Gebäuden.

Die flexible Laststeuerung der HLK-Anlage wird durch die Formulierung eines numerischen Optimierungsproblems (Modellprädiktive Regelung) zur Minimierung der Stromkosten bei einem stündlichen Strompreis und dem Komfort der Gebäudebewohner erreicht. Daher ist ein mathematisches Modell für den Komfort der Gebäudenutzer in Abhängigkeit von der elektrischen Last der HLK-Anlage erforderlich. Die Modellformulierung muss konvex (z.B. linear) sein, um den Einsatz von recheneffizienten konvexen Optimierungslösern zu ermöglichen.

Über diese Position

Ein Forschungsprojekt zur Entwicklung des Linear Building Climate Model (LBCM) wurde ins Leben gerufen. Die Kernfähigkeit dieses Python-basierten Modellierungstools besteht darin, lineare Gebäudeklimamodelle in Form von Zustandsräumen abzuleiten. Das LBCM definiert Datenstrukturen für die Gebäudeaufteilung und die HLK-Anlage und umfasst Komponentenmodelle für den Einfluss von Umgebungsluft, Sonneneinstrahlung, Nutzern, Geräten und der HLK-Anlage auf das Gebäudeklima, d.h. thermischen Komfort und Raumluftqualität.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Modell der MSE-Büros mit LBCM abzuleiten. Bestehende Komponentenmodelle müssen erweitert und validiert werden, um eine angemessene Darstellung des Gebäudes zu gewährleisten.

Die Hauptaufgaben sind:
  1. Formulierung von Komponentenmodellen für Heizkörperheizungen, Gebäudekernaktivierung und Fensterlüftung und Implementierung der neuen Komponentenmodelle im LBCM.
  2. Ableitung eines Modells der MSE-Büros mit LBCM und Validierung des Modells anhand von Messdaten.
  3. Quantifizierung der Lastflexibilität in den MSE-Büros.

Standort

Bitte beachten Sie, dass diese Arbeit in den MSE-Büros in Garching (München) angesiedelt sein wird.

AnforderungenWas wir anbieten
  • Immatrikulierter Student in einem der Bachelor- oder Masterstudiengänge am Fachbereich Elektro- und Informationstechnik der TUM.
  • Gute Kenntnisse in Thermodynamik / Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen
  • Erfahrung mit Python / Pandas und objektorientierter Programmierung ist von Vorteil.
  • Ausgezeichnete zwischenmenschliche Fähigkeiten und Kommunikationsfähigkeiten in schriftlicher und mündlicher Form sowie die Fähigkeit, mit Menschen unterschiedlicher Herkunft und Kultur zu arbeiten.
  • Einblick in die neuesten Forschungsthemen
  • Ein internationales und multidisziplinäres Arbeitsumfeld
  • Beratung durch Forscher von weltweit renommierten Universitäten
  • Möglichkeit der Veröffentlichung in internationalen Zeitschriften und Konferenzen
  • Multikulturell und dynamisch
  • Bitte senden Sie Ihre vollständigen Bewerbungsunterlagen mit Anschreiben, Lebenslauf, Hochschulzeugnissen und Abschlusszeugnissen an thomas.licklederer@tum.de mit sebastian.troitzsch@tum-create.edu.sg im CC.

    Kontakt: thomas.licklederer@tum.de

    Mehr Information

    PDF_Building_Climate_Modelling_Load_Flexibility Modellierung der Gebäudeklimatik zur Lastflexibilisierung, (Type: application/pdf, Größe: 104.5 kB) Datei speichern