Optimierung des Zusammenspiels von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage durch Verwendung mathematischer Modelle

Research output: Contribution to conference(Old data) Lecture or PresentationResearch

Abstract

Scheitholzkessel sind noch immer eine weit verbreitete Form von Holz-basierten Zentralheizungssystemen und werden in der Regel mit einem Pufferspeicher und häufig auch einer Solaranlage kombiniert.
Moderne Scheitholzkessel verfügen zwar über eine automatische Zündvorrichtung, haben im Vergleich zu vollautomatisierten Hackgut- und Pellet-Feuerungen aber die wesentliche Einschränkung, dass sie selbst keinen Einfluss auf die zugeführte Brennstoffmenge sowie den Zeitpunkt des Nachlegens vom Brennstoff haben. Dadurch kommt es immer wieder zu Situationen in denen dem System mehr Energie durch das Nachlegen zugeführt wird als verbraucht bzw. in den Pufferspeicher übertragen werden kann. Die dadurch erforderliche extreme Drosselung des Abbrandes geht in der Regelung mit großen Effizienzeinbußen, stärkerer Kesselbeanspruchung und erhöhten Schadstoffemissionen einher. Außerdem führt das mangelhafte Zusammenspiel der einzelnen Komponenten auch häufig dazu, dass ein eventuell verfügbarer Solarertrag nicht vollständig genutzt werden kann, da der Pufferspeicher bereits zu einem ungünstigen Zeitpunkt vom Scheitholzkessel geladen wurde. Somit stellt die Regelung von Scheitholzkesseln mit Pufferspeichern und ggf. einer Solaranlage eine große Herausforderung dar. Trotz verstärkter Bemühungen im Laufe der letzten Jahre, sind dem Stand der Technik entsprechende Regelungen nicht in der Lage das volle Potential hinsichtlich Effizienzmaximierung, Emissionsminimierung und Benutzerkomfort zu gewährleisten, da sie die stark verkoppelten und zum Teil veränderlichen Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen und Anlagenteile nur teilweise oder häufig gar nicht berücksichtigen können.

Aus diesem Grund setzen sich die diesem Artikel zugrundeliegende Arbeiten die Entwicklung eines modellbasierten Regelungskonzeptes zum Ziel, das ein effizientes Zusammenspiel von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage ermöglicht, sowie das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten optimiert. Die Basis dieses Konzeptes sind einfache mathematische Modelle, die das dynamische Verhalten und die Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen und Anlagenteile abbilden. Somit gilt es geeignete mathematische Modelle zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens des Pufferspeichers, der Solaranlage und insbesondere des Scheitholzkessels zu entwickeln.

Im Vortrag wird einleitend das verfolgte modellbasierte Regelungskonzept prinzipiell vorgestellt werden. Im Anschluss daran wird ausführlich auf die mathematischen Modelle eingegangen.
LanguageGerman
StatusPublished - 20 Jan 2017
Event5th Central European Biomass Conference 2017 - Graz, Austria
Duration: 18 Jan 201720 Jan 2017

Conference

Conference5th Central European Biomass Conference 2017
Abbreviated titleCEBC 2017
CountryAustria
CityGraz
Period18/01/1720/01/17

Keywords

    Cite this

    Optimierung des Zusammenspiels von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage durch Verwendung mathematischer Modelle. / Schulz, Jonas; Zemann, Christopher; Gölles, Markus.

    2017. 5th Central European Biomass Conference 2017, Graz, Austria.

    Research output: Contribution to conference(Old data) Lecture or PresentationResearch

