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Die Validierung der Modellbibliothek
Bei diesem Vergleich wird das verfügbare TRNSYS-Modell als Referenz betrachtet. Parametervariationen
oder größere Veränderungen des Gebäudemodells waren aufgrund der äußeren
Projektrandwerte nur in beschränktem Umfang realisierbar.
Von einer korrekten Abbildung des Gebäudeverhaltens durch das TRNSYS-Modell kann man
zunächst ausgehen. Neben der Verwendung erprobter Mustergebäudemodelle [KiSi-01] stellt
das Simulationssystem TRNSYS ein etabliertes Tool dar, das häufig zur Gebäude- und Anlagenplanung
eingesetzt wird [Trn-02, Hil et.al.-01]. So gehört TRNSYS auch zu den ersten 7
im Rahmen des BESTTEST der International Energy Agency überprüften Simulationssysteme
[JuNe-95]. Zu den TRNSYS Komponentenmodellen existieren experimentelle und theoretische
Studien bezüglich der Validierung auf Komponentenbasis [Kle et al.-96]. Die
mathematische Behandlung des Gesamtmodelles ist ebenfalls etabliert. Die Simulationsumgebung
TRNSYS verwendet ausschließlich standardisierte numerische Verfahren.
Um zunächst Erfahrungen zu sammeln und zur eigenen Beurteilung, wurde TRNSYS von uns
vorab in einer experimentellen Studie zur Überprüfung des thermischen Verhaltens eines mit
der notwendigen Sensorik ausgestatteten realen Einfamilienhauses eingesetzt [SpMe-01]. Die
Grenzen der numerischen Simulation unter TRNSYS werden bei der Untersuchung von Systemen
mit kleinen Zeitkonstanten erreicht. Das Gebäudemodell und die Numerik sind für die
schnelle Berechnung ganzer Jahresdurchläufe in der Regel in Stundenschritten ausgelegt. Die
Zeitschritte sind nur konstant vorwählbar. Zeitschritte im Sekundenbereich führen zu numerischen
Instabilitäten. Im verfügbaren TRNSYS-Referenzmodell wurde als Simulationsschrittweite
3min gewählt. Als timebase zur Berechnung des Übertragungsverhaltens der Wände
wurde 1 h gewählt. Hierauf ist die zu beobachtende treppenförmige Modulation der TRN-
SYS-Temperaturverläufe im Stundenrhythmus zurückzuführen.
Ein vollständiges Objektdiagramm des Simulationsmodells in Modelica findet sich in
Abb. 111. Das Diagramm aggregiert sowohl das Gebäudemodell (rechter Teil) als auch das
Umgebungsmodell (linker Teil). Der wesentliche Teil des Umgebungsmodells wurde in Form
eines eigenen Objektdiagrammes schon in Abb. 86 beschrieben.
Die Implementierung des Gebäudes im Modelica-Ansatz orientiert sich an dem Beuken-
Modell ([Beu-36], z.B. in [RoZi-97]). Die Wände werden in Außen- und Innenwandhälften
unterteilt, die selbst wieder einzelne wärmeleitende bzw. wärmespeichernde Schichten aggregieren.
Die Außenwände werden in mindestens 3 Schichten untergliedert, so dass keine Wand
mit weniger als 4 speichernden Schichten modelliert wird. Die Innenwandhälften werden entsprechend
ihrer räumlichen Anordnung als Umschließungsflächen der thermischen Zonen
betrachtet. Die Außenwandhälften bilden die äußere Hüllfläche des Gebäudes und werden nur
von den Fenstern durchbrochen.
Die Grundstruktur des Gebäudes wird entsprechend den fünf Räumen in fünf thermische
Zonen überführt. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Nachbarzonen sind thermische
Zonen mit 7 bzw. 9 möglichen Ankopplungen für Nachbarzonen bzw. auch Außenwandhälften
einzusetzen.
Die Raumtemperatur der beheizten thermischen Zonen (Küche, Wohn-, Schlaf- und Kinderzimmer)
wird lokal mittels PI-Regler und idealen, aber in der maximalen Heizleistung limitierten
Einzelraumheizungen auf dem jeweiligen Sollwert gehalten. Das Verhältnis von
konvektiver und Strahlungswärmeabgabe der Heizkörper ist bei der Parametrierung einstellbar.
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