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    title = "Optimierung des Zusammenspiels von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage durch Verwendung mathematischer Modelle",
    abstract = "Scheitholzkessel sind noch immer eine weit verbreitete Form von Holz-basierten Zentralheizungssystemen und werden in der Regel mit einem Pufferspeicher und h{\"a}ufig auch einer Solaranlage kombiniert. Moderne Scheitholzkessel verf{\"u}gen zwar {\"u}ber eine automatische Z{\"u}ndvorrichtung, haben im Vergleich zu vollautomatisierten Hackgut- und Pellet-Feuerungen aber die wesentliche Einschr{\"a}nkung, dass sie selbst keinen Einfluss auf die zugef{\"u}hrte Brennstoffmenge sowie den Zeitpunkt des Nachlegens vom Brennstoff haben. Dadurch kommt es immer wieder zu Situationen in denen dem System mehr Energie durch das Nachlegen zugef{\"u}hrt wird als verbraucht bzw. in den Pufferspeicher {\"u}bertragen werden kann. Die dadurch erforderliche extreme Drosselung des Abbrandes geht in der Regelung mit gro{\ss}en Effizienzeinbu{\ss}en, st{\"a}rkerer Kesselbeanspruchung und erh{\"o}hten Schadstoffemissionen einher. Au{\ss}erdem f{\"u}hrt das mangelhafte Zusammenspiel der einzelnen Komponenten auch h{\"a}ufig dazu, dass ein eventuell verf{\"u}gbarer Solarertrag nicht vollst{\"a}ndig genutzt werden kann, da der Pufferspeicher bereits zu einem ung{\"u}nstigen Zeitpunkt vom Scheitholzkessel geladen wurde. Somit stellt die Regelung von Scheitholzkesseln mit Pufferspeichern und ggf. einer Solaranlage eine gro{\ss}e Herausforderung dar. Trotz verst{\"a}rkter Bem{\"u}hungen im Laufe der letzten Jahre, sind dem Stand der Technik entsprechende Regelungen nicht in der Lage das volle Potential hinsichtlich Effizienzmaximierung, Emissionsminimierung und Benutzerkomfort zu gew{\"a}hrleisten, da sie die stark verkoppelten und zum Teil ver{\"a}nderlichen Zusammenh{\"a}nge der einzelnen Prozessgr{\"o}{\ss}en und Anlagenteile nur teilweise oder h{\"a}ufig gar nicht ber{\"u}cksichtigen k{\"o}nnen. Aus diesem Grund setzen sich die diesem Artikel zugrundeliegende Arbeiten die Entwicklung eines modellbasierten Regelungskonzeptes zum Ziel, das ein effizientes Zusammenspiel von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage erm{\"o}glicht, sowie das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten optimiert. Die Basis dieses Konzeptes sind einfache mathematische Modelle, die das dynamische Verhalten und die Zusammenh{\"a}nge der einzelnen Prozessgr{\"o}{\ss}en und Anlagenteile abbilden. Somit gilt es geeignete mathematische Modelle zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens des Pufferspeichers, der Solaranlage und insbesondere des Scheitholzkessels zu entwickeln. Im Vortrag wird einleitend das verfolgte modellbasierte Regelungskonzept prinzipiell vorgestellt werden. Im Anschluss daran wird ausf{\"u}hrlich auf die mathematischen Modelle eingegangen.",
    keywords = "Modellbasierte Regelung, W{\"a}rmemanagement, Scheitholzkessel, Solaranlage, Pufferspeicher",
    author = "Jonas Schulz and Christopher Zemann and Markus G{\"o}lles",
    year = "2017",
    month = "1",
    day = "20",
    language = "deutsch",
    note = "5th Central European Biomass Conference 2017, CEBC 2017 ; Conference date: 18-01-2017 Through 20-01-2017",

    }

    TY - CONF

    T1 - Optimierung des Zusammenspiels von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage durch Verwendung mathematischer Modelle

    AU - Schulz, Jonas

    AU - Zemann, Christopher

    AU - Gölles, Markus

    PY - 2017/1/20

    Y1 - 2017/1/20

    N2 - Scheitholzkessel sind noch immer eine weit verbreitete Form von Holz-basierten Zentralheizungssystemen und werden in der Regel mit einem Pufferspeicher und häufig auch einer Solaranlage kombiniert. Moderne Scheitholzkessel verfügen zwar über eine automatische Zündvorrichtung, haben im Vergleich zu vollautomatisierten Hackgut- und Pellet-Feuerungen aber die wesentliche Einschränkung, dass sie selbst keinen Einfluss auf die zugeführte Brennstoffmenge sowie den Zeitpunkt des Nachlegens vom Brennstoff haben. Dadurch kommt es immer wieder zu Situationen in denen dem System mehr Energie durch das Nachlegen zugeführt wird als verbraucht bzw. in den Pufferspeicher übertragen werden kann. Die dadurch erforderliche extreme Drosselung des Abbrandes geht in der Regelung mit großen Effizienzeinbußen, stärkerer Kesselbeanspruchung und erhöhten Schadstoffemissionen einher. Außerdem führt das mangelhafte Zusammenspiel der einzelnen Komponenten auch häufig dazu, dass ein eventuell verfügbarer Solarertrag nicht vollständig genutzt werden kann, da der Pufferspeicher bereits zu einem ungünstigen Zeitpunkt vom Scheitholzkessel geladen wurde. Somit stellt die Regelung von Scheitholzkesseln mit Pufferspeichern und ggf. einer Solaranlage eine große Herausforderung dar. Trotz verstärkter Bemühungen im Laufe der letzten Jahre, sind dem Stand der Technik entsprechende Regelungen nicht in der Lage das volle Potential hinsichtlich Effizienzmaximierung, Emissionsminimierung und Benutzerkomfort zu gewährleisten, da sie die stark verkoppelten und zum Teil veränderlichen Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen und Anlagenteile nur teilweise oder häufig gar nicht berücksichtigen können. Aus diesem Grund setzen sich die diesem Artikel zugrundeliegende Arbeiten die Entwicklung eines modellbasierten Regelungskonzeptes zum Ziel, das ein effizientes Zusammenspiel von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage ermöglicht, sowie das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten optimiert. Die Basis dieses Konzeptes sind einfache mathematische Modelle, die das dynamische Verhalten und die Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen und Anlagenteile abbilden. Somit gilt es geeignete mathematische Modelle zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens des Pufferspeichers, der Solaranlage und insbesondere des Scheitholzkessels zu entwickeln. Im Vortrag wird einleitend das verfolgte modellbasierte Regelungskonzept prinzipiell vorgestellt werden. Im Anschluss daran wird ausführlich auf die mathematischen Modelle eingegangen.

    AB - Scheitholzkessel sind noch immer eine weit verbreitete Form von Holz-basierten Zentralheizungssystemen und werden in der Regel mit einem Pufferspeicher und häufig auch einer Solaranlage kombiniert. Moderne Scheitholzkessel verfügen zwar über eine automatische Zündvorrichtung, haben im Vergleich zu vollautomatisierten Hackgut- und Pellet-Feuerungen aber die wesentliche Einschränkung, dass sie selbst keinen Einfluss auf die zugeführte Brennstoffmenge sowie den Zeitpunkt des Nachlegens vom Brennstoff haben. Dadurch kommt es immer wieder zu Situationen in denen dem System mehr Energie durch das Nachlegen zugeführt wird als verbraucht bzw. in den Pufferspeicher übertragen werden kann. Die dadurch erforderliche extreme Drosselung des Abbrandes geht in der Regelung mit großen Effizienzeinbußen, stärkerer Kesselbeanspruchung und erhöhten Schadstoffemissionen einher. Außerdem führt das mangelhafte Zusammenspiel der einzelnen Komponenten auch häufig dazu, dass ein eventuell verfügbarer Solarertrag nicht vollständig genutzt werden kann, da der Pufferspeicher bereits zu einem ungünstigen Zeitpunkt vom Scheitholzkessel geladen wurde. Somit stellt die Regelung von Scheitholzkesseln mit Pufferspeichern und ggf. einer Solaranlage eine große Herausforderung dar. Trotz verstärkter Bemühungen im Laufe der letzten Jahre, sind dem Stand der Technik entsprechende Regelungen nicht in der Lage das volle Potential hinsichtlich Effizienzmaximierung, Emissionsminimierung und Benutzerkomfort zu gewährleisten, da sie die stark verkoppelten und zum Teil veränderlichen Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen und Anlagenteile nur teilweise oder häufig gar nicht berücksichtigen können. Aus diesem Grund setzen sich die diesem Artikel zugrundeliegende Arbeiten die Entwicklung eines modellbasierten Regelungskonzeptes zum Ziel, das ein effizientes Zusammenspiel von Scheitholzkessel, Pufferspeicher und Solaranlage ermöglicht, sowie das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten optimiert. Die Basis dieses Konzeptes sind einfache mathematische Modelle, die das dynamische Verhalten und die Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen und Anlagenteile abbilden. Somit gilt es geeignete mathematische Modelle zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens des Pufferspeichers, der Solaranlage und insbesondere des Scheitholzkessels zu entwickeln. Im Vortrag wird einleitend das verfolgte modellbasierte Regelungskonzept prinzipiell vorgestellt werden. Im Anschluss daran wird ausführlich auf die mathematischen Modelle eingegangen.

    KW - Modellbasierte Regelung

    KW - Wärmemanagement

    KW - Scheitholzkessel

    KW - Solaranlage

    KW - Pufferspeicher

    M3 - (Altdaten) Vortrag oder Präsentation

    ER -